Styropor fräsen – Modellbau mit Hartschaum, Styrodur & Ureol


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Allgemeine Infos

Werkstück:Bootsrumpf Katamaran
MaterialStyropor, PUR Hartschaum, PU Schaum, Styrodur
Verfahrweg3200 mm x 2010 mm
Anwendungsart:Modellbau, Formenbau, Rapid Prototyping 3D Fräsen
Verwendete Maschine & Zubehör:RaptorX-SL Fräsmaschine, Styroporfräser
Verwendete Software:ConstruCAM 3D; Deskproto; Steuerungssoftware WinPC-NC

Rapid Prototyping – Schneller Modellbau anhand von Konstruktionsdaten


Rapid Protoyping ist die moderne Bezeichnung für den Modellbau mit einer CNC-gesteuerten Maschine, die das gesamte Modell oder Modellbauteile anhand von Konstuktionsdaten erstellt. Beim Rapid Prototyping gibt es grundsätzlich zwei verschiedene Anwendungszwecke:

Modellierung von ganzen Modellen oder Modellteilen zur Veranschaulichung

Bei dieser Anwendung werden aus Hartschaumplatten oder Hartschaumblöcken komplette Modelle wie Autos, Schiffe oder Flugzeuge oder ihre Bauteile im kleinen Maßstab gefertigt, um sich vorstellen zu können, wie das Endprodukt später aussieht. Gegebenenfalls werden bei Auto-, Schiffs-, oder Flugmodellen Eigenschaften wie Aerodynamik oder Hydrodynamik in Versuchen abgeleitet.

Herstellung von funktionalen Modellbauteilen

Soll ein Modell gebaut werden, das fahr- oder flugtauglich ist, muss das Modellbauteil funktionalen Anforderungen genügen. Heutzutage können selbst kleinste Bauteile aus Hartschaum mit einer CNC Fräsmaschine sehr präzise hergestellt werden.

Vorteile von Hartschaum


Im CNC Modellbau kommt Hartschaum wie Styropor, Styrodur und Ureol immer häufiger zum Einsatz. Die Schaumkunststoffplatten bieten für das Ausfräsen von Formen, Modellen oder Modellbauteilen enorme wirtschaftliche Vorteile:

Preiswert in der Anschaffung

Selbst wenn man wenn man dicke Platten bei einem Qualitätsanbieter kauft, kosten Hartschaumplatten nicht einmal 15 Euro pro Quadratmeter. Die geringen Kosten für Anschaffung und Bearbeitung machen Styrodurplatten zum idealen Material für Testfräsungen, bevor man beispielsweise hochpreisige Hölzer, Metalle, Marmor oder Granit auf die Fräsmaschine legt. Fehlversuche beim Fräsen von Styrodur tun im Portemonnaie nicht so weh.

Günstig in der CNC Bearbeitung

Die Maschine stößt beim Fräsen auf wenig Widerstand. Der Verschleiß von Fräser und Maschinenbauteilen bleibt dadurch besonders gering (hohe Standzeiten) . Dennoch ist die Beschaffenheit von Hartschaum so fest, dass man ihn fräsen kann (Beispiele für Materialien, die man auf einer CNC Maschine nicht fräsen, sondern nur mit dem Tangentialmesser schneiden kann, sind Gummi, Kork oder Wellpappe).

Geringe Bearbeitungszeit

Das gewünschte Werkstück ist sehr schnell ausgefräst. Beim Hartschaum fräsen kann mit höheren Zustellungstiefen und Vorschubgeschwindigkeiten gearbeitet werden und der Fräser kommt beim Materialabtrag zügig voran. Fräsbahnen müssen weniger häufig durchlaufen werden, sodass der Bearbeitungsprozess auch zeitlich gesehen äußerst wirtschaftlich ist.

Hartschaum ist besonders leicht

Modellbauteile aus Hartschaum sind besonders leicht. Das geringe Gewicht sorgt zum Beispiel bei Flugzeugmodellen, die sich tatsächlich in die Luft erheben sollen, für einen geringeren Treibstoffverbrauch. Zudem ist Hartschaum mit kleinen Luftblasen versetzt, was ihm starken Auftrieb verleiht. Für Modelle aus der Schifffahrt oder Segelschifffahrt Schaumkunststoffe also hervorragend geeignet.

Modellbau Bootsrumpf aus Styrodur

In unserem ersten Beispiel fräsen wir einen Bootsrumpf aus Styrodur. Wegen der Höhe der Styrodurplatte von 200mm nutzen wir die große Fräsmaschine RaptorX-SL mit einer Durchlasshöhe von 400mm unter der Brücke. Wir hätten hier allerdings auch die weitaus günstigere High-Z Fräse mit ihrer offenen Rahmenkonstruktion über dem Werkstück platzieren können, um das gleiche Fräsergebnis zu erzielen.

Für das Fräsen des Bootrumpfes verwenden wir einen speziellen Styrodurfräser aus Stahl mit 20 mm Durchmesser und 150 mm Länge. Die Tiefenzustellung beim Schruppen wurde hier mit 110 mm gewählt, der Abstand zwischen den Fräsbahnen liegt bei 2 mm.

Die Fräsbahnen haben wir von  der Software DeskProto anhand des digitalen Bootrumpfes berechnen lassen. Die Vorschubgeschwindigkeit beträgt 100 mm pro Sekunde, also 6 Meter pro Minute. Die komplett zweiteilige Form mit ca. 1000 mm x 500 mm x 220 mm Größe war in nur ca. 190 Minuten fertiggestellt.

Wir erhielten mit dem eingesetzten Fräser und den hohen Vorschubgeschwindigkeiten eine saubere und für Styrodur recht glatte Oberfläche, die einem Heißdrahtschnitt schon sehr nahe kommt.

Es sind spezielle Lacke bzw. roll.- streich.- und spritzfähige Zweikomponentenbeschichtungen für das oberflächenbehandeln von Styrodur erhältlich, die diese Materialien sogar in hochglänzenden Farben erstrahlen lassen und vor allem sogar wetterfest werden lassen. Somit ist XPS / Styrodur der ideale Werkstoff für Rapid Prototyping, Messebau, 3D Formenbau oder Großformenbau.

Rapid Prototyping von Modellschaum

In diesem Beispiel zeigen wir Rapid Prototyping Bilder vom Verfahren zur Herstellung von Tragflächen aus Modellbauschaum. Das 3D Fräsen ist sozusagen die Königsdisziplin bei der spanabhebenden Bearbeiten.

Hierbei können Ihre Daten in einem 3D CAD Programm wie beispielsweise Turbo-CAD aber auch Corel 3D erstellt werden und anschliessend mit der CAD CAM Software DeskProto Lite oder DeskProto 4.0 in G-Codes umgewandelt werden. WIN PCNC Economy oder Profi CNC-CAM-Software sind dann für die Ansteuerung der Maschine zuständig.

Auch unsere großen CNC Fräsmaschinen sind in der Lage 3D Arbeiten simultan an 4 Achsen auszuführen.

Rapid Prototyping mit Ureol

Die Bilder zu dem Beispiel für Rapid Prototyping in Ureol könnten auch ohne jeglichen Text stehen, denn die Ergebnisse sprechen für sich selbst. Im übrigen auch ein schönes Beispiel für die Empfindlichkeit der Anlage gegen Verschmutzungen durch PVC und Ureol.

Völlig egal, welche Konturen ohne Hinterschnitte Sie auch immer bewältigen müssen. Zur Konvertierung von Entwürfen im DXF oder stl.-Format bietet die Software DeskProto alles, womit Sie voran bezeichneten Formate für die Software WIN PCNC (ab Version Economy 3D-fähig) lesbare G-Codes im Handumdrehen erzeugen können.

Rapid Prototyping mit Styropor

Rapid Prototyping einer PKW Karosserie mit der 3D-CNC Fräsmaschine RaptorX-SL aus Styropor. Wir fräsen mit einem ganz speziellen Styroporfräser (Durchmesser 20 mm und Länge 150 mm) aus Stahl. Die Tiefenzustellung beim Schruppen wurde hier mit 140 mm gewählt, der Abstand zwischen den Fräsbahnen liegt bei 5 mm, beim Schlichten bei 1,5 mm.

Die Fräswege wurden natürlich von der Software ConstruCAM-3D generiert.

Die Vorschubgeschwindigkeit beträgt 100 mm pro Sekunde, also 6 Meter pro Minute. Die komplett Form mit ca. 600 x 450 x 140mm Grösse war in nur ca. 15 Minuten fertiggestellt. In diesen Materialien könnte man zwecks Zeitersparnis auch auf das vorfräsen verzichten und direkt mit geringen Bahnabstand das Werkstück fertig bearbeiten.