Welche Werkstoffe lassen sich nicht CNC-bearbeiten? Was die meisten Ingenieure übersehen.

Die CNC-Bearbeitung ist ein subtraktives Fertigungsverfahren, das häufig zur Herstellung komplexer Bauteile eingesetzt wird. Von Komponenten aus Aluminium und Titanlegierungen in Automobilqualität bis hin zu Kunststoffteilen des täglichen Gebrauchs – CNC-gefertigte Teile sind aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken. Allerdings ist die CNC-Bearbeitung nicht für alle Werkstoffe geeignet. Dieser Artikel beleuchtet die Materialien, die sich nicht für die CNC-Bearbeitung eignen.

Grenzen der CNC-Bearbeitung hinsichtlich der Werkstoffe

CNC steht für „Computer Numerical Control“ und bezeichnet das Fräsen und Bohren von Metall mithilfe schnell rotierender Schneidwerkzeuge. Dieser subtraktive Prozess stellt grundlegende Anforderungen an die Steifigkeit und Hitzebeständigkeit des Materials.

Ist ein Material beispielsweise zu steif, kann dies den Werkzeugverschleiß beschleunigen und die Schnittstabilität beeinträchtigen. Das treibt nicht nur die Kosten rapide in die Höhe, sondern wirkt sich auch auf die Bearbeitungsgenauigkeit der Teile aus.

Beim CNC-Fräsen entsteht durch die Reibung zwischen Werkstück und Schneidwerkzeug Wärme. Ist das Werkstück selbst nicht ausreichend hitzebeständig, kann es sich aufgrund der Wärmeausdehnung verformen. Da CNC-bearbeitete Teile in der Regel hohen Präzisionsanforderungen genügen müssen, ist dieses Ergebnis inakzeptabel.

 

Werkstoffe, die für die CNC-Bearbeitung ungeeignet sind

Werkstoffe, die sich nicht für die CNC-Bearbeitung eignen, sind vor allem aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften, wie z. B. hoher Elastizität und Verbundwerkstoffcharakter, eingeschränkt. In diesem Abschnitt stelle ich verschiedene Werkstoffarten vor und erläutere, warum sie für die CNC-Bearbeitung ungeeignet sind.

Tabelle: Werkstoffe, die für die CNC-Bearbeitung nicht geeignet sind

MaterialienTyp	Materialien	Ursache
Hochelastische nichtmetallische Werkstoffe	Silikon, weiches Polyurethan, TPE (thermoplastisches Elastomer)	Hochelastisch, leicht verformbar
Hochharte, spröde Werkstoffe (Keramik und Glas)	Aluminiumoxidkeramik, Quarzglas, Industrieporzellan, gehärtetes Glas	Spröde, rissanfällig, hoher Werkzeugverschleiß
Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe	CFK (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff)	Abrasiv, Delaminierungsgefahr, Staubgefahr
Extrem weiche und klebrige Metalle	Hochreines Gold, weiches Blei, Zinn	Zu weich, klebt am Werkzeug, verformt sich leicht
Poröse Schäume mit niedriger Dichte	Schwamm, Schaumkunststoffe, geschäumte Materialien	Kompressibel, nicht präzise bearbeitbar
Nicht-homogene Materialien	Naturholz mit Astlöchern, Recyclingmaterialien, laminierte Platten	Ungleichmäßige Dichte, instabile Schnittkraft

Hochelastische nichtmetallische Werkstoffe

Diese Werkstoffe zeichnen sich durch hervorragende Flexibilität und Elastizität aus und werden häufig für industrielle Dichtungen, Schwingungsisolierungen und weiche Konsumgüter eingesetzt. Typische Beispiele sind Silikon, weiches Polyurethan und verschiedene thermoplastische Elastomere (TPE).

LVMA CNC verarbeitet diese Materialien mittels Stanzen oder Spritzgießen.

Ursache: Bei der CNC-Bearbeitung neigen diese Werkstoffe dazu, sich nach außen zu dehnen oder zu verformen, wenn sie den schnell rotierenden Schneidwerkzeugen ausgesetzt sind. Dies führt zu rauen, unebenen bearbeiteten Oberflächen und erschwert das Erreichen der gewünschten Toleranzen.

Hochharte, spröde Werkstoffe (Keramik und Glas)

Obwohl diese Werkstoffe eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit und chemische Stabilität aufweisen, sind ihre Kristallstrukturen extrem spröde und weisen nicht die für Metalle typische Duktilität auf. Gängige Beispiele sind verschiedene Industriekeramiken, Quarz, Dekorporzellan und gehärtetes Glas, das zur Erhöhung seiner Festigkeit wärmebehandelt wurde. Im Vergleich zur CNC-Bearbeitung eignen sich diese Werkstoffe besser für Verfahren wie Wasserstrahlschneiden und Ultraschallbearbeitung.

UrsacheDurch die mechanischen Schnittkräfte der CNC-Bearbeitung können sich leicht mikroskopische Risse an der Oberfläche bilden, die zu Absplitterungen oder gar zum vollständigen Zerbrechen des Werkstücks führen. Zudem kann die hohe Härte des Materials einen vorzeitigen Verschleiß des Schneidwerkzeugs verursachen.

Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe

Es handelt sich um einen neuartigen, leichten Strukturwerkstoff, der durch die Verbindung hochsteifer Kohlenstofffasern mit einer Harzmatrix entsteht. Er findet häufig Anwendung in der Luftfahrt, im Rennsport und bei High-End-Sportgeräten, wo Gewicht und Festigkeit entscheidend sind. Die Verarbeitung dieses Materials erfolgt üblicherweise durch Formpressen und Laserschneiden.

UrsacheKohlenstofffaser weist extreme Abriebfestigkeit auf, wenn CNC-FräsenDies führt zu einem schnellen Verschleiß der Werkzeuge. Darüber hinaus kommt es bei der Bearbeitung häufig zu Delaminationen und Rissen zwischen den Schichten, und der dabei entstehende feine leitfähige Staub stellt eine Gesundheitsgefährdung für die Bediener dar.

Extrem weiche und klebrige Metalle

Aufgrund ihrer inneren Atomstruktur weisen diese Metalle eine extrem hohe Duktilität und eine sehr geringe Druckhärte auf. Da sie im geschmolzenen Zustand gut fließfähig sind, wird typischerweise Feinguss eingesetzt. Bekannte Beispiele hierfür sind Blei, Zinn und hochreines Gold. Sollen dünnwandige Produkte hergestellt werden, kann Stanztechnik angewendet werden.

UrsacheBei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung mit CNC-Werkzeugen bilden diese Metalle nicht nur keine sauberen Späne, sondern werden aufgrund von Hitze und Druck klebrig und haften wie eine dünne Paste an der Schneide. Sie können sich sogar sofort verformen, wenn sie in Schraubstöcken oder Vorrichtungen eingespannt werden, da sie der Spannkraft nicht standhalten.

Poröse Schäume mit niedriger Dichte

Das charakteristische Merkmal dieser Materialien ist ihr mit zahlreichen Lufteinschlüssen gefülltes Inneres. Trotz ihres großen Volumens ist ihre strukturelle Steifigkeit extrem gering, wodurch sie sich stark komprimieren lassen. Gängige Beispiele sind Schaumstoff und Polystyrolschaum. Für eine höhere Schnittleistung empfehlen wir in der Regel Drahterodieren, Laserschneiden oder individuelles Stanzen.

UrsacheBeim Bearbeiten dieses Materials durch ein CNC-Werkzeug führt die Kompression zu einem kontinuierlichen Einsinken. Nach dem Herausziehen des Werkzeugs federt das Material zurück, was zu völlig unkontrollierbaren Schnittmaßen führt. In extremen Fällen kann es aufgrund der durch die hohe Rotationsgeschwindigkeit entstehenden Reibungswärme zu lokalem Schmelzen kommen.

Nicht-homogene Materialien

Diese Materialien weisen aufgrund natürlicher Wachstumsmuster, unsauberer Verarbeitungsmethoden oder Verunreinigungen durch Recyclingmaterialien typischerweise erhebliche Schwankungen in Dichte und Härte auf. Beispiele hierfür sind naturbelassene Baumstämme mit Ästen, recycelte Kunststoffe mit unbekannten Fremdstoffen und Laminatplatten mit ungleichmäßig aufgetragenen Klebstoffschichten. Für solche Materialien empfiehlt sich im Allgemeinen die Bearbeitung mit traditionellen, manuellen Holzbearbeitungsmaschinen bei niedrigen Drehzahlen. Hölzer mit gleichmäßiger Textur hingegen können mittels CNC-Bearbeitung oberflächenbearbeitet werden.

UrsacheWenn eine CNC-Spindel mit hoher Drehzahl läuft und plötzlich von einem Bereich geringer Dichte auf einen harten Knoten oder ein Fremdkörper trifft, steigt die Schnittkraft sprunghaft an. Dieser unvorhersehbare Aufprall kann leicht starke Maschinenvibrationen verursachen oder sogar direkt zu Werkzeugbruch oder Geräteschäden führen.

Abschluss

Die Wahl des richtigen Materials ist für die CNC-Bearbeitung entscheidend. Ist das Material ungeeignet, kann dies zu einer Reihe von Problemen führen, darunter übermäßiger Werkzeugverschleiß, verlängerte Bearbeitungszeiten, Verletzungen und das Nichterreichen der gewünschten Ergebnisse. Die Auswahl des richtigen Materials für Ihr Bauteil ist der erste Schritt bei der CNC-Bearbeitung.

Wenn Sie ein laufendes Projekt haben und sich bei der Materialwahl unsicher sind, klicken Sie unten auf die Schaltfläche, um eine Anfrage zu senden. Die Ingenieure von LVMA CNC analysieren Ihr Bauteil umgehend und geben Ihnen passende Materialempfehlungen.

Häufig gestellte Fragen

Welche Grenzen hat die CNC-Bearbeitung?