CNC-Frästeile aus Kunststoff vs. 3D-Druck: eine Auswahlhilfe

Dieser Artikel beschäftigt sich mit den Hauptunterschieden zwischen spanhebender Fertigung und dem 3D-Druck von Kunststoffen und empfiehlt eine Checkliste zur Auswahl des richtigen Verfahrens.
CNC machining vs. 3D printing

Kunststoffe wie ABS, PA (Nylon) oder PC (Polykarbonat) kommen sowohl bei Verfahren der CNC-Bearbeitung als im 3D-Druck zum Einsatz. Daher stellt sich häufig die Frage, wann die Fertigung durch CNC-Bearbeitung vorteilhaft ist und wann 3D-Druck verwendet werden sollte. In diesem Artikel erläutern wir die wichtigsten Unterschiede der beiden Kunststoff-Fertigungsverfahren und schlagen mehrere Fragen vor, die Sie sich stellen sollten, um die richtige Wahl zu treffen.

Zwei Ansätze: Subtraktive und Additive Fertigung

Obwohl die beiden Fertigungsverfahren vergleichbare Ergebnisse liefern können, läuft die Fertigung durch CNC-Bearbeitung und 3D-Druck auf entgegensetzte Weise ab.

CNC-Bearbeitung (subtraktives Verfahren)

Die CNC-Bearbeitung ist ein subtraktives Fertigungsverfahren, bei dem mit einem massiven Kunststoffblock begonnen wird, der durch Abtragen überschüssigen Materials mit Hilfe einer Reihe verschiedener scharfer rotierender Werkzeuge oder Fräser in die gewünschte Form gebracht wird.

Image showing the tool removing the material (top-down)
Bild zeigt ein Werkzeug beim Abtragen des Materials (Top-down-Ansatz)

3D-Druck (additives Verfahren)

Der 3D-Druck ist ein additives Fertigungsverfahren. Das bedeutet, dass das Ausgangsmateriel Schicht für Schicht aufgebaut und nicht wie bei der subtraktiven Fertigung abgetragen wird. Beim 3D-Druck werden zunächst dreidimensionale Objekte durch Auslesen eines virtuellen Computer-Entwurfs erstellt und anschließend mit Hilfe von Material in Filament- oder Pulverform als reales, greifbares Teil angefertigt.

Image shows the part being built layer by layer (bottom-up)
Bild zeigt wie ein Teil schichtweise aufgebaut wird (Bottom-up-Ansatz)

Checkliste zur Wahl zwischen CNC-Fertigung oder 3D-Druck

Wenn Sie vor der Entscheidung stehen, ob Sie Ihre Kunststoffteile mittels CNC-Bearbeitung oder 3D-Druck fertigen lassen wollen, empfehlen wir Ihnen, sich ein paar einfache Fragen zu stellen.

Welche Festigkeit sollte mein Teil haben?

CNC-gefertigte Teile sind isotrop und besitzen normalerweise bessere mechanische und thermische Eigenschaften als durch 3D-Druck hergestellte Teile, die anisotrop sind, da sie schichtweise aufgebaut werden und zwischen deren Schichten strukturelle Schwachstellen entstehen können.

Fazit: Wenn die Festigkeit ihres Teils von großer Bedeutung ist (z.B. bei funktionellen Maschinenbauteilen) sollten Sie die CNC-Bearbeitung wählen. Wenn die Festigkeit zu Gunsten der Ästhetik oder anderer Qualitäten eingeschränkt werden darf ist der 3D-Druck die richtige Anlaufstelle (z.B. für Prototypen).

Wie schnell brauche ich das Teil?

Falls das abgebildete Teil mit ABS angefertigt werden soll, beträgt die Durchlaufzeit für den FDM-3D-Druck bei Xometry durchschnittlich etwa 3-5 Werktage wohingegen die Durchlaufzeit für die Fertigung mittels CNC-Bearbeitung bei 10 Tagen anfangen würde.

Fazit: Wenn das Teil schnell benötigt wird sollten Sie den 3D-Druck wählen.

Wie viele Teile benötige ich?

Die Anzahl der gewünschten Teile ist bei der Wahl des Fertigungsverfahrens von entscheidender Bedeutung. Bei größeren Stückzahlen ist die CNC-Bearbeitung wahrscheinlich günstiger als der 3D-Druck. Bei niedrigen Stückzahlen (unter 10) ist der 3D-Druck besser geeignet und günstiger. Beim Einsatz einfacher 3D-Druckverfahren wie FDM oder SLS mit günstigen Kunststoffen wie ABS, PC oder Nylon, Einzelteilen oder kleine Stückzahlen (identisch und nicht identisch), ist der 3D-Druck zweifellos die bessere Wahl. MJF ist eine weitere gangbare Option für mittlere Stückzahlen, die auch sehr häufig zum Einsatz kommt.

Nun können wir ein Modell als Referenz verwenden, um die Preise der Verfahren auf der Xometry Sofortangebot-Plattform zu vergleichen.

Für dieses Referenzbauteil ist die Kosten-Mengen-Analyse für drei Fertigungstechnologien – CNC-Bearbeitung (ABS), FDM (ABS) und MJF (PA12 Grau) – unten dargestellt. Diese veranschaulicht eindrücklich, wie schnell der Stückpreis bei der CNC-Bearbeitung von ABS abfällt, während er bei FDM gleich bleibt und bei MJF leicht absinkt. Bei großen Chargen (z.B. über 500) wird der Preis der CNC-Bearbeitung von ABS niedriger sein als alle 3D-Druckverfahren, insbesondere bei Teilen, bei denen mehr Material entfernt als gedruckt werden muss.

Fazit: Wählen Sie bei kleinen Stückzahlen den 3D-Druck und bei mittleren bis großen Stückzahlen die CNC-Bearbeitung, da hier die Stückkosten bei größeren Mengen deutlich abnehmen. Der MJF-3D-Druck kommt für mittlere Serien auch in Frage, da mit diesem Verfahren mehrere Teile gleichzeitig gedruckt werden können und somit der Stückpreis verringert werden kann.

Kann mein Entwurf mit subtraktiven Verfahren hergestellt werden?

Freistehende Konstruktionen mit organischen Geometrien können leicht mit Pulverbett-Schmelzverfahren auf Polymerbasis, wie SLS oder MJF hergestellt werden, da sie keine Supportstrukturen benötigen. Wenngleich Supportstrukturen bei FDM und SLA zum Einsatz kommen, können diese später bei der Nachbearbeitung entfernt werden. Die Möglichkeit hochkomplexe Geometrien herstellen zu können gehört zu den Hauptstärken des 3D-Drucks. Für die CNC-Bearbeitung sind bestimmte komplexe Geometrien (z.B. Konstruktionen mit Gitterstruktur) unmöglich herzustellen, da das Werkzeug nicht alle Oberflächen der Komponenten erreichen kann.

A complex design that cannot be produced with CNC machining
Komplexes Design, das nicht durch CNC-Bearbeitung hergestellt werden kann

Fazit: Wählen Sie den 3D-Druck, wenn Ihr Entwurf Merkmale enthält, die nicht durch CNC-Bearbeitung hergestellt werden können.

Welche Größen und Toleranzen werden benötigt?

Die CNC-Bearbeitung liefert letztendlich leistungsstärkere technische Eigenschaften und eine höhere Maßhaltigkeit als der 3D-Druck. Falls Ihr Produkt ein besonderes Design mit engen Toleranzen erforderlich macht, ist der 3D-Druck vielleicht nicht die beste Wahl für mechanisch wichtige Komponenten.

Toleranz Min. Schichtdicke Max. Fertigungsvolumen
CNC  ± 0.025 – 0.125 mm Schnitttiefe 0,01 mm bis 2000 x 800 x 1000 mm
SLS ± 0.3 mm 0.1-1.5 mm bis 340 x 340 x 605 mm
FDM ± 0.3 mm 0.2-0.8 mm bis 914 x 610 x 914 mm
MJF ± 0.3 mm 0.08 mm bis 380 x 284 x 380 mm

Bezüglich der erzielten mechanischen Materialeigenschaften ist die CNC-Bearbeitung den 3D-Druckverfahren deutlich überlegen. In Anbetracht der Anforderungen an Präzisionskomponenten in Bereichen wie Medizin, Luft- und Raumfahrt ist die CNC-Fertigung die beste Wahl, da sie fast keinen Spielraum für Fehler bietet.

Mit Hilfe der CNC-Bearbeitung können außerdem größere Teile als mit gängigen 3D-Druckverfahren wie FDM, SLS oder MJF hergestellt werden.

Fazit: Wählen Sie die CNC-Bearbeitung, wenn Sie enge Toleranzen oder große Komponenten benötigen.

Welches Material brauche ich?

Es gibt einige Kunststoffe, die sowohl bei spanhebenden Verfahren als auch beim 3D-Druck zum Einsatz kommen (z.B. ABS, PA, PC). Der 3D-Druck bietet jedoch eine deutlich größere Auswahl an Polymeren mit  hochentwickelten Eigenschaften. So gibt es beispielsweise spezielle Resins wie CLIP für Carbon DLS und flexible Kunststoffe (TPU), die eine hohe Leistung und Flexibilität bieten – hier ist die CNC-Bearbeitung keine Option.

Fazit: Falls Sie starre Kunststoffe wie ABS, PC, oder PA benötigen, kann sowohl die Zerspanung als auch der 3D-Druck verwendet werden. Bei flexiblen und harzähnlichen Kunststoffen ist der 3D-Druck jedoch die einzige Wahl.

Kurzübersicht

Es gibt keine allgemeingültige Regelung, da beide Fertigungsverfahren sehr fähig und nützlich sind. Die richtige Wahl hängt vom Material, der geometrischen Komplexität, dem Produktionsvolumen und dem verfügbaren Budget ab. In der folgenden Übersicht finden Sie die wichtigsten Informationen zusammengefasst.

Polymer CNC-Bearbeitung 3D-Druck
3D-Druck ⭐⭐⭐
Prototypenentwicklung ⭐⭐⭐
Kosten Günstiger für Mittel- und Großserien Günstiger für Kleinserien
Durchlaufzeit ⭐⭐⭐
Materialauswahl (Polymere) ⭐⭐ ⭐⭐⭐
Komplexität des Designs ⭐⭐ ⭐⭐⭐
Maßgenauigkeit ⭐⭐⭐
Details und Auflösung ⭐⭐⭐ ⭐⭐
Große Teile ⭐⭐⭐

Gut-⭐    Besser-⭐⭐    Am besten-⭐⭐⭐

Verwenden Sie die Xometry Sofortangebots-Plattform, um die Preise zu vergleichen und herauszufinden welches Verfahren für Ihr Projekt am besten geeignet ist.

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