JS Precision

Beim Produktdesign stehen Ingenieure und Designer vor einer grundsätzlichen Frage: Sollen feste Objekte aus dem Material „herausgelöst“ oder schichtweise aus dem Material „aufgebaut“ werden?

Genau hier liegt das philosophische Dilemma zwischen subtraktiver Fertigung (präzise CNC-Bearbeitung) und additiver Fertigung (3D-Druck). Beide sind fantastische digitale Fertigungstechnologien, verfügen aber über sehr unterschiedliche Fähigkeiten. Die Wahl des richtigen Verfahrens bedeutet geringere Kosten, höhere Geschwindigkeiten und bessere Produkte. Macht man es falsch, ist es eine Katastrophe für Budget und Zeit.

Dieser Leitfaden führt Sie durch die sorgfältige Abwägung der Vor- und Nachteile der einzelnen Techniken anhand wichtiger Parameter wie Genauigkeit, Kosten und Material, um die optimale Entscheidung für Ihr Projekt zu treffen. Dieser Leitfaden basiert auf realen Fällen und Daten von CNC- Bearbeitungsdienstleistern.

Zusammenfassung der Kernantworten

Warum ist es zuverlässig? Aus der Praxiserfahrung von JS Precision

Um die Zuverlässigkeit eines Prozessvergleichsleitfadens zu beurteilen, ist es entscheidend, zu prüfen, ob er auf praktischer Projekterfahrung beruht.

Mit mehr als 5.000 ausgelieferten Fertigungsprojekten für verschiedene Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, die Medizintechnik und die Automobilindustrie seit der Firmengründung vor acht Jahren hat JS Precision als professionelles CNC-Bearbeitungsdienstleistungsunternehmen enorme Erfahrungen in den Bereichen Präzisions-CNC-Bearbeitung und 3D-Druckanwendungen gesammelt.

Im Bereich der Luft- und Raumfahrt nutzen wir präzise CNC-Bearbeitungstechnologie, um Maßtoleranzen von ±0,005 mm für Strukturteile aus Titanlegierungen zu gewährleisten. Wir haben bereits über 2.000 CNC-Bearbeitungsteile ausgeliefert, die die strengen Qualitätstests der NASA mit Bravour bestanden haben.

In der Medizinbranche bieten wir kundenspezifische CNC-Fertigungsdienste an, um die genauen Anforderungen an Teile für chirurgische Instrumente zu erfüllen, eine Oberflächenrauheit von Ra 0,02 μm zu erreichen und die Zertifizierung für medizinische Qualitätssysteme nach ISO 13485 zu erhalten.

Dieses Tutorial basiert auf unseren eigenen Erfahrungen mit realen Projekten und erläutert die grundlegenden Unterschiede zwischen den beiden Prozessen und warum Sie sich für einen von beiden entscheiden sollten, damit Sie dem Inhalt vollständig vertrauen können.

Der Präzisions-CNC-Bearbeitungsservice von JS Precision basiert auf umfassender praktischer Erfahrung. Senden Sie uns einfach Ihre Teileanforderungen, und wir bieten Ihnen innerhalb von 24 Stunden eine Lösung und liefern schnell konforme CNC-Bearbeitungsteile für Ihr Projekt.

Der Mikron-Krieg: Wer gewinnt in Sachen Maßgenauigkeit?

Nachdem wir die Bedeutung dieses Leitfadens dargelegt haben, konzentrieren wir uns nun auf den Hauptunterschied : die Maßgenauigkeit. Fehler im Mikrometerbereich können sich direkt auf die Leistung des Teils auswirken und gelten daher als häufigste Vergleichsgrundlage zwischen 3D-Druck und CNC-Präzisionsbearbeitung.

Vergleich der Genauigkeit von CNC-Bearbeitung und 3D-Druck

CNC-Bearbeitung: Zuverlässigkeit und höchste Genauigkeit

CNC-Präzision wird durch stabile Werkzeuge, stabile Vorrichtungen und ein Live-Feedback-System erreicht. Abweichungen können in Echtzeit angepasst werden, und die Genauigkeit wird durch die stabile Leistung der Anlage gewährleistet. Die Teile sind isotrop und weisen eine gleichbleibende Präzision der X/Y/Z-Achse auf. Beispielsweise kann der Koaxialitätsfehler von Präzisionslagerringen auf 0,002 mm begrenzt werden, um die Anforderungen an die Hochgeschwindigkeitsmontage zu erfüllen.

3D-Druck: Kontrollierte Präzision

Die Genauigkeit des 3D-Drucks wird durch Schichtdicke, Materialschrumpfung und Maschinenkalibrierung beeinflusst. Eine dünne Schichtdicke ermöglicht eine höhere Genauigkeit, erfordert aber mehr Zeit. Konzeptmodelle oder nicht tragende Komponenten benötigen eine ausreichende Genauigkeit von ± 0,2 mm. Teile, die eine genaue Abstimmung erfordern (z. B. Motorwellenkupplungen), müssen Toleranzen aufweisen und poliert werden.

Fazit: Die CNC-Bearbeitung bleibt der König der absoluten Präzision und Reproduzierbarkeit.

Während die Einzel- oder Serienfertigung mittels CNC-Bearbeitung erfolgt und eine gleichbleibende Präzision gewährleistet, ist die Präzision im 3D-Druck anfällig für Chargen- und Materialabweichungen. Präzise CNC-Bearbeitung ist besser geeignet, wenn bei Projekten sehr hohe Präzision erforderlich ist.

Fünfdimensionaler Entscheidungsrahmen: Schlüsselfaktoren zur Bestimmung von Vor- und Nachteilen

Sobald Sie die Genauigkeitsunterschiede verstanden haben, können wir Ihnen anhand von fünf grundlegenden Dimensionen dabei helfen, zu bestimmen, welcher Prozess für die Anforderungen Ihres Projekts ideal ist.

1. Geometrische Komplexität

• CNC-Bearbeitung: Am besten geeignet für typische Teile wie Prismen und Scheiben. Tiefe Hohlräume (Tiefe über das Fünffache des Durchmessers) und winzige Innenwinkel neigen zum Driften.
• 3D-Druck: Komplexe Strukturen können ohne zusätzlichen Aufwand hergestellt werden. Bionische Strukturen, interne Flüssigkeitskanäle und Gitterstrukturen können in einem Stück gegossen werden.

2. Mechanische Leistungsanforderungen

• CNC-Bearbeitung: Die Materialien der beiden Komponenten sind feinkörnig und weisen eine mechanische Festigkeit auf Schmiedeniveau auf. Durch die Temperaturkontrolle werden innere Spannungen vermieden. Beispielsweise haben Halterungen aus Aluminiumlegierung eine Zugfestigkeit von über 300 MPa.
• 3D-Druck: Die Festigkeit der Z-Achse ist 20–30 % geringer als die der XY-Achse, und es können sich Mikroporen bilden. Durch heißisostatisches Pressen wird die Dichte der Metallteile auf über 99,8 % erhöht.

3. Serienproduktion und Geschwindigkeit

• CNC-Bearbeitung: Die Einzelteilfertigung dauert lange (komplexe Bauteile aus Aluminiumlegierungen ca. 2 Stunden). Die Parallelbearbeitung kann die Zykluszeiten minimieren und eignet sich für kleine bis mittelgroße Chargen von 50–500 Teilen.
• 3D-Druck: Keine Produktionsänderung erforderlich, mehrere Teiletypen können gleichzeitig gedruckt werden. Sehr kleine Produktionsserien von 1-10 Teilen sind hocheffizient, und einfache Kunststoffmodelle können innerhalb von 8 Stunden hergestellt werden.

4. Materialverwertung

• CNC-Bearbeitung: Subtraktive Fertigung, 70–80 % Materialausnutzung. Ein 100 g schweres Produkt aus Titanlegierung benötigt 130–140 g Rohmaterial.
• 3D-Druck: Additive Fertigung mit 10–15 % Abfall in Stützstrukturen und einer Metallpulver-Recyclingrate von etwa 80 %.

5. Anfangsinvestition und Qualifikationsanforderungen

• CNC-Bearbeitung: Fünfachsige Maschinen kosten über 100.000 US-Dollar und erfordern eine Werkzeugbibliothek und spezielle Programmierkenntnisse (wie Mastercam), daher ist die Einstiegshürde hoch .
• 3D-Druck: Die Kosten für die Ausrüstung sind flexibel (Desktop-Geräte kosten zwischen einigen Tausend und mehreren Hunderttausend Dollar für Geschäftsgeräte), aber die Handhabung ist einfach, man muss sich mit Materialien und Nachbearbeitung auskennen.

Geschwindigkeit und Genauigkeit: Die zwei Gesichter des Rapid Prototyping

Während der Forschung und Entwicklung werden die Anforderungen an die Prototypenentwicklung beschleunigt und sowohl präzise CNC-Bearbeitung als auch 3D-Druck finden ihre jeweiligen Anwendungsmöglichkeiten.

CNC-Bearbeitung: Die Abkürzung zum funktionalen Prototyping

Durch CNC-Bearbeitung können Prototypen aus Massenmaterial hergestellt werden. Beispielsweise können Gehäuseprototypen aus Aluminiumlegierungen direkt auf Fallfestigkeit, Wasserfestigkeit und Haltbarkeit getestet werden, um Produktionsfehler zu erkennen, bevor sie auftreten.

3D-Druck: Der Zauberer für Form- und Montageprüfung

3D-Druck ist schnell und kostengünstig. Aussehen, Tastenplatzierung und Montageprüfung lassen sich innerhalb von 24 Stunden zu einem Drittel der Kosten von CNC-Prototypen erstellen. So haben wir beispielsweise gerade den Prototypendruck und die Formprüfung für eine Handyhülle für einen Kunden innerhalb von 24 Stunden abgeschlossen.

Seltene Erkenntnisse: Gemischte Nutzung beschleunigt die Iteration

Gemischtes Verfahren für komplexe Baugruppen: 3D-Druck des Gehäuses und nicht tragender Komponenten, mit präziser CNC-Bearbeitung von Kernkomponenten wie Motorhalterung und Antriebswelle. Dies maximiert die Montagebestätigung und Funktionszuverlässigkeit und beschleunigt die Iteration.

Wenn Sie dringend Produktprototypen benötigen, bietet JS Precision Online-Dienste für CNC-Maschinen an. Sie können Modelldateien online hochladen. Wir empfehlen Ihnen CNC-Bearbeitungs- oder 3D-Drucklösungen basierend auf Ihren Verifizierungsanforderungen und bieten die schnellste Lieferung qualifizierter Prototypen.

Welches Verfahren bietet mehr Materialauswahl?

Das Material beeinflusst die Leistung von Teilen. Die Materialbereiche der beiden Verfahren sind sehr unterschiedlich. Wenn Sie diese Unterschiede kennen, können Sie eine bessere Anpassung an Ihre Anforderungen vornehmen.

Vergleich von CNC-Bearbeitungs- und 3D-Druckmaterialien

CNC-Bearbeitung: Ein Ozean traditioneller Materialien

Die Materialien für die CNC-Bearbeitung sind nahezu unbegrenzt und bestehen aus Metallen (Aluminium, Stahl, Titan), technischen Kunststoffen (POM, PEEK), Verbundwerkstoffen und vielen anderen. Die Leistung basiert auf bewährten Industriestandards und ermöglicht eine genaue Vorhersage der Teileleistung.

3D-Druck: Ein riesiges Meer an Spezialmaterialien

Obwohl die Menge der 3D-Druckmaterialien begrenzt ist, gibt es einige spezielle Arten, darunter lösliche Trägermaterialien, flexible Harze und Hochtemperaturlegierungspulver. Ihre Leistung kann von Standardmaterialien abweichen (beispielsweise ist die Schlagfestigkeit von ABS im 3D-Druck um 15 % geringer), daher müssen die Herstellerangaben berücksichtigt werden.

Wenn Ihr Bauteil aus einem Spezialmaterial besteht, ermöglicht der kundenspezifische CNC-Bearbeitungsservice von JS Precision die Bearbeitung einer Vielzahl von Standardmaterialien. Von Titanlegierungen über PEEK-Kunststoffe bis hin zu Verbundwerkstoffen können wir sie bis zur Teileleistung gemäß den Konstruktionsspezifikationen bearbeiten.

Wirtschaftsspiel: Der Kostenmythos der Kleinserienproduktion

Der Einsatz von 3D-Druck für die Kleinserienproduktion ist nicht automatisch kostengünstiger. Es ist eine Frage der Menge und Komplexität und kann durch die Analyse der Kostenstruktur und des Break-Even-Points ermittelt werden.

Kostenstrukturanalyse

CNC-Bearbeitung: Kosten = (Programmierung + Bearbeitungszeit × Rate) + Materialkosten. Die Kosten steigen schneller mit der Komplexität (einfache Teile dauern etwa 1,5 Stunden, komplexe Teile 8 Stunden).

3D-Druck: Kosten = (Druckzeit × Rate) + Material + Kosten der Nachbearbeitung. Die Komplexität ist keine Variable , die die Kosten stark beeinflusst (der Zeitunterschied für Teile gleicher Größe beträgt etwa 10 %).

Break-Even-Punkt

Die CNC-Bearbeitung ist mit hohen Einrichtungskosten (und Programmierkosten) verbunden, die sich jedoch mit zunehmender Produktionsleistung amortisieren. 3D-Druck hingegen hat geringere Einrichtungskosten, und beide Verfahren erreichen zwischen 50 und 100 Stück eine Gewinnschwelle. Unterhalb dieser Zahl ist 3D-Druck wirtschaftlich, darüber hinaus ist CNC-Bearbeitung rentabel.

Um die tatsächlichen Kosten für kleine Produktionsmengen zu ermitteln, bietet JS Precision transparente CNC-Bearbeitungspreise . Laden Sie einfach Ihr Teilemodell und Ihre Mengenanforderungen hoch. Wir vereinfachen die Programmierung, Bearbeitung, das Material und andere Kosten, damit Sie die kostengünstigste Produktionslösung finden.

Wie wählen Sie? Nachbearbeitungsalternativen zwischen 3D-Druck und CNC-Bearbeitung

Die Nachbearbeitung beeinflusst das Aussehen und die Leistung des Teils. Die Anforderungen der beiden Vorgänge sind sehr unterschiedlich, daher müssen Kosten und Aufwand der Nachbearbeitung bei der Wahl abgewogen werden.

CNC-Bearbeitung: Bereichert Funktionalität und Aussehen

• Entgraten: Vermeidet Kratzer und Montageprobleme.
• Sandstrahlen/Polieren: Bessere Oberflächenstruktur (matt/spiegelglatt).
• Eloxieren/Galvanisieren/Lackieren: Bessere Korrosionsbeständigkeit und Optik.

Die Abläufe sind gut entwickelt, kostengünstig und haben nur minimale Auswirkungen auf die Teilegröße.

3D-Druck: Der entscheidende Prozess vom „Rohling“ zum „Teil“

• Stützenentfernung: Muss mit Spezialwerkzeugen und Verbrauchsteilen durchgeführt werden.
• Nachhärtung: Harzgegenstände müssen UV-Bestrahlung unterzogen werden, um eine ausreichende Festigkeit zu erreichen.
• Spannungsabbau/Heißisostatisches Pressen: Löst innere Spannungen in Metallkomponenten und erhöht die Dichte.
• Oberflächenglättung: Korrigiert die Schichtkörnung (Dampfglättung, Schleifen).

Die Nachbearbeitung ist zeitaufwendig und kann bis zu 30 % der Kosten verschlingen.

Falls die Nachbearbeitung ein Problem für die Teilequalität darstellt, umfasst der CNC-Bearbeitungsservice von JS Precision Nachbearbeitungsverfahren wie Entgraten und Eloxieren basierend auf den Teileanforderungen, um zu gewährleisten, dass die gelieferten Teile Ihren Anforderungen entsprechen, ohne dass eine zusätzliche Nachbearbeitung erforderlich ist.

Starke Kombination: Wie CNC und 3D-Druck in der Hybridfertigung zusammenarbeiten

Die beiden Ansätze ergänzen sich, ihre Kombination kann Einschränkungen überwinden und „Design ist Produkt“ ermöglichen.

Beste Kombinationsbeispiele

• 3D-Druckkörper + CNC-Finishing: Beispielsweise können bei konformen Kühlkanälen in Formeinsätzen nach dem 3D-Druck durch präzise CNC-Bearbeitung die O-Ring-Nuten fertiggestellt werden, wodurch die Kühleffizienz um 40 % erhöht wird.
• 3D-Druck komplexer Merkmale + CNC-Basiskomponenten: Beispielsweise wird bei Triebwerksschaufeln die Basisform CNC-gefräst, und es gibt additiv im 3D-Druck gefertigte Kühlrippen, die sowohl für Stabilität als auch für Kühlung sorgen.

Wert: Prozessbeschränkungen durchbrechen

Durch die Hybridfertigung können Designer detaillierte Strukturen erreichen, die mit herkömmlichen CNC-Maschinen nur schwer zu bearbeiten sind, bei denen jedoch die Genauigkeit und Integrität kritischer Teile gewährleistet ist, wodurch eine „designorientierte Fertigung“ erreicht wird.

Fallstudie: Wie JS Precision Drohnenmotorhalterungen mit einem Hybridansatz entwickelt

Kundenprobleme

Ein Drohnenhersteller benötigte eine leichte, hochfeste Motorhalterung aus Titanlegierung. Der ursprüngliche Entwurf verwendete herkömmliches CNC-Fräsen, wies jedoch zwei kritische Probleme auf:

Erstens lag das Gewicht des Bauteils mit 450 g über dem zulässigen Höchstgewicht für Drohnen. Zweitens wies das Design zur CNC-Bearbeitung zahlreiche redundante Strukturen auf, was zu unnötiger Steifheit der Halterung, Materialverschwendung und langen Bearbeitungszeiten führte. Die Kosten für eine einzelne Einheit lagen bei über 200 US-Dollar, und der Kunde verlangte nach einer optimalen Fertigungslösung.

JS Precision Solution

Topologisch optimierte Halterung mit hohler Gitterstruktur und einer minimalen Wandstärke von 1,2 mm (schwierig mit herkömmlicher CNC-Bearbeitung zu bearbeiten). Hybridfertigung eingesetzt:

Schritt 1 (3D-Druck):

Der optimierte Halterungskörper wurde integral im SLM-Metall-Lasersinterverfahren hergestellt. Es wurde Titanlegierungspulver mit einer Schichtdicke von 50 μm verwendet. Die resultierende Teiledichte betrug 99,5 %, und das Ausgangsgewicht lag bei ca. 220 g. Nach dem Druck wurde eine Wärmebehandlung zum Spannungsabbau durchgeführt, um die inneren Spannungen zu beseitigen.

Schritt 2 (CNC-Präzisionsbearbeitung):

Die CNC-Bearbeitung erfolgte durch die Bearbeitung des 3D-gedruckten Rohlings auf einer fünfachsigen CNC-Maschine. Besondere Sorgfalt wurde bei der Bearbeitung der Schnittstelle zwischen Motor und Rumpf angewendet. Die Bearbeitung erfolgte mit einem Hartmetallfräser bei einer kontrollierten Drehzahl von 8000 U/min. Die Ebenheit der resultierenden Schnittstelle betrug 0,003 mm, mit einem Positionsfehler von weniger als ±0,01 mm, was die einfache Montage mit Motor und Rumpf ermöglichte.

Vergleich der Ergebnisse

• Gewicht: Die erste CNC-Lösung wog 450 g, während die Hybridlösung von JS Precision für das letzte Teil ein Gewicht von nur 200 g erreichte, eine Reduzierung um 55 % innerhalb der Gewichtsgrenze der Drohne.
• Kosten: Die erste Lösung kostete mehr als 200 US-Dollar pro Teil. Durch die Reduzierung von Materialverschwendung und Bearbeitungsaufwand konnten diese Kosten mit der Hybridlösung auf 140 US-Dollar pro Teil gesenkt und die Herstellungskosten um 30 % gesenkt werden.
• Vorlaufzeit: Die konventionelle Lösung benötigte 8 Stunden für die Bearbeitung eines Teils. Der Hybridansatz erforderte 4 Stunden 3D-Druck und 2 Stunden CNC-Bearbeitung, wodurch die Gesamtzeit um 4 Stunden verkürzt und die Vorlaufzeit proportional reduziert wurde.
• Leistung: Die mechanischen Tests bestätigten, dass die mit der Hybridlösung hergestellte Halterung im Vergleich zur ursprünglichen Lösung eine um 18 % verbesserte Dauerfestigkeit aufwies und auch ihre Steifigkeit den Konstruktionsanforderungen entsprach.

Kundenreferenz: „JS Precision hat uns nicht einfach CNC oder 3D-Druck angeboten, sondern eine bahnbrechende Hybridlösung. Dadurch wurde uns klar, dass wir bei der Wahl eines Fertigungspartners auf dessen Systemstärken bei der Lösung schwieriger Herausforderungen setzen.“ Die Praxis, die Effizienz der Lieferkette durch Technologie zu optimieren, wurde auch schon früher von TechBullion bemerkt und darüber berichtet.

Häufig gestellte Fragen

F1: Wird der 3D-Druck die CNC-Bearbeitung langfristig ersetzen?

Nein. Ihre Dynamik ist komplementär, nicht verdrängend. 3D-Druck erweitert die Grenzen des Machbaren und ermöglicht komplexe Geometrien, die mit konventioneller CNC-Bearbeitung nicht möglich sind. Die CNC-Bearbeitung behält weiterhin die Oberhand über Präzisions-CNC-Bearbeitung, Bearbeitungsgeschwindigkeit für Standardmaterialien und mechanische Eigenschaften.

F2: Was ist besser für Endverbrauchsteile mit geringem Volumen geeignet?

Dies hängt maßgeblich von der Geometrie des Teils ab. Bei einfachen Teilen (z. B. Prismen oder Scheiben) ist CNC-Bearbeitung vorzuziehen, da sie höhere Präzision, Oberflächengüte und homogene Materialeigenschaften bietet. Bei komplexen Teilen (z. B. Strömungskanälen oder Gitterstrukturen) ist 3D-Druck die bessere Wahl. Ab einer Teilemenge von 50–100 Stück (Break-Even-Punkt) ist CNC-Bearbeitung in den meisten Fällen kosteneffizient.

F3: Welches Verfahren sorgt für eine bessere Oberflächenbeschaffenheit?

CNC-Bearbeitung erzeugt eine glattere Oberfläche mit einer Oberflächenrauheit (Ra) von nur 0,8 μm nach der Bearbeitung und sogar einer Spiegelglanzoberfläche von 0,02 μm nach dem Polieren. 3D-Druckteile weisen aufgrund des schichtweisen Aufbaus Schichtspuren und eine Oberflächenrauheit von 3,2–12,5 μm auf. Um eine Oberflächengüte zu erreichen, die der CNC-Bearbeitung entspricht, ist eine Nachbearbeitung mit Techniken wie Dampfglättung und Polieren erforderlich.

F4: Ich habe nur eine STL-Datei. Kann sie CNC-bearbeitet werden?

Ja, allerdings mit Problemen. STL-Dateien sind triangulierte Netzmodelle und müssen zunächst in bearbeitbare CAD-Modelle (z. B. STEP-Format) konvertiert werden, bevor CNC-Werkzeugwege für die Bearbeitung generiert werden können. Der Konvertierungsschritt birgt potenzielle Fehler, die die Integrität von CNC-Bearbeitungsteilen beeinträchtigen können. JS Precision empfiehlt, zunächst die Original-CAD-Datei bereitzustellen.

Zusammenfassung

Wo Präzisions-CNC-Bearbeitung und 3D-Druck aufeinandertreffen, gibt es keine allgemeingültige Lösung. Fakt ist: Der ideale Prozess ist der, der am besten auf die spezifischen Anforderungen Ihres Projekts zugeschnitten ist. Das Verständnis der jeweiligen Stärken und Grenzen der jeweiligen Technologien ist heute Fertigungskompetenz.

Sie müssen bei der Entscheidungsfindung nicht alleine ringen. JS Precision ist als Partner für die digitale Fertigung des gesamten Prozesses nicht nur ein Spezialist für CNC-Bearbeitung auf höchstem Niveau, sondern auch ein erfahrener Anwendungsberater für 3D-Druck.

Ganz gleich, ob es um die Herstellung von CNC-bearbeiteten Teilen oder um ein Online-Angebot für CNC-Maschinen geht: Mit unseren professionellen Dienstleistungen und unserem ehrlichen Ansatz helfen wir Ihnen, die optimale Fertigungslösung zu finden und Ihr Produkt schnell vom Entwurf bis zum Qualitätsteil zu entwickeln.