3D-Druck oder CNC-Bearbeitung: Was passt zu Ihren Teilen?

Der 3D-Druck baut ein Teil Schicht für Schicht durch Materialauftrag auf. Die CNC-Bearbeitung geht von einem Block oder einer Stange aus und trägt mit Schneidwerkzeugen Material ab. Diese beiden Logiken haben unterschiedliche Stärken und Grenzen; sieben Kriterien helfen bei der Entscheidung.

1. Die Stückzahl

Der 3D-Druck hat fast keine Anlaufkosten: kein Werkzeug, eine schnelle Dateivorbereitung. Der Preis des ersten Teils liegt nahe bei dem des zehnten. Bei der Zerspanung sind Programmierung und Rüsten Fixkosten, die sich mit der Stückzahl verteilen (siehe Preis der CNC-Bearbeitung). Der Druck ist daher vorteilhaft für ein Einzelteil oder wenige Exemplare, die Zerspanung für größere Lose. Der Kipppunkt hat keinen allgemeingültigen Wert: Er hängt von Größe, Geometrie und Technologie ab. Fragen Sie Preise für mehrere Stückzahlen ab. Beim SLS oder MJF senkt das Befüllen desselben Auftrags mit vielen Teilen die Stückkosten.

2. Die Geometrie

Der Druck ermöglicht innere Kanäle, Gitterstrukturen, organische Formen und das Zusammenfassen mehrerer Teile zu einem. Bei der Zerspanung muss jede Fläche mit einem Werkzeug erreichbar sein: keine geschlossenen Hohlräume, vom Fräser vorgegebene Innenradien, begrenzte tiefe Taschen. Auch der Druck hat Einschränkungen: Stützstrukturen, Überhänge, Mindestwandstärken, Entfernen von Pulver oder Harz.

3. Der Werkstoff

Die Zerspanung deckt eine sehr breite Palette an Metallen und technischen Kunststoffen ab, aus Halbzeugen mit bekannten und zertifizierbaren Eigenschaften. Der Druck bietet eine engere Auswahl, und die Eigenschaften hängen vom Verfahren, von der Ausrichtung des Teils und von der Nachbehandlung ab.

4. Die Toleranzen

Die Zerspanung hält an Funktionsflächen üblicherweise enge Toleranzen ein. Im Rohzustand weisen gedruckte Teile größere Abweichungen auf, je nach Technologie, Größe und Werkstoff in der Größenordnung von einem bis zu einigen Zehntelmillimetern. Kritische Sitze, Bohrungen und Gewinde werden dann mechanisch nachbearbeitet. Siehe Bearbeitungstoleranzen.

5. Die Oberflächengüte

Eine zerspante Oberfläche ist glatt und gleichmäßig. Ein gedrucktes Teil behält die Spuren seines Verfahrens: Schichten beim FDM, leicht pulvriges Korn beim SLS oder MJF, Oberflächenrauheit und Stützspuren beim Metalldruck. Nachbehandlungen (Schleifen, Strahlen, Einfärben, Lackieren, Polieren) verbessern das Erscheinungsbild.

6. Die Lieferzeit

Bei einem Einzelteil ist der Druck oft schneller: kein CAM-Programm, kein Material zu beschaffen. Er hängt jedoch von der Druckzeit ab, die bei einem großen Teil mehrere Stunden betragen kann, und von der Nachbehandlung. Ein einfaches Frästeil kann genauso schnell sein; ein komplexes Teil mit langer Programmierzeit wird besser gedruckt.

7. Die Kosten

Der Druck wird nach Maschinenzeit (oft abhängig von der Teilehöhe oder dem im Bauraum belegten Volumen), verbrauchtem Material, Stützstrukturen und Nachbehandlung berechnet. Die Zerspanung wird nach Taktzeit, dem gesamten Rohmaterial und den Fixkosten berechnet. Ein kompaktes, massives Teil ist zerspant oft günstiger, ein hohles, komplexes Teil mitunter gedruckt. Nur ein Angebot entscheidet.

Die Norm ISO/ASTM 52900 ordnet die additiven Fertigungsverfahren in sieben Familien ein. In der Praxis decken fünf Technologien den Großteil der Anfragen an Anbieter von 3D-Druck ab.

FDM (Schmelzschichtung)

Ein geschmolzenes thermoplastisches Filament wird Schicht für Schicht abgelegt: PLA, PETG, ABS, ASA, Nylon, Polycarbonat, teils faserverstärkt. Eine kostengünstige Technologie, geeignet für große Teile und funktionale Prototypen. Grenzen: sichtbare Schichten, geringere Festigkeit zwischen den Schichten, mäßige Genauigkeit.

SLA und DLP (Stereolithografie)

Ein lichtempfindliches Harz wird per Laser oder Projektor ausgehärtet. Hervorragende Detailtreue und glatte Oberfläche: Designteile, Modelle, kleine präzise Teile. Grenzen: mitunter spröde Harze, Alterung unter UV, Nachbehandlung (Waschen, Nachhärten).

SLS (selektives Lasersintern)

Ein Laser sintert Polyamidpulver (PA12, PA11 …). Das Pulver stützt das Teil: keine Stützstrukturen, komplexe Geometrien, viele Teile pro Auftrag. Robuste, funktionale Teile mit leicht pulvrigem Korn.

MJF (Multi Jet Fusion)

Von HP entwickelte Technologie: Das Polyamidpulver wird durch Agenzien und Infrarotenergie verschmolzen. In den Einsatzbereichen mit dem SLS vergleichbar, mit guter mechanischer Homogenität und hoher Produktivität bei Kleinserien. Die Teile sind typischerweise grau.

Metall: SLM und DMLS

Ein Laser schmilzt ein Metallpulver (Edelstahl 316L, 17-4PH, Aluminium AlSi10Mg, Titan Ti6Al4V, Nickellegierungen wie Inconel). Diese Bezeichnungen sind nah beieinander. Geometrien, die sich nicht zerspanen lassen: Kühlkanäle, Gewichtsreduzierung. Grenzen: hohe Kosten, zu entfernende Stützstrukturen, Eigenspannungen (häufig Spannungsarmglühen), raue Rohoberfläche und nachzubearbeitende Sitze.

Bevorzugen Sie den 3D-Druck, wenn …

• Sie schnell ein Einzelteil oder einige Prototypen benötigen;
• die Geometrie komplex ist (innere Kanäle, Gitter, einteilige Teile);
• das Teil individuell angepasst ist oder zu einer sehr kleinen Serie gehört;
• die Toleranzen moderat oder auf wenige Flächen beschränkt sind, die nachbearbeitet werden;
• Sie mehrere Konstruktionsvarianten vergleichen möchten, bevor Sie die Definition einfrieren.

Bevorzugen Sie die CNC-Bearbeitung, wenn …

• Sie enge Toleranzen und eine gute Oberflächengüte an Funktionsflächen verlangen;
• der Werkstoff genau festgelegt, zertifizierbar oder hochfest sein muss;
• das Teil kompakt und massiv ist oder in regelmäßiger Serie gefertigt wird;
• Sie homogene, reproduzierbare mechanische Eigenschaften suchen;
• das Teil hohen Belastungen, Ermüdung oder Temperatur ausgesetzt ist und seine Haltbarkeit gewährleistet sein muss.

Die Entscheidung ist nicht immer binär. Mehrere Kombinationen nutzen die Stärken jedes Verfahrens:

• Drucken und anschließend mechanisch nachbearbeiten. Das Teil wird gedruckt, danach werden Sitze, Bohrungen, Gewinde und Anlageflächen auf Maß zerspant. Beim Metalldruck ist das gängige Praxis, bei Polymeren häufig.
• Gedruckter Prototyp, zerspante oder gespritzte Serie. Der Druck validiert Form und Montage kostengünstig, dann wechselt die Serienfertigung zu einem wirtschaftlicheren Verfahren: siehe vom Prototyp zur Serie.
• Gedruckte Lehren und Vorrichtungen. Gedruckte Prüfvorrichtungen, Bohr- oder Positionierlehren und Haltevorrichtungen begleiten die zerspante Fertigung.
• Hybride Baugruppe. Eine zerspante, steife und präzise Basis nimmt ein gedrucktes, leichteres oder aufwendigeres Bauteil auf.

In diesen Fällen muss die Unterlage die Funktionsflächen, die nachzubearbeitenden Flächen und die erwarteten Toleranzen nennen: Eine neutrale 3D-Datei und eine bemaßte Zeichnung vermeiden Missverständnisse.

Wenn Sie unsicher sind, vergleichen Sie am besten konkrete Angebote. Beschreiben Sie in Ihrer Anfrage die Funktion des Teils, die Stückzahl, den gewünschten Werkstoff und die kritischen Toleranzen und bitten Sie um eine Kalkulation für jedes in Betracht gezogene Verfahren. Auf Meaflow ist es kostenlos, eine Anfrage einzustellen: Mehrere Dienstleister können Ihnen ihr Angebot senden, das Sie vergleichen; anschließend tauschen Sie sich per Nachricht mit denen aus, die Sie interessieren. Ihre Zeichnungen sind nur für angemeldete Mitglieder sichtbar.

Für eine verlässliche Kalkulation nennen Sie in der Anfrage:

• die Funktion des Teils und seine Umgebung (Temperatur, Feuchtigkeit, UV, Kontakt mit Chemikalien);
• die Stückzahl mit alternativen Staffeln und die gewünschte Lieferzeit;
• den angestrebten Werkstoff oder die gewünschten Eigenschaften;
• die kritischen Toleranzen, die Oberflächengüte und gegebenenfalls die Farbe;
• den Bedarf an Oberflächenbearbeitung (Schleifen, Lackieren, Behandlung) und an mechanischer Nachbearbeitung nach dem Druck.

Entdecken Sie auch die Dienstleister für CNC-Bearbeitung und 3D-Druck oder die Seite Prototypenbau, wenn Sie ein erstes Exemplar zur Validierung benötigen.