Einführung

Die CNC-Bearbeitung von Kleinserien kann eine effektive Lösung für Unternehmen sein, die eine geringere Anzahl von individuell gefertigten Teilen benötigen. Je nach Komplexität der Teile kann diese Technik eine kosteneffiziente Fertigung ermöglichen, ohne dass teure Werkzeuge erforderlich sind. Umgekehrt schränken die hohen Investitionskosten für kleinere, arbeitsintensivere Fertigungsläufe die Gesamtrentabilität ein.

Dies gilt für große Produktionsserien mit erheblichen Lagerhaltungskosten. Wenn Kapitalzuweisungen abgeschrieben werden und einmalige Kosten anfallen, sind die Kosten pro Einheit geringer, was zu einer höheren Rentabilität führt.

Bei neuen Produkten fallen einmalige Entwicklungskosten an, darunter Produktdesign, produktspezifische Entwicklung von Fertigungs- und Qualitätsverfahren, Programmierung und Werkzeugbau. Sobald das Produkt entwickelt ist, werden diese Kosten abgeschrieben. 

Die Stückkosten umfassen Material, Arbeit, Maschinenzeit und andere teilespezifische Kosten wie Werkzeuge, Inspektion und Nachbearbeitungsvorgänge, einschließlich Verpackung. Auch Gemeinkosten werden auf die Stückkosten aufgeschlagen. Wenn die einmaligen Kosten realisiert wurden, können auch kleinere Auflagen rentabel sein. Es gibt zahlreiche Überlegungen zur Kostenoptimierung, um den Betrieb für die Kleinserienfertigung zu optimieren.

 Dieser Artikel befasst sich mit Tipps zur Konstruktion für die CNC-Bearbeitung von Kleinserien, der Verwendung standardisierter und einfacher Konstruktionen, der Materialauswahl und der additiven Fertigung als Option.

CNC-Kleinserienfertigung

Verwendung standardisierter, einfacher Designs

Um die Kosten für die Kleinserienproduktion zu minimieren, ist es wichtig, die Designs so einfach und unkompliziert wie möglich zu halten. Neue, komplexe Entwürfe erfordern in der Regel zusätzliche Werkzeug- und Bearbeitungszeit und kompliziertere Entwürfe führen zu Qualitätsproblemen.

Für die Herstellung sollten standardisierte Designs angestrebt werden, und es ist wichtig, den Kauf von Spezialwerkzeugen mit standardisierten Materialgrößen, Lochgrößen und großzügigen Toleranzen zu vermeiden. Einfache Produktdesigns reduzieren die Bearbeitungszeit und die Fehlerwahrscheinlichkeit. Weitere Überlegungen betreffen das Design for Manufacturability (DFM) durch den Entwurf effizient bearbeiteter Teile, und die Möglichkeiten der Ausrüstung sollten in die Entscheidung einbezogen werden. Materialverschwendung ist ein Aspekt, der sich nicht nur auf die Produktkosten, sondern auch auf die Umweltverträglichkeit auswirkt. 

Zu den weiteren Vorschlägen gehören die folgenden:

  • Standardgrößen für Bohrungen - Nicht standardisierte Größen erfordern zusätzliche Bearbeitungszeit und erhöhen die Kosten.
  • Geben Sie Toleranzen nur bei Bedarf an - Wenn keine spezifische Toleranz angegeben ist, werden die Teile mit der Standardtoleranz (± 0,125 mm oder besser) bearbeitet.
  • Radius statt vertikale Kanten - Vertikale Kanten sind schwierig zu erreichen, da Fräswerkzeuge zylindrisch sind und einen Radius erzeugen. Reduzieren Sie die zusätzliche Bearbeitungszeit durch:
  • Verwenden Sie den gleichen Radius für alle Innenkanten.
  • Der Eckenradius sollte mindestens ein Drittel (1/3) der Kavitätstiefe betragen.
  • Verwenden Sie einen kleinen Radius oder gar keinen Radius am Boden der Kavität.
  • Begrenzung der Kavitätstiefe - Tiefere Kavitäten erfordern mehr Bearbeitung und verursachen mehr Materialverlust. Minimieren Sie die Kosten durch:
  • Begrenzen Sie die Tiefe der Kavität auf das Vierfache ihrer Länge.
  • Begrenzen Sie die Gewindelänge - Halten Sie die Gewindelänge auf einem Minimum an akzeptablen Tiefen. Gewinde, die länger als das 1,5-fache des Lochdurchmessers sind, bieten keine höhere Festigkeit. Bei der Konstruktion sollten die folgenden Elemente berücksichtigt werden:
  • Verwenden Sie Standard-Lochgrößen.
  • Entwerfen Sie Gewinde mit einer maximalen Länge von 3 mal dem Lochdurchmesser.
  • Minimieren Sie die Anzahl der Maschineneinstellungen - eine Einstellung ist ideal. 
  • Vermeiden Sie mehrere Oberflächenbehandlungen - Mehrere Oberflächenbehandlungen für ein und dasselbe Teil treiben die Kosten in die Höhe. So reduzieren Sie die Kosten:
  • Wählen Sie die Standard-Oberflächenbehandlung.
  • Fordern Sie nur bei Bedarf mehrere Oberflächenbehandlungen an.

Avoid thin walls, tall walls, and narrow pockets

Die Bearbeitung von dünnen oder hohen Produktwänden, tiefen Kavitäten oder engen Taschen ist ein zeitaufwändiger und komplexer Prozess. Der kleinste Fehler oder eine Abweichung in der Materialqualität kann zu Produktschäden und zusätzlichen Ausschusskosten führen. Dicke massive Teile sind in der Bearbeitung kostengünstiger, verursachen weniger Materialverlust und sind stabiler. Um die Bearbeitungskosten zu minimieren, sollten Sie Folgendes beachten:

  • Metallteile - Entwickeln Sie Wände, die 0,8 mm oder dicker sind.
  • Kunststoffteile - Halten Sie eine Mindestwandstärke von 1,5 mm oder mehr ein.

Vermeiden Sie unnötige Text- oder Veredelungsprozesse

Die Bearbeitung von Seriennummern, Beschreibungen und Kundenlogos kann zwar hilfreich sein, aber die Verwendung von Text und zusätzlicher Nachbearbeitung sollte begrenzt werden. Diese kundenspezifischen Verfahren erhöhen die Produktkosten und schränken die wertvolle Bearbeitungszeit weiter ein. Suchen Sie nach alternativen Verfahren, die den gleichen Effekt erzielen, wie z. B. Lasergravur, Prägung, Siebdruck und Lackierung, die alle schneller und kostengünstiger sind.

Es ist wichtig, die Kosten zu minimieren:

  • Entfernen Sie alle Texte und Schriftzüge.
  • Wählen Sie, falls erforderlich, gravierte statt geprägte Schriftzüge.
  • Verwenden Sie eine serifenlose Schriftart von mindestens Größe 20 (z. B. Arial oder Verdana).

Wählen Sie das richtige Material

Es ist ratsam, eine standardisierte Materialgröße und -auswahl beizubehalten. Einige Werkstoffe sind schwieriger zu bearbeiten, was zu einer längeren Bearbeitungszeit und höheren Kosten führt, während weichere, weniger teure Werkstoffe bevorzugt werden, da sie leichter zu bearbeiten sind. Von härteren und teureren Materialien wie Titan sollte man Abstand nehmen.

Kosten minimieren:

  • Ziehen Sie kostengünstigere Materialalternativen mit ähnlichen Spezifikationen in Betracht. Kostengünstigere Materialien sind schnell verfügbar, was die Vorlaufzeiten und die Kosten für die Lagerhaltung reduziert.

Additive Manufacturing als Alternative für kleine Produktionsserien

Der Bereich der additiven Fertigung bietet bessere Lösungen als die traditionelle CNC-Bearbeitung. Additiv gefertigte (AM) Teile werden Schicht für Schicht hergestellt, anstatt große Mengen an Material abzutragen, und es steht eine beträchtliche Vielfalt an Materialien für AM-Verfahren zur Verfügung.

Neben dem Prototyping werden der 3D-Druck und andere AM-Technologien bevorzugt für kleine bis mittlere Produktionsmengen und Produkte mit angemessenen Anforderungen an die Produkttoleranz eingesetzt.

Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Produktionspartner

Ein professioneller Fertigungspartner, der sich auf Auftragsarbeiten spezialisiert hat, kann anderen Fertigungsunternehmen helfen, indem er ihre schwierigeren Produkte und Artikel mit geringerem Produktionsvolumen in Auftrag gibt. Viele von ihnen sind lokale Experten auf ihrem Gebiet oder gehören zu einem Netz von geprüften Herstellern. Der bevorzugte Partner sollte Ihren Entwurf analysieren, einen Kostenvoranschlag erstellen, nach der Auswahl regelmäßig Aktualisierungen vornehmen, die Qualität Ihrer Produkte prüfen, Qualitätszertifikate vorlegen und das Material an Ihren Kunden liefern.

Die Vorteile des Prototyping und der Produktion mit einem kompetenten Partner sind u. a:

  • Geschwindigkeit

Die schnelle, qualitativ hochwertige Herstellung von Prototypen und die Produktion durch geprüfte Fertigungspartner verkürzen die Vorlaufzeiten und die Zeit bis zur Markteinführung. Die Produktion auf Abruf ermöglicht es Ihnen, schnell auf den Markt zu reagieren, ohne Ihre Anlage auf den Kopf zu stellen. Kleinere Losgrößen erfordern keine umfangreichen internen Umstellungen für kurze Produktionsläufe. 

  • Kosten

Risiken werden reduziert, da schwankende Kundenaufträge ausgelagert werden, die sich nicht auf Ihre Produktion auswirken, und Anlagenumstellungen und globale Unterbrechungen haben weitaus geringere Auswirkungen auf Ihre Anlage. Ihr Fertigungspartner erhält die Rohstoffe und liefert das fertige Produkt an den Kunden, so dass keine Lagerhaltungskosten anfallen. 

  • Qualität

Durch den Einsatz erfahrener Fertigungsexperten erhalten Sie Zugang zu den Besten ihres Fachs. Die Fehlerquote ist dank der überragenden Fachkenntnisse des erfahrenen Fertigungspartners niedriger.

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