Prototypenfertigung für hochkomplexe Bauteile
Ein Prototyp wird in der Zerspanung zur echten Herausforderung, wenn komplexe Konturen, wie etwa Freiformflächen, auf sehr anspruchsvolles und schwer zerspanbares Material treffen. Kommen dann noch sehr enge Form-, Lage- und Maßtoleranzen hinzu, steigen viele Standard-Lohnfertiger aus.
ZTS-Zerspanungstechnik Stadler ist Ihr erfahrener Partner für exakt diese Härtefälle. Wir kombinieren modernste CAM-Simulationen, weitreichende Materialkompetenz und maximale Flexibilität im Maschinenpark, um Ihre Entwicklungen präzise und schnell in die Realität umzusetzen.
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Was komplexe Prototypen ausmacht: Freiformflächen & Simulation
Bevor bei einem völlig neuen Bauteil das Fräswerkzeug zum ersten Mal das Rohmaterial berührt, überlassen wir nichts dem Zufall. Im Grunde wird das gesamte Bauteil zunächst am PC im CAM-System programmiert. Anschließend wird der komplette Fertigungsprozess in der Maschine simuliert.
Dabei greifen wir auf fortschrittliche Datenbanken und Methoden zurück, die unsere Prozesse absichern und beschleunigen.
- Das CAM-System erkennt automatisch Kernlöcher für metrische Gewinde.
- Es registriert selbstständig die benötigte Bohrtiefe und ob es sich um ein Durchgangsloch handelt.
- Daraufhin erstellt die Software automatisch die passenden Zyklen – etwa das Bohren mit dem Hartmetallbohrer, gefolgt vom Senken und abschließenden Gewindeschneiden. Um diese technologische Spitzenposition zu halten, arbeiten wir eng mit unseren CAM-Herstellern zusammen und agieren bei neuen Entwicklungen auch als Pilotkunde.
Material-Kompetenz: Titan, PEEK und hochlegierte Edelstähle
Sondermaterialien wie Titan, PEEK oder hochlegierte Edelstähle verhalten sich bei der Bearbeitung sehr speziell. Titan und hochlegierte Edelstähle bringen bei der Zerspanung oft das Problem des Materialverzugs mit sich. Bei Kunststoffen müssen wir hingegen stark auf die Wärmeausdehnung während des Fräsens achten.
Unsere Bearbeitungsstrategien für solche „Diven“ basieren auf jahrelangen Erfahrungswerten. Je nach Komplexität des Bauteils greifen wir auf unterschiedliche Methoden zurück:
- Spannungsarm glühen: Wir kaufen das Material teilweise etwas größer ein, bearbeiten die Konturen vor und lassen das Werkstück anschließend spannungsarm glühen, um den Verzug herauszunehmen.
- Werkzeug-Partnerschaften: Bei absolut grenzwertigen Prozessen, die eine Optimierung erfordern, arbeiten wir eng, mit zwei bis drei spezialisierten Werkzeugherstellern, in einem Team zusammen, die ihre Expertise beisteuern.
- Bei extrem anspruchsvollen Geometrien und unbekanntem Materialverhalten kalkulieren wir aus Erfahrung so, dass das erste gefertigte Teil unter Umständen „geopfert“ werden muss, um den Serienprozess perfekt abzustimmen.
Speed & Flexibilität: Wenn der Prototyp „übermorgen“ fertig sein muss
Manchmal werden Ersatzteile oder ein Bauteil für eine Messmaschine extrem schnell benötigt. In solchen Fällen greift unsere hochflexible Kapazitätsplanung.
Wenn eine sehr eilige Anfrage bei uns eingeht, durchläuft sie einen straffen Prüfprozess:
- Zunächst prüfen wir technisch, mit welcher Strategie sich das Bauteil am effizientesten und damit schnellsten fertigen lässt.
- Anschließend klären wir, ob wir das benötigte Material auf Lager haben oder ob wir es erst beschaffen müssen.
- Im dritten Schritt analysieren wir unseren Belegungsplan, um festzustellen, auf welchem Maschinentyp die Fertigung erfolgen muss und wo wir Kapazitäten freischaufeln können. Sind Material und Kapazität geklärt, schieben wir Ihren Eilauftrag direkt in die laufende Produktion ein – mit unserem Express-Service sogar innerhalb von 48 Stunden.
Mehr als ein Lieferant: Ihre verlängerte Werkbank
Viele Entwickler sind auf der Suche nach einer verlängerten Werkbank. Sie benötigen einen Partner, der sich intensiv auf sie einlässt, Projekte gemeinsam aufbaut und auch in Zukunft verlässlich liefert.
ZTS setzt voll auf langfristige Partnerschaften auf Augenhöhe. Unsere längsten Kundenbeziehungen bestehen bereits seit über 25 Jahren. Wir scheuen auch nicht vor großem Vorleistungsaufwand zurück, fahren zum Kunden oder laden die Entwickler zu uns an die Maschine ein. Für einen unserer großen Kunden fertigen wir beispielsweise seit vielen Jahren sehr spezielle Edelstahl- und Gussteile, die wir in einem verlässlichen Zeitraum von vier bis sechs Wochen konstant bereitstellen.
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Häufige Fragen (FAQ) zur Prototypenfertigung in der Zerspanung
Ein CNC-Prototyp kann bei ZTS im Express-Service innerhalb von 48 Stunden gefertigt und geliefert werden. Voraussetzung für diese Geschwindigkeit ist ein definierter Prozess: Nach der sofortigen Machbarkeitsprüfung und der Bestätigung der Materialverfügbarkeit werden gezielt Kapazitäten im Maschinenbelegungsplan freigeschaufelt. Standard-Prototypen ohne Express-Priorisierung haben in der Regel eine Vorlaufzeit von 4 bis 6 Wochen.
Im High-End-Prototypenbau werden häufig Sondermaterialien wie Titan, hochlegierte Edelstähle und Hochleistungskunststoffe wie PEEK verarbeitet. Diese Werkstoffe erfordern spezielle Fertigungsstrategien: Bei Titan und Edelstahl muss Materialverzug durch vorheriges spannungsarmes Glühen vermieden werden. Bei Kunststoffen wie PEEK ist die exakte Kontrolle der Wärmeausdehnung während des Fräsprozesses entscheidend, um die Toleranzen zu halten.
Die Kosten für CNC-Prototypen lassen sich am effektivsten durch ein fertigungsgerechtes CAD-Design (Design for Manufacturing) senken. Ein massiver Kostentreiber sind pauschal verrundete Innenkanten in der Konstruktion. Diese erfordern den Einsatz von extrem kleinen Spezialfräsern, verlängern die Bearbeitungszeit erheblich oder machen teures Erodieren notwendig. Ein Verzicht auf nicht-funktionale Radien senkt den Stückpreis drastisch.
Die Maßhaltigkeit wird durch eine Kombination aus In-Prozess-Messung in der CNC-Maschine und einer Endkontrolle im vollklimatisierten Messraum garantiert. Bei extrem engen Toleranzen prüft ein taktiler Messtaster das Bauteil noch während der Bearbeitung; die Maschine korrigiert Maßabweichungen automatisch vor dem finalen Schlichtschnitt. Um thermische Ausdehnungen komplett auszuschließen, erfolgt die Endabnahme parallel auf einer 3D-Koordinatenmessmaschine bei exakt 20 °C.
Komplexe Freiformflächen werden durch 5-Achs-Simultanfräsen in Kombination mit einer lückenlosen CAM-Simulation (wie hyperMILL®) realisiert. Bevor das Werkzeug das Rohmaterial berührt, wird der gesamte Fertigungsprozess als digitaler Zwilling am PC programmiert und auf Kollisionen geprüft. Das CAM-System generiert dabei automatisierte Zyklen und optimierte Fräsbahnen, die selbst bei extrem anspruchsvollen Geometrien reproduzierbare Präzision gewährleisten.