CNC (Computer Numerical Control) bewerking is een fundamenteel productieproces dat digitale ontwerpen omzet in precieze fysieke producten. Het succes van elk CNC-project hangt aanzienlijk af van de materiaalkeuze, die direct van invloed is op de functionaliteit, duurzaamheid, kosten en maakbaarheid van het eindproduct. Deze gids biedt een gedetailleerd overzicht van beschikbare materialen, hun eigenschappen, toepassingen en belangrijke selectiefactoren om u te helpen weloverwogen beslissingen te nemen voor uw projecten.
1 Belangrijke factoren bij CNC-materiaalselectie
Het selecteren van het juiste materiaal vereist een zorgvuldige afweging van verschillende factoren die zowel het bewerkingsproces als de prestaties van het eindproduct beïnvloeden.
1.1 Bewerkbaarheid
Bewerkbaarheid verwijst naar hoe gemakkelijk een materiaal kan worden gesneden, gevormd en afgewerkt zonder overmatige slijtage of schade aan het gereedschap. Materialen met een hoge bewerkbaarheid (bijv. aluminium, messing) maken een hogere productiviteit, betere oppervlakteafwerkingen en lagere productiekosten mogelijk. Omgekeerd vereisen materialen met een lage bewerkbaarheid vaak gespecialiseerde gereedschappen en technieken.
1.2 Mechanische eigenschappen
Sterkte: Dit omvat treksterkte (weerstand tegen trekkrachten), druksterkte (weerstand tegen drukkrachten) en taaiheid (weerstand tegen slijtage en impact). Verschillende toepassingen vereisen verschillende sterkte-eigenschappen.
Hardheid: Het vermogen van het materiaal om weerstand te bieden aan oppervlakte-indrukking of vervorming. Hoewel harde materialen slijtvast zijn, kunnen ze moeilijker te bewerken zijn en de gereedschapsslijtage versnellen.
Maatvastheid: Het vermogen van een materiaal om zijn vorm en afmetingen te behouden onder verschillende omstandigheden, zoals belasting, temperatuurveranderingen of vochtigheid. Dit is cruciaal voor precisiecomponenten.
1.3 Thermische weerstand
Thermische weerstand geeft aan hoe goed een materiaal temperatuurschommelingen kan weerstaan zonder uit te zetten, samen te trekken of te vervormen. Materialen met voorspelbare thermische uitzetting zijn cruciaal voor toepassingen waarbij temperatuurvariaties optreden.
1.4 Corrosiebestendigheid
Dit is het vermogen van het materiaal om weerstand te bieden aan aantasting door blootstelling aan chemicaliën, vocht of andere omgevingsfactoren. Roestvast staal en bepaalde kunststoffen zoals PVC en PP staan bekend om hun uitstekende corrosiebestendigheid.
1.5 Kostenoverwegingen
Materiaalkosten zijn een primaire zorg. Hoewel metalen over het algemeen meer kosten dan kunststoffen, is het essentieel om de initiële kosten af te wegen tegen factoren als bewerkbaarheid, gereedschapsslijtage, vereiste nabewerking en de totale eigendomskosten voor het eindproduct.
2 Metalen materialen voor CNC-bewerking
Metalen worden veel gebruikt in CNC-bewerking vanwege hun sterkte, duurzaamheid en thermische geleidbaarheid.
| Materiaalsoort | Veelvoorkomende legeringen/kwaliteiten | Belangrijkste eigenschappen | Typische toepassingen | Bewerkbaarheidsclassificatie |
| Aluminium | 6061, 6082, 7075 | Lichtgewicht, goede sterkte-gewichtsverhouding, uitstekende corrosiebestendigheid, goede elektrische en thermische geleidbaarheid. | Auto-onderdelen, ruimtevaartcomponenten, consumentenelektronica, frames, behuizingen. | Uitstekend |
| Staal | C45 (1045), 42CrMo4, St52-3 | Hoge sterkte, duurzaamheid en goede slijtvastheid. | Assen, tandwielen, gereedschappen, zware componenten, auto-onderdelen. | Goed tot Redelijk |
| Roestvrij staal | 304, 316, 17-4PH | Uitstekende corrosiebestendigheid, hoge sterkte, hygiënisch oppervlak. | Medische instrumenten, voedselverwerkingsapparatuur, scheepsmateriaal en chemische containers. | Redelijk tot Moeilijk |
| Koper | E-Cu57, Cu-ETP | Uitstekende elektrische en thermische geleidbaarheid, antimicrobieel. | Elektrische componenten, warmtewisselaars, rails. | Redelijk (kan kleverig zijn) |
| Messing | CuZn39Pb3 | Goede bewerkbaarheid, corrosiebestendig, decoratief uiterlijk. | Fittingen, kleppen, tandwielen, muziekinstrumenten, decoratieve hardware. | Uitstekend |
| Titanium | Grade 2, Grade 5 (6Al-4V) | Zeer hoge sterkte-gewichtsverhouding, uitstekende biocompatibiliteit en uitzonderlijke corrosiebestendigheid. | Ruimtevaartcomponenten, medische implantaten, hoogwaardige technische onderdelen. | Moeilijk |
| Magnesium | AZ31B, AZ91D | Extreem lichtgewicht, goede sterkte-gewichtsverhouding, goede dempingscapaciteit. | Autobeugels, ruimtevaartcomponenten en behuizingen voor elektronische apparaten. | Goed (Let op: ontvlambare spaanders) |
3 Kunststof- en polymeermaterialen voor CNC-bewerking
Kunststoffen bieden voordelen zoals lichtgewicht, corrosiebestendigheid, elektrische isolatie en vaak eenvoudigere bewerking.
| Materiaalsoort | Veelvoorkomende namen | Belangrijkste eigenschappen | Typische toepassingen | Bewerkbaarheidsclassificatie |
| ABS | Acrylonitrilbutadieenstyreen | Taai, slagvast, goede mechanische eigenschappen, lage kosten. | Prototypes, behuizingen voor consumentenproducten, auto-afwerking. | Uitstekend |
| Polycarbonaat (PC) | Lexan, Makrolon | Hoge slagvastheid, optische transparantie, goede thermische weerstand. | Veiligheidsbrillen, machinebeschermingen, elektronische displays, verlichtingsarmaturen. | Goed |
| Acryl (PMMA) | Plexiglas | Hoge optische helderheid, glanzende oppervlakteafwerking, weerbestendig. | Borden, displays, lenzen, ramen, sanitair (kranen). | Goed |
| POM | Acetaal, Delrin | Hoge stijfheid, lage wrijving, uitstekende maatvastheid, goede slijtvastheid. | Tandwielen, lagers, schuifregelaars, bevestigingsmiddelen, precisie mechanische onderdelen. | Uitstekend |
| Nylon (PA) | Polyamide | Taai, slijtvast, goede vermoeiingsweerstand, zelf smerend. | Tandwielen, bussen, rollen, scharnieren, structurele componenten. | Goed |
| PEEK | Polyetheretherketon | Uitzonderlijke thermische en chemische bestendigheid, hoge mechanische sterkte, biocompatibel. | Ruimtevaart, auto-industrie en medische implantaten, armaturen voor hoge temperaturen. | Redelijk tot Goed |
| PTFE | Teflon | Extreem lage wrijving, uitstekende chemische bestendigheid, hoge hittebestendigheid. | Afdichtingen, pakkingen, lagers, isolerende onderdelen, componenten voor chemische verwerking. | Moeilijk (zacht) |
| HDPE | Polyethyleen met hoge dichtheid | Goede chemische bestendigheid, lage vochtopname, taai. | Tanks, vloeistofreservoirs, snijplanken, slijtstrips. | Goed |
| PVC | Polyvinylchloride | Stijf, goede sterkte, vlamvertragend, kosteneffectief. | Loodgietersbuizen, kleppen, fittingen, elektrische behuizingen. | Goed |
| FR-4 | Glas-epoxylaminaat | Hoge sterkte, uitstekende elektrische isolatie, vlamvertragend. | PCB-platen, elektrische isolatiecomponenten, armaturen. | Moeilijk (schurend) |
Opmerking over FR-4-bewerking: FR-4, een composiet van epoxyhars en geweven glasvezel, vereist speciale aandacht. De glasvezelinhoud is zeer schurend, wat leidt tot aanzienlijke gereedschapsslijtage58. Het gebruik van hardmetalen gereedschappen of gereedschappen die specifiek zijn ontworpen voor composieten is essentieel. Bewerking produceert ook fijn stof dat effectieve afzuigsystemen vereist voor de veiligheid van de operator.
4 Geavanceerde en composietmaterialen
- Composieten (bijv. CFRP, GFRP): Bieden zeer hoge sterkte-gewichtsverhoudingen en stijfheid. Ze zijn moeilijk te bewerken vanwege hun schurende aard en de neiging om te delamineren of te rafelen.
- Superlegeringen (bijv. Inconel, Hastelloy): Behoudt sterkte bij extreem hoge temperaturen en biedt uitstekende corrosiebestendigheid. Deze zijn zeer moeilijk te bewerken en vereisen gespecialiseerde gereedschappen en technieken.
- Wolfraam en molybdeen: Zeer hoge dichtheid en smeltpunt. Gebruikt in gespecialiseerde toepassingen zoals stralingsafscherming of ovens voor hoge temperaturen. Broos en moeilijk te bewerken.
5 Methodologie voor materiaalselectie
Het kiezen van het juiste materiaal is een systematisch proces:
- Definieer toepassingsvereisten: Functie, belastingsomstandigheden (statisch, dynamisch, impact), werkomgeving (temperatuur, chemicaliën, vocht) en vereiste levensduur.
- Identificeer kritische eigenschappen: Prioriteer must-have eigenschappen (bijv. sterkte, geleidbaarheid, transparantie, FDA-conformiteit).
- Overweeg productiebeperkingen: Beoordeel bewerkbaarheid, vereiste toleranties, behoeften aan oppervlakteafwerking en het beschikbare budget.
- Evalueer en shortlist: Vergelijk kandidaatmaterialen op basis van de bovenstaande criteria. Prototyping is vaak waardevol voor definitieve validatie.
