Unter Kunststoffbearbeitung versteht man das Schneiden, Bohren und Formen von Kunststoffen mit speziellen Werkzeugen und Maschinen. Im Grunde ist sie der üblichen Metallbearbeitung sehr ähnlich, aber aufgrund der Eigenschaften von Polymeren sind die Prozessbedingungen anders.
Kunststoffbearbeitung vs. Metallbearbeitung
Im Vergleich zur Bearbeitung von Metallen weist die Kunststoffbearbeitung einige einzigartige Merkmale und Herausforderungen auf. Hier sind einige der wichtigsten Überlegungen bei der Bearbeitung von Kunststoffen:
Niedriger Schmelzpunkt
Kunststoffe haben einen niedrigeren Schmelzpunkt als Metalle, außerdem ist ihre Wärmeleitfähigkeit viel geringer, so dass die vom Schneidwerkzeug erzeugte Wärme nicht auf natürlichem Wege abgeführt werden kann. Das bedeutet, dass Kunststoffteile durch übermäßige Hitze während der Bearbeitung leicht beschädigt werden können. Dies kann dazu führen, dass sich das Material verformt oder sogar schmilzt, was zu einer minderwertigen Oberfläche führt.
Um dies zu verhindern, ist es wichtig, Schneidwerkzeuge mit scharfen Kanten und niedrigen Schnittgeschwindigkeiten zu verwenden. Niedrige Schnittgeschwindigkeiten haben den Nachteil, dass die Herstellung der Teile länger dauert, was sich auf die Produktivität und damit auf die Teilekosten auswirkt.
Weicher als Metalle
Kunststoffe sind außerdem weicher und spröder als Metalle, was bedeutet, dass sie bei der Bearbeitung anfälliger für Absplitterungen und Brüche sind. Dies kann durch die Verwendung von Werkzeugen mit positivem Schnittwinkel gemildert werden, wodurch die Schnittkräfte gleichmäßiger verteilt werden.
Da Polymere weicher sind als Metalle, müssen die Schneidwerkzeuge seltener gewechselt werden und sind außerdem billiger, da sie nicht erst teuer gehärtet werden müssen.
Spezifische mechanische Eigenschaften
Kunststoffe haben auch andere mechanische Eigenschaften als Metalle, was sich auf den Bearbeitungsprozess auswirken kann. So sind manche Kunststoffe sehr steif und fest, während andere flexibel und dehnbar sind. Dies bedeutet, dass je nach Art des zu bearbeitenden Kunststoffs unterschiedliche Zerspanungsstrategien erforderlich sein können.
Die allgemein geringere Steifigkeit von Kunststoffen im Vergleich zu Metallen erschwert das Erreichen geringer Bearbeitungstoleranzen. Die maximal erreichbaren Toleranzen bei der Kunststoffbearbeitung liegen bei etwa 0,02 mm.
Chemische Sensibilität
Kunststoffe können auch empfindlich auf bestimmte Chemikalien und Lösungsmittel reagieren, was den Bearbeitungsprozess beeinträchtigen kann. Beispielsweise können einige Kunststoffe spröde werden oder erweichen, wenn sie bestimmten Lösungsmitteln oder sogar Wasser/Feuchtigkeit ausgesetzt werden, die für die Kühlung der Teile während der Bearbeitung erforderlich sind, was ihre Bearbeitung erschweren kann.
Spanende Bearbeitung von Kunststoff, eine Alternative zum Kunststoffspritzguss
Die Bearbeitung von Kunststoffen unterscheidet sich stark von der Kunststoffeinspritzung, da die Bearbeitung an rohen Kunststoffblöcken vorgenommen wird, während das Rohmaterial für die Kunststoffeinspritzung ein Granulat ist, das erhitzt wird, um flüssig zu werden, und durch Pressen in Formen eingespritzt wird.
Quantitäten ?
Das große Interesse am Kunststoffspritzguss liegt in den sehr niedrigen Grenzkosten für den Spritzguss von Teilen. Der größte Teil der Kosten entsteht durch den teuren Werkzeugbau und die Anpassung der Parameter der Spritzgussmaschine zu Beginn des Prozesses.
Die Grenzkosten für die Kunststoffbearbeitung sind in etwa so hoch wie die Anfangskosten, und da der Prozess recht langsam ist, ist er für Aufträge mit hohen Stückzahlen (ab Tausenden von Teilen) nicht so sehr interessant.
Bereich der materiellen Beschränkungen
Während die meisten Kunststoffe gespritzt werden können, können nicht alle Kunststoffe präzise bearbeitet werden. Zu weiche Polymere können oft nicht maschinell bearbeitet werden, bevorzugte Kunststoffe für die maschinelle Bearbeitung sind:
- PEEK
- POM (Delrin)
- Reinforced Nylon (PA)
- High-Density Polyethylene (HDPE)
- ABS
- PMMA (Acrylic)
- PC
Vorlaufzeit
Da für die Bearbeitung von Polymerteilen keine Werkzeuge erforderlich sind, sind die Vorlaufzeiten kürzer als beim Kunststoffspritzguss für Erstaufträge. Es ist daher für das Prototyping interessant, insbesondere wenn die Form nicht durch 3D-Druck hergestellt werden kann.
Beschränkungen bei der Formgebung
Bei sehr komplexen und behälterartigen Formen ist der Kunststoffspritzguss der maschinellen Bearbeitung vorzuziehen, da die Herstellungszeit viel kürzer und der Materialabfall viel geringer ist. Die maschinelle Bearbeitung von Kunststoffen hat jedoch einen Vorteil, wenn es um die Wandstärke geht. Dicke oder ungleichmäßige Wandstärken lassen sich nicht so einfach spritzen, da sie den Materialfluss beeinträchtigen würden, was aber keine Einschränkung für die spanende Bearbeitung darstellt.
Abfallentsorgung
Bei der maschinellen Bearbeitung eines Werkstoffs wird im Wesentlichen Material mit einem Schneidwerkzeug abgetragen, wodurch Abfälle entstehen. Abfälle aus der Kunststoffbearbeitung können recycelt werden, aber im Gegensatz zu Spritzgussabfällen, die im Spritzgussverfahren wiederverwendet werden können, können Kunststoffspäne nicht für die Bearbeitung wiederverwendet werden.
