Fertigungstechnik und deren Verfahren

Urformen, Trennen, Fügen, Schweißen, Zerspanen uvm. - in der Artikelserie

Hallo liebe Leserinnen und Leser zum Teil 1 der Artikelreihe „Fertigungstechnik und deren Verfahren“. Eigentlich wollte ich dieses Wissen für die Umsetzung eines bezahlten Onlinekurses nutzen. Ich habe mich jedoch entschieden das Wissen kostenlos hier auf der Website zur Verfügung zu stellen.

Du findest hier auf karriere-und-bildung.de in mehreren Artikeln aufgeteilt, nützliches Wissen für das Thema Fertigungstechnik und deren Verfahren.

Fertigungstechnik und deren Verfahren

Diese Artikel sollen dir einen ersten Einblick in das Thema geben. Egal ob du das Wissen für deine Studium, für deine Ausbildung oder nur zur Auffrischung im Beruf brauchst, ich bin mir sicher, diese kostenlose Artikelreihe kann dich unterstützen. So und nun geht es auch gleich los.

Die Fertigungstechnik thematisiert die wirtschaftliche Herstellung von Produktionsstücken. Dazu gehören alle benötigten Werkzeugmaschinen, die Messtechnik, die Arbeits- und Prozessplanung sowie das Qualitätsmanagement, also die anschließende Überprüfung der Werkstücke hinsichtlich der Qualität. Die Fertigungstechnik umfasst darüber hinaus alle Verfahren, die der Herstellung (Fertigung) von Werkstücken dienen.

Dabei sind für die Produktion von einem Werkstück oftmals mehrere unterschiedliche Fertigungsverfahren maßgeblich, die aufeinander aufbauen. Die Wahl des geeigneten Verfahrens hängt dabei zumeist von zwei Faktoren ab:

  • die Minimierung der Herstellungskosten
  • und die Erreichung der bestmöglichen Qualität des Werkstücks

Aufgrund der schier unermesslichen Anzahl an Werkstücken in unterschiedlicher Art und Weise gibt es viele verschiedene Fertigungsverfahren. Dank technischer Innovationen und Weiterentwicklungen wächst die Zahl der Fertigungsverfahren kontinuierlich.

Im Folgenden bekommst du zunächst einen Überblick über die verschiedenen Fertigungsverfahren, bevor diese genauer erläutert werden.

Die grobe Einteilung der Verfahren der Fertigungstechnik

Zum Zwecke einer Vereinheitlichung der Verfahren und deren Bezeichnungen regelt die DIN 8580 die unterschiedlichen Typen. Die Einteilung erfolgt demnach in sechs verschiedene Hauptgruppen, die teilweise weitere Untergruppen haben.

Die DIN 8580 soll dabei intentional, die Grundbegriffe für die verschiedenen Fertigungsverfahren definieren, sodass du dir sicher sein kannst, dass dein Gesprächspartner das Gleiche meint. Darüber hinaus dient die Einteilung einer übersichtlichen Darstellung. Mit Hilfe dieser Übersicht ist es möglich, den einzelnen Verfahren eindeutige Ordnungsnummern zuzuordnen, die dann zum Beispiel bei der Bestellung von Werkzeugen helfen können. Die sechs Hauptgruppen sind:

  • das Urformen
  • das Umformen
  • das Trennen
  • das Fügen
  • das Beschichten
  • und die Änderung von Stoffeigenschaften

 

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Für die Einteilung eines Verfahrens in einer der Hauptgruppen ist es entscheidend, was mit dem Stoffzusammenhalt des Werkstücks geschieht. Darüber hinaus sorgt die Differenzierung zwischen der Änderung der Form oder der Änderung der Stoffeigenschaften für eine eindeutige Zuordnung zu einer der sechs Hauptgruppen.

Die Fertigungsverfahren Urformen und Umformen

Urformen und Umformen vorgestellt

Hier im zweiten Teil der Artikelserie „Fertigungstechnik und deren Fertigungsverfahren“ lernst du die Verfahren Umformen und das Urformen kennen. Diese beiden Fertigungsverfahren zählen zu den grundlegenden Verfahren und sind für das Wissen über die Fertigungstechnik unheimlich wichtig.

Du erfährst hier u.a., was die beiden Fertigungsverfahren der Fertigungstechnik sind, und wie diese eingeteilt werden bzw. wie diese einzuteilen sind. Dieser Artikel ist der zweite Teil einer mehrteiligen Artikelserie.

Fertigungsverfahren Urformen und Umformen

Das Urformen als Fertigungsverfahren

Die erste Hauptgruppe der DIN 8580 umfasst die Verfahren, die dazu dienen, Werkstücken eine Form zu geben. Typisch ist es, dass das Werkstück aus zuvor formlosen Materialien gefertigt wird. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn du mit flüssigem oder pulvrigem Material arbeitest.

Beispielhaft gehören hierzu Fertigungsverfahren wie zum Beispiel die verschiedenen Gießverfahren. Bei denen gießt du flüssiges Material in bestehende Formen. Nachdem das Material ausgehärtet ist, bleiben feste Werkstücke bestehen.

Grundsätzlich gibt es im Bereich der urformenden Verfahren sieben Untergruppen zur weiteren Unterteilung. Die Ordnungszahlen 1.6 und 1.7 werden dabei nicht verwendet, da diese dem Löten und Schweißen vorbehalten sind.

Diese finden im Bereich des Urformens keine Anwendung, da schon per definitionem mit Hilfe dieser Verfahren keiner Urformung, also Fertigung eines festen Werkstücks aus formlosem Material, möglich ist. Aus diesem Grund gibt es die Untergruppen 1.1 bis 1.9 ohne die besagten zwei Unterteilungen:

1.1 Urförmige Herstellung aus einem flüssigem Zustand
1.2 Urförmige Herstellung aus einem plastischem Zustand
1.3 Urförmige Herstellung aus einem breiigem Zustand
1.4 Urförmige Herstellung aus körnigen oder pulverförmigen Zuständen
1.5 Urförmige Herstellung aus span- oder faserförmigen Zuständen
1.8 Urförmige Herstellung aus gas- oder dampfförmigen Zuständen
1.9 Urförmige Herstellung aus einem ionisierten Zustand


Wie du siehst, findet die weitere Unterteilung der Hauptgruppe 1, dem Urformen, anhand der Stoffeigenschaften des Ausgangsmaterials statt. Es hängt also davon ab, aus welchem Material du einen festen Werkstoff fertigen willst.

Zur urförmigen Herstellung aus einem flüssigen Zustand gehören Fertigungsverfahren wie

  • das Schwerkraftgießen,
  • Druckgießen
  • oder Schäumen.

Zur urförmigen Herstellung aus einem plastischen Zustand gehören Fertigungsverfahren wie das

  • Pressformen
  • Spritzpressen
  • Blasformen
  • oder Modellieren.

Zur urförmigen Herstellung aus einem breiigen Zustand gehören Fertigungsverfahren wie das Gießen breiiger Werkstoffe wie es bei Gips, Beton, Keramik oder Porzellan der Fall ist.

Zur urförmigen Herstellung aus körnigen oder pulverförmigen Zuständen gehören besonders die Fertigungsverfahren Pressen, Sandformen oder das Umformen durch Thermisches Spritzen.

Das Umformen als Fertigungsverfahren der Fertigungstechnik

Die zweite Hauptgruppe der Fertigungsverfahren nach DIN 8580 sind die Fertigungsverfahren des Umformens. Wie es der Name bereits sagt, gibt es auch vor dem Einsatz des Verfahrens bereits einen festen Werkstoff.

Dieser wird mit Hilfe eines Fertigungsverfahrens lediglich umgeformt – d.h., dass du dafür sorgst, dass das feste Ausgangsmaterial eine neue Form bekommt. Dabei wird kein neues Material hinzugefügt oder bestehendes Material entfernt. Die Masse bleibt gleich – lediglich die Form ändert sich.

Zu diesen Fertigungsverfahren gehört zum Beispiel das Biegen. Beim Biegen sorgst du dafür, dass Blechteile in eine andere Form gebogen werden, also zum Beispiel eine Krümmung bekommen. Die Ausgangsmasse bleibt dabei aber gleich, sodass das Biegen zu den Fertigungsverfahren des Umformens zählt.

Beim Umformen gibt es fünf verschiedene Untergruppen, die der weiteren Spezifikation und eindeutigen Zuordnung dienen. Die Untergruppen verweisen dabei auf andere Normen, sodass du einen Blick in die dann maßgebliche DIN werfen musst. Dort stehen die relevanten Eigenschaften über das konkrete Verfahren und dessen Ablauf:

  • 2.1 Druckumformen nach der DIN 8583
  • 2.2 Zugdruckumformen nach der DIN 8584
  • 2.3 Zugumformen nach der DIN 8585
  • 2.4 Biegeumformen nach der DIN 8586
  • 2.5 Schubumformen nach der DIN 8587

Maßgeblich für die weitere Unterteilung ist hier also nicht die Art des Stoffes. Vielmehr ist es das Verfahren selbst, was dafür sorgt, dass eine weitere Unterteilung möglich ist. Du musst also schauen, ob das Fertigungsverfahren beispielsweise mit Druck oder Schub für eine Umformung des urgeformten Werkstoffes sorgt.

Was du bezüglich des Fertigungsverfahrens Umformen auch wissen solltest ist, dass es sowohl ein Warmumformen, als auch ein Kaltumformen gibt. Beim Warmumformen, kommt wie es das Ganze schon vermuten lässt, eine hohe Temperatur zum Einsatz. Dabei sind die auftretenden Kräfte etwas geringer, als dies beim Kaltumformen der Fall ist.

Nachteile dieses Verfahrens können sein, dass es eine verzunderte Oberfläche gibt. Diese ist bei Stahl leicht durch eine rußige Farbe zu erkennen. Außerdem sind die Maßtoleranzen eher schlechter.

Der Vorteil vom Kaltumformen ist, dass hier genauere Maßtoleranzen möglich sind. Dabei wird das Material anders als beim Warmumformen nicht erwärmt, sondern im kalten Zustand bearbeitet.

Was neben den besseren Maßtoleranten ebenfalls ein Vorteil ist, ist die bessere Oberflächengüte. Hier sieht beispielsweise der Stahl nicht so verzundert aus, sondern hat eine schöne saubere Oberfläche. Doch wie so viele Dinge im Leben, hat auch das Kaltumformen Nachteile. So ist die Schweißeignung nicht mehr gegeben. Erst durch Weichglühen kann die Spannung beseitigt werden und das Werkstück kann verschweißt werden. (Quelle: www.metall-wissen.de 11.01.2019)

Die Fertigungsverfahren Fügen und Trennen

Hier geht es um die Verfahren: Fertigungstechnik und deren Verfahren

In diesem dritten Teil der Artikelserie „Fertigungstechnik und deren Verfahren, geht es um das Fügen und um das Trennen als Fertigungsverfahren.

Eines der bekanntesten Verfahren beim Trennen, ist das Spanen. Ebenfalls dazu gehören aber auch beispielsweise die Verfahren Abtragen und Zerlegen.

Beim Fügen geht es genau um das Gegenteil. Das wohl bekannteste Fügeverfahren ist das Schweißen. In diesem Artikel stelle ich dir die zwei Verfahren Fügen und Trennen vor.

Die Fertigungsverfahren Trennen und Fügen

Das Trennen als Fertigungsverfahren

In der dritten Gruppe der Fertigungsverfahren befinden sich die Verfahren, die für die Trennung von Material sorgen. Bei trennenden Fertigungsverfahren wird der Zusammenhalt des Materials an den gewünschten Stellen aufgehoben. Du sorgst dafür, dass von der ursprünglichen Form des Werkstoffs Teilchen abgetrennt werden.

Logischerweise muss die Endform in der Anfangsform enthalten sein. Falls dies nicht der Fall ist, handelt es sich um ein anderes Fertigungsverfahren und ist kein trennendes Verfahren. Auch das Zerlegen von ursprünglich einmal zusammengesetzten Werkstücken ist ein trennendes Verfahren.

Zu dieser Gruppe gehören zum Beispiel die zerspanenden Verfahren, die geradezu typisch die Eigenschaften der trennenden Prozesse charakterisieren.

Bei der weiteren Unterteilung spielt es eine entscheidende Rolle, auf welche Art und Weise für die Trennung gesorgt wird. Anhand der Charakteristika des trennenden Verfahrens erfolgt eine Einteilung in weitere Untergruppen mit unterschiedlichen Ordnungszahlen. Weiterführende Regelungen findest du dann wieder in anderen Normen.

3.1 Zerteilen nach der DIN 8588
3.2 Spanen mit gometrisch bestimmten Schneiden nach der DIN 8589
3.3 Spanen mit gometrisch unbestimmten Schneiden nach der DIN 8589
3.4 Abtragen nach der DIN 8590
3.5 Zerlegen nach der DIN 8591
3.6 Reinigen mit Hilfe von Reinigungsstrahlen nach der DIN 8592

Die Trennverfahren lassen sich auch in Spanen und Zerteilen unterteilen. Zu den spanenden Trennverfahren gehören:

  • das Drehen
  • das Feilen
  • das Läppen
  • das Bohren
  • aber auch das Fräßen

Zu den zerteilenden Trennverfahren gehören beispielsweise:

  • das Schwerschneiden
  • sowie das Keilschneiden

Eines der bekanntesten Trennverfahren, welches auch im privaten Bereich häufig angewandt wird, ist das flexen. Das Werkzeug ist der Winkelschleifer, der häufig auch als Flex bezeichnet wird.

Mit dem Winkelschleifer ist es möglich sowohl Metalle, als auch Steine zu trennen. Wer beispielsweise ein Metallstück am Bau auf die passende Größe verkleinern möchte, kann dies oft auch mit einer Flex bzw. einem Winkelschleifer machen.

Die wichtigsten Faktoren für eine erfolgreiche Arbeit dabei, sind die Trennscheibe und die Leistung des Motors. Das ist aber auch bei anderen Fertigungsgeräten so. Das Werkzeugmaterial und die Leistung spielen eine entscheidende Rolle. Wenn du mit der Flex Stein schneiden möchtest, dann brauchst du eine andere Scheibe, als dies bei Stahl oder Aluminium der Fall ist.

Da du einen Winkelschleifer in aller Regel direkt in der Hand und ohne Vorrichtung benutzt, gilt es besonders aufzupassen. Wenn sich beispielsweise ein Stahlrohr, welches du schneiden möchtest, verkeilt, dann kann es sein, dass dir ein Teil um die Ohren fliegt, wenn du es nicht fest hältst oder am besten irgendwo einspannst. Auch zu beachten ist, dass du Sicherheitsausrüstung verwendest. So sind Gehör- und Augenschutz sowie Mund- und Atemschutz bei bestimmten Materialen auf alle Fälle zu benutzen.

Was ich hier auch anmerken möchte ist, das je nach Trennverfahren und je nach gewünschter Genauigkeit nachgearbeitet werden muss. Wenn wir dazu wieder das Flexen als Beispiel nehmen, wirst du nach der Arbeit häufig einen Grat an der Arbeitsfläche haben. Ist eine saubere Oberfläche gewünscht, dann muss natürlich mit einer Feile oder einer Schleifmaschine nachgearbeitet werden.

Das Fügen als Verfahren der Fertigungstechnik

Eine weitere Gruppe der Fertigungsverfahren sind die fügenden Prozesse. Diese bezwecken das Gegenteil und stehen konträr den trennenden Verfahren gegenüber. Beim Fügen sorgst du mit dem jeweiligen Fertigungsverfahren dafür, dass mehrere Werkstücke oder Materialien miteinander verbunden werden.

Diese Prozesse schaffen also eine langanhaltende Verbindung zwischen zwei verschiedenen Stücken. Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Arten des Fügens. Entweder bringst du mehrere, mindestens zwei, Werkstücke mit einer geometrischen Form zusammen oder du sorgst für eine dauernde Verbindung von Werkstücken aus formlosem Material.

Zu diesen Verfahrensarten gehören eine Menge unterschiedlicher Typen. Exemplarisch für die Eigenschaften der fügenden Prozesse ist zum Beispiel das Schweißen. Das Schweißen wird sehr häufig im metallverarbeitenden Branchen eingesetzt und ist Bestandteil in der Berufsausbildung bei entsprechenden Ausbildungsberufen.

Mit Hilfe des Schweißverfahrens sorgst du dafür, dass zwei metallische Werkstücke miteinander verbunden werden – und das dauerhaft. Darüber hinaus sind aber auch das Schrauben, das Löten oder Kleben typisch für das Fügen von Werkstücken. Es stellt sich also stets die Frage, mit welchem Fertigungsverfahren die höchste Qualität bei möglichst niedrigen Kosten zu erwarten ist.

Die Unterteilung in weitere Ordnungszahlen der nächsten Rangordnung erfolgt auch bei den fügenden Fertigungsverfahren. Hier gibt es insgesamt acht Untergruppen:

4.1 Zusammensetzen nach der DIN 8593 1. Teil
4.2 Füllen nach der DIN 8593 2. Teil
4.3 An- und Einpressen nach der DIN 8593 3. Teil
4.4 Fügen durch Urformen nach der DIN 8593 4. Teil
4.5 Fügen durch Umformen nach der DIN 8593 5. Teil
4.6 Fügen durch Schweißen nach der DIN 8593 6. Teil
4.7 Fügen durch Löten nach der DIN 8593 7. Teil
4.8 Kleben nach der DIN 8593 8. Teil

Beschichten, Ändern von Stoffeigenschaften uvm.

Lerne mehr über die Fertigungstechnik und deren Verfahren

In diesem vierten Teil der Artikelserie Fertigungstechnung und deren Verfahren, geht es um das Beschichten und das Änderung von Stoffeigenschaften. Zu den bekanntesten Arten der Beschichtung gehört das Lackieren.

Zum Bereich „Änderung von Stoffeigenschaften“ gehören u.a. das Magnetisieren und Bestrahlen, aber auch Sintern und Brennen.

Neben diesem vierten Artikel der Serie „Fertigungstechnik und deren Verfahren, solltest du dir unbedingt auch die anderen Artikel der Serie ansehen.

Beschichten, Ändern von Stoffeigenschaften uvm

Beschichten als Fertigungsverfahren

Die fünfte der sechs Gruppen, die der Einteilung von Fertigungsverfahren nach der DIN 8580 dienen, ist die Gruppe des Beschichtens. Zu dieser Gruppe gehören all diejenigen Prozesse, mit deren Hilfe du eine zusätzliche Schicht auf einem Werkstück erzeugen kannst. Zusätzliche Bedingung ist es, dass die zusätzliche Schicht aus einem formlosen Ausgangsmaterial, zum Beispiel einer Flüssigkeit, erzeugt wird.

Als Erstes fällt den meisten Menschen bei diesen Verfahren das Lackieren ein. Denn dabei wird ein Lack auf ein Werkstück aufgetragen und mit dessen Hilfe eine zusätzliche Schicht erzeugt – die Lackschicht.

Innerhalb der fünften Hauptgruppe, den Fertigungsverfahren zur Beschichtung, gibt es acht weitere Unterteilungen:

5.1 Beschichtende Herstellung aus dem flüssigen Zustand
5.2 Beschichtende Herstellung aus dem plastischen Zustand
5.3 Beschichtende Herstellung aus dem breiigen Zustand
5.4 Beschichtende Herstellung aus dem körnigen oder pulverförmigen Zustand
5.5 Beschichtende Herstellung durch Schweißen
5.6 Beschichtende Herstellung durch Löten
5.7 Beschichtende Herstellung aus dem gas- oder dampfförmigen Zustand (Vakuumbeschichten)
5.8 Beschichtende Herstellung aus dem ionisierten Zustand

Änderung von Stoffeigenschaften

Die sechste und letzte Gruppe der Fertigungsverfahren ist die Gruppe der Änderung der Stoffeigenschaften. Diese Prozesse ermöglichen es dir, die Ausgangsform des Stoffes zu verändern. Wenn ein Stoff vor dem Fertigungsverfahren zum Beispiel flüssig ist, kannst du mit Hilfe des passenden Verfahrens diesen Ausgangsstoff zu einem festen Werkstück verarbeiten.

6.1 Verfestigen durch umformende Maßnahmen
6.2 Wärmebehandelnde Maßnahmen nach der DIN 17014 1. Teil
6.3 Thermo-mechanische Maßnahmen
6.4 Sintern und Brennen
6.5 Magnetisieren
6.6 Bestrahlen
6.7 Photochemische Verfahren

Die am häufigsten vorkommenden Verfahren in diesem Bereich sind das Härten und das Glühen von Werkstoffen.

Doch auch hier gibt es eine weitere Unterteilung in Untergruppen der ersten Rangordnung. Insgesamt sind es sieben Untergruppen, die die Hauptgruppe Änderung der Stoffeigenschaft weiter unterteilen und genauer voneinander abgrenzen.

Die weitere Einteilung von Fertigungsverfahren

Doch die DIN 8580 geht deutlich weiter, als nur eine Einteilung in sechs verschiedene Gruppen an Verfahren zu treffen. Denn zudem können die verschiedenen Hauptgruppen in weitere Untergruppen unterteilt werden. Es ist also möglich, die einzelnen Fertigungsverfahren weiteren Gruppen zuzuordnen, sodass letztendlich eine eindeutige Charakterisierung die Folge ist. Damit die übersichtliche Darstellung bestehen bleibt, arbeitet die DIN 8580 mit Ordnungsnummern. Die Hauptgruppe und die konkrete Zuteilung zu einer Gruppe geben Aufschluss über die erste Ordnungsnummer.

Anschließend unterteilst du den Prozess in die weiteren Unterkategorien und ordnest deinem Verfahren die jeweilige Zahl zu. Bei einer vierfachen Unterteilung und Einordnung könnte sich dann zum Beispiel eine Ordnungszahl wie 4.3.5.1 ergeben. Aufgrund der ersten Ordnungszahl, der 4, würde der Prozess dann aus dem Bereich der fügenden Fertigungsverfahren stammen.

Der Nutzen der genauen Einteilung nach DIN 8580

Dank der Ordnungszahlen und der genauen, kleinschrittigen Einteilung von Fertigungsverfahren gibt es ein einfaches Prinzip zur vereinfachten Anwendung der Prozesse. In der DIN 8580 sind sämtliche Fertigungsverfahren geregelt, sodass ein Blick genügt, um anhand der Ordnungszahl das konkrete Verfahren zu ermitteln.

Dank der vereinheitlichen Regelung kannst du den jeweiligen Prozess schnell erkennen und präzise analysieren. Wenn du mit Hilfe der Ordnungszahl den relevanten Abschnitt gefunden hast, findest du dort hilfreiche Informationen.

Denn in der DIN werden die Struktur des Fertigungsverfahrens, der Ablauf des gesamten Verfahrens und dessen Merkmale erläutert und dargestellt. Somit dient die DIN 8580 auch der Information und insbesondere der genauen Bezeichnung des Verfahrensabschnitts, mit deren Hilfe eine weitgehende Vereinheitlichung erfolgt.

Fertigungsarten der Fertigungstechnik

Einzelfertigung, Serienfertigung uvm. erklärt

Wenn wir an eine Fertigung denken, dann stellen wir uns oft eine vollautomatische Fertigung vor, in der tausende gleiche Produkte auf einem Tag gefertigt werden. Diese Art der Produktion gibt es. Es gibt allerdings auch noch andere Fertigungsarten der Fertigungstechnik.

In diesem Artikel lernst du die verschiedenen Arten, wie Einzelfertigung, Serienfertigung usw. kennen. Am Ende des Artikels kannst du die verschiedenen Fertigungsarten der Fertigungstechnik unterscheiden.

Fertigungsarten der Fertigungstechnik

Die unterschiedlichen Fertigungsarten der Fertigungstechnik vorgestellt

Wie gerade schon erwähnt, gibt es in der Fertigungstechnik bzw. bezüglich der Fertigungstechnik verschiedene Arten. Die bekanntesten Arten sind die Serienfertigung und die Einzelfertigung. du bekommst hier einen Einblick in diese und noch weitere Fertigungsarten.

Einzelfertigung

Bei der Einzelfertigung wird ein Werkstück für einen individuellen Kunden produziert. Dies bedeutet, dass bei der Fertigung das Einzelstück auf die spezifischen Wünsche und Bedürfnisse des Kunden zugeschnitten wird. Der Kunde gibt dem Unternehmen einen Auftrag und anschließend beginnt das Unternehmen mit der Fertigung.

Vor allem in der Bauindustrie oder beim Großmaschinenbau ist die Einzelfertigung der klassisch vorkommende Fall. Denn für Unternehmen ist es oft wirtschaftlich nicht sinnvoll, diese Werkstücke in der Mehrfachfertigung zu produzieren. Da sich die individuellen Wünsche und Bedürfnisse stark unterscheiden, bedarf es einer individuellen Produktion. Dies ist die Einzelfertigung.

Grundsätzlich produziert ein Unternehmen verschiedene Werkstücke in Einzelfertigung parallel zueinander. Es stellt die absolute Ausnahme dar, wenn Unternehmen immer nur ein Einzelstück produzieren und erst nach dem erfolgreichen Abschluss mit dem nächsten Einzelstück beginnen. Ein typisches Beispiel für diese Ausnahme ist der Bau von Schiffen. In vielen Werften ist nur Platz für ein Schiff, sodass die Fertigung erst abgeschlossen werden muss, bevor mit dem nächsten Schiff begonnen werden kann.

Aber auch in einer Tischlerei oder im Bereich der Metallfertigung ist die Einzelteilfertigung anzutreffen. In der Einzelteilfertigung ist es so, dass Mitarbeiter häufig ganz andere Fähigkeiten und Kenntnisse benötigen, als dies beispielsweise in der Serienfertigung der Fall ist. So ist es im Bereich der Einzelteilfertigung wo gerne auch CNC-Maschinen eingesetzt werden sind so, dass Erfahrungswissen fehlt. Hier gibt es noch keine genauen Prozesse und so liegt der Erfolg mehr als wo anders in der Planung und der Vorbereitung.

Die Mehrfachfertigung

Anders sieht dies bei der Mehrfachfertigung aus. Wie es der Begriff bereits sagt, produzieren Unternehmen mehrere Werkstücke gleicher Art und in gleichem Verfahren. Diese Fertigungsart kann allerdings noch weiter unterteilt werden. Es gibt die Serienfertigung, die Sortenfertigung und die Massenfertigung.

Serienfertigung

Bei der Serienfertigung ist es typisch, dass Unternehmen Produkte in begrenzter Stückzahl herstellen, die typischerweise mehrere Fertigungsverfahren und Abschnitte erfordern. Dies ist zum Beispiel bei einem Automobil der Fall. Dort gibt es unterschiedliche Abschnitte und Fertigungsverfahren, in welchem unterschiedliche Teile des Autos produziert werden. Die Produktion von Automobilen ist also per se eine Serienfertigung.

Hier sieht es schon ganz anders aus als in der Einzelteilfertigung. Da viele Arbeitsschritte immer wieder kommen, können Prozesse viel genauer definiert, analysiert und verbessert werden. Es werden meist einige andere Kompetenzen wie in der Einzelteilfertigung benötigt.

Liegen in der Einzelteilfertig oft noch keine Informationen vor wie Probleme gelöst werden wollen. Ist dies in der Serienfertig sehr wohl der Fall. In der Serienfertig liegt der Fokus viel mehr darauf Durchlaufzeiten zu verbesseren und noch mehr Effizienz aus der Produktion zu holen. Sicherlich ist das auch in der Einzelfertigung der Fall.

Die Sortenfertigung

Anders sieht dies bei der Sortenfertigung aus. Dort produziert ein Unternehmen Werkstücke, die sich in puncto Material und Herstellung nur unwesentlich unterscheiden. In Abgrenzung zur Serienfertigung ist es für die Sortenfertigung typisch, dass unterschiedliche Varianten der Produktart problemlos gefertigt werden können. Bei der Serienfertigung sind es demgegenüber verschiedene Produktarten.

Aufgrund der nur geringfügigen Abweichungen ist es für Unternehmen bei der Sortenfertigung möglich, die Fertigung an den gleichen Produktionsstätten vorzunehmen. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn das Unternehmen Kleidung produziert. Grundsätzlich werden im Unternehmen Hosen produziert – die Produktart ist also Hose.

Mit Hilfe von kleinen Modifizierungen ist es für das Unternehmen dann möglich, diverse Varianten der Hose zu produzieren – zum Beispiel unterschiedliche Größen.

Massenfertigung

Eine weitere Spielart der Mehrfachfertigung ist die Massenfertigung. Dies ist immer dann der Fall, wenn Unternehmen das gleiche Produkt in vielfacher Ausführung herstellen. Die große Stückzahl ist also gerade charakteristisch für die Massenfertigung. Darüber hinaus ist der Produktionsprozess zumeist stark automatisiert und in einzelne Arbeitsschritte zerlegt.

Eine Bestellung ist nicht notwendig, damit das Unternehmen mit der Produktion beginnt. Bei dieser Fertigungsart produzieren die Unternehmen schon vorher für den anonymen Markt ihre jeweiligen Produkte.

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Auswahl des passenden Fertigungsverfahrens

So wählt man das richtige bzw. passende Fertigungsverfahren aus

Bei der Auswahl des geeigneten Fertigungsverfahrens für das jeweilige Werkstück musst du einige Dinge berücksichtigen. Denn für jedes Werkstück eignet sich oftmals ein anderes Verfahren am besten.

Am Anfang aller Bemühungen und Überlegungen steht die Anforderungsaufnahme und Definition der eigenen Ziele. Du musst an dieser Stelle überlegen, welches Ziel du mit der Fertigung verfolgst. Denn nur dann ist es möglich, die ideale Verfahrensart zu ermitteln. Aus diesem Grund ist eine Definition der Ziele unabdinglich. Auf jeden Fall sollten Unternehmen an dieser Stelle ihre Anforderungen hinsichtlich der Kostenstruktur aber auch der Qualität klar und eindeutig formulieren.

Falls das Unternehmen bereits momentan das gewünschte Produkt herstellt und nicht erst neu mit der Fertigung beginnt, ist der nächste Schritt die Analyse des unternehmensinternen Ist-Zustands. Dabei ist es wichtig, die bestehenden Fertigungsverfahren genau zu betrachten, um etwaigen Verbesserungs- bzw. Optimierungsbedarf zu erkennen.

Zunächst einmal ist es wichtig bei einer Recherche, potenziell in Frage kommende Fertigungsverfahren zu entdecken. Dabei ist es irrelevant, ob das Unternehmen mit dem aktuellen Fertigungsverfahren unzufrieden ist oder einen komplett neuen Prozess für ein neues Produkt implementieren möchte.

Auch der technische Fortschritt und die Entwicklung neuer Verfahren machen immer wieder ein Hinterfragen der bestehenden Praxis notwendig. Unternehmen müssen also als ersten Schritt bei der Auswahl des besten Verfahrens recherchieren, welche Verfahrensarten überhaupt alle in Betracht kommen. Dies ist die Basis für die letztendliche Entscheidung.

Nachdem Unternehmen alle potenziellen Fertigungsverfahren ermittelt haben, kommt die Bewertung dieser Verfahren. Dabei ist ein Vergleich

  • zwischen den Möglichkeiten des jeweiligen Verfahrens
  • und den gesetzten Anforderungen
  • und formulierten Zielen

notwendig. Je mehr Anforderungen das jeweilige Verfahren erfüllt, desto besser eignet sich das Fertigungsverfahren für den konkreten Fertigungsprozess.

Der nächste Schritt ist die Auswahl der Anbieter. Denn wenn sich Unternehmen für ein Fertigungsverfahren entscheiden, steigt auch immer der Bedarf an neuen Ressourcen wie Maschinen oder anderen Betriebsmitteln. Aus diesem Grund ist es notwendig, potenzielle Lieferanten und Geschäftspartner zu ermitteln. Mit Hilfe von konkreten Preisanfragen gewinnen Unternehmen in dieser Phase bereits einen Überblick über die fälligen Kosten.

Last but not least – die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung. Für die Auswahl des passenden Fertigungsverfahrens ist für Unternehmen vor allem die Wirtschaftlichkeit ein entscheidender Faktor. Denn die Kosten sind für Unternehmen ein wichtiger Aspekt.

Somit ist es bedeutsam, die Ziele, die Möglichkeiten und die Kosten in Relation zueinander zu setzen. Mit diesen Schritten und Maßnahmen haben Unternehmen die besten Chancen, das für ihre Bedürfnisse ideale Fertigungsverfahren zu finden.

Auch eine professionelle Beratung kann für viele Unternehmen sinnvoll sein. Denn mittlerweile gibt es eine Menge professionelle Anbieter, die mit ihrem Know-how und ihrer Erfahrung das ideale Fertigungsverfahren aussuchen. Gerade auch beim Überblick über die bestehenden Fertigungsverfahren ist eine gewisse Expertise unabdingbar, da sich das Angebot kontinuierlich fortentwickelt.

Schweißen als Fertigungsverfahren

Hier erfährst du mehr über das Fertigungsverfahren Schweißen

Im Folgenden wirst du die Unterteilung der Schweißverfahren kennen lernen. Denn das Schweißen gehört zu den wichtigsten und am häufigsten genutzten Verfahren in der Fertigungstechnik.

Grundsätzlich ist das Schweißen ein Fertigungsverfahren, das die dauerhafte Verbindung von mehreren, mindestens zwei, Materialien miteinander ermöglicht. Das Schweißen nach der relevanten Norm ISO 4063 gehört zur Hauptgruppe des Fügens. Die verschiedenen Werkstücke verbindest du mittels enormer Kraft und Hitzeeinwirkung.

Die Werkstücke werden miteinander verschmolzen. Doch Schweißen ist nicht gleich Schweißen – denn es gibt unterschiedliche Schweißverfahren, die anhand des Werkstoffs, der Technik oder des Energieaufwands unterschieden werden.

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Die Auswahl des richtigen Schweißverfahrens

Bevor du allerdings die unterschiedlichen Schweißverfahren erläutert bekommst, stellt sich die Frage, wie die Auswahl des richtigen Schweißverfahrens erfolgt. Dabei ist es grundsätzlich wichtig, zu wissen, dass die Schweißverfahren anhand diverser Kriterien aufgeteilt sind.

Diese sind auch bedeutsam für die Auswahl des richtigen Verfahrens. Denn Werkstoff, Energieeinsatz, Technik und Zweck sind die entscheidenden Faktoren, um das richtige Schweißverfahren zu finden. Darüber hinaus sind auch selbstverständlich, Qualitätsansprüche und Kosten bei der Auswahl des Verfahrens zu berücksichtigen. Genauso spielen der zu erwartende Zeitaufwand und die erforderlichen Stückzahlen eine signifikante Rolle.

Die grundlegende Unterscheidung des Schweißverfahrens

Eine wichtige Unterteilung erfolgt in Schmelz- und Pressschweißverfahren. Für diese Unterteilung ist der benötigte Kraftaufwand entscheidend. Denn beim Schmelzschweißverfahren benötigst du keine Kraft, um die Werkstücke miteinander zu verschmelzen. Vielmehr findet eine Aufschmelzung an den Fügeflächen der Werkstücke statt. Zusatzstoffe können dazu eingesetzt werden – zwingend ist dies aber nicht notwendig.

Anders ist dies beim Pressschweißverfahren. Für dieses Schweißverfahren wird Kraft bzw. Druck benötigt. Denn die beiden Fügeflächen werden nicht aufgeschmolzen. Vielmehr ist es erforderlich, dass die zu verbindenden Flächen aneinandergepresst werden. Zusammen mit lokaler Wärme entsteht dann eine dauerhafte Verbindung der Werkstücke.

Die unterschiedlichen Verfahren beim Schweißen

Darüber hinaus gibt es eine große Anzahl an unterschiedlichen Schweißverfahren. Manche dieser Verfahren können in verschiedenen Situationen eingesetzt werden, während andere Verfahren lediglich für einen spezifischen Anwendungsfall entwickelt wurden.

Im Bereich der Schmelzschweißverfahren gibt es eine Menge unterschiedliche Verfahren, die weiter unterteilt werden können. Dies sind zum Beispiel

  • Thermit-Schweißen
  • Gasschweißen
  • Elektroschlackeschweißen
  • Strahlschweißen
  • Gießschmelzschweißen
  • Metalllichtbogenschweißen
  • Lichtbogenschweißen
  • Widerstandsschmelzschweißen
  • Unterpulverschweißen
  • Schutzgasschweißen

Doch auch bei den Pressschweißverfahren gibt es unzählige weitere Verfahrenstypen. Zu den Pressschweißverfahren zählen beispielsweise

  • Diffusionsschweißen
  • Gaspressschweißen
  • Kaltpressschweißen
  • Feuerschweißen
  • Reibschweißen
  • Widerstandsschweißen
  • Pressstumpfschweißen
  • Lichtbogenpressschweißen

Die Anwendungsgebiete von Schweißverfahren

Wie du siehst, gibt es eine enorme Auswahl an verschiedenen Schweißverfahren – sowohl im Bereich der Pressschweißverfahren als auch der Schmelzschweißverfahren. Doch in welchem Bereich kommen Schweißverfahren überhaupt zum Einsatz? Was sind die Anwendungsgebiete der Schweißverfahren und von Schweißen im Allgemeinen?

Grundsätzlich kommen Schweißverfahren in den unterschiedlichsten Bereichen zum Einsatz. Die Verfahren des Schutzgasschweißens werden am Häufigsten eingesetzt. Vor allem die Automobilindustrie und die Haushaltsindustrie benutzen Schweißverfahren nahezu täglich. Wer im Alltag beispielsweise öfters Zug fährt, könnte dies ohne den Einsatz von Schweißverfahren gar nicht.

Denn ein Beispiel für geschweißte Produkte sind die Bahnschienen, auf denen sich die Züge fortbewegen. Aber auch Rohre, Stangen und Karosseriebauteile von Autos sind ohne Schweißen nicht vorstellbar.

Du siehst, dass das Schweißen besonders im Metallbereich eingesetzt werden. Das Fertigungsverfahren gehört zu den Grundlagen jeder Metallausbildung.

Sicherheit beim Schweißen

Aufgrund des enormen Kraft- und/oder Hitzeeinsatzes musst du auch Sicherheits- und Arbeitsschutzmaßnahmen ergreifen. Denn bei den diversen Schweißverfahren gibt es unterschiedliche Gefahrenquellen, die ihrerseits beachtet werden müssen. Dies sind zum Beispiel die entstehende Hitze und der Funkenflug. Aufgrund der Gefahr von etwaigen Verletzungen sind Schutzanzüge Pflicht. Auch die UV-Strahlen bergen Gefahr für die visuelle Sehkraft. Aus diesem Grund solltest du beim Schweißen unbedingt eine Schutzbrille tragen.

Mit der richtigen Schutzausrüstung ist der Einsatz unterschiedlicher Schweißverfahren an einem bestenfalls trockenen und gut belüfteten Arbeitsplatz ohne Probleme möglich. Dann kannst du das Schweißen dazu benutzen, verschiedene Werkstücke dauerhaft miteinander zu verbinden.

Was hier auch erwähnt werden sollte ist, dass eine gute Ausbildung im Bereich des Schweißens ganz entscheidend zu einer hohen Sicherheit beiträgt. Denn es kann ja immer was passieren und je mehr Angestellte in über ihre Arbeit wissen, desto besser ist das auch für die Sicherheit. Zu empfehlen ist es also schon, qualifizierte Aus- und Weiterbildungen zu nutzen. Wenn dies nicht möglich bzw. der Fall ist, dann ist eine sehr gute Einarbeitung wichtig.

Die allgemeine Arbeitstechnik beim Schweißen

Auch wenn sich die verschiedenen Schweißverfahren in ihrer Handhabung und Arbeitstechnik teilweise deutlich voneinander unterscheiden, können einige Aspekte verallgemeinernd für alle Schweißverfahren herausgehoben werden.

Zunächst einmal ist die Reinheit der Werkstücke entscheidend, die du miteinander verbinden willst. Etwaige Farb- bzw. Rostrückstände müssen vor dem Schweißprozess entfernt worden sein.

Anschließend werden die Werkstücke an den Fügeflächen mit einer punktuellen Schweißnaht miteinander verbunden. Dies hat zwei Vorteile: Zum einen sind die Werkstücke nun bereits miteinander verbunden, sodass sich das Material und die Fügenaht nicht mehr verziehen. Trotz allem ist eine Bearbeitung noch möglich, da eine gewisse Flexibilität gegeben ist, wenn lediglich einige Punkte verschweißt sind.

Auch wenn sich die verschiedenen Schweißverfahren in ihrer Handhabung und Arbeitstechnik teilweise deutlich voneinander unterscheiden, können einige Aspekte verallgemeinernd für alle Schweißverfahren herausgehoben werden.

Zunächst einmal ist die Reinheit der Werkstücke entscheidend, die du miteinander verbinden willst. Etwaige Farb- bzw. Rostrückstände müssen vor dem Schweißprozess entfernt worden sein.

Auch wenn sich die verschiedenen Schweißverfahren in ihrer Handhabung und Arbeitstechnik teilweise deutlich voneinander unterscheiden, können einige Aspekte verallgemeinernd für alle Schweißverfahren herausgehoben werden.

Zunächst einmal ist die Reinheit der Werkstücke entscheidend, die du miteinander verbinden willst. Etwaige Farb- bzw. Rostrückstände müssen vor dem Schweißprozess entfernt worden sein.

Die entstehende Schlacke musst du anschließend wieder entfernen. Schlacke sind die Rückstände, die aufgrund des Schmelzverfahrens entstehen. Diese befinden sich dann auf dem Werkstück. Entweder ist es möglich, die Rückstände sorgfältig abzuschleifen oder sogar abzuklopfen.

Wenn die Rückstände von den Werkstücken entfernt sind, beginnt das Verschweißen der vollständigen Naht. Dabei ist es wichtig, auf die Stärke des Schweißstroms zu achten. Denn die Schweißnaht darf nicht durchschmelzen, muss aber dennoch richtig halten. Der richtige Mittelweg ist also gefragt. Mit einer festen und geraden Haltung kannst du bereits im Voraus etwaige Risse vermeiden.

Wie bei allen anderen Fertigungsverfahren ist auch beim Schweißen die Qualität der Werkstücke entscheidend. Egal ob beim industriellen Gebrauch oder im Privaten – die Werkstücke sollen qualitativ hochwertig sein. Aus diesem Grund steht an der letzten Stelle der Schweißverfahren die Qualitätssicherung. Nur mit Hilfe der Qualitätssicherung ist es möglich, zu überprüfen, ob die erforderliche Qualität erreicht wurde. Schweißer müssen dann überprüfen, ob die geschweißten Verbindungen festsitzen und keine Risse vorhanden sind.

In manchen Bereichen reicht eine visuelle Prüfung jedoch nicht aus. Das ist besonders in solchen Bereichen der Fall, wo sehr hohe Sicherheitsanforderungen gegeben sind. In diesen Bereichen wird dann auch zum Teil durch Röntgen usw. überprüft, ob die Schweißnaht den Anforderungen genügt.

Schweißeignung von Werkstoffen

Einen hohen Einfluss darauf wie und ob du das Verfahren des Schweißens anwenden kannst, hat der Werkstoff bzw. haben die Werkstoffe an sich. Nicht jedes Material ist schweißbar. Selbst wenn du den identischen Werkstoff hast, dieser aber eine etwas unterschiedliche Zusammensetzung hat, kann dieser mal mehr und mal weniger gut schweißbar sein. Ein Beispiel ist Stahl.

Es gibt verschiedene Arten von Stahl die mal mehr und mal weniger Kohlenstoff beinhalten je nachdem wie die Zusammensetzung ist, ist auch die Schweißbarkeit.

Bei Wikipedia (26.01.2019) heißt es dazu: Schweißeignung ist ein wesentlicher Einflussfaktor auf die Schweißbarkeit eines Bauteils und bezieht sich auf die technologisch bedeutsame Werkstoffeigenschaft, eine untrennbare Verbindung mit einem anderen oder demselben Werkstoff bei Anwendung eines Schweißverfahrens einzugehen.

„Schweißeignung ist vorhanden, wenn unter Beachtung qualitativer und wirtschaftlicher Gesichtspunkte eine den Anforderungen genügende Punktschweißung hergestellt werden kann.“ Die EN ISO 18278-1 definiert Schweißeignung.

3 Faktoren für die Schweißeignung

Doch welche Faktoren haben darauf Einfluss? Nun der erste Faktor ist, dass überhaupt eine Verbindung durch das Schweißen hergestellt werden kann. Ein krasses Beispiel dafür ist Holz. Wenn du Holz mit einem Elektroschweißverfahren oder Gasschmelzverfahren verbinden möchtest, ist das eher nicht möglich. Anders sieht es mit Metallen oder auch mit Kunststoff aus. Doch auch bei Metallen oder Kunststoff lässt sich nicht alles leicht oder überhaupt schweißen.

Ebenfalls ein wichtiger Faktor ist die Fähigkeit die Schweißverbindung fortlaufend zu halten. Denn wenn eine Schweißverbindung vielleicht nur kurze Zeit hält bringt das kaum etwas. Was bringt es, wenn das neue Werk durch schweißen rostet, sich verändert oder im Gebrauch leicht wieder zerstört werden kann? Genau deshalb wird die Schweißbarkeit bzw. Schweißeignung auch daran gemessen, dass diese langfristig sicher bestehen bleibt.

Ein dritter Faktor, der beim zweiten Faktor schon angedeutet wurde ist, dass die Schweißung durch Einflüsse nicht beschädigt wird bzw. nicht leicht beschädigt werden kann. Wenn du zwei Stahlstücke miteinander verschweißt und diese mit einem Hammer schnell wieder zu trennen sind, ist das nicht gut und in aller Regel nicht gewünscht. Eine gute Schweißverbindung hält, wenn nicht anders gewünscht großen Belastungen stand.

Welche Werkstoffe sind schweißbar

Werkstoffe, die relativ leicht zu verschweißen sind, sind also hauptsächlich Metalle. Neben Metallen lassen sich auch Kunststoffe und Glas verschweißen.

Für Stahl wird dabei häufig das Elektroschweißen, aber auch Gasschweißen je nach dem mit WIG, MAG oder MIG verwendet. Mit WIG, MAG oder MIG sind die jeweiligen Arten des Gasschweißens gemeint:

  • WIG (Wolfram-Inertgas-Schweißen)
  • MAG (Metall-Aktivgas-Schweißen)
  • MIG (Metall-Inertgas-Schweißen)

Wenn wir nun beim Stahl bleiben ist noch zu erwähnen, dass die Schweißbarkeit von Stahl von zwei Faktoren abhängig ist, nämlich:

  • vom Kohlenstoffgehalt
  • von der Abkühlgeschwindigkeit

Achtung: Wenn ein Stahl einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,22 % hat, dann ist dieser nur noch bedingt zum Schweißen geeignet.

Was du diesbezüglich auch wissen solltest ist, dass durch das Schweißen hohe Temperaturen erreicht werden. Dadurch verändern sich bei Werkstoffen, je nachdem welches verwendet wird die chemischen Eigenschaften. Dies kann, muss aber nicht zu unangenehmen Nebenwirkungen führen.

Zerspanen - Fertigungstechnik und deren Verfahten

Hier lernst du u.a. das Fertigungsverfahren Zerspanen kennen

Ein weiteres häufig genutztes Fertigungsverfahren ist das Spanen. Gemäß der DIN 8589 ist das Spanen ein Trennvorgang, bei welchem von einem Werkstück Schichten von Spänen abgetrennt werden. Diese Trennung erfolgt mechanisch. Mit dem Fertigungsverfahren wird bezweckt, dem Werkstück eine neue Form und/oder Oberfläche zu geben.

Aufgrund der hohen Genauigkeit und der vielfältigen Bearbeitungsmöglichkeiten gehört das Spanen/Zerspanen zu den bedeutendsten Fertigungsverfahren.

Die relevanten Daten für die Zerspanung

Für ein zerspanendes Fertigungsverfahren benötigst du verschiedene Daten. Der Vorschub und die Eingriffsgrößen können beim jeweiligen Prozess einfach maschinell eingestellt werden. Zur Berechnung der Vorgänge ist es allerdings notwendig, dass die Spanungsgrößen bekannt sind. Denn es ist erforderlich zu wissen, wie viel Span vom Werkstück abgetragen werden muss.

Die Spanungsdicke bezeichnet dabei die Dicke des abzunehmenden Spans. Darüber hinaus ist es erforderlich, den Spanungsquerschnitt zu kennen. Dies ist die gesamte Querschnittfläche des Spans, der beim Einsatz des Verfahrens abgetragen werden soll. Auch Schnitttiefe und Einstellwinkel müssen berechnet werden, um das optimale Ergebnis zu erzielen.

Die Standzeit und deren Bedeutung

Viele Fertigungsverfahren benötigen eine längere Zeit. Aus diesem Grund ist es erforderlich, zu wissen, wie lange das Werkzeug arbeiten kann, ohne dass der Verschleiß, die Produktionsqualität negativ beeinflusst.

Die Standzeitberechnung erfolgt zumeist nach Taylor. Demnach hat die Schnittgeschwindigkeit den größten Einfluss auf den Werkzeugverschleiß. Desto höher die Geschwindigkeit ist, desto höher ist der Verschleiß und desto kürzer die Standzeit. Darüber hinaus beeinflussen allerdings auch Vorschub und Geometrie den Verschleiß.

Da die Schnittgeschwindigkeit allerdings bei der Berechnung dominiert, reicht es oftmals für dich aus, lediglich die Standzeit mit der Schnittgeschwindigkeit in Relation zueinander zu setzen.

So berechnet man die Schnittgeschwindigkeit

Wie bereits erwähnt, hat die Schnittgeschwindigkeit einen hohen Einfluss auf die einzelnen Zerspanungsverfahren. Denn wenn diese zu hoch ist, dann lässt dies das Werkzeug schneller verschleißen. Dies führt dann zu höheren Kosten. Außerdem kann dadurch das Werkstück, welches du bearbeiten möchtest, beschädigt werden.

Eine zu niedrige Schnittgeschwindigkeit hat ebenfalls große Nachteile. Dabei wird u.a. der Span in der Regel nicht richtig abgeführt. Es kann dadurch beispielsweise beim Drehen oder Fräsen zur Riefenbildung kommen und somit zu einer unsauberen Oberfläche kommen. Außerdem kann bei einer zu hohen Schnittgeschwindigkeit der Verschleiß von Material und besonders vom Werkzeug höher sein.

Doch nun zu der Berechnung der Schnittgeschwindigkeit.

Die Schnittgeschwindigkeit bei drehender Schnittbewegung, wie dies beim Drehen, Bohren und Fräsen der Fall ist,
berechnet sich so:

vc = π • d • n • 1 m / 1000 mm

Die Schnittgeschwindigkeit bei linearer Schnittbewegung, wie dies beim Hobeln, Feilen und Sägen der Fall ist, berechnet sich so:

vc = 2 • L • n • 1 m / 1000 mm

Die Schnittgeschwindigkeit beim Schleifen berechnet sich so:

vc = π • d • n • (1 m • 1 min / 1000 mm • 60 sec)

Die Bedeutung der Formelzeichen:

vc = Schnittgeschwindigkeit in m/s oder m/min (Muss bei Bedarf umgewandelt werden
d = Durchmesser (zu beachten ist, dass der Werkstück-Durchmesser beim Drehen und der Werkzeug-Durchmesser beim Fräsen, Bohren oder schleifen gemeint ist)
n = Drehzahl
L = Werkstücklänge plus Bearbeitungszugabe
π = Kreiszahl (3.14..)

Die verschiedenen Verfahren der Zerspanung

Im Bereich des Spanens gibt es unterschiedliche Verfahren, die in unterschiedlichen Situationen eingesetzt werden. Im Nachfolgenden bekommst du einen exemplarischen Überblick über diverse Prozesse der Zerspanung.

Im Bereich des Spanens gibt es unterschiedliche Verfahren, die in unterschiedlichen Situationen eingesetzt werden. Im Nachfolgenden bekommst du einen exemplarischen Überblick über diverse Prozesse der Zerspanung.

Das Bohren - eines der bekanntest Fertigungsverfahren

Beim Bohren handelt es sich um ein spanendes Fertigungsverfahren. Denn logischerweise führt ein Bohrvorgang dazu, dass Schichten vom Werkstück abgetrennt werden. Beim Bohren werden zumeist zweischneidige Werkzeuge verwendet, die für eine Durchbohrung des Werkstoffs sorgen. Allerdings gibt es beim Bohren einen Nachteil, da es oftmals nicht möglich ist, eine gute, glatte Oberfläche zu bekommen.

Im Bereich des Spanens gibt es unterschiedliche Verfahren, die in unterschiedlichen Situationen eingesetzt werden. Im Nachfolgenden bekommst du einen exemplarischen Überblick über diverse Prozesse der Zerspanung.

Im Bereich des Spanens gibt es unterschiedliche Verfahren, die in unterschiedlichen Situationen eingesetzt werden. Im Nachfolgenden bekommst du einen exemplarischen Überblick über diverse Prozesse der Zerspanung.

Im Bereich des Spanens gibt es unterschiedliche Verfahren, die in unterschiedlichen Situationen eingesetzt werden. Im Nachfolgenden bekommst du einen exemplarischen Überblick über diverse Prozesse der Zerspanung.Wie schnell du den Bohrvorgang durchführen kannst, hängt maßgeblich davon ab, mit was für einem Schneidstoff du arbeitest und welcher Werkstoff durchbohrt werden soll.

Durch die Vorschubkraft, die wiederum abhängig vom Durchmesser des Bohrers und dem genauen Bohrverfahren ist, dringt der Bohrer in den jeweiligen Werkstoff ein. Die kreisförmige Bewegung sorgt dann dafür, dass sich der Bohrer immer tiefer in den Werkstoff hineinschneidet. Aufgrund der Schneidbewegung entsteht auch Wärme.

Diese wird durch die entfernten Späne und den Bohrer wieder abgeführt. Oft wird zur Kühlung beim Bohren auch eine Kühlflüssigkeit verwendet. Wenn du Holz bohren musst, ist das eher nicht der Fall. Wenn du jedoch durch Stahl oder andere Metalle bohren musst, solltest du eine Kühlflüssigkeit benutzen. Dies hat den Vorteil, dass das Ganze nicht zu heiß wird und der Bohrer blau wird. Außerdem wird dadurch die Hitze geringer gehalten und so die Toleranzen genauer. Denn je mehr ein Werkstoff erhitzt wird, desto besser dehnt es sich aus. Wenn die Hitze gedrosselt wird, dehnt es sich deshalb nicht so aus und die Bohrung wird sehr viel genauer.

Das Bohren ist aus diesem Grund ein häufig vorkommendes spanendes Fertigungsverfahren. Es wird sehr oft manuell mit einer Handbohrmaschine oder einer Ständerbohrmaschine eingesetzt. Eine Handbohrmaschine ist sehr oft im Holzbereich am Bau oder auch im Stahlbereich zu finden. Je genauer es sein muss, desto sinnvoller ist eine Ständerbohrmaschine die fest eingespannt ist und einen geraden Tisch besitzt.

Neben dem konventionellen Bohren wird das Verfahren auch bei Drehmaschinen und Fräsmaschinen im CNC-Bereich eingesetzt. Der Vorteil von CNC-Maschinen ist, dass in der Regel höhere Stückzahlen auf kürzere Zeit produziert werden können.

Außerdem ist dieses Verfahren in aller Regel sehr viel genauer, als dies mit einer konventionellen Bohrmaschine der Fall ist.

Wenn du die passende Schnittgeschwindingkeit herausfinden möchtest, findest du in Tabellenbüchern für den Metallbereich Tabellen und Bereichnungsmöglichkeiten.

Es kommt dabei also entscheiden darauf an, für was die Bohrung bzw. die Bohrungen benötigt werden, welche Maschinen zur Verfügung stehen usw. – also grob lässt sich sagen, dass das Kosten-Nutzen-Verhältnis aber auch die geforderte Qualität entscheidende Einflussfaktoren sind.

Das Brüstspanen

Auch das Bürstspanen ist ein spanendes Fertigungsverfahren, das mit Hilfe von Schneiden Schichten des Werkstücks abtrennt. Die Schneiden beim Bürstspanen sind die Enden von harten Drahtstiften, die Teil des Bürstenwerkzeugs sind. Dieses Fertigungsverfahren kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn die Oberflächengüte verändert werden soll. Falls du zum Beispiel ein Werkstück mit rauer Oberfläche haben willst, ist dieses Verfahren die richtige Wahl.

Darüber hinaus ist es auch möglich, beim Holz die Maserung herauszuarbeiten oder bei Schweißteilen die Werkstücke anschließend zu entgraten. Aufgrund der unterschiedlichen Funktionsbereiche kommt auch das Fertigungsverfahren Bürstspanen des Öfteren zum Einsatz.

Drehen - eine wichtiges Fertigungsverfahren der Fertigungstechnik

Ein weiteres zerspanendes Fertigungsverfahren ist das Drehen. Bei diesem Verfahren sorgt das Werkzeug für eine Schnittbewegung. Der Drehmeißel, der für das Drehen zuständig ist, hat eine Hauptschneide. Je nach der Richtung der Vorschubbewegung gibt es unterschiedliche Arten von Drehverfahren.

Beim Längsdrehen sorgt eine parallele Bewegung vom Drehmeißel zur Achse des Werkstücks für die Entfernung von Oberflächenschichten. Dieses Verfahren kommt meistens dann zur Anwendung, wenn als Endergebnis ein Werkstück mit bestimmtem Durchmessermaß gewünscht ist.

Konträr dazu erfolgt beim Stechdrehen eine vertikale Bewegung des Werkzeugs. Die endgültige Kontur resultiert aus dem einmaligen Stechen auf die endgültige Tiefe.

Es gibt sowohl das

  • Einstechen
  • Abstechen
  • und Ausstechen.

Wer eine Nut in einer bestimmten Form erzeugen will, verwendet das Einstechen. Beim Abstechen von fertigen Werkstücken wird, wie es der Name bereits sagt, das Abstechverfahren eingesetzt. Im Gegensatz dazu ist das Ausstechen dafür zuständig, ein Werkstück aus einem großen Bearbeitungsmaterial herauszutrennen. Je nach gewünschtem Ziel des Drehverfahrens kommen also andere Verfahrenstypen zum Einsatz.

Was beim Drehen bzw. nach der Frage ob man das Drehen als Verfahren verwenden soll oder noch zu wissen ist, ist die erreichbare Genauigkeit der Oberflächenqualität. Dabei ist das Drehen eine sehr genaue Möglichkeit um Materialien wie Stahl, Aluminium, Messing usw. zu bearbeiten. Dabei ist es so, dass du bei dem Fertigungsverfahren mit einer Genauigkeit von IT10 bis IT7 rechnen kannst. Je kleiner die Zahl ist desto genauer ist auch das Verfahren. IT7 ist also genauer als IT10. Standardisiert ist dies wie so viele andere Dinge auch in einer ISO-Norm.

Wenn du nun das Drehen bezüglich der Genauigkeit mit dem Bohren vergleichst, dann ist das Drehen besser. Denn beim Bohren erreichst du nur eine Genauigkeit von IT14 bis IT12 und du weißt ja, dass kleinere Zahlen besser sind als große Zahlen.

Besser als das Drehen ist das Schleifen. Beim Schleifen erreichst du eine Maßgenauigkeit von IT9 bis IT3 und laut Wikipedia ist sogar IT1 mit Sondermaß möglich. Wenn du also etwas drehst und das muss eine wirklich extrem saubere und genau Oberfläche bekommen, solltest du Schleifen in Erwägung ziehen.

Was beim Drehen anders ist als beim Fräsen oder Bohren, ist die Art der Bewegung. Denn beim Drehen bewegt sich nicht wie bei den anderen Verfahren das Werkzeug, sondern das Werkstück.

Eine weitere Einteilung der Drehverfahren ist:

  • das Außendrehen (Werkstück wird von außen bearbeitet)
  • das Innendrehen (Werkstück wird innen bearbeitet)
  • das Schruppen (das Werkstück wird grob bearbeitet)
  • das Schlichten (das Werkstück wird fein bearbeitet)
  • das Kegeldrehen (wie der Name schon sagt wird ein Kegel gedreht)
  • das Hochgeschwindigkeitsdrehen

Eine weitere Einteilung nach erzeugter Form ist:

  • Runddrehen
  • Plandrehen
  • Schraubdrehen
  • Wälzdrehen
  • Profildrehen
  • Formdrehen

Teile die häufig gedreht werden sind:

  • Achsen
  • Wellen
  • Schrauben
  • Radnaben
  • Gewindespindeln
  • Walzen
  • Bauteile von optischen Geräten und Instrumenten
  • usw.

Wenn du dich für das Drehen als spanendes Verfahren informierst, wirst du mit zwei relevanten Geschwindigkeiten in Berührung kommen. Es gibt hierbei die Schnittbewegung. Die Schnittbewegung ist jene Bewegung, die den Span bzw. die Späne vom Werkstück abträgt. Beim Drehen rotiert das Werkstück und das Werkzeug bzw. der Drehmeißel trägt die Späne ab. Die Schnittgeschwindigkeit wird in vc und wird beim Drehen meistens in m/min angegeben.

Neben der Schnittgeschwindigkeit gibt es auch noch die Vorschubbewegung. Diese gibt an wie schnell sich der Schlitten, auf dem das Werkzeug bzw. der Drehmeißel befindet bewegt.

Um ein hervorragendes Ergebnis zu bekommen ist es von entscheidender Bedeutung, die richtigen Schnittdaten zu finden. Dafür gibt es Tabellenbücher usw., in welchen die die Schnittdaten errechnen oder aus einer Grafik entnehmen kannst.

Die Werkzeuge beim Drehen sind:

Weiter oben bin ich schon auf den Drehmeißel eingegangen. Dies ist deshalb so, weil der Drehmeißel das bekannteste und meistgenutzte Werkzeug bei Drehmaschinen ist. Drehmeißel bestehen oft aus einfachen Schnellarbeitsstahl, können aber auch aus Hartmetall sein. Auch Meißel mit Wendeplatten wie dies beim Fräsen der Fall ist, können beim Drehen zum Einsatz kommen.

Wenn es um spezielle Bereiche geht, dann können natürlich auch andere Materialien wie Diamant zum Einsatz kommen. Dabei ist es nicht so, dass das vermeintlich höherwertige Material immer das Beste ist. Wie bei den meisten Verfahren kommt es darauf an wofür es genutzt wird. Es sind immer die Vor- und Nachteile abzuwägen, wobei natürlich auch die Wirtschaftlichkeit sowie die Kundenanforderungen eine Rolle spielen.

Die Werkstoffe, aus denen die Schneiden bestehen, werden in der Zerspantechnik als Schneidstoff bezeichnet. Industrieller Standard ist das Hartmetall, mit dem höhere Schnittgeschwindigkeiten und somit niedrigere Bearbeitungszeiten möglich sind als mit dem herkömmlichen Schnellarbeitsstahl (HSS). Beim Drehen kann jedoch grundsätzlich die gesamte Palette der bekannten Schneidstoffe zum Einsatz kommen.

(Quelle Wikipedia 26.01.2019)

Was du dazu auch noch wissen solltest ist, dass ein Drehmeißel nicht das einzige Werkzeug ist, welches du an Drehmaschinen verwenden kannst. Du kannst natürlich auch Bohrungen vornehmen. Mit manchen, vor allem CNC-gesteuerten Maschinen, ist es auch möglich bestimmte Fräsarbeiten kleine und weiche Werkstücke zu fräsen.

Feilen – ebenfalls ein Fertigungsverfahren des Spanens

Auch das Feilen fällt unter die Oberkategorie Fertigungsverfahren der Zerspanung. Vor allem bei anfallenden Reparaturtätigkeiten aber auch bei Entgratungen wird dieses Fertigungsverfahren genutzt.

Feilen sind Werkzeuge mit mehreren Schneiden. Diese dienen der Abtragung von geringen Mengen bzw. Schichten auf Werkstoffen. Die Feile besteht zumeist aus legiertem Stahl, welcher sich aufgrund seiner Härte besonders gut für dieses Fertigungsverfahren der Zerspanung eignet.

Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Arten von Feilen – die Hand- und die Maschinenfeilen. Handfeilen werden manuell eingesetzt, während Maschinenfeilen in der maschinellen Produktion zum Einsatz kommen. Beim Feilen gibt es unterschiedliche Verfahren, die je nach Einsatzgebiet und Zweck Verwendung finden. Als Hubfeilen wird das wiederholte und geradlinige Schneiden bezeichnet. Im Gegensatz dazu erfolgt das Feilen beim Bandfeilen kontinuierlich und auch zumeist geradlinig. Die Besonderheit ist eine Verwendung von einem endlosen Feilenband.

Darüber hinaus gibt es als drittes Verfahren des Feilens das Scheibenfeilen. Bei diesem erfolgt die Schnittbewegung nicht geradlinig, sondern kreisförmig.

Wo werden Feilen eingesetzt? Handfeilen sind in den Bereichen

Holz, Metall und Kunststoff

zu finden.

Meist werden sie in der industriellen Fertigung nur zu kleinen Nacharbeiten bei Fehlern usw. eingesetzt. Der Grund ist, dass diese nicht wirtschaftlich genug sind und der maschinellen Bearbeitung besser geeignet sind. Ebenfalls gefragt sind die Handfeilen dann, wenn es mit Maschineneinsatz nicht möglich ist.

Anders sieht das Ganze auf Baustellen und im Handwerksbereich aus. Hier werden feilen noch immer eingesetzt.

Das Feilen wird wie so viele andere Fertigungsverfahren auch durch eine DIN-Norm nach ihrer Art bzw. den Arten eingeteilt.

Die Einteilung des Feilens nach DIN 8589-7 ist:

  • 3.2.7 Feilen / Raspeln
  • 3.2.7.1 Planfeilen (-raspeln)
  • 3.2.7.2 Rundfeilen (-raspeln)
  • 3.2.7.3 nicht belegt
  • 3.2.7.4 nicht belegt
  • 3.2.7.5 Profilfeilen (-raspeln)
  • 3.2.7.6 Formfeilen (-raspeln)

Wie auch beim Fräsen oder Drehen, kann auch das Feilen in Schruppen und Schlichten eingeteilt werden. Mit Schruppen ist eine grobe Bearbeitung der Oberfläche eines Werkstücks gemeint. Eine Schruppfeile hat in der Regel einen Kreuzhieb. Dieser hilft dabei, dass mehr Material abgetragen werden kann als dies mit einer Feile zum Schlichten möglich ist.

Ein weiterer entscheidender Unterschied zwischen einer Schrupp- und Schlichtfeile ist, die Beschaffenheit der Oberfläche.

Mit einer Schruppfeile ist die Oberfläche sehr viel rauer und muss oft mit einer Schlichtfeile und eventuell auch mit Schmiegelpapier bzw. Schleifpapier nachgearbeitet werden.

Das Fräsen als Fertigungsverfahren der Fertigungstechnik

Der Fräsvorgang ähnelt grundsätzlich dem Verfahren des Bohrens. Denn das Werkzeug ähnelt sich stark einem Spiralbohrer. Der Unterschied ist die Schneidengeometrie. Das Werkzeug wird beim Fräsen anschließend in drehender Bewegung gegen das Werkstück geführt, sodass Späne vom Werkstück abfallen. Das Ergebnis ist eine neue Form, die in größtmöglicher Präzision gefertigt wird.

Dabei werden unterschiedliche Werkzeuge eingesetzt. Schaftfräser sind zum Beispiel Werkzeuge aus einem besonderen Werkzeugstahl. Diese gibt es sowohl mit als auch ohne spezielle Beschichtung. Darüber hinaus gibt es auch Messerköpfe. Diese sind grundsätzlich mit unterschiedlichen Schneiden versehen, die zudem manuell ausgewechselt werden können.

Somit ist es möglich, für den individuellen Fall die beste Schneide auf den Messerkopf anzubringen. Ein weiterer Vorteil von Messerköpfen ist, dass mit diesen meist sehr viel höhere Schnittgeschwindigkeiten möglich sind. So können Werkstücke oft viel schneller gefertigt werden, was nicht nur aus wirtschaftlichen Gründen einen großen Vorteil hat.

Normalerweise spannst du das Werkstück fest auf einen Tisch. Denn das Fräswerkzeug ist meistens fest an einen Ort gebunden. Allerdings gibt es auch eine andere Möglichkeit.

Dann ist das Werkzeug beweglich und kann ohne Probleme an das Werkstück herangeführt werden.

Die besten und präzisen Ergebnisse mit der gewünschten Form sind nur dann möglich, wenn die optimale Schnittgeschwindigkeit vorliegt. Diese ist allerdings abhängig vom Vorschub.

Denn desto schneller der Vorschub ist, desto schneller muss sich auch das Werkzeug bewegen – nur dann ist eine optimale Schnittgeschwindigkeit möglich. Bei einer hohen Geschwindigkeit ist es logisch, dass Wärme erzeugt wird. Mittels Kühlmittel vermeidest du direkt die Hitze oder leitest diese anschließend zügig wieder ab.

Fräsen heute:

Die Automatisierung geht selbstverständlich auch nicht an den zerspanenden Fertigungsverfahren vorbei. Aus diesem Grund erfolgen die Fräsarbeiten mittlerweile weitgehend automatisch. Die Steuerung erfolgt nun mit der Hilfe von Bearbeitungszentren. Dies sind entweder NC- oder CNC-Anlagen. Die automatisierenden Anlagen haben für eine Perfektionierung des Fräsvorgangs gesorgt, sodass manuelle Fräsarbeiten heutzutage kaum mehr vorkommen.

CNC-Anlagen gibt es in unterschiedlichen Ausführungen, d.h. mit unterschiedlichen Achsrichtungen. Je höher die Achsrichtungen sind, desto präziser erfolgt die Arbeit.

In manchen Bereichen ist es dabei ausreichend, dass eine Maschine mit drei Achsen genutzt wird. Sind komplexere Werkstücke zu fertigen, ist eine CNC-Maschine mit 5 Achsen die bessere Wahl. Je mehr Achsen eine Fräsmaschine hat, desto mehr Richtungs- und/oder Drehbewegungen kannst du machen. So lässt sich bei einigen CNC-Maschinen nicht nur das Werkzeug in Höhe, Tiefe und Breite bewegen, sondern auch schwenken und sogar der Tisch lässt sich bei manchen Maschinen während der Bearbeitung bewegen.

CNC-Maschinen haben den Vorteil, dass sie sehr genau sind. Es ist sowohl das produzieren von hohen Stückzahlen, als auch das Herstellen von komplexen Einzelteilen möglich.

Was man beim CNC-Fräsen neben der Fertigung noch können muss, ist die Programmierung. Es gibt hier verschiedene Anbieter die Programme zur Verfügung stellen. Die bekanntesten Steuerungen, die in Deutschland genutzt werden, sind die Siemenssteuerung und Heidenhain.

Dabei wird die Siemenssteuerung meist dort eingesetzt, wo hohe Stückzahlen produziert werden müssen. Die Heidenhainsteuerung ist in der Einzelteilfertigung und dort wo geringere Stückzahlen produziert werden müssen eher zu finden.

Die Einteilung der Fräsverfahren nach DIN 8589 ist:

  • Planfräsen
  • Rundfräsen
  • Schraubfräsen
  • Profilfräsen
  • Walzfräsen
  • Formfräsen

Wie auch beim Drehen, ist die Planbearbeitung ein wichtiges Verfahren. Beim Planfräsen geht es darum ebene Flächen herzustellen. Ebene Flächen werden verschiedenen Bauteilen und Werkstücken benötigt. Diese werden häufig, je nach der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit noch durch Schleifen bearbeitet.

Das Planfräsen trägt nach DIN 8589 die Ordnungsnummer 3.2.3.1 und lässt sich noch in die folgenden drei Bearbeitungsmöglichkeiten unterteilen:

  • 3.2.3.1.1 Umfangs-Planfräsen
  • 3.2.3.1.2 Stirn-Planfräsen
  • 3.2.3.1.3 Stirn-Umfangsplanfräsen

Das Rundfräsen hat eine gewisse Ähnlichkeit mit dem Drehen, da auch hier kreisförmige und zylindrische Teile aber auch Bestandteile von Werkstücken hergestellt werden können. Das Rundfräsen trägt die Ordnungsnummer 3.2.3.2 und lässt sich wie auch das Planfräsen in drei Verfahren unterteilen. Diese sind:

  • 3.2.3.2.1 Umfangs-Rundfräsen
  • 3.2.3.2.2 Stirn-Rundfräsen
  • 3.2.3.2.3 Stirn-Umfangs-Rundfräsen

Das Schraubfräsen lässt sich im Gegensatz zum Rund- und Planfräsen nach DIN 8589 nur in zwei Verfahren unterteilen. Beim Schraubfräsen wird, wie es der Name schon vermuten lässt, eine schraubige Form erzeugt. Dies wird für Gewinde, aber auch Spindeln usw. benötigt. Wenn du also eine Schraube fräsen möchtest, dann ist das Schraubfräsen die richtige Wahl.

  • 3.2.3.3.1 Langgewinde-Schraubfräsen
  • 3.2.3.3.2 Kurzgewinde-Schraubfräsen

Das Wälzfräsen hat die Ordnungsnummer 3.2.3.4. Es dient dazu, dass du Walzflächen herstellen kannst. Dieses Verfahren ist nicht so häufig anzutreffen, wie dies bei den bereits vorgestellten Verfahren der Fall ist.

Das Profilfräsen hat die Ordnungsnummer 3.2.3.5. und lässt sich in die folgenden Verfahren unterteilen:

  • 3.2.3.5.1 Längs-Profilfräsen
  • 3.2.3.5.2 Rund-Profilfräsen
  • 3.2.3.5.3 Form-Profilfräsen
  • 3.2.3.5.4 Profilfräsen

Das letzte Fräsverfahren, was erwähnt werden muss, ist das Formfräsen. Dieses lässt sich in die folgenden Ordnungsnummern unterteilen:

  • 3.2.3.6.1 Freiformfräsen
  • 3.2.3.6.2 Nachformfräsen
  • 3.2.3.6.3 kinematischen Formfräsen
  • 3.2.3.6.4 NC-Formfräsen

Gleichlauffräsen oder Gegenlauffräsen:

Beim Fräsen gibt es zwei verschiedene Möglichkeiten, wie sich das Werkzeug zur Vorschubbewegung bewegen kann. Entweder das Werkzeug schneidet in der gleichen Richtung wie der Span abgetragen wird oder es schneidet entgegengesetzt.

Beim Gleichlauffräsen dreht sich das Werkzeug, beispielsweise der Schaftfräser, in die gleiche Richtung wie die Späne abgetragen werden. Beim Gegenlauffräsen ist es genau anders herum.

Das Gegenlauffräsen hat den Nachteil, dass meistens nicht ökonomisch sinnvoll ist. Es wird nur bei harten Werkstoffen oder bei manuellen Fräsmaschinen verwendet. Bei CNC-Maschinen ist das Gleichlauffräsen im Vorteil. Gegenüber dem Gegenlauffräsen kann die Vorschubgeschwindigkeit um bis zu fünfzig Prozent erhöht werden was nicht nur einen viel geringeren Verschleiß der Werkzeugschneide, sondern auch einen höheren wirtschaftlichen Vorteil bringt.

Hobeln und Stoßen als Fertigungsverfahren

Weitere Verfahren der zerspanenden Fertigungstechnik sind das Hobeln und Stoßen. Bei beiden Verfahren erfolgt die Bearbeitung mit Hilfe von geometrisch bestimmten Schneiden. Das Ziel der Bearbeitung ist die Erzeugung einer ebenen, glatten Fläche oder des gewünschten Oberflächenprofils.

Der einschneidige Meißel sorgt dafür, dass die Späne während des Fertigungsprozesses abgenommen werden. Dies ist der Arbeitshub. Anschließend erfolgt der Rückhub, sodass der Meißel wieder in die Ausgangsposition zurückkehrt und erneut beginnen kann.

Auch wenn beim Hobeln und Stoßen viele Gemeinsamkeiten bestehen, gibt es doch klare Unterschiede. Beim Hobelprozess ist das Werkstück der aktive Part. Denn dieses führt die Schnitt- und Rückbewegung selbst aus. Anders ist dies beim Stoßen. Dort macht das Werkzeug die ganze Arbeit und führt die Vorschub- und Zustellbewegung aus.

Die einzelnen Fertigungsverfahren werden weiter unterteilt. Beim Stoßen findet die Unterteilung anhand der Schnittbewegung statt. Die einzelnen Verfahren heißen Waagrechtstoßen oder Senkrechtstoßen – je nach der erfolgten Schnittbewegung. Beim Hobeln ist demgegenüber nicht die Richtung entscheidend. Dort kommt es auf die Art der erzeugten Fläche an. So gibt es das Planhobeln und Formhobeln. Aber auch beim Stoßen gibt es diese Differenzierung. Formstoßen, Wälzstoßen, Profilstoßen oder eben das Planstoßen sind unterschiedliche Spielarten des zerspanenden Fertigungsverfahrens des Stoßens.

Darüber hinaus erfolgt eine beliebte Unterteilung aufgrund der Länge der Arbeitswege. Unter Kurzhobeln versteht man Schnittbewegungen, bei denen die maximale Hobellänge unter einem Meter liegt. Beim Langhoben sind die Arbeitswege größer und betragen 2-10 Meter. Folglich wird das Kurzhobeln dann eingesetzt, wenn die Werkstücke von geringer Größe sind. Das Langhobeln kommt demgegenüber zum Einsatz, wenn die langen und schmalen Flächen bearbeitet werden.

Läppen

Ein anderer Fertigungsvorgang im Bereich Zerspanung ist das Läppen gemäß der relevanten DIN 8589. Demnach ist das Läppen ein Spanen mit Läppgemisch, das auf dem Läppwerkzeug geführt wird. Die einzelnen Körner des Läppgemisches drücken in das Werkstück und das Läppwerkzeug sorgt dann für ungerichtete Bearbeitungsspuren.

Aus diesem Grund ist das Läppen ein Feinbearbeitungsprozess, das sich für enorme Genauigkeiten und geringe Toleranzen eignet. Nach dem erfolgreichen Läppprozess hat das Werkstück eine mattglänzende Oberfläche. Nutzer profitieren dauerhaft von einem geringen Verschleiß, wenn du das Läppen einsetzt.

Läppen zeichnet sich dadurch aus, dass die Werkzeuge und das Werkstück aufeinander abgleiten. Im Spalt dazwischen befindet sich das flüssige oder körnige Läppmittel, das für den Abtrag beim Werkstück sorgt. Die Körner des Läppmittels rollen quasi über das Werkstück. Dabei drücken die Spitzen in das Material hinein und erzeugen kleinste Risse. Daraus resultiert das Herausbrechen von Kleinstpartikeln. Je nach der Körnung erfolgt ein geringer oder größerer Abtrag beim Werkstoff.

Doch was für ein Mittel wird als Läppgemisch benutzt? Wichtig ist es, dass das Läppmittel sowohl druck- als auch verschleißfest ist. Die Korngröße sollte dabei minimal 5 und maximal 100 Nanometer betragen. Da die meisten Kornarten bei hohem Druck zersplittern besteht das Läppgemisch sowohl aus Körnern als auch aus einer Flüssigkeit. Dies sorgt dafür, dass die Körner nicht zersplittern.

Neben dem Läppgemisch ist auch das Werkzeug entscheidend für den Abtrag. Wenn du harte Werkzeuge verwendest, findet ein hoher Abtrag statt. Anders ist dies, wenn weiche Werkzeuge zum Einsatz kommen. Dann ist der Abtrag kleiner, die Oberfläche dafür aber besser.

Darüber hinaus gibt es auch im Bereich des spanenden Fertigungsverfahrens des Läppens verschiedene Verfahren. Dies sind zum Beispiel das Planläppen, das Pressläppen, das Formläppen, das Außenrundläppen oder das Innenrundläppen.

Gegenüber anderen Fertigungsverfahren bietet das Läppen einige Vorteile. Zum einen ist ein Einspannen bei den meisten Werkstücken nicht möglich und notwendig – die Bearbeitung erfolgt ohne Einspannung. Aus diesem Grund benötigst du meistens keinerlei Vorrichtungen. Zudem ist das Läppen bei fast allen Werkstücken möglich – auch bei kleinen, zerbrechlichen und äußerst dünnen Werkstücken. Ein gleichmäßiger Abtrag beim Werkstück ist nahezu immer gewährleistet.

Gleitschleifen

Auch der Prozess des Gleitschleifens ist ein Verfahren der Zerspanung. Dieses Fertigungsverfahren erfolgt mittels ungeregelter Schleifbewegungen, die zwischen dem zu schleifenden Werkstück und den Schleifkörpern vorkommen. Dabei gibt es eine Reihe unterschiedlicher Arten wie zum Beispiel das Polieren, das Aufhellen oder das Reinigen.

Grundsätzlich erfolgt das Gleitschleifen in verschiedenen Verfahren. Beim Vibrationsverfahren schwingen die Schleifkörper durch die Erzeugung von Vibrationen. Die Bearbeitung erfolgt zumeist vollautomatisch, sodass sich dieses Verfahren vor allem für große Werkstücke eignet. Beim Fliehkraftverfahren sind die Chips zum Schleifen und das Werkstück zusammen in einem Rotationsbehälter untergebracht.

Durch die Fliehkraft findet eine umwälzende Bewegung statt, woraus die Schleifung resultiert. Das Trommelverfahren findet in einer Trommel statt. Das Werkstück und die Schleifkörper werden an der Wand der Trommel hoch befördert. An dem Punkt, an welchem die Schwerkraft zu stark wird, gleiten die Schleifkörper und das Werkstück nach unten.

In diesem Moment findet die Schleifung statt. Darüber hinaus gibt es beim zerspanenden Verfahren des Gleitschleifens noch das Tauchverfahren. Dieses erfolgt in einer Mischung, die aus Chemikalien besteht. Die Zentrifugalkraft drückt die Schleifkörper nach außen. Da sich das Werkstück außen an der Trommelwand befindet, erfolgt die Schleifung.

Das Schaben als Fertigungsverfahren der Fertigungstechnik

Auch das Schaben gehört zu den zerspanenden Fertigungsverfahren. Das Schaben gehört sogar zu den am längsten bekanntesten Verfahren. Mit Hilfe des Schabprozesses ist es für dich möglich, glatte und gleichmäßige Oberflächen zu erzeugen. Vor allem für Gleitflächen und andere notwendigerweise sehr glatte Oberflächen wird das Schaben eingesetzt.

Mit der Hilfe dieses spanenden Fertigungsverfahrens ist es möglich, hohe Genauigkeiten in puncto Lage, Form und Messbarkeit zu generieren. Darüber hinaus ist eine Besonderheit des Schabens, dass nur wenig Späne abgetragen werden. Dafür ist aber ein erfahrener Arbeiter erforderlich, der seine Arbeit mit der notwendigen Geschicklichkeit und ausreichend zur Verfügung stehenden Zeit verrichtet.

Beim Schaben gibt es grundsätzlich zwei unterschiedliche Fertigungsverfahren. Bei dem Handschaben erzeugst du die Vorschubbewegung manuell, während beim maschinellen Schaben eine Maschine für die notwendige Vorschubbewegung sorgt.

Das Schleifen

Eines von vielen Verfahren der Zerspanung ist auch das Schleifen. Dieses ist in der DIN 8559 genauer geregelt. Mit Hilfe von vielen Schleifkörnern aus natürlichen oder synthetischen Mitteln erfolgt unter hoher Geschwindigkeit die Abtrennung von Werkstoffschichten. Die Geschwindigkeit beträgt dabei bis zu 200m/s. Dieser Prozess dient der Verbesserung der Werkstückoberfläche – sowohl die Form als auch die Maßhaltigkeit können zudem unter Einsatz des Schleifverfahrens positiv beeinflusst werden.

Für die Wahl des richtigen Werkzeugs beim Schleifen sind die verschiedenen Stoffeigenschaften entscheidend. Zum einen muss das Schleifwerkzeug eine ausreichende Härte besitzen, damit überhaupt Späne vom Werkstück abgetrennt werden können. Aufgrund der Schläge ist es zudem notwendig, dass das Schleifwerkzeug zäh ist. Eine thermische und auch chemische Widerstandsfähigkeit runden die Anforderungen an die Stoffeigenschaften beim Schleifwerkzeug ab.

Senken

Auch das Senken ist ein Fertigungsprozess der Zerspanung. Wenn du senkrecht zur Drehachse befindliche Flächen benötigst, ist das Senken der richtige Fertigungsprozess. Das Senkwerkzeug ist dabei mehrschneidig und sorgt dafür, dass bei kleiner Schnittgeschwindigkeit das Werkstück in den vorhandenen Löchern bearbeitet wird. Daraus resultiert letztendlich die gewünschte Senkung des Werkstücks.

Das Räumen als Fertigungsverfahren

Denn das Räumwerkzeug ist eher teuer. Aus diesem Grund ist ein Einsatz dieses zerspanenden Verfahrens nur dann wirtschaftlich, wenn große Stückzahlen bearbeitet werden sollen.

Beim Räumen gibt es zudem unterschiedliche Verfahren. Dies sind zum Beispiel das Innenräumen, das Außenräumen oder das Umfangräumen. Die Verfahren unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich der Anwendung als auch des Einsatzgebietes.

Reiben

Das letzte beispielhaft genannte Verfahren im Bereich der zerspanenden Fertigungsverfahren ist das Reiben. Als Reiben bezeichnet man die Aufbohrung eines Werkstücks zwecks Herstellung von genauen Bohrungen mit einer hohen Oberflächengüte. Gerade im Bereich der zerspanenden Fertigungsverfahren gibt es eine Reihe unterschiedlicher Prozesse. Je nach Einsatzbereich und Ziel der Bearbeitung ist ein anderes Verfahren geeignet.

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3D-Druck als Verfahren der Fertigungstechnik

Hier lernst du das Fertigungsverfahren 3D-Druck kennen

Es gibt ein Verfahren in der industriellen Fertigung, das aus vielen Produktions- und Werkstätten nicht mehr wegzudenken ist – der 3D-Druck. Der 3D-Druck ist ebenfalls bekannt unter den Bezeichnungen Additive Manufacturing, Rapid Technology, Additive Fertigung oder Generative Fertigung.

3D-Druck ist eine Bezeichnung für diejenigen Fertigungsverfahren, bei denen das Material Schicht für Schicht aufgetragen wird. So können dreidimensionale Produkte, Bauteile und Gegenstände für die verschiedensten Bereiche gefertigt werden.

Der Einsatz des 3D-Druck-Verfahrens erfolgt vielfach bei der Anfertigung von kleinen bis sehr kleinen Bau- und Zubehörteilen, die in sehr großen Stückzahlen gebraucht werden. Diese können mit dem 3D-Druck parallel in Serien nebeneinander produziert werden – das Verfahren bietet sich dafür gut an. Einmal einprogrammiert, kann eine Serie von gewünschten Teilen den 3D-Drucker komplett durchlaufen.

Auch für spezielle Schmuckunikate oder in der Medizin- und Dentaltechnik spielt der 3D-Druck eine Rolle. Die Kleinserien-Fertigung oder die Einzelanfertigung von Bauteilen mit einer sehr hohen geometrischen Komplexität (auch mit zusätzlicher Funktionsintegration) ist ein wesentlicher Bestandteil im innovativen 3D-Druckverfahren.

Doch das ist noch lange nicht alles. Im Gegensatz zu einfacheren Fertigungsverfahren, wie dem Urformen, Umformen oder den sogenannten subtraktiven Fertigungsverfahren (Trennen), erhöht sich beim 3D-Druckverfahren die Wirtschaftlichkeit mit steigender Komplexität der Geometrie der jeweiligen Bauteile. Einfacher gesagt:

Je komplexere Formen in der Produktion gefordert sind, desto besser eignet sich der Einsatz eines 3D-Druckers. Zu den einzelnen Anwendungsmöglichkeiten später noch mehr.

3D-Druck - Funktionsweise im Fertigungsverfahren

Inzwischen gibt es auf dem Markt zahlreiche 3D-Drucktechnologien, mit denen man diverse Materialien bearbeiten kann. Unterschiedliche Hersteller benutzen für ähnliche 3D-Drucktechnologien vielfach unterschiedliche Bezeichnungen.

Bei 3D-Druck Verfahren gibt es, wie im technologischen Umfeld üblich, natürlich auch entsprechende Normentwürfe gemäß der aktuell gültigen DIN. Um es an dieser Stelle zumindest einmal anzureißen, für den 3D-Druck ist die DIN EN ISO/ASTM 52900 zuständig.

Danach werden die 3D-Produktionsverfahren in spezifische Kategorien eingeteilt:

  • die badbasierte Photopolymerisation
  • der Freistrahl-Bindemittelauftrag
  • der Freistrahl-Materialauftrag
  • die Materialextrusion
  • Materialauftrag mit gerichteter Energieeinbringung
  • die Schichtlaminierung
  • das Pulverbett-Schmelzen

Wie funktioniert das 3D-Druckverfahren? So wie bei einem normalen Papierdrucker benötigt der jeweils eingesetzte 3D-Drucker eine digitale Datei. Mit dieser werden die Informationen des zu druckenden Produkts für die Fertigung bereitstellt.

Beim regulären Papierdrucker kommt eine “doc”-, beziehungsweise “txt”-Datei mit den jeweiligen Textinhalten zur Anwendung. Beim 3D-Drucker hingegen muss bei der digitalen Herstellung ein anderes Dateiformat verwendet werden. Dieses enthält Informationen zu dem 3D-Modell, das gefertigt werden soll.

Das kann zum Beispiel eine CAD-Datei sein. Um nun ein Bauteil aus einem 3D-Modell aufbauen zu können, muss es vorher – in digitaler Form – in einzelne 2-dimensionale, horizontale Scheiben geschnitten werden.

Die Scheiben werden auch als “Layers” bezeichnet. Der Vorgang ist beim 3D-Druck das sogenannte “Slicing”. Solch ein benötigtes Dateiformat, auf dem die Informationen aller einzelnen “Layers” vorhanden sind, kann zum Beispiel eine “AMF”- oder “STL”-Datei sein. Mit der Hilfe dieser Datei wird dann der entsprechende 3D-Drucker in die Lage versetzt, ein Objekt (Werkstück) aus der Summe aller einzelnen 2D-Schichten aufzubauen!

Das ist im Prinzip die Grundfunktion, mit der bei einem 3D-Drucker auch 3-dimensionale Bauteile hergestellt werden können.

Einfacher ausgedrückt kann man sich dieses Prinzip an folgendem Beispiel praktisch vor Augen führen?

  • Eine gewisse Anzahl von Bierdeckeln (entspricht den Layers) werden miteinander verklebt.
  • Diese werden zu einem Bierdeckel-Würfel miteinander verknüpft (entspricht dem 3D-Objekt).
  • Während des “Druckvorgangs” werden natürlich die gewünschten feinen Konturen aus diesem Würfel heraus gearbeitet.
  • Somit erhält man am Ende des Druckvorgangs das vorher per elektronischer Datei kreierte Werkstück.

Der 3D-Druck umfasst eine große Anzahl von technologischen Verfahren. Er wird im technischen Umfeld auch häufig als Additive Manufacturing (AM) bezeichnet, was übersetzt “Generative Fertigung” bedeutet.

Einige Verfahren im 3D-Druck sind vom Prinzip her sehr ähnlich. Sie unterscheiden sich oft nur durch einige wenige Änderungen. Vereinfacht ausgedrückt kann zwischen folgenden Verfahren unterschieden werden:

  • 3D-Druck mit Pulver (auch 3DP)
  • 3D-Druck mit Hilfe von geschmolzenen Materialien
  • 3D-Druck mit flüssigen Materialien

3D-Druck mit Pulver

Als sehr modernes 3D-Druck Verfahren gilt das “Additive Layer Manufacturing”. Dabei wird Pulver als Grundlage für den 3D-Druckvorgang eingesetzt. Der 3D-Drucker besitzt hier einen oder mehrere Druckköpfe.

Dieser funktioniert ähnlich wie bei einem üblichen Tintenstrahldrucker. Anstatt Tinte, wird über den Druckkopf aber ein flüssiger Klebstoff (als Bindemittel) auf eine Pulverschicht übertragen. Als Daten-Grundlage für das Werkstück dienen hier die einzelnen 2D-Layer von einem zerlegten 3D-Modell.

Bei diesem 3D-Druck Verfahren wird nun der unterste Layer über einen beweglichen Druckkopf mit einem flüssigen Klebstoff auf die Pulverschicht aufgetragen.

Das bedeutet: der 3D-Drucker zeichnet quasi ein 2D-Bild von der ersten Schicht auf diese Pulverschicht. Anschließend werden die einzelnen Partikel miteinander verklebt. Im Folgenden wird automatisch eine frische und hauchdünne Pulverschicht über das erste Bild gezogen.

Dieser Vorgang wird mit dem 2D-Bild des zweiten Layers wiederholt. So werden die jeweiligen Layer schließlich Schicht für Schicht in das Pulverbett gezeichnet. Das 3D-Modell entsteht letztendlich aus der gesamten Summe der zusammengeklebten Pulverteile.

Wichtig dabei: damit das 3D-Werkstück auch von unten nach oben wachsen kann, bewegt sich das Pulverbett komplett zwischen jeden einzelnen Layer um die Höhe der Pulverschicht nach unten (die sogenannte z-Achse). Die Menge des dazu benötigten Materials ist so berechnet, dass die Schichten untereinander alle verklebt werden können.

Der Kleber, sowie das Pulver können hier sogar aus ganz unterschiedlichem Material bestehen. Am meisten wird hier mit Gips oder Kunststoffpulver gearbeitet, beziehungsweise gedruckt. Es können jedoch auch Glas, Keramik oder andere (pulverförmige) Materialien eingesetzt werden.

Als eines der am meisten genutzten Methoden im 3D-Druck, ist ein Drucken mit geschmolzenem Material. Hier sind vor allem Kunststoffe, wie zum Beispiel ABS oder PLA, einen sehr hohen Stellenwert in der Produktion. Ein großer Vorteil von diesem Verfahren: Es ist im Moment die günstigste Option, ein 3-dimensionales Werkstück herzustellen.

Prinzipiell funktioniert solch ein 3D-Drucker wie eine Heißklebepistole, die sich hin- und her bewegt. Wie bei den oben beschriebenen Layers wird hier ein 3D-Werkstück auf einer beweglichen Plattform aufgebaut. Um einer Lösung vom Druckbett vorzubeugen, wird oftmals eine beheizte Plattform benutzt. Der eingesetzte Druckkopf ist hier praktisch ein beheizter Extruder. Dieser schmilzt das zugeführte Material. Je nach eingesetztem 3D-Drucker wird entweder die Düse des Extenders selbst oder die darunter liegende Plattform bewegt. Die Geschwindigkeit des 3D-Druckers wird an die Zeit angepasst, die das eingesetzte Material zur Abkühlung sowie zum Aushärten benötigt. Erst dann, sobald die darunter liegende Schicht vollkommen erstarrt ist, wird die nächste Materialschicht aufgetragen. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung von sehr vielschichtigen Objekten.

Durch das Hinzufügen weiterer Extruder, sowie eingefärbten Materialien, können damit auch farbige Bauteile hergestellt werden.

Ein weiterer Vorteil beim 3D-Druck mit geschmolzenen Materialien:

Damit auch überhängende Strukturen erzeugt werden können, ist es möglich, neben dem zusätzlichen Extruder optional Stütz-Materialien mit einzubeziehen. Damit wird man in die Lage versetzt, Hohlräume und Stütz-Strukturen mit wachsartigen oder wasserlöslichen Materialien zu drucken. Diese Materialien können nach dem Druckvorgang ganz einfach ausgewaschen, beziehungsweise abgeschmolzen werden – und schon erhält man die gewünschten 3D-Strukturen!

3D-Druck mit flüssigem Material

Dieses 3D-Druckverfahren arbeitet auf Basis von flüssigen und UV-empfindlichen Kunststoffen (Photopolymeren). Hier gibt es zum Beispiel das Verfahren der Stereolithografie. Dies gilt quasi als Ursprung der 3D-Druckverfahren. Für diese 3D-Druckvariante ist ein mit flüssigem Photopolymer gefülltes Becken die Grundlage. Dieser Kunststoff verfügt über eine ganz besondere Eigenschaft:

Er wird nach einer gewissen Belichtungszeit ganz starr! Um ein Werkstück herzustellen, werden nun die jeweiligen Layers des gewünschten 3D-Modells mit einem Laser auf die Oberfläche des flüssigen Kunststoffs projiziert. Unter der Oberfläche wird ein (bewegliches) Druckbett angeordnet. Die erste, darauf gedruckte Schicht erstarrt – und das Werkstück wird nun an das darunterliegende Druckbett befestigt.

Anschließend wird das Objekt von einem mechanischen Arm nach unten gezogen. Das ist nötig, damit sich oben wieder die nächste flüssige Materialschicht ansammeln und verteilen kann. Auf dieser wird nun wiederum der nächste Layer projiziert. Das wird so oft wiederholt, bis das gewünschte Objekt seine Gestalt annimmt. Nach dem 3D-Druckvorgang kann das dann ausgehärtete Werkstück aus seinem Bad genommen werden.

Manchmal wird es zusätzlich in einer dafür vorgesehenen “Belichtungskammer” nachbelichtet – bis es komplett ausgehärtet ist. Was ist der Vorteil dieses Druckverfahrens? Es ist zwar ein wenig teurer in den Materialkosten, jedoch kann hiermit eine durchaus höhere Druckqualität erreicht werden.

3D-Druck in der Industrie

Beim 3D-Druck wird generell zwischen einer Herstellung von Einzelstücken, Modellen und Prototypen einerseits, und einer Serienanfertigung von Bauteilen andererseits unterschieden. 3D-Druck wird in folgenden Umfeldern zur Herstellung von Einzelstücken, Modellen und Prototypen eingesetzt:

In der Architektur, dem Automobilbau, bei der Anfertigung spezieller und kompliziert geformter Ersatzteile, in Bauverfahren, beim (technischen) Modellbau, im Maschinenbau, sowie in wissenschaftlichen Laboren und im Bereich Design und Kunst.

Für die Serienfertigung kommt der 3D-Druck oftmals zum Tragen in der

  • Verpackungsindustrie
  • der Luft- und Raumfahrtindustrie
  • in Bereichen der Medizin- und Zahntechnik
  • und im Bio-Printing.

Das 3D-Druck Verfahren wird sehr gerne dann eingesetzt, wenn geringe Fertigungsstückzahlen, oftmals verbunden mit einer komplizierten Geometrie der Bauteile, vom Auftraggeber gefordert sind. Hinzu kommt meistens ein recht hoher Grad an eine Individualisierung der jeweiligen Werkstücke.

Gute Beispiele dafür sind unter anderem Bereiche wie

  • Werkzeugbau
  • Luft- und Raumfahrtindustrie
  • medizinische Produkte, die in Kleinserien, aber mit einem äußerst hohen Qualitätsstandard angefertigt werden.

Auch am Beispiel der Luft- und Raumfahrtindustrie kann man den Hintergrund für eine Fertigung mit Hilfe des 3D-Drucks gut verdeutlichen.

In diesem (speziellen) Industriefeld werden viele Prototypen konstruiert und gebaut. Dieser Wirtschaftszweig hat viel mit branchentypisch kleinen Stückzahlen zu tun.

In diesem (speziellen) Industriefeld werden viele Prototypen konstruiert und gebaut. Dieser Wirtschaftszweig hat viel mit branchentypisch kleinen Stückzahlen zu tun.

Bei einer parallel stattfindenden hohen Entwicklungstätigkeit hat der Einsatz von 3D-Druckern eine Vielzahl von Vorteilen. Versuchsträger für die Erprobung, Baugruppen aus Metall oder Triebwerke können so schnell – und darüber hinaus werkzeuglos – produziert werden.

Zusätzlich nimmt die Entwicklungsgeschwindigkeit in diesem Bereich immer weiter zu, sodass mit dem 3D-Druck auf neue Anforderungen reagiert werden kann.

Ein praktisches Beispiel dafür sind die Entwicklungen in der amerikanischen Raumfahrtindustrie. Dort wird die Fertigung mit 3D-Druckern mittlerweile aus Zeit- und Kostenüberlegungen als Standardvariante angewandt.

Der Betrieb eines 3D-Druckers - wann ist er sinnvoll?

Ob der Einsatz eines 3D-Druckers sinnvoll ist, hängt (wie oftmals) von mehreren Faktoren ab. Sinnvoll wird das 3D-Druckverfahren zum Beispiel bei einer bedarfsnah orientierten Fertigung (das heißt zeitlich oder dezentral). Die dezentrale Fertigung von Bauteilen – oder Cloud Producing – und eine Fertigung auf Anfrage, also “on demand”, bietet hier einige Vorteile in Bezug auf Kosten.

Darüber hinaus kann sogar eine Einsparung von CO2-Emissionen erreicht werden. Denn gerade im Bereich der Luftfahrtindustrie ist es möglich, Ersatz- und Bauteile “on demand” zu fertigen, komplett ohne die Vorhaltung teurer Werkzeuge. Dieses Konzept revolutioniert dabei langfristig die bislang eingesetzten Logistik-Konzepte der Luftfahrtbranche.

Kostenintensive Revisionszeiten von Flugzeugen können damit reduziert werden. Mit dem 3D-Druck ist es ebenso machbar, sehr kleine Strukturen anzufertigen. Die modernen 3D-Drucker sind in der Lage, feinste Formen auszubilden. Das ist auch in der industriellen Produktion von Vorteil. Dort kann mit Hilfe von 3D-Druckern eine form- und werkzeuglose Fertigung ablaufen, indem beispielsweise die programmierten CAD-Daten für ein gewünschtes Bauteil mit einem 3D-Drucker ganz unkompliziert umgesetzt werden.

Ein anderer, nicht unwesentlicher Punkt bei einem Betrieb des 3D-Drucks ist die Substitution.

Das bedeutet – klassische Fertigungsstrategien werden mit dem modernen 3D-Druckverfahren ergänzt. Hier können bestimmte Faktoren für die Entscheidung eines solchen Einsatzes zum Beispiel wichtig sein:

  • geforderte Losgrößen
  • Produktionskosten
  • zeitliche Aspekte
  • Anforderungen an die Qualität
  • und die Komplexität der Bauteile.

Wirtschaftlichkeit eines 3D-Druckers

Damit ein Fertigungsverfahren in der industriellen oder der handwerklichen Fertigung einen gewissen Grad der Wirtschaftlichkeit erreicht, muss auch eine genügende Auslastung der vorhandenen und eingesetzten Werkzeuge beziehungsweise Maschinen vorliegen.

Da 3D-Drucker – im Gegensatz zu herkömmlichen Werkzeugmaschinen, wie zum Beispiel Fräsmaschinen oder CNC-Automaten – einen anderen Aufbau und eine andere Wirkungsweise haben, liegen in diesem Punkt natürlich andere Kriterien zugrunde. Durch den jeweils aktuellen Stand der Technik im 3D-Druck, können sich diese Faktoren kontinuierlich verändern.

Bei der Betrachtung des wirtschaftlichen Einsatzes kommen hier folgende Punkte zum Tragen:

1) Aufbaugeschwindigkeit bei 3D-Druckern
2) Losgrößen, beziehungsweise gefertigte Stückzahlen

1) Mit der Aufbaugeschwindigkeit wird definiert, wie schnell das jeweilige, zu produzierende Werkstück aus dem eingesetzten Werkstoff konkret herausgearbeitet wird. Bei modernen 3D-Druckern wird die Aufbaugeschwindigkeit mit Hilfe von Lasern gesteuert. Die aktuelle Entwicklung macht deutlich, welche Geschwindigkeitsraten hier schon möglich sind. So wird die Aufbaugeschwindigkeit beim 3D-Druck durch die sogenannte Multilaser-Technologie wesentlich verbessert. Dabei führen zwei, vier oder noch mehr Laserquellen die Belichtung beim Ausformen des Werkstücks aus.

Für die letztendliche Qualität eines Bauteils ist jedoch nicht nur ausschließlich der quantitative Ansatz ausschlaggebend, mit der Werkstücke gefertigt werden. Hierunter fällt eben auch der angesprochene Einsatz der Laserquellen. Natürlich sind mehrere solcher eingebauter Quellen in einem 3D-Drucker auch für eine prinzipiell höhere Fertigungsrate einsetzbar. Doch ist auch die Fehlerquote bei der Produktion ein nicht zu vernachlässigender Faktor. Mit steigender Produktionsrate kann auch diese Quote ansteigen.

Eines kann jedoch an dieser Stelle angemerkt werden. Die Aufbaugeschwindigkeiten, beispielsweise beim selektiven Laserschmelzen, entwickeln sich zukünftig weiter nach oben.

Als Gründe können dafür gelten: immer höhere Leistungen der eingesetzten Laser im 3D-Druck (zum Beispiel 1 kW-Laser oder auch ein Einsatz von multiplen Laserquellen). Das Stichwort ist hier die Multilaser-Technologie, die gerade bei großen 3D-Druckern in der Industrie zum Einsatz kommt.

2) Mit der Losgröße kommt ein zusätzlicher Wirtschaftlichkeitsfaktor ins Spiel. Unter Losgröße versteht man die jeweilige Anzahl eines gefertigten Bauteils im 3D-Druck. Dabei haben sich für die Produktion quasi einige Faustregeln herauskristallisiert. Dies sind immer Anhaltspunkte. Je nach Größe der Produktionsstätte und natürlich Größe und Anzahl der eingesetzten 3D-Druckern, sind auch andere Werte möglich.

Man kann hier auch von betriebswirtschaftlichen Richtwerten sprechen.

Man kann hier auch von betriebswirtschaftlichen Richtwerten sprechen.
Im Folgenden nun ein paar solcher Werte, die sich auf die produzierten Stückzahlen in einem Jahr beziehen:

  • Stückzahlen von 1 bis etwa 1.000 pro Jahr. Diese gelten als die wirtschaftlichste Auswahl im 3D-Verfahren. Solche Losgrößen lohnen sich auch schon für kleinere Unternehmen, die eventuell nur über einen 3D-Drucker verfügen.
  • Stückzahlen von 1.001 bis etwa 100.000 pro Jahr. Hier ist eine recht große Wirtschaftlichkeit gegeben. Besonders, wenn die Herstellung des Bauteils in einer Form stattfindet, die aus Metall besteht, kann das 3D-Druckverfahren seine vielfältigen Möglichkeiten gut ausspielen. Dies kann auch gut auf einen Vergleich mit herkömmlichen Metallbearbeitungsmaschinen bezogen werden. In diesem Stückzahlbereich ist der 3D-Druck eine gerne berücksichtigte Option bei der Betrachtung der wirtschaftlichen Produktion. Gründe sind hier zum Beispiel: Schnelligkeit sowie höhere Genauigkeit beim Produktionsprozess.
  • Stückzahlen von mehr als 100.000 Einheiten pro Jahr. In dieser Größenordnung hat sich herausgestellt, dass Werkstücke, die aus einem sehr langlebigen Vollmaterial mit einer klassisch gefertigten Geometrie-Form hergestellt werden, voraussichtlich sehr wirtschaftlich sind.

Somit ist die wirtschaftliche Effizienz beim 3D-Drucken von mehreren Einflussfaktoren abhängig. Im Unterschied zu herkömmlichen Produktionsverfahren zeigt sich aber schon eines deutlich – auch bei kleineren Stückzahlen kann sich der Einsatz von 3D-Druck durchaus lohnen – wenn es besonders präzise und hochwertig im Design und der qualitativen Ausführung sein soll.

Materialien beim 3D-Druck

Welche Materialien eignen sich für die Bearbeitung mit 3D-Druckern am besten? Als typische Werkstoffe für das 3D-Druckverfahren gelten generell Kunststoffe und Kunstharze, Keramiken sowie Metalle. Bei der Materialauswahl wird noch einmal für die jeweiligen 3D-Druckverfahren unterschieden und in Kategorien eingeteilt:

  • Pulver für Schmelzverfahren
  • Filament und Pellets für Extrusionsverfahren
  • Resin und Wachs für Druckverfahren mit flüssigen Materialien

Beliebteste Materialien für den 3D-Drucker

Zu den beliebtesten 3D-Druck-Materialien gehören sicherlich die sogenannten PA-Kunststoffe. Die Abkürzung bezeichnet die Gruppe der Polyamide. Sie werden von SLS-3D-Druckern verwendet. Das Material eignet sich sehr gut, wenn bewegliche Bauteile gefordert sind.

Ein anderes, seit langem eingesetztes Material ist das ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol). Dieses wird gerne im “Fused Deposition Modelling” (FDM-3D-Druck) genutzt. Es zeichnet sich durch eine große Härte mit einer guten Kratzfestigkeit aus.

Die Materialauswahl für den 3D-Druck ist mittlerweile unheimlich vielseitig. Je nachdem, welche Ansprüche an das 3D-Modell gestellt werden, kann zwischen einer sehr großen Vielzahl geeigneter Materialien als Grundstoff für ein Werkstück ausgewählt werden. Im Folgenden dazu eine Übersicht, die einen kleinen Einblick in die vielfältige Welt des 3D-Drucks gibt.

a) 3-D Druck mit Polymergips (auch CJP genannt) – relativ kostengünstig und in der Lage, schnell farbige 3D-Prototypen drucken. Das ColorJet-Printing-Verfahren (CJP) gestattet es, Farben direkt auf das gewünschte Objekt aufzudrucken.

Diese 3D-Objekte können eine leicht raue Oberfläche aufweisen. Sie eignen sich zum Beispiel sehr gut für 3D-Portraits und -Modelle (beispielsweise Bootsmodelle).

b) ABS Kunststoffe (FDM-Verfahren)
Mit ABS-Kunststoff lassen sich formstabile 3D-Objekte fertigen – und das zu recht moderaten Kosten. Das Fused Disposition Modeling (FDM), wird im Deutschen mit Schmelzschichtung übersetzt. Ergebnisse vom FDM 3D-Druck fallen häufig durch eine sehr hohe Festigkeit positiv auf. In der Medizintechnik ist dieses Verfahren sehr beliebt, da hier besonders langlebige und qualitativ hochwertige Geräte produziert werden.

c) 3D-Druck aus Resin-Kunststoffen (Polyjet)
Dieses 3D-Druckverfahren ist als sehr leistungsstark bekannt. Es bietet hochauflösende Modelle mit ganz feinen Oberflächeneigenschaften. Als Einsatzgebiet kommen sind Guss- und Blasformen, sowie Präzisions-Prototypen in ausgezeichneter Qualität in Betracht.

d) 3D-Druck mit Metall
Auch Metall erfreut sich im Umfeld der 3D-Produktion steigender Beliebtheit. Er gestattet inzwischen ganz feine und filigrane Formgebungen. Diese sind mit den herkömmlichen Verfahren, wie Fräsen und Gießen, nicht möglich. Gerade die Automobil- sowie die Flugzeugindustrie fertigt immer häufiger Bauteile mit Hilfe des 3D-Druckverfahrens.

e) 3D-Druck mit Keramik
Neue Designobjekte und Prototypen sind hiermit möglich. 3D-Druck Verfahren mit dem Material Keramik ermöglichen es, Bauteile mit einem edlen Design zu fertigen. Darüber hinaus können mit Keramik hitzebeständige Bauteile produziert werden – für die Luft- und Raumfahrttechnologie eine gute Innovation.

f) 3D-Druck mit Quarzsand
Das Drucken mit Quarzsand (FDB) stellt eine Besonderheit dar. Denn – hiermit sind spezielle Objekte mit bis zu 4 m Höhe aus dem 3D-Drucker möglich! Mit dem Material Quarzsand kann man im Bereich des 3D-Drucks Sandgussformen für die Metallguss-Fertigung herstellen – werkzeuglos!

g) Silber – Accessoires aus dem 3D-Drucker
Eine andere Besonderheit ist sicherlich, dass man Silber als Material für den 3D-Druck einsetzen kann. Hier können in der Tat filigrane Schmuckobjekte konzipiert werden. Das Grundmaterial für den 3D-Druck ist hier das Sterling-Silber 925.

h) Epoxy-Kunmststoffe im 3D-Druck
Die sogenannte Stereolithographie (SLA), ist das älteste der 3D-Druckverfahren. Die fertigen Bauteile verfügen über sehr gute mechanische Eigenschaften und haben sehr glatte Oberflächen. Dank des 3D-Drucks können hochpräzise Werkstücke produziert werden.

Mit 3D-Druck in die Zukunft der industriellen Fertigung

Somit zeigt sich, dass der 3D-Druck im industriellen (aber teilweise auch im handwerklichen) Umfeld, nicht mehr wegzudenken ist. Wie aufgezeigt, sind die Möglichkeiten der Fertigung sehr vielfältig. Zudem zählt das 3D-Druckverfahren zu den neuen Eckpfeilern vom Ansatz der sogenannten Industrie 4.0 Strategie! Eine stetige Weiterentwicklung ist sicherlich zu erwarten. Schon allein durch den technologischen Fortschritt ergeben sich stetig steigende Losgrößen in der Fertigung, die mit dem 3D-Druck sehr wirtschaftlich produziert werden können. Weitere Vorteile: höhere Fertigungseinheiten können durch die Option von individuellen, zusätzlichen Produkten mit 3D-Druck ergänzt werden.

Die Lebenszykluskosten eines Bauteils (beispielsweise für die Werkzeugbereitstellung und -pflege) können durch die 3D-Fertigung sinken. Zudem können mit einem 3D-Produktionsprozess Hersteller bei einer Verwirklichung von Nachhaltigkeitszielen unterstützt werden. Immer mehr treten auch digitale Produkte im industriellen Produktionsumfeld in den Wettbewerb mit analogen Werkzeugen. Dafür ist es wichtig, dass das digitale, additiv aufgebaute Werkzeug wie ein 3D-Drucker, leistungsfähiger, schneller verfügbar, leichter und auch kostengünstiger als Konkurrenzprodukte sind.

Stimmen diese Features, dann kann sich der 3D-Druck in der industriellen Produktion weiter durchsetzen. Heutzutage gibt es sehr viele 3D-Drucker, die schon so auf die Bedürfnisse der Unternehmen zugeschnitten werden, dass sie entsprechend individuell eingesetzt werden können.

Die Fertigungsverfahren und ein Blick in die Zukunft

Fertigungsverfahren sind vielfältig und unterliegen der ständigen Weiterentwicklung. Mit dem Fortschritt der technischen Entwicklung und der Etablierung von technischen Innovationen entstehen auch neue Fertigungsverfahren, während alte Prozesse ausrangiert werden. Aus diesem Grund ist ein Blick in die Zukunft unabdingbar.

Einer der am längsten bereits bestehenden Trend ist der Leichtbau von Werkstücken. Denn nahezu bei allen Produkten ist es vorteilhaft, wenn bei der Fertigung unnötiges Gewicht eingespart wird. Daraus resultieren eine gesteigerte Handlichkeit und Mobilität. Aus diesem Grund zielt eine Reihe der Fertigungsverfahren darauf ab, überflüssiges Gewicht einzusparen.

Gerade im Zuge der fortschreitenden Digitalisierung gewinnt auch die Industrie 4.0 an immer größerer Bedeutung. Anwender streben eine höhere Vernetzung der Maschinen und Prozesse untereinander an, was langfristig die Produktivität effizienter gestaltet.

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