Der Unterschied zwischen CNC-Fräse und 3D-Druck – eine Abweichungsanalyse mit Siemens NX

Das Thema ist heiß diskutiert. Was ist besser? Ein Teil zu fräsen oder es mittels 3D-Druck herstellen. Es muss gesagt werden, dass sich ein eindeutiges Ergebnis nie herauskristallisieren wird. Das liegt zum einen daran, dass die Herstellungsverfahren zwar ein ähnliches Ergebnis erzeugen. Sie zum anderen, aber immer unterschiedliche Einsatzgebiete haben werden, bis hin zum kombinierten Einsatz. Eine Entscheidung was besser und was schlechter ist, ist somit schlicht weg nicht möglich und auch nicht sinnvoll. Dennoch haben wir uns bei ARC Solutions selbst in die Praxis gewagt und berichten heute über die Möglichkeit einer Abweichungsanalyse zwischen einem konstruiertem CAD Modell und dem 3D Scan des gefertigten Bauteils. Nachdem das Modell im NX konstruiert wurde, wurde es mittels 2 unterschiedlicher Fertigungsprozesse hergestellt. Im ersten Fertigungsverfahren wurde das Bauteil auf einer CNC Maschine gefräst und im zweiten Fertigungsverfahren wurde das Bauteil auf einem 3D-Drucker hergestellt. Als CNC Fräse kam hier eine 3-Achsige CNC Fräse D840 der Firma Stepcraft zum Einsatz, welche wir als Bausatz erworben und selbstständig aufgebaut haben. Es soll somit auch die Genauigkeit dieser Fräse überprüft werden. Gefertigt wurde das Bauteil in Aluminium. Im additiven Fertigungsverfahren kam ein 3D-Drucker der Marke Tronxy zum Einsatz. Hierbei handelt es sich um einen Filament-Drucker. Als Material kam PLA zum Einsatz. Nachdem die Bauteile gefertigt wurden, wurden sie mittels eines 3D-Scanners eingescannt. Hier kam der 3D-Scanner „OpenScan Mini“ zum Einsatz. Das Scanverfahren dieses Scanners basiert auf Photogrammetrie. Bei diesem Verfahren werden Bilder in einem bestimmten Rastermuster von dem Bauteil erstellt und anschließend in eine spezielle Software geladen. Sie Software erstellt auf Basis dieser Bilder ein 3D-Polygonmodell des Objekts. Im NX wird das gescannte Modell importiert und entsprechend skaliert. Anschließend werden das konstruierte CAD Modell (Sollgeometrie) und das gescannte Polygonmodell (Istgeometrie) übereinander gelegt. Als letzter Schritt wird im NX eine Abweichungsanalyse der Ist- und Sollgeometrie durchgeführt. Hierbei vergleicht die Software NX die Oberflächen der beiden Modelle zueinander und ermittelt die Abweichungen. Diese kann grafisch dargestellt und mit entsprechenden Messpunkten versehen werden. Die größte Abweichung der Bauteiloberfläche beträgt an den Blau eingefärbten Stellen maximal -0,085mm und an den Gelb eingefärbten Stellen maximal +0,081mm. Die durchschnittliche Abweichung beträgt jedoch in den Grün eingefärbten Bereichen +- 0,01mm. Damit kommt die CNC Fräse für einen Bausatz auf ein erstaunlich gutes Ergebnis. Bei dem Vergleich der Oberflächen des gedruckten Bauteils zeigen sich bei gleichen Einstellungsparametern deutlich größere Abweichungen. Die stärksten Abweichungen können mit +0,15mm und -0,11 angegeben werden. Die durchschnittliche Abweichung beträgt hier rund -0,025 bis +0,075mm. Der 3D-Druck ist in diesem Fall deutlich ungenauer als das gefräste Bauteil, was auch an der Einfärbung deutlich zu erkennen ist. Was uns wieder an den Anfang dieses Beitrages bringt. Der 3D-Druck wird nicht das Fräsen ersetzen können, weil er wie in diesem Vergleich klar erkennbar, nicht so präzise fertigen kann. Auch wenn es mittlerweile viele Entwicklungen in diesem Bereich gibt. Der 3D-Druck hat natürlich andere Stärken im Gegensatz zur CNC-Fräse. Die deutlich erhöhte Freiheit im Konstruktionsvorgang zum Beispiel. Ein beliebter Satz, welcher