Polytetrafluorethylen (PTFE) ist ein fluorierter synthetischer Polymer-Thermoplast, der am häufigsten unter dem Markennamen Teflon bekannt ist. Es gehört zu den technischen Kunststoffen, die in industriellen Anwendungen am häufigsten eingesetzt werden. Aufgrund der chemischen Inertheit, des hohen Schmelzpunkts und des niedrigen Reibungskoeffizienten von PTFE verwenden Schnellhersteller häufig PTFE, um kundenspezifische Teile in Anwendungen herzustellen, die von antihaftbeschichteten Bratpfannen über medizinische Geräte bis hin zur Luft- und Raumfahrt reichen.
Trotz seiner mittelmäßigen mechanischen Eigenschaften ist es eines der beliebtesten CNC-Bearbeitung und Fräsen von Kunststoffen für viele spezifische Anwendungen. Eine der besten Möglichkeiten zur Herstellung von Teflonteilen ist die CNC-Bearbeitung. In diesem Artikel werden die Besonderheiten der Teflonverarbeitung untersucht: ihre Materialeigenschaften, Verarbeitungsvorteile, häufige Anwendungen und mehr. CNC-Bearbeitung von PTFE eignet sich ideal für die Herstellung von Teilen für verschiedene Anwendungen, die eine gute chemische Beständigkeit und hohe Temperaturstabilität erfordern.
Teflon ist ein gebräuchlicher Markenname für das thermoplastische Fluorpolymer Polytetrafluorethylen (PTFE). PTFE ist chemikalienbeständig und auch bei hohen Temperaturen stabil und ist trotz seiner mittelmäßigen mechanischen Eigenschaften einer der beliebtesten Kunststoffe für die CNC-Bearbeitung und das Fräsen für viele spezifische Anwendungen. PTFE liegt bei Raumtemperatur als weißer Feststoff vor und ist im Allgemeinen besonders beständig gegen Chemikalien wie Basen und Säuren. Darüber hinaus verwenden Konstrukteure in der Medizin-, Kochgeschirr- und Automobilindustrie häufig PTFE aufgrund seines niedrigen Reibungskoeffizienten.
Vorteile von Teflon
Die meisten Eigenschaften von PTFE sind auf seine Natur als thermoplastisches Fluorpolymer zurückzuführen, das nur Kohlenstoff und Fluor enthält. Zu den bemerkenswerten Eigenschaften von Teflon gehören:
- Ermüdungs- und Chemikalienbeständigkeit
- Anti-Ultraviolett, wasserdicht
- Hohe Isolationsleistung
- Niedriger Reibungskoeffizient
- Schmelzpunkt 327°C
- CNC-bearbeitete PTFE-Teile sind antihaftbeschichtet
- Thermische Stabilität zwischen -260°C und +260°C
Einschränkungen von PTFE
Obwohl PTFE ein sehr beliebter technischer Kunststoff mit Vorteilen für eine Vielzahl von Anwendungen ist, weist die CNC-Bearbeitung von PTFE immer noch gewisse Einschränkungen auf. Diese beinhalten:
- Die Kosten sind relativ höher.
- Geringe mechanische Festigkeit.
- Seine Zugfestigkeit ist geringer als die von Nylon.
- PTFE-Teile reagieren mit Alkalimetallen und Fluorierungsmitteln.
- PTFE erzeugt giftige Dämpfe, wenn es Temperaturen über 500 °C (260 °F) ausgesetzt wird.
Mechanische Eigenschaften von PTFE:
- – Dichte: 2.15 g/cm3
- – Oberflächenhärte: SD63
- – Zugfestigkeit: 1,500 – 3,000 PSI (25 MPa)
- – Biegemodul: 72,000 PSI (0.70 GPa)
- – Wasseraufnahme (24 Stunden eingeweicht): <0.01 %
- – Reibungskoeffizient (dynamisch): 0.10
Gängige PTFE-Qualitäten
Hersteller in verschiedenen Branchen verwenden bei der CNC-Bearbeitung von PTFE-Teilen unterschiedliche PTFE-Qualitäten. Einige dieser PTFEs haben Markennamen und einzigartige Eigenschaften. Die folgenden sind gängige CNC-bearbeitete Teflonsorten:
- Reines PTFE weist eine hohe chemische Beständigkeit, Biegeleistung und elektrische Leistung auf;
- Mit Peek gefülltes PTFE – für bessere Druckfestigkeit.
- Pigmentiertes PTFE – für bessere Sichtbarkeit.
- Reines PTFE – Hohe chemische Beständigkeit, elektrische und flexible Eigenschaften.
- Chemisch modifiziertes PTFE – weniger Kriechen, verbesserte Permeationsbeständigkeit, glatte Oberfläche.
- Glasgefülltes PTFE – Ideal für die Herstellung von Teilen, die eine hervorragende chemische Beständigkeit, Abriebfestigkeit und hohe Druckfestigkeit erfordern.
Ideale Technologie zur Herstellung von Teflonteilen – CNC-Bearbeitung
Sie werden kaum Teflonteile finden, die im Spritzgussverfahren oder im 3D-Druck hergestellt wurden. Die CNC-Bearbeitung ist die am häufigsten verwendete Methode zur Herstellung von Teflonteilen. Es handelt sich um einen subtraktiven Prozess, bei dem mithilfe computergesteuerter Werkzeuge Teile des Teflonmaterials entfernt werden, um das gewünschte Teil zu erzeugen.
Höhere Präzision und weniger Fehler
CNC-Maschinen bieten eine höhere Präzision bei der Herstellung von Teflonteilen, da sie nur wenig menschliches Eingreifen erfordern. Die CNC-Bearbeitung von PTFE-Teilen dürfte weniger fehleranfällig sein. CNC-Maschinen gewährleisten die Wiederholgenauigkeit und aufgrund dieser Fehlerquote ist das Fehlerrisiko bei der CNC-Bearbeitung von PTFE gering.
PTFE zersetzt sich vor hohen Temperaturen
Teflon/PTFE weist in amorpher Hochtemperaturform eine hohe Schmelzviskosität und Wärmeempfindlichkeit auf. Daher ist die CNC-Bearbeitung ideal für die Verarbeitung von PTFE, da es vor dem Schmelzen zerfallen kann.
Außerdem entstehen bei der Verarbeitung von Teflon/PTFE bei Temperaturen über 250 °C einige giftige Gase. Diese Gase können sowohl für den Mechaniker als auch für den Endproduktbenutzer physikalisch schädliche Auswirkungen haben. Spritzguss und 3D-Druck eignen sich aufgrund der erforderlichen hohen Temperaturen nicht zur Herstellung von Teflonteilen.
Die CNC-Bearbeitung eignet sich für Teile mit komplexen Formen
3-Achsen-, 4-Achsen- und 5-Achsen-CNC-Maschinen bieten die Präzision und Genauigkeit, die für komplexe Teflon/PTFE-Teile erforderlich sind. Diese entscheidende Qualität macht die CNC-Bearbeitung zu einem integralen Bestandteil der Präzisions-Teflonbearbeitung.
Mehrachsige Maschinen verwenden Werkzeuge, die sich in vier oder mehr Richtungen bewegen können, sodass Teflonteile gleichzeitig aus verschiedenen Winkeln bearbeitet werden können, um bessere Ergebnisse zu erzielen.
PTFE ist sehr hitzeempfindlich
Die meisten Fertigungsmethoden, einschließlich der CNC-Bearbeitung, erzeugen während des Fertigungsprozesses aufgrund der Bewegung und Interaktion des Werkzeugs mit dem Werkstück Wärme. Daher sollten Sie ein wirksames Kühlsystem einsetzen, um die bei der CNC-Bearbeitung von PTFE-Materialien entstehende Wärme zu bewältigen.
Teflon ist sehr hitzeempfindlich. Wenn bei der Teflonverarbeitung kein Kühlsystem vorhanden ist, kann es zu Fehlern wie Verzug kommen.
CNC-Bearbeitungsprozess von PTFE-Teilen
Die CNC-Bearbeitung ist eine weit verbreitete Technik zur Herstellung einer Vielzahl kundenspezifischer bearbeiteter Teflon/PTFE-Teile. Im Allgemeinen umfasst dieser subtraktive Prozess die Verwendung computergesteuerter Werkzeuge zur Herstellung von Teflonmaterial, um Teile mit bestimmten Formen und Abmessungen herzustellen. Rapid Fabricator verwendet verschiedene CNC-Bearbeitungsprozesse, um kundenspezifische Teflonteile herzustellen. AN-Prototype fasst die Standardverarbeitungsmethode der CNC-Bearbeitung von Teflon zusammen:
1. CNC-Bohren
Beim CNC-Bohren werden mit einem Bohrer Löcher in Teflonteile gebohrt. Es ist wichtig zu beachten, dass es wichtig ist, Werkzeuge zu verwenden, die eine ordnungsgemäße Spanabfuhr unterstützen. Stellen Sie außerdem sicher, dass der Bohrer senkrecht zum Werkstück steht, um ein Abdriften zu verhindern.
2. CNC-Fräsen
Beim CNC-Fräsen wird mit einer CNC-Fräsmaschine überschüssiges Material aus Teflon geschnitten, um verschiedene Teile herzustellen. CNC-Fräsmaschinen drehen und bewegen Schneidwerkzeuge entlang verschiedener Achsen. Dadurch bieten Fräsmaschinen die hohe Präzision und Genauigkeit, die für eine Vielzahl von PTFE-bearbeiteten Teilen erforderlich ist. Daher eignet sich das CNC-Fräsen zur Herstellung von Teflonteilen mit rauen Kanten.
3. CNC-Drehen
Beim CNC-Drehprozess wird das Teflonmaterial in einem Spannfutter gehalten, das Werkstück gedreht und gleichzeitig einem Drehwerkzeug zugeführt, um ein PTFE-Teil mit einer Hohlstruktur zu erzeugen. CNC-Drehen ermöglicht die Herstellung von Teflon/PTFE-Teilen in runder oder konischer Form mit hoher Präzision.
4. CNC-Dreh- und Fräsverbundmaschine
Die CNC-Fräs-Dreh-Bearbeitungstechnologie kombiniert die Eigenschaften von Fräs- und Drehverfahren zur Herstellung von Teflon/PTFE-Teilen mit komplexen Geometrien. Auch wenn die CNC-Drehfräsbearbeitung möglicherweise nicht auf dem Niveau einer Mehrachsenbearbeitung liegt, können damit einige komplexe Teile hergestellt werden, wie z. B. hohle Teflonteile mit rauen Bodeneigenschaften.
5. Mehrachsige/5-achsige Bearbeitung
Die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung von Teflon eignet sich für die Herstellung komplexer kundenspezifischer Teile. Zur Herstellung von PTFE-Teilen werden Mehrachsen- und Mehrwerkzeug-Setups verwendet. Am wichtigsten ist, dass es eine herausragende Genauigkeit und Präzision des Endprodukts gewährleistet. Enge Toleranzen sind mit 5-Achsen-CNC-Bearbeitungsprozessen einfacher zu erreichen.
Typische Anwendung der CNC-Bearbeitung von Teflon/PTFE-Teilen
CNC-bearbeitete Teflonteile werden aufgrund ihrer hervorragenden Materialeigenschaften häufig in verschiedenen Branchen eingesetzt. Typische Anwendungen für bearbeitete PTFE-Teile sind:
Luft-und Raumfahrtindustrie
CNC-bearbeitete Teflonteile weisen hervorragende Materialeigenschaften wie gute Festigkeit und geringe Reibung auf und eignen sich daher für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrtindustrie. PTFE ist ein ausgezeichneter elektrischer Isolator, der PTFE-Teile für elektrische Verbindungen und Kabelisolierung sicher macht. Weitere Einsatzmöglichkeiten von PTFE sind Kraftstoffschläuche, Beschichtungen und der Schutz von Türoberflächen.
Darüber hinaus verwenden Konstrukteure von Luft- und Raumfahrtteilen die PTFE-CNC-Bearbeitung aufgrund ihrer Genauigkeit und Präzision bei der Herstellung von Luft- und Raumfahrtteilen mit engen Toleranzen.
Medizinische Industrie
Die medizinische Industrie verwendet PTFE aufgrund seiner chemischen Inertheit und Flexibilität häufig zur Herstellung medizinischer Teile. Bearbeitete PTFE-Teile sind biokompatibel, da sie bei der Verwendung als Körperimplantate die chemische und strukturelle Stabilität aufrechterhalten können. Ein gängiges Beispiel für ein medizinisches PTFE-bearbeitetes Teil ist ein Ventil.
Automobilindustrie
Typische Anwendungen von Teflon/PTFE in der Automobilindustrie sind Ventile und Getriebe. Darüber hinaus eignet sich PTFE zur Herstellung von leichten Fahrwerken und anderen Fahrzeugkomponenten unterschiedlicher Größe und Form.
Lebensmittel verarbeitende Industrie
Teflon/PTFE ist chemisch inert und daher ein ideales Material für die Lebensmittelverarbeitung. Daher reagieren mit Teflon behandelte Teile nicht mit verarbeiteten Lebensmitteln. Typische Anwendungen für CNC-bearbeitete Teflon/PTFE-Teile in dieser Branche sind Komponenten für Lebensmittelmaschinen.
Alternativen zu Teflon
Während die CNC-Bearbeitung von PTFE viele Vorteile bietet, sind andere Materialien bessere Alternativen:
Ethylen-Chlortrifluorethylen (ECTFE)
Dabei handelt es sich um ein Copolymer aus Ethylen und Chlortrifluorethylen, einem teilkristallinen Fluorpolymer. Es ist ein Fluorpolymer ähnlich wie Teflon, eine Fluorkohlenstoffverbindung mit mehreren Kohlenstoff-Fluor-Bindungen.
Dieser teilkristalline Thermoplast weist eine bessere Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit als PTFE auf. Daher verwenden Hersteller es häufig als Teile, die eine bessere Chemikalien- und Korrosionsbeständigkeit erfordern.
Polychlortrifluorethylen (PCTFE)
Dieses Material ist eine Alternative zu Teflon, unterscheidet sich jedoch dadurch, dass es sich um ein thermoplastisches Chlorfluorpolymer handelt. Es hat die niedrigste Wasserdampfdurchlässigkeit aller Kunststoffe und eine hohe Wasserbeständigkeit.
Perfluoralkoxy (PFA)
PFA und Teflon sind beide Fluorpolymere mit ähnlicher chemischer Beständigkeit. Allerdings ist PFA weniger abriebfest und weicher als Teflon. Daher verwenden Hersteller dieses Material selten in Strukturteilen.
Grundlegende Vorsichtsmaßnahmen und Tipps für die CNC-Bearbeitung von PTFE
Teflon ist ein Material, das bei der CNC-Bearbeitung eine beeindruckende Flexibilität bietet. Es ist jedoch wichtig, bestimmte Faktoren zu verstehen, die ein Teflon/PTFE-CNC-Bearbeitungsprojekt beeinflussen. Hier sind einige dieser Faktoren:
Weichheit
Teflon lässt sich leicht CNC-bearbeiten, da es ein von Natur aus weicher Thermoplast ist. Aufgrund der extremen mangelnden Steifigkeit kann es jedoch bei der CNC-Bearbeitung zu Werkzeugvibrationen kommen. Sie können also eine bessere PTFE-Qualität für Ihre CNC-bearbeiteten Teile verwenden oder ein Material verwenden, das die Festigkeit erhöht. Als allgemeine Faustregel gilt außerdem, für Kunststoffteile eine Toleranz von +/- 0.001 pro Zoll zu verwenden.
Enge Toleranzen
Die CNC-Bearbeitung von PTFE mit engen Toleranzen ist schwierig, da die Teflon/PTFE-Bearbeitung anfällig für erhöhtes Spannungskriechen und einen hohen Ausdehnungskoeffizienten ist. Mit wasserlöslichen Kühlmitteln können jedoch optimale Toleranzen und gewünschte Oberflächengüten erreicht werden.
Extreme Druckverformung
Wird bei der CNC-Bearbeitung zu viel Druck ausgeübt, verformt sich PTFE.
scharfes Werkzeug
Teflon ist ein vielseitiges Material, das mit einer Vielzahl von Werkzeugen, einschließlich Schaftfräsern, bearbeitet werden kann. Insbesondere bei der CNC-Bearbeitung von thermoplastischen Polymeren wie PTFE, Nylon und Acryl eignen sich scharfe Werkzeuge gut. Dies liegt daran, dass scharfe Werkzeuge saubere Schnitte erzeugen, was bei der CNC-Bearbeitung von Teflon von entscheidender Bedeutung ist, da es sich um ein Antihaftmaterial handelt.
Darüber hinaus tragen scharfe Messer dazu bei, die Reibung zwischen Werkzeug und Material zu verringern und so die Wärmeentwicklung zu reduzieren, was auch bei der CNC-Bearbeitung von PTFE von entscheidender Bedeutung ist.
Kühlmittel
Die hohe Hitze, die beim CNC-Fräsen oder -Drehen entsteht, kann dazu führen, dass sich PTFE thermisch ausdehnt, was zu schlechten Oberflächen und ungenauen Toleranzen führt. Verwenden Sie ein teflonverträgliches Kühlmittel und passen Sie den Kühlmittelfluss entsprechend an. Die am häufigsten verwendeten Kühlmittel sind Druckluft, wasserlösliche Kühlmittel und chemisch inerte Sprays.
Entgraten
Bei der CNC-Bearbeitung von Teflon ist das Entgraten von entscheidender Bedeutung. Die durch den CNC-Bearbeitungsprozess entstehenden scharfen Kanten können zu Problemen bei der Montage führen und auch zu einem vorzeitigen Ausfall des Teils führen. Entfernen Sie mit einem PTFE-kompatiblen Entgratungswerkzeug oder einer PTFE-kompatiblen Entgratungsmethode alle Grate vom Teil.
Weitere Tipps zur PTFE-CNC-Bearbeitung:
- Verwenden Sie das richtige Bearbeitungswerkzeug für Ihr mit Teflon bearbeitetes Teil, um eine bessere Spanabfuhr zu gewährleisten und Verstopfungen zu vermeiden.
- Für die Bearbeitung von Teflon/PTFE-Teilen werden Hartmetallfräser mit polierten Oberflächen empfohlen, um die Oberflächengüte und den Werkzeugschutz zu verbessern.
- Sandstrahlen ist eine ideale Option zur Oberflächenvorbereitung für Maschinisten, um Oberflächenunregelmäßigkeiten von CNC-Teflonteilen zu entfernen.
- Bietet Unterstützung für PTFE-Material während der CNC-Bearbeitung, um eine hohe Präzision zu gewährleisten.
Obwohl die CNC-Bearbeitung von Teflon anspruchsvoller ist als die anderer Kunststoffteile, kann AN-Prototype hochwertige PTFE-Prototypen oder kleine Chargen von PTFE-Teilen herstellen. Wir sind zuverlässige Spezialisten für CNC-Bearbeitungsdienstleistungen mit langjähriger Erfahrung in der CNC-Bearbeitung von Teflon/PTFE-Teilen. Wir bieten eine breite Palette an Bearbeitungsmöglichkeiten, einschließlich Fräsen, Drehen und 5-Achsen-CNC-Bearbeitung, um hochwertige, präzise kundenspezifische PTFE-Teile mit engen Toleranzen herzustellen.