CNC-Bearbeitung von Polycarbonat

Polycarbonat, auch PC genannt, ist ein amorpher Thermoplast, der vor Erreichen seines Schmelzpunktes erweicht. Es zeichnet sich durch seine Transparenz, Schlagzähigkeit, Festigkeit und sein geringeres Gewicht im Vergleich zu Glas aus, was es zu einer hervorragenden Alternative zu diesem Material macht. Polycarbonat hält auch höheren Temperaturen stand als Acryl, so dass es sich leicht zu einer Vielzahl kundenspezifischer Teile bearbeiten lässt, insbesondere mit Hilfe der CNC-Frästechnik.

Dieser Leitfaden bietet einen Überblick über Polycarbonat, einschließlich seiner wichtigsten Eigenschaften, typischer Anwendungen, Verarbeitungstipps und verfügbarer Oberflächenbehandlungsmethoden für Teile aus Polycarbonat.

Was ist Polycarbonat?

Polycarbonat (PC) ist ein thermoplastischer Kunststoff, der sich durch hervorragende optische Transparenz, hohe mechanische Festigkeit, hervorragende Schlagzähigkeit und außergewöhnliche Beständigkeit gegen Verformung unter Belastung auszeichnet. Das Material ist in FDA-zugelassenen Versionen und Varianten mit Zusätzen zur Verbesserung der Belastbarkeit und Abriebfestigkeit erhältlich.

Aufgrund seiner amorphen Struktur weist Polycarbonat eine geringe Kristallinität und eine außergewöhnliche optische Transparenz auf, so dass es in Bezug auf die Durchlässigkeit für sichtbares Licht viele Glasarten übertrifft. Aus diesem Grund wird Polycarbonat in vielen Bereichen als Alternative zu Glas eingesetzt, z. B. bei der Beleuchtung von Kraftfahrzeugen, bei stoßfesten Fenstern, in der Luft- und Raumfahrt (z. B. bei Militärjägern, Laborlinsen), bei elektrischen Schaltkreisen und vielem mehr. Polycarbonat zeichnet sich nicht nur durch seine hervorragende Schlagzähigkeit auch bei extremen Temperaturen aus, sondern auch durch seine gute Bearbeitbarkeit. Es ist leicht zu formen und thermisch zu verformen, so dass präzise Toleranzen ohne große Schwierigkeiten erreicht werden können.

Eigenschaften von Polycarbonat

Polycarbonat wird aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften für eine Vielzahl industrieller und gewerblicher Anwendungen bevorzugt. Die Schlüsseleigenschaften dieses Thermoplasts sind entscheidend für die Auswahl geeigneter Typen und Verarbeitungsmethoden, die wiederum die Effizienz der Produktionsprozesse erheblich steigern können.

Optische Transparenz: Dank seiner amorphen Struktur bietet Polycarbonat hervorragende optische Eigenschaften und ist dank seines Brechungsindex von 1,548 ein häufig verwendeter Ersatz für Glas. Es behält seine Transparenz auch nach dem Abtönen.

Hohe Festigkeit und Zähigkeit: Polycarbonat wird für seine unvergleichliche Schlagfestigkeit und Zähigkeit geschätzt, die es ihm ermöglichen, externen Stößen, Rissen und Brüchen zu widerstehen. Seine Haltbarkeit bleibt über einen Temperaturbereich von -20°C bis 140°C erhalten, so dass es sich ideal für Teile eignet, die eine hohe Zuverlässigkeit und Haltbarkeit erfordern.

Bearbeitungen Polycarbonat ist aufgrund seiner Hitzebeständigkeit und Langlebigkeit sehr leicht zu bearbeiten.

Lichtdurchlässigkeit: Ein typisches Polycarbonat kann ca. 90 % des Lichts durchlassen und ist damit eine ausgezeichnete Wahl für Anwendungen, die eine hohe Transparenz erfordern, wie z. B. medizinische Komponenten, Prototypen und dekorative Elemente.

Leichtgewicht: Im Vergleich zu anderen thermoplastischen Materialien oder Glas zeichnet sich Polycarbonat durch seine außergewöhnliche Leichtigkeit aus.

Thermische Stabilität: Polycarbonat bleibt bis zu einer Temperatur von 135°C stabil. Bei Anwendungen, die eine höhere Hitzebeständigkeit erfordern, kann die Stabilität durch den Zusatz von Flammschutzmitteln erhöht werden.

Dimensionsstabilität: Hohe Dimensionsstabilität und Schrumpfungsbeständigkeit mit einer niedrigen Schrumpfungsrate von 0,6% – 0,9%.

FDA-konform: Als FDA-konformes Material ist Polycarbonat eine wichtige Wahl für die Medizin- und Lebensmittelindustrie.

UV-Beständigkeit: Spezielle Polycarbonatqualitäten können das Sonnenlicht zu 100 % blockieren und bieten eine außergewöhnliche UV-Beständigkeit.

Chemische Beständigkeit: Verstärkte Polycarbonate weisen eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Öle, Wachse, aliphatische Kohlenwasserstoffe, Fette und verdünnte Säuren auf.

Beschichtungsmöglichkeiten: Polycarbonatteile können mit antistatischen, harten und matten Schichten sowie mit UV- und Antibeschlagbeschichtungen versehen werden.

Polycarbonat hat jedoch auch einige Einschränkungen, wie z. B. die Anfälligkeit für Kratzer, UV-Vergilbung und die Probleme bei der Nachbearbeitung. Teile können auch dazu neigen, zusammenzubrechen oder in dickeren Segmenten Hohlräume zu bilden. Um dies zu vermeiden, ist es ratsam, dicke Teile in dünnere Segmente zu unterteilen, was unter Berücksichtigung der Rohstoffkosten und der Bearbeitungszeit kostengünstiger sein kann.

Polycarbonat-Sorten

Polycarbonat ist in einer Vielzahl von Qualitäten erhältlich, die jeweils für spezifische industrielle und kommerzielle Anforderungen entwickelt wurden. Hier finden Sie einen Überblick über die gängigsten Polycarbonatarten:

Glasgefülltes Polycarbonat: Diese Art von Polycarbonat ist ideal für industrielle Anwendungen, wo es häufig Metalle ersetzt. Es enthält zwischen 10 und 40 % Glasfasern, was seine Festigkeit im Vergleich zu herkömmlichem Polycarbonat deutlich erhöht. Es wird aufgrund seiner hohen Festigkeit und Schlagzähigkeit ausgewählt und ist damit eine hervorragende Alternative zu Metallen und anderen technischen Kunststoffen.

Universell einsetzbares Polycarbonat: Vergleichbare Transparenz wie Glas und beeindruckende Haltbarkeit. Mit ihrer polierten Oberfläche wird diese Sorte häufig dort eingesetzt, wo Ästhetik eine wichtige Rolle spielt. Darüber hinaus weist es eine außergewöhnliche Beständigkeit gegen die durch UV-Strahlung verursachte Alterung auf.

Polycarbonat in Maschinenqualität: Dieser Typ zeichnet sich durch gute Dimensionsstabilität, Schlagzähigkeit, einen hohen Elastizitätsmodul und hervorragende elektrische Eigenschaften aus. Teile aus diesem Material sind ideal für Anwendungen, die einen hohen Produktionsaufwand erfordern.

Jede dieser Polycarbonatqualitäten wurde für spezifische Anforderungen entwickelt und bietet Ingenieuren und Designern in verschiedenen Branchen eine breite Palette von Optionen.

Was ist eine Polycarbonatbehandlung und wie funktioniert sie?

Die Polycarbonatbearbeitung ist ein Hohlraumverfahren, bei dem überschüssiges Material aus einem Polycarbonatblock entfernt wird, um eine bestimmte Form und Oberfläche zu erhalten. Eine der beliebtesten Bearbeitungsmethoden ist der Einsatz der CNC-Technologie (Computer Numerical Control).

Der Prozess beginnt mit dem präzisen Zuschnitt des Polycarbonatblocks mit einer geeigneten Methode oder Kombination von Bearbeitungsmethoden wie CNC-Fräsen, CNC-Drehen, CNC-Schneiden oder Laserschneiden. Die Wahl einer bestimmten Technik oder einer Kombination von Techniken hängt von den spezifischen Produktionsanforderungen ab. Nach dem Zuschnitt und der Formgebung des Polycarbonats folgt die Oberflächenveredelung, die für das ästhetische Erscheinungsbild des Endprodukts entscheidend ist.

Warum sollte Polycarbonat einer CNC-Bearbeitung unterzogen werden?

Die Verwendung von Polycarbonat in der CNC-Bearbeitung hat viele Vorteile, die es zum bevorzugten Material für viele industrielle Anwendungen machen. Hier sind einige wichtige Gründe, warum Polycarbonat so hoch angesehen ist:

Hohe Belastbarkeit und Verschleißfestigkeit: Polycarbonat verfügt über eine ausgezeichnete Tragfähigkeit und Verschleißfestigkeit, die es resistent gegen extreme Temperaturen macht. Diese Eigenschaft macht es zu einem idealen Werkstoff für Teile, die rauen Betriebsbedingungen standhalten müssen.

Außergewöhnliche Zerspanbarkeit: Polycarbonat lässt sich sehr gut zerspanend bearbeiten und ist daher ideal für die CNC-Präzisionsbearbeitung geeignet. Dank seiner Eigenschaften lässt es sich leicht formen und schneiden, was bei der Gestaltung komplexer Formen und Details von entscheidender Bedeutung ist.

Hervorragende Transparenz: Dank seiner außergewöhnlichen Transparenz ist Polycarbonat das ideale Material für transparente Bauteile wie Sicherheitsgläser, Fenster oder leichte Abdeckungen. Diese Eigenschaft macht sie zu einer häufigen Wahl, wenn sowohl Ästhetik als auch Funktionalität wichtig sind.

Elektrische Isolierung: Polycarbonat ist dank seiner dielektrischen Eigenschaften eine beliebte Wahl für Anwendungen, die eine elektrische Isolierung erfordern. Es ist biologisch inert, was seine Verwendung in der Elektronik- und Elektroindustrie noch erweitert.

Kosten: Polycarbonat bietet relativ niedrige Kosten, was es zu einem attraktiven Material für eine Vielzahl von industriellen Anwendungen macht. Sein erschwinglicher Preis in Verbindung mit seiner Langlebigkeit und Vielseitigkeit macht ihn zu einer häufigen Wahl für die Produktion sowohl großer als auch kleiner Chargen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Polycarbonat ein vielseitiges Material ist, das dank seiner einzigartigen Eigenschaften in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt wird, von der Elektronik bis zur Automobilindustrie, und nicht nur Stärke und Haltbarkeit, sondern auch Ästhetik und Kosteneffizienz bietet.

Verarbeitungsrichtlinien für Polycarbonat

Die CNC-Bearbeitung von Polycarbonat ist ein Verfahren, das trotz seiner Einfachheit die Einhaltung bestimmter Grundsätze und Techniken erfordert, um die hohe Qualität und Präzision der fertigen Produkte zu gewährleisten. Hier sind einige wichtige Tipps, um die Polycarbonat-Bearbeitung mit CNC-Technologie effizienter zu gestalten:

1. Verwenden Sie schärfere Werkzeuge: Um einen reibungslosen Bearbeitungsprozess zu gewährleisten, ist es wichtig, Fräsmaschinen mit scharfen Messern und einem effektiven Späneabfuhrsystem zu verwenden. Es wird auch empfohlen, einen Staubsauger zu verwenden, wenn die Maschine mit einem solchen ausgestattet ist, um die Sauberkeit während des Betriebs zu gewährleisten.
2. Wählen Sie das richtige Werkzeug: Für beste Bearbeitungsergebnisse wählen Sie Hartmetallwerkzeuge (HSS) mit dem richtigen Durchmesser. Für Platten mit einer Dicke bis zu 5 mm wird ein Werkzeugdurchmesser von 4 mm empfohlen, für Platten mit einer Dicke von 5-10 mm ein Durchmesser von bis zu 6 mm und für Platten mit einer Dicke von über 10 mm sind Werkzeuge mit einem Durchmesser von 8-10 mm am besten geeignet.
3. Stabile Materialbefestigung: Ein stabiler Halt sowohl für die Platte als auch für die Maschine ist von entscheidender Bedeutung. Die Platte sollte auf eine harte Unterlage gestellt werden, um Vibrationen zu vermeiden; empfohlen wird ein Holzbrett. Achten Sie außerdem darauf, dass die Oberseite der Platte ausreichend gestützt wird, so dass sie fest gegen die Arbeitsfläche gepresst wird, was durch Leisten und Klammern erreicht werden kann.
4. Optimieren Sie Geschwindigkeiten und Vorschübe: Beginnen Sie die Bearbeitung mit der maximalen Geschwindigkeit und dem maximalen Vorschub, die die Genauigkeit gewährleisten, und passen Sie diese Parameter dann schrittweise an, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Die Eintauchgeschwindigkeit des Werkzeugs kann je nach verwendetem Werkzeug zwischen 20 und 120 IPM (Inches per Minute) liegen.
5. Kühlmittel verwenden: Die Verwendung von Kühlmittel ist der Schlüssel zur Beseitigung von Spänen und zur Ableitung von Wärme. Im Wesentlichen stehen zwei Arten von Kühlmitteln zur Verfügung: Hochdruck-Luftstrom, der eine einfache und wirksame Lösung darstellt, und reines Wasser, das bei der Bearbeitung tiefer Nuten eine bessere Leistung bietet.
6. In mehreren Schritten fräsen: Bei dicken Blechen empfiehlt es sich, in mehreren Schritten zu fräsen, um ein sauberes Kantenfinish zu gewährleisten. Dünne Platten bis zu einer Dicke von 5 mm können in einem Durchgang bearbeitet werden, aber für eine bessere Kantenbearbeitung wird empfohlen, die Bearbeitung in entgegengesetzter Richtung zur Werkzeugrotation durchzuführen. Platten mit einer Dicke von bis zu 10 mm werden am besten in zwei Schritten gefräst, Platten mit einer größeren Dicke in vier Schritten, wobei für den letzten Schritt eine etwas langsamere Geschwindigkeit empfohlen wird, um ein perfektes Ergebnis zu erzielen.

Die Befolgung dieser Richtlinien kann die Qualität und Effizienz der CNC-Bearbeitung von Polycarbonat erheblich verbessern und gewährleistet präzise und ästhetisch ansprechende Produktoberflächen.

Oberflächengüte von bearbeitetem Polycarbonat

Das Entfernen von Kratzern auf Polycarbonatoberflächen ist ein wichtiger Schritt im Veredelungsprozess, um die Ästhetik und Funktionalität der fertigen Produkte zu verbessern. Um eine glatte und glänzende Oberfläche zu erhalten, gibt es im Wesentlichen drei Poliermethoden: Schwabbeln, Dampfpolieren und Handpolieren.

Pufferung

Schwabbeln ist ein mechanisches Polierverfahren, bei dem eine schnell rotierende Polierscheibe, meist aus Baumwolle, verwendet wird. Es handelt sich um eine effektive Technik zum Polieren großer, gerader Flächen, die schnelle und effiziente Ergebnisse liefert. Im Vergleich zum Dampfpolieren kann das Schwabbeln jedoch keinen so deutlichen Glanzeffekt erzielen.

Dampfpolieren

Bei dieser Methode werden sowohl die Außen- als auch die Innenflächen der Polycarbonatteile gleichmäßig beschichtet, so dass auf der gesamten behandelten Oberfläche ein gleichmäßiger Glanz entsteht. Das Dampfpolieren eignet sich besonders für Teile mit komplexen Formen und Details, bei denen herkömmliche Methoden möglicherweise nicht effektiv sind.

Manuelles Polieren

Dabei handelt es sich um ein traditionelles Verfahren, bei dem die Oberfläche von Hand mit Schleifpapier in verschiedenen Abstufungen poliert wird. Das Verfahren beginnt mit der Verwendung von gröberem Schleifpapier, das nach und nach durch Papier mit immer geringerer Körnung ersetzt wird, bis der gewünschte Glanz erreicht ist. Obwohl das Polieren von Hand im Vergleich zu anderen Verfahren zeit- und arbeitsaufwändiger sein kann, lässt sich damit ein außergewöhnlich hoher Glanz erzielen, insbesondere bei Teilen aus Polycarbonat.

Zusammenfassung

Die Wahl der geeigneten Poliermethode hängt von einer Reihe von Faktoren ab, darunter die Größe und Form des Polycarbonatteils, das gewünschte Finish und die verfügbaren zeitlichen und finanziellen Ressourcen. Schwabbeln bietet Schnelligkeit und Effizienz für große, einfache Oberflächen, Dampfpolieren ist ideal für komplexe Formen, während Handpolieren das höchste Maß an Kontrolle und Oberflächenqualität bietet, insbesondere bei kleinen oder besonders empfindlichen Teilen.

Autor: Tomasz Matuszek; Dział Marketingu - Firma Gulajski