De Optimale CNC-materiaal Kiezen: Gids voor Prestaties, Kosten en Toepassing

CNC-bewerking kan onderdelen produceren uit bijna elk metaal of kunststof. Gezien dit is er een enorm bereik aan materialen beschikbaar voor onderdelen geproduceerd via CNC-frezen en draaien. Het selecteren van het juiste voor uw toepassing kan een uitdaging zijn, en het begrijpen van de voordelen en optimale toepassingen van elk beschikbaar materiaal kan cruciaal zijn.

In dit artikel vergelijken we de meest voorkomende CNC-materialen, in termen van mechanische en thermische eigenschappen, kosten en typische (en optimale) toepassingen.

Hoe selecteert u de juiste CNC-materialen?

Wanneer u een onderdeel ontwerpt dat CNC-bewerkt moet worden, is het kiezen van de juiste materialen essentieel. Hier zijn de basisschappen die we aanbevolen om de juiste materialen voor uw maatwerkonderdelen te selecteren.

• Definieer de materiaaleisen: Deze kunnen mechanische, thermische of andere materiaaleisen omvatten, evenals kosten en oppervlakteafwerking. Overweeg hoe u uw onderdelen gaat gebruiken en in welke omgeving ze zullen zijn.

• Identificeer kandidatenmaterialen: Bepaal een paar kandidatenmaterialen die aan alle (of de meeste) van uw ontwerpeisen voldoen.

• Selecteer het meest geschikte materiaal: Een compromis is hier meestal vereist tussen twee of meer van de ontwerpeisen (bijvoorbeeld mechanische prestaties en kosten).

In dit artikel richten we ons op stap twee. Met behulp van de onderstaande gepresenteerde informatie kunt u de materialen identificeren die het meest geschikt zijn voor uw toepassing, terwijl u uw project binnen budget houdt.

Wat zijn Hubs' richtlijnen voor het kiezen van materialen voor CNC?

In de onderstaande tabellen vatten we de relevante kenmerken van de meest voorkomende CNC-materialen samen, verzameld door de datasheets van de materiaalfabrikanten te bestuderen. We splitsen metalen en kunststoffen in twee distincte categorieën.

Metalen worden voornamelijk gebruikt in toepassingen die hoge sterkte, hardheid en thermische weerstand vereisen. Kunststoffen zijn lichtgewicht materialen met een breed scala aan fysieke eigenschappen, vaak gebruikt voor hun chemische weerstand en elektrische isolatiecapaciteiten.

In onze vergelijking van CNC-materialen focussen we op mechanische sterkte (uitgedrukt als trekkijkte), bewerkbaarheid (de gemak van bewerking beïnvloedt CNC-prijzen), kosten, hardheid (voornamelijk voor metalen) en temperatuurbestendigheid (voornamelijk voor kunststoffen).

Hier is een infographic die u kunt gebruiken als snelle referentie om snel CNC-materialen te identificeren die passen bij specifieke technische behoeften:

Materiaal	Kwaliteit	Sterkte*	Hardheid+	Bewerkbaarheid	Kosten	Typische toepassingen
Aluminium	6061	Gemiddeld	Gemiddeld	★★★★★	$	Algemeen gebruik, vliegtuigcomponenten, auto-onderdelen, fietsframes, voedselcontainers
	6082	Gemiddeld	Gemiddeld	★★★★★	$	Algemeen gebruik, auto-onderdelen, voedselcontainers
	7075	Hoog	Gemiddeld	★★★★	$$$	Vliegtuig- & luchtvaartcomponenten, auto-onderdelen, maritieme toepassingen, sportuitrusting
	5083	Gemiddeld	Laag	★★★★★	$$	Maritieme toepassingen, constructie, drukvat
Roestvrij staal	304	Hoog	Gemiddeld	★★	$$$	Algemeen gebruik, medische hulpmiddelen, voedselindustrie, maritieme toepassingen, chemische verwerking
	316	Hoog	Gemiddeld	★★	$$$$	Voedselbereidingsapparatuur, maritieme toepassingen, architectuur, chirurgische implantaten, chemische containers
	2205 Duplex	Hoog	Hoog	★	$$$$$	Olie & gas, maritieme toepassingen, chemische verwerking, warmtewisselaars
	303	Hoog	Hoog	★★★	$$$$	Vliegtuigcomponenten, machineonderdelen, moeren, bouten, tandwielen, busjes
	17-4	Hoog	Zeer hoog	★★	$$$$$	Turbinenschaufels, maritieme toepassingen, chemische vaten, olie & gas, nucleaire toepassingen
Zacht staal	1018	Gemiddeld	Gemiddeld	★★★	$$	Algemeen gebruik, machineonderdelen, hulpmiddelen & vastzetten
	1045	Gemiddeld	Hoog	★★	$$$	Algemeen gebruik, machineonderdelen
	A36	Hoog	Gemiddeld	★★★	$$	Constructie, machineonderdelen, hulpmiddelen & vastzetten
Legeringstaal	4140	Gemiddeld	Hoog	★★	$$$	Algemeen gebruik, machineonderdelen, gereedschappen
	4340	Hoog	Hoog	★★	$$$	Vliegtuig-landingstelsel, krachttransmissie, gereedschappen
Gereedschapstaal	D2	Hoog	Zeer hoog	★	$$$$	Koudbewerkingsgereedschappen, stempels & matrixen, snijgereedschappen & messen
	A2	Hoog	Zeer hoog	★	$$$$	Koudbewerkingsgereedschappen, stempels & matrixen, snijgereedschappen & messen
	O1	Hoog	Zeer hoog	★	$$$$	Koudbewerkingsgereedschappen, stempels & matrixen
Messing	C36000	Gemiddeld	Gemiddeld	★★★★★	$$	Mechanische onderdelen, kleppen & sprinklers, architectuur

• *: Trekstreksterkte - Gemiddeld: 200-400 MPa, Hoog: 400-600 MPa
• +: Hardheid - Gemiddeld: 50-90 HRB, Hoog: 90 HRB - 50 HRC, Zeer hoog: boven 50 HRC

Materiaal	Sterkte*	Bedrijfstemperatuur+	Bewerkbaarheid	Kosten	Typische toepassingen
ABS	Gemiddeld	Tot 60°C	★★★	$$	Auto, elektronische behuizingen, buizen & fitting, consumentenproducten
Nylon	Hoog	Tot 100°C	★	$$	Auto-onderdelen, mechanische onderdelen, bevestigingsmiddelen
Polycarbonaat (PC)	Hoog	Tot 120°C	★★	$$	Architectuur, auto, elektronische behuizingen, voedselcontainers
POM (Delrin)	Gemiddeld	Tot 82°C	★★★★	$$	Mechanische onderdelen, elektronische behuizingen, busjes & fitting
PTFE (Teflon)	Laag	Tot 260°C	★★★★	$$	Hoge-temperatuur toepassingen, chemische verwerking, elektronische behuizingen, voedselverwerking
HDPE	Laag	Tot 80°C	★	$$	Chemische containers, buizen & fitting, consumentenproducten
PEEK	Hoog	Tot 260°C	★★	$$$$	Medische toepassingen, chemische verwerking, voedselverwerking, hoge-druk kleppen

• *: Trekstreksterkte - Laag: 5-30 MPa, Gemiddeld: 30-60 MPa, Hoog: 60-100 MPa
• +: Aanbevolen maximale bedrijfstemperatuur voor constant gebruik

Wat is aluminium? Het robuuste, economische legering

Aluminiumlegeringen hebben een uitstekende sterkte-gewichtverhouding, hoge thermische en elektrische geleiding en natuurlijke bescherming tegen corrosie. Ze zijn gemakkelijk te bewerken en kostenefficiënt in bulk, wat ze vaak de meest economische optie maakt voor het produceren van prototypes en andere typen onderdelen.

Hoewel aluminiumlegeringen doorgaans lagere sterkte en hardheid hebben dan stalen, kunnen ze geanodiseerd worden, wat een harde, beschermende laag op hun oppervlak creëert.

Laten we de verschillende typen aluminiumlegeringen uiteenzetten.

• Aluminium 6061 is de meest voorkomende, algemeen bruikbare aluminiumlegering, met een goede sterkte-gewichtverhouding en uitstekende bewerkbaarheid.

• Aluminium 6082 heeft een vergelijkbare samenstelling en materiaaleigenschappen als 6061. Het wordt vaker in Europa gebruikt (aangezien het voldoet aan Britse standaarden).

• Aluminium 7075 is de legering die het meest gebruikt wordt in luchtvaartoepassingen waar gewichtsreductie cruciaal is. Het heeft uitstekende vermoeidheidseigenschappen en kan warmtebehandeld worden tot hoge sterkte en hardheid, wat het vergelijkbaar maakt met stalen.

• Aluminium 5083 heeft hogere sterkte dan de meeste andere aluminiumlegeringen en uitzonderlijke bestendigheid tegen zeewater. Dit maakt het optimaal voor constructie- en maritieme toepassingen. Het is ook een uitstekende keuze voor lassen.

Materiaalkenmerken:

• Typische dichtheid van aluminiumlegeringen: 2,65-2,80 g/cm³

• Kan geanodiseerd worden

• Niet-magnetisch

Wat is roestvrij staal? Het sterke, duurzame legering

Roestvrij staal legeringen hebben hoge sterkte, hoge duktiliteit, uitstekende slijt- en corrosiebestendigheid en kunnen gemakkelijk gelast, bewerkt en gepolijst worden. Afhankelijk van hun samenstelling kunnen ze (essentieel) niet-magnetisch of magnetisch zijn.

Laten we de typen roestvrij staal die we op het platform aanbieden uiteenzetten.

• Roestvrij staal 304 is de meest voorkomende roestvrij staal legering. Het heeft uitstekende mechanische eigenschappen en goede bewerkbaarheid. Het is bestendig tegen de meeste omgevingsomstandigheden en corrosieve media.

• Roestvrij staal 316 is een andere veelvoorkomende roestvrij staal legering met vergelijkbare mechanische eigenschappen als 304. Het heeft een hogere corrosie- en chemische bestendigheid, vooral tegen zoutoplossingen (bijv. zeewater), dus het is vaak beter voor het hanteren van zwaardere omgevingen.

• Roestvrij staal 2205 Duplex heeft de hoogste sterkte (twee keer die van gangbare roestvrij staal legeringen) en uitstekende corrosiebestendigheid. Het wordt gebruikt in extreme omgevingen, met veel toepassingen in Olie & Gas.
• Roestvrij staal 303 heeft uitstekende toughness, maar lagere corrosiebestendigheid vergeleken met 304. Vanwege zijn uitstekende bewerkbaarheid wordt het vaak gebruikt in hoge-volume toepassingen, zoals het produceren van moeren en bouten voor de luchtvaart.
• Roestvrij staal 17-4 (SAE graad 630) heeft mechanische eigenschappen vergelijkbaar met 304. Het kan uitgeslagen gehard worden tot een zeer hoge graad (vergelijkbaar met gereedschapstallen) en heeft uitstekende chemische bestendigheid, wat het geschikt maakt voor zeer hoog-presterende toepassingen, zoals het vervaardigen van wieken voor windturbines.

Materiaalkenmerken:

• Typische dichtheid: 7,7-8,0 g/cm³

• Niet-magnetische roestvrij staal legeringen: 304, 316, 303

• Magnetische roestvrij staal legeringen: 2205 Duplex, 17-4

Wat is zacht staal? Het algemeen-doel legering

Zachte stalen zijn ook bekend als laagkoolstofstalen en hebben goede mechanische eigenschappen, geweldige bewerkbaarheid en goede lasbaarheid. Omdat ze relatief laag in kosten zijn, gebruiken fabrikanten ze voor veel algemeen-doel toepassingen, zoals hulpmiddelen en vastzetten. Zachte stalen zijn vatbaar voor corrosie en chemische schade.

Laten we de typen zacht staal die beschikbaar zijn op het platform uiteenzetten.

• Zacht staal 1018 is een algemeen legering met goede bewerkbaarheid en lasbaarheid en uitstekende toughness, sterkte en hardheid. Het is de meest gebruikte zacht staal legering.

• Zacht staal 1045 is een medium koolstofstaal met goede lasbaarheid, goede bewerkbaarheid en hoge sterkte en slagvastigheid.

• Zacht staal A36 is een gangbaar constructiestaal met goede lasbaarheid. Het is geschikt voor diverse industriële en constructietoepassingen.

Materiaalkenmerken:

• Typische dichtheid: 7,8-7,9 g/cm³

• Magnetisch

Wat is legeringstaal? Het toughere, slijtvaste legering

Legeringstalen bevatten andere legeringselementen naast koolstof, wat resulteert in verbeterde hardheid, toughness, vermoeidheid en slijtweerstand. Vergelijkbaar met zachte stalen, zijn legeringstalen vatbaar voor corrosie en aanval van chemicaliën.

• Legeringstaal 4140 heeft goede algehele mechanische eigenschappen, met goede sterkte en toughness. Deze legering is geschikt voor veel industriële toepassingen maar wordt niet aanbevolen voor lassen.

• Legeringstaal 4340 kan warmtebehandeld worden tot hoge niveaus van sterkte en hardheid, terwijl het zijn goede toughness, slijtweerstand en vermoeidheidsterkte behoudt. Deze legering is lasbaar.

Materiaalkenmerken:

• Typische dichtheid: 7,8-7,9 g/cm³

• Magnetisch

Wat is gereedschapstaal? Het uitzonderlijk touwe en weerstandende legering

Gereedschapstallen zijn metaallegeringen met uitzonderlijk hoge hardheid, stijfheid, slijt- en thermische weerstand, mits ze warmtebehandeling ondergaan. Ze worden gebruikt om productiegereedschappen te creëren (vandaar de naam) zoals stempels, matrixen en vormstukken.

Laten we de gereedschapstallen die we bij Hubs aanbieden uiteenzetten.

• Gereedschapstaal D2 is een slijtvaste legering die zijn hardheid behoudt tot een temperatuur van 425°C. Het wordt veel gebruikt om snijgereedschappen en matrixen te vervaardigen.

• Gereedschapstaal A2 is een luchtgeharde algemeen gereedschapstaal met goede toughness en uitstekende dimensionale stabiliteit bij verhoogde temperaturen. Het wordt veel gebruikt om spuitgietmatrixen te vervaardigen.

• Gereedschapstaal O1 is een oliegeharde legering met een hoge hardheid van 65 HRC. Het wordt veel gebruikt voor messen en snijgereedschappen.

Materiaalkenmerken:

• Typische dichtheid: 7,8 g/cm³

• Typische hardheid: 45-65 HRC

Wat is messing? Het geleidende & cosmetische legering

Messing is een metaallegering met goede bewerkbaarheid en uitstekende elektrische geleiding, wat het ideaal maakt voor toepassingen die lage wrijving vereisen. U zult vaak cosmetische messingonderdelen vinden die gebruikt worden voor architecturale doeleinden (goud detaillering).

Hier is het messing dat we bij Hubs aanbieden.

• Messing C36000 is een materiaal met hoge trekkracht en natuurlijke corrosiebestendigheid. Het is een van de meest gemakkelijk bewerkbare materialen, dus het wordt vaak gebruikt voor hoge-volume toepassingen.

Materiaalkenmerken:

• Typische dichtheid: 8,4-8,7 g/cm³

• Niet-magnetisch

Wat is ABS? Het prototyping thermoplast

ABS is een van de meest voorkomende thermoplastische materialen die goede mechanische eigenschappen, uitstekende slaanweerstand, hoge hittebestendigheid en goede bewerkbaarheid biedt.

ABS heeft een lage dichtheid, wat het ideaal maakt voor lichtgewicht toepassingen. CNC-gebeeurde ABS-onderdelen worden vaak als prototypes gebruikt vóór massaproductie met spuitgieten.

Materiaalkenmerken:

• Typische dichtheid: 1,00-1,05 g/cm³

Wat is nylon? De engineering thermoplast

Nylon (ook bekend als polyamide (PA)) is een thermoplast die vaak gebruikt wordt voor engineering-toepassingen, vanwege zijn uitstekende mechanische eigenschappen, goede slaanweerstand en hoge chemische en slijtweerstand. Het is gevoelig voor water- en vochtabsorptie.

Nylon 6 en nylon 66 zijn de graden die het meest gebruikt worden in CNC-bewerking.

Materiaalkenmerken:

• Typische dichtheid: 1,14 g/cm³

Wat is polycarbonaat? De thermoplast met slaansterkte

Polycarbonaat is een thermoplast met hoge toughness, goede bewerkbaarheid en uitstekende slaansterkte (beter dan ABS). Het is doorgaans transparant, maar kan geverfd worden in een verscheidenheid aan kleuren. Deze factoren maken het ideaal voor een breed scala aan toepassingen, inclusief vloeistofapparaten of auto-glazing.

Materiaalkenmerken:

• Typische dichtheid: 1,20-1,22 g/cm³

Wat is POM (Delrin)? De meest bewerkbare CNC-kunststof

POM is algemeen bekend onder de handelsnaam Delrin, en het is een engineering thermoplast met de hoogste bewerkbaarheid onder kunststoffen.

POM (Delrin) is vaak de beste keuze bij CNC-bewerking van kunststofonderdelen die hoge precisie, hoge stijfheid, lage wrijving, uitstekende dimensionale stabiliteit bij verhoogde temperaturen en zeer lage waterabsorptie vereisen.

Materiaalkenmerken:

• Typische dichtheid: 1,40-1,42 g/cm³

Wat is PTFE (Teflon)? De extreme temperatuur thermoplast

PTFE, algemeen bekend als Teflon, is een engineering thermoplast met uitstekende chemische en thermische weerstand en de laagste wrijvingscoëfficiënt van elk vast bekende materiaal. Het is een van de weinig kunststoffen die operationele temperaturen boven de 200 graden Celsius kan weerstaan en is een uitstekende elektrische isolator. Het heeft ook zuivere mechanische eigenschappen en wordt vaak gebruikt als voering of inset in een assemblage.

Materiaalkenmerken:

• Typische dichtheid: 2,2 g/cm³

Wat is HDPE? De outdoor & piping thermoplast

High-density polyethylene (HDPE) is een thermoplast met een hoge sterkte-gewichtverhouding, hoge slaanweerstand en goede weerbestendigheid. HDPE is lichtgewicht en geschikt voor buitengebruik en piping. Net als ABS, wordt het vaak gebruikt om prototypes te maken vóór spuitgieten.

Materiaalkenmerken:

• Typische dichtheid: 0,93-0,97 g/cm³

Wat is PEEK? De kunststof die metaal vervangt

PEEK is een high-performance engineering thermoplast met uitstekende mechanische eigenschappen, thermische stabiliteit over een heel breed bereik aan temperaturen en uitstekende weerstand tegen de meeste chemicaliën.

PEEK wordt vaak gebruikt om metaalonderdelen te vervangen vanwege zijn hoge sterkte-gewichtverhouding. Medische graden zijn ook beschikbaar, wat PEEK ook geschikt maakt voor biomedische toepassingen.

Materiaalkenmerken:

• Typische dichtheid: 1,32 g/cm³

Veelgestelde vragen

Wat is het meest kostenefficiënte materiaal voor CNC-bewerking?

Dit hangt erg af van de toepassing, maar over het algemeen is Aluminium 6061 het meest voorkomende en laagste kost metaal voor CNC-bewerking.

Wat is de beste kunststof voor CNC-bewerking?

POM (Delrin) is de meest economische kunststof voor CNC-bewerking. Dit is deels dankzij de uitstekende bewerkbaarheid van thermoplasten.

Wat zijn de voordelen van CNC-bewerking met metalen?

Metalen zijn ideaal voor productietoepassingen die hoge sterkte, hardheid en/of betrouwbare weerstand tegen extreme temperaturen vereisen.

Wat zijn de voordelen van CNC-bewerking met kunststoffen?

Hoewel vaker in 3D-printen, zijn kunststoffen ideaal voor CNC-bewerking wanneer u lichtgewicht onderdelen met speciale materiaaleisen wilt produceren. Kunststoffen zijn ook haalbaar voor het produceren van prototypes (vooral voordat u begint met grotere hoeveelheden met spuitgieten).