#017 CNC Spannvorrichtungen 3D-drucken: Wann der Aluminiumklotz überflüssig ist

Torsten: Ja, hallo und herzlich willkommen zurück zum Podcast 3D-Druckwissen. Es ist mal wieder Sonntag, ist schon wieder eine Woche rum. Für mich ging es schnell. Ich weiß nicht, wie es bei euch ist. Ich freue mich auf jeden Fall, mal wieder eine Runde 3D-Druckwissen weiterzugeben. Und ja, was hat mich diese Woche beschäftigt bzw. was kann ich eigentlich diese Woche mal dazu geben? Da will ich einfach mal so eine blöde Frage stellen, wenn ihr z.B. eine Frays-Vorrichtung für 20 unterschiedliche Teile, also ihr Projekt, eine Vorrichtung und es sind 20 unterschiedliche Teile und ihr braucht für alle 20 Teile eine Vorrichtung, eine Spannhilfe oder wie auch immer. alles unterschiedliche Teile.

Fräst ihr oder druckt ihr die teilweise? Weil das ist ja wirklich die Fragestellung. Für 20 verschiedene Teile, jedes Teil nur ein Stück, geht ihr in den Aufwand und macht euch Aluminiumklötze. Oder ist für euch vielleicht auch schon ein Mittel der Wahl, dass ihr euch 3D-Druckvorrichtungen druckt, die vielleicht auch wirklich nur für ein, zwei Teile halten müssen. Und das ist eigentlich so eine Frage. die meisten machen nur das, was sie selber haben, ob das sinnvoll ist oder nicht.

Das bedeutet, wenn da eine Fräse da ist, dann machen die meisten auch Fräsvorrichtungen. Und das Problem, was ich sehe, ist, dass die meisten gar nicht auf die Idee kommen, eventuell ein anderes Verfahren zu machen. Zum Beispiel für den 3D-Druck. Also wenn ein typischer Fräser, der Fräsvorrichtungen macht und der sein Leben lang seine Vorrichtung immer mit aluminiumweiche Backen und ähnliches gemacht hat, vielleicht nutzt er auch das eine oder andere Mal einen Kunststoffblock, weil der gerade da rumliegt, irgendwelche Reststücke oder irgendwas.

Dann wird er erst noch konstruiert. weil die brauchen ja irgendwo ein Programm und ich rede jetzt nicht davon einfach nur irgendwo eine Bohrung rein machen oder ein rundes Loch, damit ich ein rundes Teil spannen kann. Ich glaube dafür gibt es genug Spannmittel. Mir geht es darum, Spannmittel. Es gibt zum Beispiel einen Gießblock, also ein Gussblock oder es gibt ein 3D gedrucktes Teil. Das ist zum Beispiel so ein Fall, den ich jetzt diese Woche habe.

Ich muss eigentlich eine Menge Teile, die wir gedruckt haben, die keine gerade Anlagefläche haben, egal wo. Es gibt sie nicht. Die Teile sind nun mal aus dem 3D-Druck. Warum 3D-Druck? Warum fräst man die Teile nicht? Ja, weil das nun mal von der Geometrie, ich will mal sagen, sind bionisch anmutende Teile. Es sind jetzt nicht voll bionische Teile, aber es sind sehr leicht Bauteile, wo der 3D-Druck natürlich optimal für ist.

Und jetzt geht es darum, jetzt brauchen diese 3D-Druckteile aus Aluminium, brauchen jetzt natürlich auch eine gewisse Präzision. Da sind Passungen drin, da sind Flanschflächen dran. Die brauchen wirklich eine Präzision am Bauteil, irgendwo Richtung ISO 2768 fein, also im Bereich so ein Zehntel bei den meisten Größen, die wir da haben und längern. Und da ist ja die Frage, wie fertigt man die jetzt auf einer Fräse?

Also drucken können wir es nicht, jetzt müssen wir die ja irgendwie spannen. Und es gibt keine gerade Fläche. Jetzt kann ich mir überlegen, ich konstruiere mir jetzt irgendein Design und dann muss ich eigentlich bei Aluminium, wenn ich mir zum Beispiel Backen baue aus Aluminium, muss ich mir eine Menge Material eigentlich für die Teile bestellen, weil das sind acht verschiedene Teile, nämlich eine rechte Seite, eine linke Seite und dann noch verschiedene Geometrien.

Das bedeutet mit einer Spannvorrichtung komme ich gar nicht aus. Und wenn ich das alles im Aluminium, herkömmlich gefrästen Bauteilen, wenn ich das alles mache, brauche ich eine Menge Material, was ich bestellen muss. Dann muss ich die Vorrichtung, ich muss eine Menge Teile erst mal fräsen, bevor ich überhaupt irgendwie irgendeinen Teil gespannt bekomme. Und der Aufwand dafür, der ist doch relativ hoch.

Und ich habe mich jetzt entschieden, dass die meisten Teile werden bei mir jetzt, weil wir die Möglichkeit haben, also ich habe hier die Möglichkeit zu fräsen, wir haben eine Fräse. oder sie zu drucken in verschiedenen Verfahren. Also da steht mir alles intern zur Verfügung. Und hier habe ich mich ganz bewusst dafür entschieden, dass wir die Spannvorrichtung drucken aus dem Kunststoff. Also Kunststoffmaterial drucken, weil ich dort die Geometrie der Bauteile optimal erfassen kann und die dann nachher da einlegen kann, mir Spannvorrichtungen da reinbauen kann und da super flexibel bin, auch was die eigentliche Geometrie angeht.

Denn wenn ich die Vorrichtung, die ich da brauche, auf einer CNC-Fräse bearbeite, da muss ich eigentlich anfangen, gesamte Teil, die gesamte Vorrichtung abzuzahlen. Nämlich in der Geometrie der Bauteile. Und dieses Abzeilen, das dauert auch ewig. Es ist ein Riesenaufwand, zerspannt auch viel Material und es ist tatsächlich in dem Moment nicht nur einfacher, also es nimmt Komplexität raus. Es ist nicht ungenauer. weil die Genauigkeit an der Stelle nicht erforderlich ist. es nachher auf der Fräse drauf ist, richtet man das ja aus, nimmt sich ein definierter Nullpunkt und so weiter.

Kleine Ungenauigkeiten nimmt das Bauteil ja nachher oder die Fräse, der Nullpunkt der Gesetze, nimmt ja eine gewisse Ungenauigkeit auch noch raus. Und das ist eigentlich das, wo ich immer wieder sehe, ich habe alle Möglichkeiten und ich kann jedes Mal entscheiden, fräse ich das oder drucke ich das. Und es gibt einfach so oft die Momente, wo wir drucken statt fräsen. Und für alle die, die vielleicht nur eine Fräse haben, die kommen gar nicht erst dahin.

Und da gibt es ja das berühmte Zitat von Henry Ford, wer immer das tut, was er kann, bleibt immer das, was er ist. Das bedeutet, diejenigen, die immer nur das tun, was sie können und eigentlich nichts anderes mal probieren oder sich auch in keine anderen Gefilde wagen. keine anderen Überlegungen anstellen, keine anderen Versuche anstellen oder irgendwas. Sie werden immer da bleiben, wo sie sind. diejenigen, die fräsen heute auch diese teuren Vorrichtungen, die zeilen die auch ab, weil sie a. entweder es nicht kennen oder weil sie einfach dem anderen nicht vertrauen.

Und da ist ja die Frage, wie bekomme ich in solche Sachen eigentlich Vertrauen? Da muss ich einen Partner haben. mit dem ich das mal diskutieren kann, der die Situation versteht für die Spannmittel. Aber warum muss ich denn für ein Spannmittel, was vielleicht wirklich nur zwei, drei, fünf Teile lang verwendet wird, warum muss das eine hochwertige Aluminiumvorrichtung sein? Die muss drei, vier, fünfmal funktionieren und dann ist der Auftrag weg.

Das ist ja nur mal im 3D-Druck zum Beispiel oft so. Das ist in anderen Prozessen auch so. Ich Fräsen macht ja auch eine niedrige Stückzahl. Also es ist ja nicht so, dass im Fräsen nicht die Stückzahl eins. Werkzeugbau oder ähnliches vorkommt. Wobei im Werkzeugbau sind natürlich Platten vorwiegend. Also es sind ja eckige Geometrien und da können Spannstücke und Spanzsangen und so. Da kann man ja wunderbar solche Geometrien mit Aber sobald das eine Geometrie ist, die nicht irgendwie über parallele Flächen oder runde zylindrische Flächen gespannt werden kann, fangen ja eigentlich die Probleme an.

Und das Gleiche gilt für CNC-Spannvorrichtungen, das gilt für Montagevorrichtungen, das gilt für Hilfsvorrichtungen, ähnliches. Also es geht immer die Frage, wann tue ich was? Und nicht, ich habe das schon immer so gemacht und reflexartig, dass die Leute, ich habe immer gefräst, das funktioniert, ich beherrsche das Thema. Natürlich, diejenigen, die es schon immer so machen, die beherrschen das Thema so.

Aber es ist immer die beste und die wirtschaftlichste Lösung. Sag ich nein. Ich sag aber auch umgekehrt nicht, ist 3D-Drucken immer die Lösung? Na definitiv auch nein. Sondern die Möglichkeit, und das will ich ja immer wieder auch in meinem Podcast und in anderen Dingen hervorbringen und aufzeigen, ist natürlich in dem Moment, wo ich eine neue Möglichkeit habe und es als Möglichkeit sehe, öffnen sich für mich ja auch neue Dinge, die ich anders machen kann, wo ich eine andere Wirkung habe.

Ich nehme, so wie ich vorhin sagte, nehme Komplexität eventuell aus meinem Prozess, denn ich kann komplexe Teile unheimlich gut drucken. Natürlich kann ich die fräsen. Also das ist durchaus möglich. Aber wie komplex ist es, das zum Beispiel zu programmieren? Wenn ich einen Teil komplett abzeilen muss, muss ich ja vorschruppen, dann muss ich nochmal Kontur nachschruppen und dann muss ich das Ganze irgendwie abzeilen, damit ich eine Freiformgeometrie da rein bekomme.

Das ist ja recht aufwendig. Das ist wirklich aufwendig. Und da ist die Frage, ist das Fräsen an der Stelle wirklich das, was sinnvoll ist? Und unabhängig davon sag ich immer, wenn man bewerten möchte, wann druck ich, dann ist auch nur die Frage, in welchem Material. kann ich ja teilweise Vorrichtungen, kann ich ja im FDM machen. Wenn ich wirklich Stückzahl 1, 2, 3, 5, 10… Da kann durchaus ein FDM Bauteil völlig ausreichen.

Dann geht es ja die Kräfte, wirken. Also wie viel Kräfte muss ich eigentlich aushalten? Im CNC-Bereich ist ja die Frage, habe ich einen dicken Klotz, der zwar eine Freiformgeometrie hat, nehmen wir mal so ein großes Pumpengehäuse oder irgendwas, oder ist es nur eine feine filigrane Aluminium Bauteil, wo ich allgemein auch nicht so hart mit dem Fräser dran gehen, weil das sind ja alles so Dinge wie, welchen Vorschub habe ich, welche Fräsergröße habe ich, welches Material muss ich zersparen, also habe ich eher weiches Material oder eher hartes Material und das geht ja im Prinzip nachher da rein in die mechanische Belastung einer Vorrichtung, also welche mechanische Belastung muss ich eigentlich aushalten.

Also neben der Stückzahl Grundsätzlich ist ja dann die Frage der mechanischen Belastung, also eine Dauerbelastung. Habe ich Reibung, ich Verschleiß, habe ich eine Klemmwirkung, brauche ich feste Anschläge und so weiter. Das bedeutet, da geht auch wieder rein, welches Material muss ich spannen, bearbeiten, montieren, wie scharfkantig sind die, wie glatt sind die Teile, wie viel Spiel habe ich zur Verfügung.

Das ist ja auch je nach Vorrichtung. muss ich mir auch überlegen, muss das sehr stramm und fest sitzen oder reicht einfach eine grobe Positionierhilfe? Und auch da kann man dann wieder überlegen, ist es das Fräsen oder reicht ein Druck, reicht ein FDM Druck, reicht ein SLS Druck, reicht eventuell auch, das kann man ja auch kombinieren, wenn ich eine Menge freier Flächen habe, aber ich brauche zum Beispiel, ich möchte zum Beispiel auf einer Fräse auf Nullspannsystem das Ganze spannen, dann und das wiederverwenden, zum Beispiel für spätere Sachen.

Also ich sage, da kommen zwar nicht viele Teile, da lohnt sich ein Druckteil, aber es kommen im Jahr fünfmal, dieser Auftrag kommt fünfmal. Und dann kann ja sein, dass ich beim nächsten Mal zur einfacheren, schnelleren Positionierung durchaus mir hinten auf die Rückseite der gedruckten Vorrichtung eventuell Nullspannsystemen dranbaue oder zumindest die Bohrungen für die Füße, für die Klemmsysteme.

Und die müssen vielleicht wieder sehr präzise sein. Dann könnt ihr sein, dass ich mir die Vorrichtung drucke, das Teil umdrehe, einmal kurz auf eine Fräse gehe. Das ist ja meist so, dass man diese zum Beispiel so ein hunderter Raster für so Nullspannsysteme, die sind ja in den meisten Programmen oder in den meisten CNC-Maschinen schon vorhanden, weil die brauche ich ja fast täglich. Und dann nehme ich mir nur einen Nullpunkt, hole mir einen Nullpunkt meines gedruckten Teils, packe dort meine Nullspannvorrichtung, meine vier Bohrungen rein, drehe dann dort meine vier Nullspannzapfen rein.

Und dann bin ich ja auch für solche Sachen gerüstet. Das ist ja, also man kann ja auch kombinieren. Drucken plus Fräsen oder ich habe bei einer Messvorrichtung zum Beispiel. Ich brauche für eine Messmaschine eine Messvorrichtung. Da kann ja durchaus sein, dass ich an manchen Stellen eine gewisse Präzision brauche. Das ist ja völlig okay. Ich kann ja dann komplex erstmal die Teile drucken und Dann gibt es ja zwei Möglichkeiten. kann gedruckte Teile, zum Beispiel SLS-Teile oder sowas, ich ja auch durchaus abfräsen.

Also wenn ich die Vorrichtung habe, das heißt ich nehme die Komplexität raus, indem ich Freiformflächen und ähnliches vorher drucke und dann nehme ich die Komplexität raus und mache dann vielleicht dort Metallstifte rein und die Metallstifte da wo Anschläge sind zum Beispiel, die Metallstifte da bohre oder fräse ich mir jetzt passend Löcher. wo die Stifte sauber drin sitzen, ich vielleicht von hinten mit einer, also es gibt ja auch Passstifte mit Zentrierbohrung oder mit Gewindebohrung innen, die ich dann wirklich in einer Tiefe definiere, also wirklich den Kunststoff dann fräse und zwar nur die Bohrung, die ich für die Anschläge brauche.

Und dann habe ich kombiniert meine Freiformflächen, die relativ aufwendig sind zum Beispiel zu fräsen, mit der Präzision von Fräsmaschinen grundsätzlich, aber nur noch an den Stellen, wo die Präzision auch erforderlich ist, nämlich zum Beispiel an den Anschlägen. Und so habe ich die Anschläge auch, was so ein Verschleiß angeht, ich dann die Anschläge auch sauber verschleißfest, gegen die immer wieder geschlagen wird, weil da ist ja dann dieser Passstift zum Beispiel drin, den ich dort mit einer Schraube arretiert habe, der aber auf eine CNC-Maschine in den Toleranzbereich gebracht wurde, der benötigt wurde.

Also wie man es gibt da keinen schwarz und weiß. Es gibt auch Dinge, wenn ich jetzt sage, ich bin in einer Serienfertigung und ich habe schweren Stahl zu bearbeiten und solche Dinge, wo wirklich Kräfte auch in die Werkzeuge, auch die Fräser und der Vorschub und das alles, das erzeugt ja auch Kräfte. Und da will ich ja auch nicht sagen, dass Kunststoff immer die beste Lösung ist. Da kann man ja auch je nachdem, je nach Größe und so weiter, kann man ja auch darüber nachdenken, ob wir zum Beispiel Spannelemente aus Werkzeugstahl fertigen, die aber dann eine Geometrie vom Bauteil besitzen.

Also da wird dann die Freiformgeometrie trotzdem gegen den Tisch gedrückt. Aber ich habe jetzt zum Beispiel eine gewisse Freiformgeometrie und drucke ich mir im Werkzeugstahl. Da können wir auch super verschleißfest Vorrichtungen bauen oder Backen bauen, die sehr verschleißfest sind, aber trotzdem duktil. Zum Beispiel im 1.2709 haben wir durch den hohen Nickelanteil super duktile Bauteile, trotz dass wir sie gegen 54 Rockwell härten können.

Also da ist wirklich, man muss einfach überlegen, was bringt einen jetzt an welcher Stelle weiter und wovor ich einfach, was heißt, ich möchte nicht davor warnen, aber ich möchte einfach mal, dass jeder darüber nachdenkt, der mit Vorrichtungen, egal ob Montagevorrichtung, Fräsvorrichtung, Halteverrichtung oder was auch immer, wer damit zu tun hat dass das richtige Medium und das richtige Mittel an vielen Stellen einen einfach weiterbringt.

Und gerade beim Fräsen, machen es ja beides, ich habe wirklich lange überlegt, fräse ich mir meine Vorrichtung für diese 3D gedruckten Aluminium Bauteile, die wir jetzt CNC nach bearbeiten müssen fräsen oder drucke ich mir diese Vorrichtung. Und am Ende bin ich bei Drucken gelandet, aufgrund der Geometrien und der Vorschübe und alles, was ich da brauche, wird das funktionieren. Aber es gibt mir sehr viel Freiheit oder auch von der Konstruktion, wenn ich die Geometrie fertig konstruiert habe und die dann auf den Drucker schiebe.

Selbst wenn die Geometrie an der einen oder anderen Stelle noch nicht hundertprozentig passt, dann kann ich ja immer noch, das ist ja nur eine kleine Vorrichtung, ist ja nur Kunststoff, dann kann ich ja immer noch mit einer Feile an der einen oder anderen Stelle auch den Kunststoff ein bisschen nachbearbeiten. Das ist dann zusätzlicher Arbeitsgang, ja, aber am Ende, wenn das nur drei Teile. sind, die die Vorrichtung überleben muss, dann ist das absolut probiates Mittel, das so zu machen.

Also für mich nimmt es wirklich Komplexität aus dem ganzen Prozess. Ich druck mir die Teile, leg die Teile ein, ich schaue, ob das Ganze passt und funktioniert. Ich pack es auf eine Maschine, hab mir entsprechende Klemmvorrichtungen vorbereitet oder Schraublöcher oder so in der Vorrichtung schon und teilweise habe ich auch schon Nullpunkt-Systeme mit vorbereitet. so dass ich die relativ gut und einfach auf der Fräse platzieren kann und dann spann ich meine Bauteile, hol mir Nullpunkt vom Bauteil und dann leg ich los.

Und das ist einfach was, auch so eine Hybridlösung gegebenenfalls mit Passstiften oder, wie ihr seht, man kann da wirklich viel rausholen und es geht ja immer dadrum, den 3D-Druck mehr als weiteres Fertigungsverfahren, als weitere Technologie sich und seine Prozesse zu nutzen und das zu entdecken und nicht einfach zu sagen 3D Druck ist so ein Prototypen Maker-Ding für zu Hause oder was auch immer selbst wenn es ein FDM Druck ist der in manchen Vorrichtungen völlig ausreichend ist.

Er funktioniert und er funktioniert zu sehr gutem Preis-Leistungsverhältnis für jetzt Einschränkung einfache Dinge nicht die hohen Belastungen also man kann so ein FDM Teil vielleicht nicht mit fünf Tonnen Schraubstockspannkraft oder sowas da zudrücken. Man muss ein bisschen aufpassen mit Emulsionen, welchen Kunststoff, da kommt es jetzt wieder drauf an, welche Emulsion hat man, aber auch da ist die Frage, über welche Zeit.

Wenn ich nur drei Teile bearbeiten muss, dann hält fast jeder Kunststoff die Emulsion stand. Natürlich, wenn ich da tausend Teile mache und die Spannbacken sind die ganze Zeit mit der Emulsion umgeben. dann kann es auch sein, je nach Kunststoff, dass einige Kunststoffe sich dann auch anfangen weich zu werden, aufzulösen, aufzuquellen oder was auch immer. Aber auch dafür gibt es Lösungen. haben Imprägniermittel und die, die sehr chemisch beständig sind, wo wir Dickbeschichtungen auftragen können und so was noch mal, die dann auch emulsionsbeständig sind.

Also so wie ich sage, das ist aufgrund der Varianz und der Vielschalt, die wir in unserem Portfolio haben, können wir auf viele Dinge auch reagieren. Und das will ich wirklich jedem nur mitgeben. macht euch da Gedanken und zu guter Letzt vielleicht auch noch mal zwei, drei Praxisbeispiele. Wir machen ja nicht nur für uns selber intern Vorrichtungen, sondern auch für externe Unternehmen und gerade so im Bereich Spannvorrichtungen für Schweißvorrichtungen, also Schweißen, Montage oder sowas.

Es gibt sogar Firmen, die fast ausschließlich für diese ganzen Halteteile, also die die Positionierteile, die fast ausschließlich 3D-Druckteile verwenden. Warum? Weil sie die relativ einfach konstruieren können. Oft mit bulschen Operationen, also relativ einfache konstruktive Maßnahmen, also legen sich das Bauteil dahin, ziehen sich an verschiedenen Stellen, wo sie Anlagepunkte brauchen, ziehen sie sich im Prinzip Vierecke, Kreise oder so Stäbe oder Vierkantstäbe oder was auch immer, ziehen Sie sich ans Bauteil ran, machen dann eine Bultschö-Operation von einem einzulegenen Teil zu der Vorrichtung und dann machen Sie das an verschiedenen Stellen und dann sind Sie ohne groß rechnen und so weiter, sind Sie schon im Prinzip da, wo Sie hin müssen packen unten Passstifte rein, damit die Positionierung da ist und wir drucken die Teile dann.

Da ist unten dann eine Grundplatte. Die ist schon vorgebohrt. Dann werden die Teile nachher sauber positioniert mit dem Musterteil, was eventuell teilweise auch noch gedruckt ist. Und dann wird von der Rückseite entweder die Passstifte gesetzt oder wir drucken teilweise Passstifte noch mit. Je nachdem welcher Kunststoff das ist von der Präzision, dass das funktioniert. Oder es wird von hinten nochmal einfach, mit der Schraubzüge wird das Teil angeklemmt und von hinten nochmal mit dem Akkubohrer oder sowas mal eben das Loch nochmal nach. gesetzt, weil Kunststoff bei Passstiften, die kann man da auch reinschlagen und wenn der Obdür jetzt da 5 Hundertstel Untermass haben oder sowas, das kann man mit dem Akkubohrer meistens wunderbar hinkriegen und den Rest, drückt man mit dem Hammer dann da rein.

Und wenn man da jetzt nicht unbedingt einen spröden Kunststoff hat und da gibt es ja auch genug Varianten, dann sind das relativ einfache Prozesse, die dann nachher zum wunderbaren Ergebnis führen. Und ja, aus der Sicht bleibt mir wieder nur zu sagen so eine Vorrichtung muss zur Nutzung passen und nicht zur Gewohnheit, wie man so schön sagt. Also die Gewohnheit ist das, was die Leute, so wie ich anfangs sagte mit Henry Ford, wer immer nur das tut, was er kann, bleibt immer nur das, was er ist und man entwickelt sich nicht weiter.

Das ist ja eigentlich die Aussage. Wer immer nur bei seinen Gewohnheiten bleibt, entwickelt sich nicht weiter. Das sind ja auch so typische Aussagen wie, das war schon immer so, das haben wir schon immer so gemacht. Das sind einfach Themen, denen eine weitere Entwicklung nicht mehr möglich wenn man auf diesen Gedanken verharrt. Man soll jetzt auch nicht alles neu erfinden, man soll auch nicht alles alte weg tun, das hat ja seine Daseinsberechtigung, aber hin und wieder mal einfach über den Tellerrand schauen und schauen, ob es vielleicht zur heutigen Zeit mit den heutigen Mitteln eine neue Methode gibt, die auch nicht für alles wieder funktioniert, aber für manche Anwendungen einfach seit dem eigenen Alltag erleichtert.

Wer dazu Fragen hat, immer, ihr findet meine Kontaktdaten und so weiter unten in den Show Notes und ich freue mich, wenn ihr mich anspricht, wenn ihr einen Kommentar da lasst. Ansonsten würde ich sagen, hören wir uns in einer Woche wieder. Bis dann, ciao!