Der Tanz und die Innovation der CNC-Bearbeitung und des Feingussverfahrens.

5. 1.      Vergleich von CNC-Bearbeitung und Feinguss

   In der Metallteilefertigung stehen CNC-Bearbeitung und Guss seit jeher in direkter Konkurrenz zueinander. Um ihre jeweiligen Stärken und Schwächen deutlicher zu machen, wollen wir uns diesen ultimativen Vergleich genauer ansehen und die Daten analysieren.

   • a) Kostenvergleich

   Hinsichtlich der Kosten weisen CNC-Bearbeitung und Feinguss erhebliche Unterschiede auf. Nehmen wir Edelstahl als Beispiel: Präzisions-CNC-Bearbeitung Typischerweise werden nur Materialausnutzungsraten von 30–50 % erreicht, wobei die Bearbeitungskosten pro Teil zwischen einigen zehn und mehreren hundert oder sogar tausend RMB liegen. Daher eignet sich dieses Verfahren eher für die Kleinserienfertigung (weniger als 100 Teile). Feinguss hingegen kann Stückkosten erzielen, die nur ein Zehntel der Kosten der CNC-Bearbeitung betragen (basierend auf Daten aus „Foundry Management & Technology 2022“). Obwohl die Werkzeugentwicklung separate Werkzeugkosten verursacht (von einigen tausend bis über zehntausend RMB), ist sie hervorragend für die Massenproduktion geeignet (insbesondere für Losgrößen über 1.000 Teile).

   • b) Effizienz und Komplexität

   Hinsichtlich Effizienz und Komplexität weisen CNC-Bearbeitung und Feinguss jeweils ihre Stärken auf. Die CNC-Bearbeitung ermöglicht typischerweise die schnelle Fertigung von Prototypen, jedoch verlängert die Bearbeitung komplexer Strukturen wie tiefer Hohlräume, dünner Wände oder interner Kanäle die Bearbeitungszeit erheblich. Beispielsweise erhöhte sich die CNC-Bearbeitungszeit bei einem Bauteil für ein medizinisches Gerät mit interner Wabenstruktur um 300 %. Im Gegensatz dazu kann der Feinguss – obwohl die Herstellung der Wachsmodellform 2–4 Wochen in Anspruch nimmt – komplexe Geometrien in einem einzigen Arbeitsgang erzeugen, wie beispielsweise die Wasserkühlkanäle in Motorblöcken von Automobilen.

   • c) Präzision und Leistung

   Hinsichtlich Präzision und Leistung weisen CNC-Bearbeitung und Feinguss jeweils eigene Merkmale auf. Die CNC-Bearbeitung erreicht Maßtoleranzen von ±0,01 mm (manchmal sogar ±0,005 mm) und eine Oberflächenrauheit von Ra 0,8 μm. Allerdings können beim Bearbeitungsprozess Metallfasern durchtrennt werden, was die mechanischen Eigenschaften des Bauteils beeinträchtigen kann. Feinguss bietet typischerweise eine Präzision von ±0,1 mm und eine Oberflächenrauheit von Ra 6,3 μm. In puncto Präzision ist die CNC-Bearbeitung somit klar im Vorteil.

   2.      Herausforderungen beim Feinguss

   Trotz seiner Kostenvorteile steht das Feingussverfahren vor einigen Herausforderungen: Der Entwicklungszyklus ist relativ lang. Sind während des Gießprozesses lokale Produktänderungen erforderlich, muss die Form angepasst werden, was den Entwicklungszyklus häufig verlängert und die Lieferzeiten beeinträchtigen kann. Hinzu kommen konstruktionsbedingte Einschränkungen. Traditionelle Trennlinienverfahren schränken die topologische Optimierung teilweise ein, da die Produkte unter Berücksichtigung der Entformungsanforderungen konstruiert werden müssen, was sich wiederum auf die Produktleistung auswirken kann.

   3.      Auswahl und Diskussion von Fertigungsstrategien

   Bei unterschiedlichen Produktionsanforderungen ist die Wahl der geeigneten Fertigungsstrategie besonders wichtig. Laut dem Prozessabgleichmodell im Jahr 2023Wohlers ReportWir können die Vorteile und die Anwendbarkeit verschiedener Fertigungstechnologien für unterschiedliche Produktionsvolumina erkennen. Bei Kleinserien mit weniger als 50 Teilen ist die Präzisions-CNC-Bearbeitung aufgrund ihrer Kostenvorteile (gegenüber dem Feinguss) die bevorzugte Wahl. Im mittleren Serienbereich von 100 bis 500 Teilen kann der Feinguss die Gesamtkosten deutlich senken, und zwar um 18 % bis 45 %. Bei der Großserienfertigung liefert der Feinguss in der Regel noch bessere Ergebnisse.

6. 

Präzisions-CNC-Bearbeitung und Feinguss schließen sich nicht gegenseitig aus; vielmehr können sie sich ergänzen und gegenseitig verstärken. Wenn wir in diesem Zusammenhang von CNC-Bearbeitung sprechen, meinen wir im Allgemeinen … CNC-Fräsen oder CNC-Dreh-Fräs-Kombinationsbearbeitung, ausgenommen CNC-Drehen vorerst.

Warum sagen wir das? Beispielsweise müssen Prototypen in den frühen Phasen der Produktentwicklung häufig angepasst werden. In solchen Fällen ist die CNC-Bearbeitung die geeignetste Methode zur Herstellung von Prototypenteilen – bei erforderlichen Designänderungen bietet sie hohe Effizienz und einfache Programmänderungen. Sobald das Design jedoch finalisiert ist und keine weiteren Änderungen am Bauteil mehr nötig sind, kann Präzisionsguss eingesetzt werden, der hohe Effizienz und niedrige Kosten bietet.

Betrachten wir ein weiteres Szenario: die Serienfertigung von Bauteilen mit komplexen Strukturen, bei denen bestimmte Bereiche für die Montage oder die Funktion höchste Präzision erfordern. Wenn Feinguss allein die Präzisionsanforderungen nicht erfüllt und CNC-Bearbeitung allein zu kostspielig ist, wie lässt sich das Problem lösen? Hier bietet sich die perfekte Gelegenheit, beide Verfahren zu kombinieren. Zunächst können die Bauteile im Feingussverfahren hergestellt werden, wobei in den Bereichen mit hohen Präzisionsanforderungen ein Materialüberschuss (Aufmaß) verbleibt. Nach Abschluss des Feingussverfahrens erfolgt die Nachbearbeitung dieser hochpräzisen Bereiche mittels CNC-Bearbeitung. Dieser Ansatz reduziert nicht nur die Kosten, sondern erfüllt auch die geforderten Spezifikationen. CNC-Bearbeitung und Feinguss ergänzen und integrieren sich somit optimal.