Het juiste CNC-materiaal selecteren

CNC-bewerking kan onderdelen van bijna elk metaal of plastic produceren. Als dit het geval is, is er een enorm scala aan materialen beschikbaar voor onderdelen die zijn geproduceerd via CNC-frezen en draaien. Het selecteren van de juiste voor uw toepassing kan een hele uitdaging zijn, en het begrijpen van de voordelen en het beste gebruik van elk beschikbaar materiaal kan van cruciaal belang 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-gefreesd moet worden, is het kiezen van de juiste materialen essentieel. Dit zijn de basisstappen die we aanbevelen om de juiste materialen voor uw aangepaste onderdelen te selecteren.

• Definieer de materiaalvereisten:deze kunnen mechanische, thermische of andere materiaalvereisten omvatten, evenals kosten en oppervlakteafwerking. Bedenk hoe u uw onderdelen gaat gebruiken en in wat voor omgeving ze zich bevinden. 

• Identificeer kandidaat-materialen:bepaal een paar kandidaat-materialen die aan al uw (of de meeste) ontwerpvereisten voldoen.

• Selecteer het meest geschikte materiaal:hier is meestal een compromis nodig tussen twee of meer ontwerpvereisten (bijvoorbeeld mechanische prestaties en kosten).

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

Wat zijn de richtlijnen van Hubs 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 bekijken. We splitsen metalen en kunststoffen op in twee verschillende categorieën.

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

Bij onze vergelijking van CNC-materialen richten we ons op mechanische sterkte (uitgedrukt als treksterkte), bewerkbaarheid (het gemak van bewerking is van invloed op de prijs van CNC), kosten, hardheid (voornamelijk voor metalen) en temperatuurbestendigheid (voornamelijk voor kunststoffen).

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

Materiaal	Cijfer	Kracht*	Hardheid+	Bewerkbaarheid	Kosten	Typische toepassingen
Aluminium	6061	Gemiddeld	Gemiddeld	★★★★★	$	Algemeen gebruik Vliegtuigonderdelen Auto-onderdelen Fietsframes Voedselcontainers
	6082	Gemiddeld	Gemiddeld	★★★★★	$	Auto-onderdelen voor algemeen gebruik Voedselcontainers
	7075	Hoog	Gemiddeld	★★★★	$$$	Vliegtuig- en ruimtevaartcomponenten Auto-onderdelen Maritieme toepassingen Sportuitrusting
	5083	Gemiddeld	Laag	★★★★★	$$	Maritieme toepassingen Bouw Drukvaten
Roestvrij staal	304	Hoog	Gemiddeld	★★	$$$	Algemeen gebruik Medische apparatuur Voedingsindustrie Maritieme toepassingen Chemische verwerking
	316	Hoog	Gemiddeld	★★	$$$$	Apparatuur voor voedselbereiding Maritieme toepassingen Architectuur Chirurgische implantaten Chemische containers
	2205 Duplex	Hoog	Hoog	★	$$$$$	Olie &gas Maritieme toepassingen Chemische verwerking Warmtewisselaars
	303	Hoog	Hoog	★★★	$$$$	Vliegtuigcomponenten Machine-onderdelen Moeren, bouten, tandwielen, bussen
	17-4	Hoog	Zeer hoog	★★	$$$$$	Turbinebladen Maritieme toepassingen Chemische schepen Olie en gas Nucleaire toepassingen
Zacht staal	1018	Gemiddeld	Gemiddeld	★★★	$$	Algemene machineonderdelen Jigs &armaturen
	1045	Gemiddeld	Hoog	★★	$$$	Algemene machineonderdelen
	A36	Hoog	Gemiddeld	★★★	$$	Bouwmachine onderdelen Jigs &armaturen
Gelegeerd staal	4140	Gemiddeld	Hoog	★★	$$$	Algemeen gereedschap voor machineonderdelen
	4340	Hoog	Hoog	★★	$$$	Landingsgestel voor vliegtuigen Krachtoverbrenging Gereedschap
Gereedschapsstaal	D2	Hoog	Zeer hoog	★	$$$$	Koudwerkend gereedschap Dies &stempels Snijgereedschap &messen
	A2	Hoog	Zeer hoog	★	$$$$	Koudwerkend gereedschap Dies &stempels Snijgereedschap &messen
	O1	Hoog	Zeer hoog	★	$$$$	Koudwerkende gereedschappen Dies &stamps
Messing	C36000	Gemiddeld	Gemiddeld	★★★★★	$$	Mechanische onderdelen Kleppen &sproeiers Architectuur

• :Treksterkte - gemiddeld:200-400 MPa, hoog:400-600 MPa
  
• :Hardheid - Medium:50-90 HRB, Hoog:90 HRB - 50 HRC, Zeer hoog:boven 50 HRC
  

Materiaal	Kracht*	Bedrijfstemperatuur+	Bewerkbaarheid	Kosten	Typische toepassingen
ABS	Gemiddeld	Tot 60oC	★★★	$$	Automobiel Elektronische behuizingen Leidingen &hulpstukken Consumentenproducten
Nylon	Hoog	Tot 100oC	★	$$	Auto-onderdelen Mechanische onderdelen Bevestigingsmiddelen
Polycarbonaat (pc)	Hoog	Tot 120oC	★★	$$	Architectuur Automobiel Elektronische behuizingen Voedselcontainers
POM (Delrin)	Gemiddeld	Tot 82oC	★★★★	$$	Mechanische onderdelen Elektronische behuizingen Bussen en fittingen
PTFE (Teflon)	Laag	Tot 260oC	★★★★	$$	Toepassingen bij hoge temperaturen Chemische verwerking Elektronische behuizingen Voedselverwerking
HDPE	Laag	Tot 80oC	★	$$	Chemische containers Leidingen &hulpstukken Consumentenproducten
KIJKEN	Hoog	Tot 260oC	★★	$$$$	Medische toepassingen Chemische verwerking Voedselverwerking Hogedrukventielen

• :treksterkte - laag:5-30 MPa, gemiddeld:30-60 MPa, hoog:60-100 MPa
  
• :Aanbevolen maximale bedrijfstemperatuur voor constant gebruik
  

Wat is aluminium? De robuuste, economische legering

Aluminiumlegeringen hebben een uitstekende sterkte-gewichtsverhouding, hoge thermische en elektrische geleidbaarheid en natuurlijke bescherming tegen corrosie. Ze zijn gemakkelijk te bewerken en kostenefficiënt in bulk, waardoor ze vaak de meest economische optie zijn voor het produceren van prototypen en andere soorten onderdelen.

Hoewel aluminiumlegeringen doorgaans een lagere sterkte en hardheid hebben dan staal, kunnen ze worden geanodiseerd, waardoor een harde, beschermende laag op hun oppervlak ontstaat.

Laten we de verschillende soorten aluminiumlegeringen opsplitsen.

• Aluminium 6061 is de meest voorkomende aluminiumlegering voor algemeen gebruik, met een goede sterkte-gewichtsverhouding en uitstekende bewerkbaarheid.

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

• Aluminium 7075 is de legering die het meest wordt gebruikt in ruimtevaarttoepassingen waar gewichtsvermindering van cruciaal belang is. Het heeft uitstekende vermoeiingseigenschappen en kan met warmte worden behandeld tot een hoge sterkte en hardheid, waardoor het vergelijkbaar is met staal.

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

Materiaaleigenschappen:

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

• Kan worden geanodiseerd

• Niet-magnetisch

Wat is roestvrij staal? De sterke, duurzame legering

Roestvrijstalen legeringen hebben een hoge sterkte, hoge ductiliteit, uitstekende slijtvastheid en corrosieweerstand en kunnen gemakkelijk worden gelast, machinaal bewerkt en gepolijst. Afhankelijk van hun samenstelling kunnen ze (in wezen) niet-magnetisch of magnetisch zijn.

Laten we de soorten roestvrij staal die we op het platform aanbieden, opsplitsen.

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

• Roestvast staal 316 is een andere veel voorkomende roestvaste staallegering met vergelijkbare mechanische eigenschappen als 304. Het heeft echter een hogere corrosie- en chemische weerstand, vooral tegen zoutoplossingen (bijvoorbeeld zeewater), dus het is vaak beter voor het omgaan met ruwere omgevingen.

• Roestvast staal 2205 Duplex heeft de hoogste sterkte (tweemaal die van gewone roestvast staal legeringen) en een uitstekende weerstand tegen corrosie. Het wordt gebruikt in extreme omgevingen, met veel toepassingen in olie en gas.

• Roestvast staal 303 heeft een uitstekende taaiheid, maar een lagere corrosieweerstand in vergelijking met 304. Vanwege de uitstekende bewerkbaarheid wordt het vaak gebruikt in grootschalige toepassingen, zoals het produceren van bouten en moeren voor de lucht- en ruimtevaart.

• Roestvast staal 17-4 (SAE klasse 630) heeft mechanische eigenschappen vergelijkbaar met 304. Het kan in hoge mate precipitatiegehard worden (vergelijkbaar met gereedschapsstaal) en heeft een uitstekende chemische bestendigheid, waardoor het geschikt is voor zeer krachtige toepassingen, zoals als fabricagebladen voor windturbines.

Materiaalkenmerken:

• Typische dichtheid:7,7-8,0 g/cm3

• Niet-magnetische roestvrijstalen legeringen:304, 316, 303

• Magnetische roestvrijstalen legeringen:2205 Duplex, 17-4

Wat is zacht staal? De universele legering

Zachte staalsoorten zijn ook bekend als koolstofarme staalsoorten en hebben goede mechanische eigenschappen, grote bewerkbaarheid en goede lasbaarheid. Omdat ze relatief goedkoop zijn, gebruiken fabrikanten ze voor veel algemene toepassingen, zoals mallen en armaturen. Zacht staal is gevoelig voor corrosie en chemische schade.

Laten we de soorten zacht staal opsplitsen die beschikbaar zijn op het platform.

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

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

• Zacht staal A36 is een veelgebruikt constructiestaal met een goede lasbaarheid. Het is geschikt voor een verscheidenheid aan industriële en bouwtoepassingen.

Materiaaleigenschappen:

• Typische dichtheid:7,8-7,9 g/cm3

• Magnetisch

Wat is gelegeerd staal? De hardere, slijtvaste legering

Gelegeerd staal bevat naast koolstof nog andere legeringselementen, wat resulteert in verbeterde hardheid, taaiheid, vermoeidheid en slijtvastheid. Net als zacht staal is gelegeerd staal gevoelig voor corrosie en aantasting door chemicaliën

• Gelegeerd staal 4140 heeft goede algemene mechanische eigenschappen, met goede sterkte en taaiheid. Deze legering is geschikt voor veel industriële toepassingen, maar wordt niet aanbevolen voor lassen.

• Gelegeerd staal 4340 kan met warmte worden behandeld tot een hoge sterkte en hardheid, terwijl de goede taaiheid, slijtvastheid en vermoeiingssterkte behouden blijven. Deze legering is lasbaar.

Materiaaleigenschappen:

• Typische dichtheid:7,8-7,9 g/cm3

• Magnetisch

Wat is gereedschapsstaal? De uitzonderlijk sterke en resistente legering

Gereedschapsstaalsoorten zijn metaallegeringen met een uitzonderlijk hoge hardheid, stijfheid, slijtvastheid en thermische weerstand, zolang ze een warmtebehandeling ondergaan. Ze worden gebruikt om productiegereedschappen (vandaar de naam) te maken, zoals matrijzen, stempels en mallen.

Laten we eens kijken naar de gereedschapsstaalsoorten die we bij Hubs aanbieden.

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

• Gereedschapsstaal A2 is een luchtgehard gereedschapsstaal voor algemeen gebruik met een goede taaiheid en uitstekende maatvastheid bij verhoogde temperaturen. Het wordt vaak gebruikt om spuitgietmatrijzen te maken.

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

Materiaaleigenschappen:

• Typische dichtheid:7,8 g/cm3

• Typische hardheid:45-65 HRC

Wat is messing? De geleidende en cosmetische legering

Messing is een metaallegering met een goede bewerkbaarheid en uitstekende elektrische geleidbaarheid, waardoor het ideaal is voor toepassingen die lage wrijving vereisen. Je zult vaak cosmetische koperen onderdelen vinden die worden gebruikt voor architecturale doeleinden (gouden detaillering(.

Dit is het koper dat we bij Hubs aanbieden.

• Messing C36000 is een materiaal met een hoge treksterkte en natuurlijke corrosieweerstand. Het is een van de gemakkelijkst bewerkbare materialen en wordt daarom vaak gebruikt voor toepassingen met grote volumes.

Materiaaleigenschappen:

• Typische dichtheid:8,4-8,7 g/cm3

• Niet-magnetisch

Wat is ABS? De prototyping thermoplast

ABS is een van de meest voorkomende thermoplastische materialen met goede mechanische eigenschappen, uitstekende slagvastheid, hoge hittebestendigheid en goede bewerkbaarheid.

ABS heeft een lage dichtheid, waardoor het ideaal is voor lichtgewicht toepassingen. CNC-gefreesde ABS-onderdelen worden vaak gebruikt als prototypen voorafgaand aan massaproductie met spuitgieten.

Materiaalkenmerken:

• Typische dichtheid:1,00-1,05 g/cm3

Wat is nylon? De technische thermoplast

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

Nylon 6 en nylon 66 zijn de hardmetaalsoorten die het meest worden gebruikt bij CNC-bewerkingen.

Materiaaleigenschappen:

• Typische dichtheid:1,14 g/cm3

Wat is polycarbonaat? De thermoplast met slagvastheid

Polycarbonaat is een thermoplast met hoge taaiheid, goede bewerkbaarheid en uitstekende slagvastheid (beter dan ABS). Het is meestal transparant, maar kan in verschillende kleuren worden geverfd. Deze factoren maken het ideaal voor een breed scala aan toepassingen, waaronder vloeibare apparaten of autoruiten.

Materiaalkenmerken:

• Typische dichtheid:1,20-1,22 g/cm3

Wat is POM (Delrin)? Het meest bewerkbare CNC-plastic

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

POM (Delrin) is vaak de beste keuze bij CNC-bewerking van kunststof onderdelen die hoge precisie, hoge stijfheid, lage wrijving, uitstekende maatvastheid bij hoge temperaturen en zeer lage wateropname 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 technische thermoplast met uitstekende chemische en thermische weerstand en de laagste wrijvingscoëfficiënt van alle bekende vaste stoffen. Het is een van de weinige kunststoffen die bestand is tegen bedrijfstemperaturen boven 200 graden Celsius en is een uitstekende elektrische isolator. Het heeft ook puur mechanische eigenschappen en wordt vaak gebruikt als voering of inzetstuk in een assemblage.

Materiaaleigenschappen:

• Typische dichtheid:2,2 g/cm3

Wat is HDPE? De outdoor &piping thermoplast

High-density polyethyleen (HDPE) is een thermoplast met een hoge sterkte-gewichtsverhouding, hoge slagvastheid en goede weersbestendigheid. HDPE is lichtgewicht en geschikt voor buitengebruik en leidingwerk. Net als ABS wordt het vaak gebruikt om prototypes te maken vóór het spuitgieten.

Materiaalkenmerken:

• Typische dichtheid:0,93-0,97 g/cm3

Wat is PEEK? Het plastic ter vervanging van metaal

PEEK is een hoogwaardige technische thermoplast met uitstekende mechanische eigenschappen, thermische stabiliteit over een zeer breed temperatuurbereik en uitstekende weerstand tegen de meeste chemicaliën.

PEEK wordt vaak gebruikt om metalen onderdelen te vervangen vanwege de hoge sterkte-gewichtsverhouding. Medische kwaliteiten zijn ook beschikbaar, waardoor PEEK ook geschikt is voor biomedische toepassingen.

Materiaaleigenschappen:

• Typische dichtheid:1,32 g/cm3

Veelgestelde vragen

Wat is het meest kostenefficiënte materiaal voor CNC-bewerking?

Dit hangt sterk af van de toepassing in kwestie, maar over het algemeen is aluminium 6061 het meest voorkomende en goedkoopste metaal voor CNC-bewerking.

Wat is het beste plastic voor CNC-bewerking?

POM (Delrin) is de meest economische kunststof voor CNC-bewerking. Dit is mede te danken aan de uitstekende bewerkbaarheid van thermoplasten.

Wat zijn de voordelen van CNC-bewerking met metalen?

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

Wat zijn de voordelen van CNC-bewerking met kunststoffen?

Kunststoffen komen vaker voor bij 3D-printen, maar zijn ideaal voor CNC-bewerkingen wanneer u lichtgewicht onderdelen met speciale materiaalvereisten wilt produceren. Kunststoffen zijn ook geschikt voor het maken van prototypes (vooral voordat je grotere hoeveelheden gaat maken met spuitgieten).