Viele Branchen benötigen transparente Kunststoffteile, beispielsweise für Fahrzeugbeleuchtung und Lichtleiter . Polycarbonat und Acryl sind gängige Werkstoffe für die Herstellung optischer und transparenter Teile. Die Wahl zwischen Polycarbonat und Acryl für Ihr CNC-Projekt kann jedoch schwierig sein, da beide Materialien ähnliche Eigenschaften aufweisen. Daher ist das Verständnis der jeweiligen Materialeigenschaften entscheidend für das Endergebnis Ihres CNC-Projekts. In diesem Artikel erfahren Sie alles Wichtige zur CNC-Bearbeitung von Acryl und Polycarbonat, damit Sie das optimale Material für Ihr Projekt auswählen können.
Acryl, auch bekannt als Plexiglas oder Polymethylmethacrylat (PMMA), und Polycarbonat sind leichte, klare Thermoplaste, die CNC-bearbeitet werden, um klare Teile herzustellen. Acryl ist für seine Festigkeit und Klarheit bekannt und stellt somit eine ausgezeichnete Alternative zu Standardglas dar, während Polycarbonat sehr zäh und schlagfest ist und es somit zu einem idealen Material für Anwendungen macht, die Transparenz und längere Haltbarkeit erfordern, wie zum Beispiel Sicherheitsglas.
Während Acryl (PMMA) und Polycarbonat in vielerlei Hinsicht ähnlich sind, gibt es einige wichtige Unterschiede zwischen diesen beiden gängigen Materialien, die dazu führen können, dass ein Material für eine bestimmte Anwendung besser ist als das andere oder den CNC-Bearbeitungsprozess und damit die Durchlaufzeit und die Kosten beeinflussen .
CNC-Bearbeitung von Acryl und Polycarbonat: Was Sie wissen müssen
Bei der CNC-Bearbeitung von Acrylglas empfiehlt sich in der Regel gegossenes Acrylglas gegenüber extrudiertem, da letzteres beim Bearbeiten leichter bricht oder absplittert. Daher müssen Werkzeugwege sorgfältig gewählt werden, um ein Zersplittern des Werkstücks zu vermeiden. Da Acrylglas zudem nicht sehr hitzebeständig ist, sind scharfe Schneidwerkzeuge erforderlich, um eine glatte Oberfläche zu erzielen. Der niedrige Schmelzpunkt von Acrylglas bedingt außerdem geringere Vorschübe als bei anderen Kunststoffen, da höhere Vorschübe mehr Reibung und Wärme erzeugen und das Werkstück beschädigen können. Bei Bedarf kann Acrylglas vor der Bearbeitung im Kühlschrank gelagert werden, um es so kühl wie möglich zu halten.
CNC-Bearbeitung von Polycarbonat. Polycarbonat ist robust und schlagfest und eignet sich daher besonders gut für die maschinelle Bearbeitung, insbesondere für das CNC-Fräsen. Die Schärfe des Schneidwerkzeugs ist jedoch auch bei der CNC-Bearbeitung von Polycarbonat wichtig, da die Polycarbonatplatte bei zu hoher Hitzeentwicklung schmelzen kann. Da Polycarbonat weniger spröde als Acryl ist, lässt es sich in der Regel leichter CNC-bearbeiten und ermöglicht die Anwendung standardisierter Werkzeugwege. Dank des höheren Betriebstemperaturbereichs können zudem aggressivere Bearbeitungsstrategien eingesetzt werden, die weniger Probleme verursachen und somit Zeit und Kosten sparen.
Acryl- und Polycarbonatanwendungen
Sowohl Acryl als auch Polycarbonat sind leicht, verarbeitbar und verfügen über einzigartige Eigenschaften, die sie für eine Reihe von Anwendungen in allen Branchen geeignet machen.
Acrylglas ist ein beliebter Werkstoff in der Automobil-, Bau- und Luftfahrtindustrie und wird häufig für Produkte wie Trockenboxen, Linsen, Strahlenschutzschilde und Exsikkatoren verwendet. Seine Transparenz, Festigkeit und hohe Schlagfestigkeit machen es zudem zu einem hervorragenden Ersatz für Glas. Man findet es häufig in Gewächshäusern, Aquarien, Terrarien, Sicherheitsbarrieren und vielem mehr.
Polycarbonat ist , ähnlich wie Acryl, in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie Bauindustrie weit verbreitet. Seine Hitzebeständigkeit und hohe Formstabilität machen es jedoch besonders beliebt in der Medizintechnik, wo CNC-gefräste Polycarbonatteile einer begrenzten Sterilisation im Autoklaven und durch Bestrahlung standhalten. Zu den häufigsten Anwendungen von Polycarbonat zählen Verkaufsdisplays im Einzelhandel, Gesichtsschilde, Konstruktionen, transparente Verteiler, kugelsichere Fenster und vieles mehr.
Vor- und Nachteile der Verwendung von CNC-Acryl zur Herstellung von Teilen
Acryl hat eine Reihe positiver Eigenschaften, darunter:
Transparenz: Acrylglas lässt bis zu 92 % des Lichts durch und ist damit transparenter als manche Glassorten und die meisten anderen Thermoplaste. Es lässt sich einfärben, ohne dass die Transparenz beeinträchtigt wird, wobei auch undurchsichtigere Acrylglasteile hergestellt werden können. Mit UV-Stabilisatoren versehen, bietet es zudem eine bessere UV-Beständigkeit und ist im Temperaturbereich von 40–80 °C einsetzbar.
Festigkeit: Acrylglas ist fester und schlagfester als Glas. Die meisten Acrylglassorten sind vier- bis achtmal fester als Glas.
Umweltbeständigkeit: Acryl ist von Natur aus kratzfest, witterungsbeständig und UV-beständig und eignet sich daher ideal für Außenanwendungen.
Chemische Beständigkeit: Acryl ist beständig gegen viele Chemikalien, darunter Laugen, Detergenzien, Reinigungsmittel und verdünnte Mineralsäuren.
Hygroskopizität: Acryl hat eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme, wodurch es auch bei Verwendung im Freien seine Größe beibehält.
Kompatibilität mit Beschichtungen: Acrylteile können mit antistatischen, Hartlack- oder Entspiegelungsschichten beschichtet werden, um ihre Oberflächenqualität zu verbessern, ihre Lebensdauer zu verlängern und sicherzustellen, dass sie spezifische Anforderungen erfüllen.
Preiswert: Trotz seiner Festigkeit, Haltbarkeit und Transparenz ist Acrylglas in der Herstellung und Verarbeitung relativ günstig. Polycarbonat ist im Vergleich dazu etwa 35–40 % teurer.
Farbe: Acryl ist in einer Vielzahl von Farben erhältlich.
Nachteile von Acryl
Die CNC-Bearbeitung von Acryl ist nicht ohne Nachteile. Wie bereits erwähnt, ist Acryl anfälliger für Risse und Absplitterungen als Polycarbonat und etwas schwieriger zu verarbeiten, da es seine strukturelle Integrität verliert und bei Temperaturen über 160 °C zu schmelzen beginnt. Beim Entwerfen von Acrylteilen für die CNC-Bearbeitung müssen Sie den relativ niedrigen Schmelzpunkt berücksichtigen, da sich das Material dadurch während der Herstellung leichter verformen lässt. Um das Risiko des Schmelzens zu vermeiden und eine hochwertige Oberflächengüte zu erzielen, ist es wichtig, die richtige Vorschubgeschwindigkeit und Durchgangstiefe zu verwenden. Um Rattern zu reduzieren und qualitativ hochwertige Schnitte zu erzielen, sollten Acrylteile außerdem mit Fräsern bearbeitet werden, die kurze Spannutenlängen und Schnitttiefen haben, die etwa der Hälfte des Bohrerdurchmessers entsprechen.
Der Verwendungszweck Ihres Produkts bestimmt auch, ob Acryl die beste Wahl für Ihr CNC-Projekt ist. Die sehr hohe Biokompatibilität von Acryl macht es beispielsweise zu einer guten Wahl für Knochenimplantate, Zahnprothesen oder andere Anwendungen mit Hautkontakt; Ebenso ist es aufgrund seiner Beständigkeit gegen Witterungseinflüsse, UV-Strahlung und Kratzer ideal für Teile im Außenbereich geeignet. Andererseits ist Acryl möglicherweise nicht die beste Wahl für Lebensmittelbehälter, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, wie z. B. Spülmaschinen oder Mikrowellenherde, da Acrylteile ihre Abmessungen nur bis zu 149 °C (65 °F) behalten, wo bei eins Punkt, an dem sie anfangen, weicher zu werden.
Vor- und Nachteile von CNC-Teilen zur Herstellung von Polycarbonat
Zu den Vorteilen der Verwendung von Polycarbonat gehören:
Transparenz: Polycarbonat ist ein von Natur aus transparenter thermoplastischer Kunststoff mit einer Lichtdurchlässigkeit von 88 % und lässt Licht so effektiv wie Glas durch, wodurch es sich ideal für Linsen, Beleuchtung und kugelsicheres Glas eignet. Wie Acrylglas kann auch Polycarbonat eingefärbt werden, ohne dass die Transparenz beeinträchtigt wird.
Vielfalt: Auf dem Markt sind verschiedene Polycarbonat-Formulierungen erhältlich, darunter glasfaserverstärkte und FDA-konforme Varianten. So finden Sie mit Sicherheit eine, die den Anforderungen Ihres CNC-Projekts entspricht.
Festigkeit und Schlagfestigkeit: Polycarbonat besitzt eine etwa 200-mal höhere Zugfestigkeit als Glas und ist äußerst schlagfest. Daher wird es häufig für kugelsicheres Glas und Schutzausrüstung verwendet.
Schrumpfung und Dimensionsstabilität: Polycarbonat behält unter den meisten Bedingungen seine Abmessungen und weist eine geringe Schrumpfung von 0.6 – 0.9 % auf.
Umweltbeständigkeit: Polycarbonat ist von Natur aus beständig gegen UV-Strahlung und hält unterschiedlichen Luftfeuchtigkeitswerten und schwankenden Temperaturen stand. Dadurch ist es ein hervorragendes Material für Außenanwendungen und Brillen.
Chemische Beständigkeit: Polycarbonat ist beständig gegen eine Vielzahl von Chemikalien, darunter verdünnte Säuren, Öle, Wachse, aliphatische Kohlenwasserstoffe, Alkohole und Fette.
Hygroskopizität: Polycarbonat ist etwas weniger hygroskopisch als Acryl.
Kompatibilität mit Beschichtungen: Wie Acrylglas lassen sich auch Polycarbonat-Bauteile mit antistatischen, Hart- und Entspiegelungsbeschichtungen versehen. Polycarbonat ist zudem UV-beständig und beschlagfrei.
Hohe Bearbeitbarkeit: Da Polycarbonat sehr langlebig und hitzebeständig ist, lässt es sich leichter bearbeiten als Acrylglas.
Während Polycarbonat viele Vorteile bietet, gibt es bei der Verwendung von Polycarbonat in CNC-Bearbeitungsprojekten auch einige Nachteile, darunter hohe Kosten und die Tendenz zur Dellenbildung. Da Polycarbonat leicht zerkratzt, ist eine Nachbearbeitung eher erforderlich, was noch dadurch erschwert wird, dass für Polycarbonatteile nur bestimmte Nachbearbeitungsverfahren wie Dampfpolieren und Beschichten geeignet sind. Darüber hinaus weist PC eine durchschnittliche Witterungsbeständigkeit, jedoch keine UV-Beständigkeit auf.
Außerdem ist zu beachten, dass Polycarbonatteile in dickeren Abschnitten auch anfällig für Dellen oder Hohlräume sind. Um dies zu verhindern, ist es am besten, dickere Komponenten in kleinere, dünnere Teile zu zerlegen, die später zusammengebaut werden können.
Veredelungsoptionen aus Acryl und Polycarbonat
Für Acryl und Polycarbonat stehen zahlreiche Veredelungsoptionen zur Verfügung, von denen einige dazu beitragen können, Teile optisch und ästhetisch auf Endanwendungen vorzubereiten und sogar die Klarheit zu verbessern:
Nachbearbeitung von Oberflächen : Die Standard- und wirtschaftlichste Oberflächenbehandlung, die sogenannte Nachbearbeitung, bedeutet, dass das Werkstück keiner weiteren Nachbearbeitung unterzogen wird. Die bearbeiteten Teile weisen eine hohe Maßgenauigkeit auf und können eine schnellere und kostengünstigere Fertigungsoption darstellen. In einigen Fällen können bearbeitete Teile kleine, aber sichtbare Werkzeugspuren, Unebenheiten oder Kratzer aufweisen.
Sandstrahlen: Sandstrahlen ist eine wirtschaftliche Oberflächenvorbereitungsmethode, die ein gleichmäßiges Erscheinungsbild erzeugt, tendenziell eine matte oder seidenmatte Oberfläche hinterlässt und sich zur Beseitigung von Werkzeugspuren und Oberflächenfehlern eignet.
Dampfpolieren: Bei diesem Oberflächenbehandlungsverfahren werden matte oder undurchsichtige Oberflächen mithilfe von Lösungsmitteldampf in glatte, hochglänzende oder optisch klare Oberflächen umgewandelt. Dampfpolieren wird häufig bei Teilen eingesetzt, bei denen raue Oberflächen unerwünscht sind oder bei denen Transparenz entscheidend ist.
Die bearbeitete Oberfläche von Acryl- und Polycarbonatteilen ist bei ausreichender Sorgfalt beim Schneiden normalerweise durchscheinend, kann jedoch nahezu undurchsichtig werden, wenn das Material geschmolzen wird. Wenn es zum Schmelzen kommt, kann die Oberflächenundurchsichtigkeit durch Nachbearbeitungsoptionen wie Dampfpolieren behoben werden. Es ist jedoch zu beachten, dass die CNC-bearbeitete Oberfläche von Acryl- und Polycarbonatteilen nicht optisch klar ist. Bei Verwendung von Diamantwerkzeugen ist es zwar möglich, optische Klarheit zu erreichen, dies muss jedoch während des Angebotsprozesses ausdrücklich angefragt werden, da dies Auswirkungen hat optische Klarheit. Deutlich erhöhte Kosten.
CNC-Bearbeitbarkeit von Acryl und Polycarbonat
Beim Design von CNC-gefrästen Acrylteilen ist wegen der größeren Gefahr von Spannungsrissen besondere Vorsicht geboten. Aus diesem Grund werden scharfe Schneidwerkzeuge empfohlen, um ein Schmelzen des Acryls oder die Entstehung von Rissen zu vermeiden; Obwohl Hartmetallmesser deutlich günstiger sind, erzielen Diamantmesser die beste Oberflächengüte. Es ist auch notwendig, eine relativ hohe Vorschubgeschwindigkeit zu verwenden, um zu verhindern, dass das Acryl schmilzt. Beachten Sie jedoch, dass eine zu hohe Vorschubgeschwindigkeit zu extrem hohem Schnittdruck und Bruch führen kann.
Während sich Polycarbonat aufgrund seiner Steifigkeit, Zähigkeit, Haltbarkeit und seines höheren Schmelzpunkts im Allgemeinen besser für die CNC-Bearbeitung eignet, besteht der Nachteil darin, dass Polycarbonat nicht so transparent ist wie Acryl. Wenn Sie jedoch Spezialteile wie Schutzausrüstung, Sicherungskästen oder große, robuste Komponenten herstellen müssen, ist Transparenz möglicherweise kein Problem. Wenn Sie hingegen ein Produkt entwerfen, bei dem Transparenz oberste Priorität hat, kann sich die CNC-Bearbeitung von Acryl lohnen.
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Die Wahl des richtigen Materials für Ihr Fertigungsprojekt kann den Unterschied zwischen Erfolg und Misserfolg ausmachen. Obwohl wir die Vor- und Nachteile von Acryl und Polycarbonat untersucht haben, sollten Sie bedenken, dass dies nicht Ihre einzigen Optionen sind. Viele CNC-Bearbeitungsmaterialien sind möglicherweise mit dem Design und der beabsichtigten Anwendung Ihres Teils kompatibel, und die Auswahl des richtigen Materials kann ein komplexer Prozess sein.
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Fazit
Im Vergleich zu Acryl bietet CNC-gefrästes Polycarbonat einzigartige Eigenschaften, die für verschiedene Anwendungen erforderlich sind, was diese Materialien zu einem idealen Ersatz für Glas macht. In diesem Artikel werden die Unterschiede in den Materialeigenschaften, Anwendungen, Verarbeitungs- und Oberflächenbehandlungsmöglichkeiten verglichen. Die Bestimmung des perfekten Materials für Ihr Produkt hängt jedoch von Ihren Bedürfnissen ab.
