LS3.2 Subtraktive Fertigung: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 16. Juni 2024, 19:13 Uhr

Die subtraktive Fertigung von zahntechnischen Produkten mit CNC-Maschinen (Fräsen oder Schleifen) erfolgt im digitalen Workflow. Die Einordnung der CNC-Maschinen in den digitalen Workflow hast Du schon in der Lernsituation 1.7 gelernt. Bitte informiere Dich dort, wenn Du den Begriff "subtraktive Fertigung" nicht verstehst.

Viele der hier verwendeten Informationen stammen aus einer zweitägigen Lehrkräfte-Fortbildung bei der Firma Dental Softworks/Dental Conceptworks sowie aus zahlreichen Online-Beratungs-Sitzungen mit Herrn Nückel. Herzlichen Dank an Herrn Nückel, Herrn Reins und ihr sehr freundliches Team!

Grundlagen

Die Konstruktion des Objektes, das gefertigt werden soll, wird in offenen Systemen fast immer als STL-Datei in die CAM-Software importiert. Wenn Du mit dem Begriff "STL-Format" und nichts mehr anfangen kannst, lese in der Lernsituation 1.7 Schnittstelle zwischen ... und LS 1.7 CAM-Software nach. CAM-Software für die additive Fertigung hast Du in der Lernsituation 1.7 schon detailliert kennen gelernt.

Die Berechnung von Steuerungbefehlen für CNC-Maschinen wird durch die CAM-Software mit Hilfe von G-Code (Vgl. falls Du den Begriff nicht mehr zuordnen kannst: Lernsituation 1.7) (auch NC-Code genannt) durchgeführt.

CAM-Software für die subtraktive Fertigung

Um z.B. eine Okklusionsschiene im Labor zu fräsen, müssen grundsätzlich einige Arbeitsschritte mit der CAM-Software durchgeführt werden.

Die STL-Daten des konstruierten Modells werden in die Software importiert.
Das Objekt wird nach bestimmten Kriterien im Rohling platziert. Diesen Vorgang bezeichnet man als Nesting.
Es muss eine sogenannte Frässtrategie ausgewählt werden. In der Frästrategie sind viele verschiedene Parameter (Einstellungen) für den Fertigungsprozess festgelegt.
- Die Fräsbahnen sind die Wege, die das jeweilige Werkzeug, also die Fräse, beim Bearbeiten des Rohlings zurücklegt. Liegen sie eng aneinander, dann wird die Oberfläche glatt, liegen sie weit auseinander, wird die Oberfläche eher rauh.
- Je nach verwendetem Werkstoff oder späterem Verwendungszweck ist in der Frästrategie z.B. festgelegt, mit welchen Werkzeugen die Maschine arbeitet soll.
- Gleich- oder Gegenlauffräsen legt die Drehrichtung des Werkzeuges im Bezug zum Vorschub fest.
- Die grobe Vorbearbeitung, also das schnelle Entfernen von viel Material, nennt man Schruppen.
- Die endgültige feine Bearbeitung der Werkstückoberfläche heißt Schlichten.
- Der Bahnabstand der Fräsbahnen bestimmt beim Schlichten, wie glatt die Oberfläche des Werkstücks wird. Außerdem wird die Fräszeit dadurch beeinflusst.
- Die Zustelltiefe ist das Maß für das Eindringen des Fräswerkzeuges in den Rohling beim Schruppen.
- Die Drehzahl und der Vorschub des Werkzeugs bestimmen die sogenannte Schnittgeschwindigkeit, also die Geschwindigkeit, mit der das Werkzeug durch den Rohling "schneidet".

Nesting

Nesting ist das Positionieren eines 3D-Objektes (z.B. im STL-Format) im Rohling (Blank) in der CAM-Software. Dabei sollte möglichst materialsparend positioniert werden. Die Fertigungszeit kann durch Reihenfolgenbestimmung und Gruppenbildung deutlich verkürzt werden. Um Resonanzen und Schwingungen zu vermeiden, sollte im Rohling von innen nach außen gefräst werden. So wird der Rohling weniger geschwächt.

Fräsparameter

Die in der CAM-Software eingestellten Parameter für die Berechnung der Fräsbahnen bestimmen die Oberflächen-Qualität des Werkstücks, die Bearbeitungszeit, der Verschleiß der Werkzeuge und die Belastung der Maschine (besonders der Antriebs-Spindel). Die eingestellten Parameter werden in Frässtrategien zusammengfasst und für verschiedene Werkstoffe (z.B. Zirkonoxid, Metalle, Wachs, Composites, Gips) und verschiedene Produkte (z.B. Okklusionsschienen, anatomische Kronen, Verblend-Kappen, Abutments, Modelle) separat gespeichert.

Einige wichtige Parameter sollen hier näher betrachtet werden:

Werkzeuge

An dieser Stelle sollen nur die Fräswerkzeuge betrachtet werden. Der größte Teil der mit CAD/CAM-Systemen in Dentallabors gefertigten Produkte wird gefräst. Das Schleifen (z.B. mit dem Cerec-System) findet hauptsächlich chair-side in der Zahnarztpraxis statt.

Das Fräsen im Dental-Labor ist fast immer Formfräsen. Das bedeutet, dass das Werkstück mit der Stirnseite des Werkzeugs bearbeitet wird. Das Fräswerkzeug trifft dabei in der Regel annähernd senkrecht auf der die zu fräsende Fläche.

Fräs- und Bohrwerkzeuge

Fräser (Vgl.: Fräswerkzeuge)
- Rundfräser, Kugelfräser oder Stirnradiusfräser (halbkugelförmiger Kopf, das Standard-Werkzeug in verschiedenen Durchmessern zum Schruppen und Schlichten)
- Kegelfräser (diese Form wird für Schleifwerkzeuge und sehr kleine Fissurenfräser, z.B. 0,3mm verwendet, da sie gegen seitlich auftretende Kräfte stabiler sind)
- Lollipopfräser (3/4-kugelförmiger Kopf, mit diesem Werkzeugt sollen Unterschnitte leichter zu fräsen sein, allerdings ist der schmale Hals sehr instabil und bruchgefährdet)
- Flachfäser (zylinderförmiger Kopf, nur mit diesem Werkzeug können echte 90° Innen-Winkel gefräst werden)
- Torus- oder Bullnosefräser (zylinderförmig mit abgerundeten Ecken)
- Scheibenfräser (sie werden für Nuten und Gewinde verwendet)
Bohrer (Vgl.: Bohrer)
- Bohrer (mit Bohrern werden Löcher in Werkstücke gebohrt, der Durchmesser des Lochs entspricht dem Durchmesser des Bohrers).

Eine gute bebilderte Übersicht über die Dental-Fräswerkzeuge bietet der Webshop der der Firma Datron.

Die meisten Fräswerkzeuge haben eine oder zwei Schneiden. Dreischneidige Werkzeuge haben einen besseren Rundlauf und arbeiten damit genauer. Allerdings sind sie teurer als zweischneidige. Sie habe außerdem kleinere Spanräume. Von besonderer Bedeutung ist der Abtransport der Späne durch den Spanraum. Speziell polierte Spanräume verbessern den Abtransport der Späne und verringern so den Schnittdruck. So können höhere Vorschübe und größere Zustelltiefen realisiert werden, die Zeit und damit Geld sparen. Die Politur der Spanräume kann nur mit einem Mikroskop vernünftig begutachtet werden. Bei beschädigten Oberflächen im Spanraum besteht z.B. die Gefahr von Aufbauschneiden. Der grundlegende Aufbau eines Fräswerkzeuges ist hier beschrieben.

(Beschichtung Titannitrid, AlCrN Alcrona)

Gleichlauf-/Gegenlauffräsen

Beim CNC-Formfräsen wird im Gegensatz zur Labor-Oberflächenbearbeitung mit dem Handstück fast immer im Gleichlauf gefräst!

Erarbeite anhand des Wikipedia-Artikels zum Stichwort Fräsen Gründe für die Verwendung des Gleichlaufs gegenüber dem Gegenlauf

Lernvideo zu CAM-Software für subtraktive Fertigung am Beispiel der CAM-Software DS-CAM:

Werkzeugauswahl

Das passende Werkzeug wird für den jeweiligen Bearbeitungsschritte festgelegt. Die CAM-Software speichert die Laufleistung der Werkzeuge und benachrichtigt den Benutzer, wenn es gewechselt werden muss (Achtung: Der Hersteller kann hier natürlich für die Anwender*innen ungünstigere Angaben machen, um seine Absätze zu steigern!)

Schruppzugabe

Beim Schruppen wird das Werkstück um einen bestimmten Betrag größer gelassen, als es später endgültig werden soll. Die abschließende Oberflächebearbeitung erfolgt erst beim Schlichten. Ein möglicher Standardwert ist 0,05mm.

Vorschub

Der Vorschub (mm/s) ist die Geschwindigkeit, mit der sich das Werkzeug beim Fräsen vorwärts bewegt. Je höher der Vorschub, desto größer ist die seitliche Belastung des Werkzeugs (Biegebelastung) und die Belastung der gesamten Maschine. Natürlich sorgt ein größerer Vorschub aber auch für eine kürzere Bearbeitungszeit. Zu hohe Vorschübe sorgen für Vibrationen, die die Maschine schädigen und/oder die Passgenauigkiet des Werkstücks negativ beeinflussen. 18-22mm/s sind z.B. Standard-Vorschübe z.B. für eine kleine 3+1-Achs-Fräsmaschine wie die Quattromill der Firma Goldquadrat für die PMMA-Bearbeitung.

Drehzahl

Die Drehzahl (U/min) ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Spindel und damit das Werkzeug dreht. Eine höhere Drehzahl erhöht bis zu einem gewissen Wert die Stabilität des Werkzeugs, kann aber bei unrunden Werkzeugen auch für höhere Fliehkräfte sorgen. Je schneller sich das Werkzeug bei gleichem Vorschub dreht, desto kleiner werden die Späne, die geschnitten und abtransportiert werden müssen. 16000-22000 U/min sind z.B. Standard-Vorschübe für eine kleine 3+1-Achs-Fräsmaschine wie die Quattromill der Firma Goldquadrat für die PMMA-Bearbeitung.

Schnittgeschwindigkeit

Die Schnittgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der die Schneide des Werkzeugs tatsächlich durch das Werkstück schneidet. Die max. Schnittgeschwindigkeit wird oft vom Werkzeughersteller festgelegt. Je höher die Schnittgeschwindigkeit, desto größer ist der Verschleiß des Werkzeugs. Die Hochgeschwindigkeitszerspanung ermöglicht sehr viel geringere Schnittkräfte durch um ein Vielfaches kleinere Späne. Das Verfahren ist somit für sehr dünnwandige Objekte besonders geeignet.

Bahnabstand

Der Abstand zwischen zwei Fräsbahnen beim Schlichten heißt Bahnabstand. Je geringer der Bahnabstand ist, desto länger die Fertigungszeit, aber desto glatter ist die Oberfläche. Ein Wert von 0,08mm z.B. erzeugt mit einem 1mm-Rundfräser eine ziemlich glatte Oberfläche. Sinnlose Zeitverschwendung ist z.B. die sehr glatte Bearbeitung einer Oberfläche, die später keramisch verblendet werden soll. So kann viel Zeit und Geld verplempert werden!

Strategietypen

Beim Schruppen werden z.B. Z-Achsen-konstante Strategien verwendet die höhen- oder auch arialsortiert sind. Für das Hochgeschwindigkeitsfräsen werden sogenannte trochoidale Strategien verwendet. Dabei bewegt sich das Werkzeug in ständigen kleinen Kreisbewegungen auf bzw. im Werkstück vorwärts.

Beim Schlichten werden z.B. stern- bzw. ellipsenförmige oder konturparallele Strategien verwendet. Zusätzlich gibt es Strategien zum Bohren von Löchern, zum Abtrennen von Haltestegen, zum Gravieren von Text und viele andere Typen mehr.

Achsen

Es gibt in der zahntechnischen CNC-Technik 3-, 4-, 5-, 6-, 3+1 und 3+2-achsige Maschinen. Die Standardachsen sind die X-, Y- und Z-Achse im rechtshändigen Koordinatensystem. Die 4.-6. Achse ist die Drehachse um die jeweilige Raumachse. Sie werden mit A-, B- und C-Achse bezeichnet.

Schreibe einen G-Code bzw. NC-Code für eine 3-achsige CNC-Fräsmaschine. Es soll ein kleiner Würfel (z.B. Kantenlänge 5mm) gefertigt werden. Berücksichtige nur das Schruppen. Gehe davon aus, dass Dein Rohling genauso hoch ist wie der zu fräsende Würfel!

Unterrichtsmitschnitt zur Erklärung der Aufgabe:

Download der Blenderdatei, die im Unterrichtsmitschnitt zur Verdeutlichung verwendet wird.

Folgende Adressbuchstaben hast du zur Auswahl:

S Spindeldrehzahl (in U/min)
F Vorschub (mm/s)
T Werkzeugauswahl (Nummer des Werkzeugs, z.B. 1)
G1 Lineare Bewegung
M3 Spindel Start (Gegenlauf)
M5 Spindel Stop

So beginnt Dein G-Code:

G90 G94 (Absolute Positionsangaben, Vorschub in mm/min)
G21 (Einheiten in mm)
T1 (Werkzeugauswahl
S5000 M3 (Drehzahl einstellen und Spindel starten)
G0 X-1.05 Y-1.05 Z10 (Schnelle Bewegung ohne Fräsen)
G1 ...

M05 (Spindel anhalten)
M30 (Programmende)

Skizziere den Würfel zuerst in ein Koordinatensystem. Bedenke, dass die Position des Werkzeugs sich auf dessen Mittelpunkt bezieht! Verwende Standardwerte für Vorschub, Drehzahl, Zustelltiefe und Bahnabstand.

Schreibe Deinen G-Code im Editor und probiere ihn mit dem NCViewer aus!

Auf dieser Webseite findest Du alle G-Codes für subtraktive CNC-Maschinen. Die Seite musst Du nicht öffnen, außer sie interessiert Dich.

Arbeitsauftrag

Einzelheiten zu dentalen Fräswerkzeugen, Fa. Emuge

Die Grafik rechts zeigt Dir Vorgaben für die Frässtrategie zum Fräsen von PMMA für Werkzeuge der Firma Emuge. Dokumentiere die empfohlen Parameter in Stichworten. Erläutere die Parameter jeweils.

Arbeitsauftrag

Simuliere verschiedene Fräs-Strategien mit der CAM-Software DS-CAM. Fertige anschließend wenn möglich Beispiele der verschiedenen Strategien und beurteilt die erzielten Ergebnisse (z.B. Zeitmessung, Oberfläche unter dem Mikroskop)

Weiterführende Informationen:

STL-Dateien sind recht klein (ca. 5-20MB pro Zahn-Einheit) und damit relativ einfach handhabbar (Versand; Sicherung). Größere Konstruktionen können allerdings schon recht "unhandlich" werden. In Zukunft werden bei weiter wachsender Rechenleistung der PCs rechenintensive Volumenmodelle die STL-Dateien ablösen. Sogenannte NURBS können im IGES/STEP-Format gespeichert werden. Damit können Objekte statt mit vielen kleinen Dreiecksflächen mit echten Kurven dargestellt werden. Somit werden zum Beispiel Präparationsgrenzen deutlich genauer dargestellt und übertragen! Die Berechnung der Kurven erfordert allerdings leistungsfähige Rechner. Implantat-Interfaces werden im IGES/STEP-Format importiert, da nur so die notwendige Genauigkeit der Grenzflächen zwischen Implantatpfosten und Abutment erreicht werden kann. Das STL-Format ist dafür in der Regel zu ungenau.

Bei einigen Systemen werden die Konstruktionen nicht allein als reine STL-Daten (offene Schnittstelle) sondern mit Hilfe sog. abgestimmter Formate (angepasste Schnittstelle) mit zusätzlichen Informationen für die CAM-Software versehen. So werden z.B. Präparationsgrenzen separat als Kurven exportiert. Kurven (meist eine Art NURBS) werden als Präparationsgrenze inclusive der jeweiligen Einschubrichtung an die CAM-Software übergeben. Das entspricht natürlich nicht mehr dem Standard des STL-Formates. DaS CAM 4.0-Format der Firma Wieland z.B. splittet die Konstruktionen in verschiedene STL-Dateien. So werden z.B. Okklusionsflächen, Kroneninnenflächen und andere Flächen separat gespeichert. Die CAM-Software kann dann die einzelen Flächen unterscheiden, um z.B. verschiedene Frässtrategien anzuwenden.

Zusätzliche XML-Dateien enthalten Listen mit allen verwendeten STL-Teildateien, Namen und mehr.

Auch Einschubrichtungen und Schließflächen zur Tiefenbegrenzung von Löchern werden übergeben.

Es handelt sich, wie oben erwähnt, um "abgestimmte" Formate, für die dann in jeder zu verwendenden CAM-Software aufwändig passende Importfilter programmiert werden müssen. Allerdings können einige CAM-Software-Produkte den NC-Code besser und genauer berechnen, wenn zusätzliche Informationen übergeben werden.

Links, die noch eingearbeitet werden könnten:

Formeln und Berechnungen

Formeln

Videos zum Zerspanen

Einzelheiten zu dentalen Fräswerkzeugen

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+[[Kategorie:Propädeutik]]
+__TOC__
 Die '''subtraktive Fertigung''' von zahntechnischen Produkten mit '''CNC-Maschinen''' (Fräsen oder Schleifen) erfolgt im '''digitalen Workflow'''. Die Einordnung der CNC-Maschinen in den digitalen Workflow hast Du schon in der [[LS1.7_-_Schritte_und_Schnittstellen_des_digitalen_Workflows|Lernsituation 1.7]] gelernt. Bitte informiere Dich dort, wenn Du den Begriff "subtraktive Fertigung" nicht verstehst.
-{{Firmen|Viele der hier verwendeten Informationen stammen aus einer zweitägigen Fortbildung bei der Firma [http://www.dental-softworks.com/ Dental Softworks]/[http://www.dental-conceptworks.com/ Dental Conceptworks] sowie aus zahlreichen Online-Beratungs-Sitzungen mit Herrn Nückel. Herzlichen Dank an Herrn Nückel, Herrn Reins und ihr sehr freundliches Team!}}
+{{Firmen|Viele der hier verwendeten Informationen stammen aus einer zweitägigen Lehrkräfte-Fortbildung bei der Firma [http://www.dental-softworks.com/ Dental Softworks]/[http://www.dental-conceptworks.com/ Dental Conceptworks] sowie aus zahlreichen Online-Beratungs-Sitzungen mit Herrn Nückel. Herzlichen Dank an Herrn Nückel, Herrn Reins und ihr sehr freundliches Team!}}
 ===Grundlagen===
-Die Konstruktion des Objektes, das gefertigt werden soll, wird in offenen Systemen fast immer als '''STL-Datei''' in die '''CAM-Software''' importiert. Wenn Du mit dem Begriff "STL-Format" und nichts mehr anfangen kannst, lese in der [[LS1.7 - Schnittstelle zwischen Konstruktion und CAM-Software|Lernsituation 1.7 Schnittstelle zwischen ...]] und [[LS1.7 - CAM-Software|LS 1.7 CAM-Software]]''' nach.
+Die Konstruktion des Objektes, das gefertigt werden soll, wird in offenen Systemen fast immer als '''STL-Datei''' in die '''CAM-Software''' importiert. Wenn Du mit dem Begriff "STL-Format" und nichts mehr anfangen kannst, lese in der [[LS1.7 - Schnittstelle zwischen Konstruktion und CAM-Software|Lernsituation 1.7 Schnittstelle zwischen ...]] und [[LS1.7 - CAM-Software|LS 1.7 CAM-Software]]''' nach. CAM-Software für die additive Fertigung hast Du in der [[LS1.7 - CAM-Software|Lernsituation 1.7]] schon detailliert kennen gelernt.
 Die Berechnung von '''Steuerungbefehlen''' für '''CNC-Maschinen'''  wird durch die CAM-Software  mit Hilfe von G-Code (Vgl. falls Du den Begriff nicht mehr zuordnen kannst: [[LS1.7 - Schnittstelle zwischen CAM-Software und Fertigung|Lernsituation 1.7]]) (auch NC-Code genannt) durchgeführt.
 ===CAM-Software für die subtraktive Fertigung===
-Lernvideo zu CAM-Software für subtraktive Fertigung am Beispiel der CAM-Software DS-CAM:
+Um z.B. eine Okklusionsschiene im Labor zu fräsen, müssen grundsätzlich einige Arbeitsschritte mit der CAM-Software durchgeführt werden.
-<html><video controls width="320"><source src="https://www.martinalensing.de/videos_wikidental/dw/ls5/cam_software_subtraktiv_i720.mp4" type="video/mp4">Sorry, dein Browser unterstützt eingebettete Videos nicht. Du kannst das Video <a href="https://www.martinalensing.de/videos_wikidental/dw/ls5/cam_software_subtraktiv_i720.mp4">hier</a> herunterladen und mit einem Player deiner Wahl abspielen.</video></html>
-Um z.B. ein Modellsegment im Labor zu fräsen, müssen grundsätzlich einige Arbeitsschritte mit der CAM-Software durchgeführt werden.
 *Die STL-Daten des konstruierten Modells werden in die Software '''importiert'''.
 *Das Objekt wird nach bestimmten Kriterien im Rohling platziert. Diesen Vorgang bezeichnet man als '''Nesting'''.
 *Es muss eine sogenannte '''Frässtrategie''' ausgewählt werden. In der Frästrategie sind viele verschiedene Parameter (Einstellungen) für den Fertigungsprozess festgelegt.
-*Je nach verwendetem Werkstoff oder späterem Verwendungszweck ist in der Frästrategie z.B. festgelegt, mit welchen '''Werkzeugen''' die Maschine arbeitet soll.
+**Die '''Fräsbahnen''' sind die Wege, die das jeweilige Werkzeug, also die Fräse, beim Bearbeiten des Rohlings zurücklegt. Liegen sie eng aneinander, dann wird die Oberfläche glatt, liegen sie weit auseinander, wird die Oberfläche eher rauh.
-*Der '''Bahnabstand''' der Fräsbahnen bestimmt, wie glatt die Oberfläche des Werkstücks wird. Außerdem wird die Fräszeit dadurch beeinflusst.
+**Je nach verwendetem Werkstoff oder späterem Verwendungszweck ist in der Frästrategie z.B. festgelegt, mit welchen '''Werkzeugen''' die Maschine arbeitet soll.
-*Die '''Drehzahl''' und der '''Vorschub''' des Werkzeugs bestimmen die sogenannte '''Schnittgeschwindigkeit''', also die Geschwindigkeit, mit der das Werkzeug durch den Rohling "schneidet".
+**'''Gleich- oder Gegenlauffräsen''' legt die Drehrichtung des Werkzeuges im Bezug zum Vorschub fest.
-*Die '''Fräsbahnen''' sind die Wege, die das jeweilige Werkzeug, also die Fräse, beim Bearbeiten des Rohlings zurücklegt. Liegen sie eng aneinander, dann wird die Oberfläche glatt, liegen sie weit auseinander, wird die Oberfläche eher rauh.
+**Die grobe Vorbearbeitung, also das schnelle Entfernen von viel Material, nennt man '''Schruppen'''.
-*Die grobe Vorbearbeitung, also das schnelle Entfernen von viel Material, nennt man '''Schruppen'''.
+**Die endgültige feine Bearbeitung der Werkstückoberfläche heißt '''Schlichten'''.
-*Die endgültige feine Bearbeitung der Werkstückoberfläche heißt '''Schlichten'''.
+**Der '''Bahnabstand''' der Fräsbahnen bestimmt beim Schlichten, wie glatt die Oberfläche des Werkstücks wird. Außerdem wird die Fräszeit dadurch beeinflusst.
+**Die '''Zustelltiefe''' ist das Maß für das Eindringen des Fräswerkzeuges in den Rohling beim Schruppen.
+**Die '''Drehzahl''' und der '''Vorschub''' des Werkzeugs bestimmen die sogenannte '''Schnittgeschwindigkeit''', also die Geschwindigkeit, mit der das Werkzeug durch den Rohling "schneidet".
+===Nesting===
+Nesting ist das Positionieren eines 3D-Objektes (z.B. im STL-Format) im Rohling (Blank) in der CAM-Software. Dabei sollte möglichst materialsparend positioniert werden.
+Die Fertigungszeit kann durch Reihenfolgenbestimmung und Gruppenbildung deutlich verkürzt werden.
+Um Resonanzen und Schwingungen zu vermeiden, sollte im Rohling von innen nach außen gefräst werden. So wird der Rohling weniger geschwächt.
+===Fräsparameter===
+Die in der CAM-Software eingestellten '''Parameter''' für die Berechnung der Fräsbahnen bestimmen die Oberflächen-Qualität des Werkstücks, die Bearbeitungszeit, der Verschleiß der Werkzeuge und die Belastung der Maschine (besonders der Antriebs-Spindel).
+Die eingestellten Parameter werden in Frässtrategien zusammengfasst und für verschiedene Werkstoffe (z.B. Zirkonoxid, Metalle, Wachs, Composites, Gips) und verschiedene Produkte (z.B. Okklusionsschienen, anatomische Kronen, Verblend-Kappen, Abutments, Modelle) separat gespeichert.
+Einige wichtige Parameter sollen hier näher betrachtet werden:
-Die Oberflächen von im STL-Format gespeicherten Objekten besteht aus Dreiecks-Flächen oder zusätzlich gespeicherten Vektoren. Selbst wenn die Flächen oder Vektoren noch so klein sind, sind die Kanten bzw. Vektoren doch nur Geraden. Das bedeutet, eine Präparationsgrenze besteht nicht aus einer echten Kurve sondern auch vielen kurzen Geraden.
+====Werkzeuge====
-Gute CAM-Software (z.B. [http://www.dental-softworks.com/ DS-CAM]) kann diese "Fehler" im STL-Format an der Präpgrenze (Kantenschwelle) erkennen und selbständig verbessern (z.B. glätten oder verfeinern). Dazu muss sie die Präparationsgrenze finden können und die Einschubrichtung der einzelnen Kronen feststellen können. Nur so kann die optimale Kippung der einzelnen Kronen bei eine 4- oder 5-Achs-Bearbeitung ermittelt werden.
+An dieser Stelle sollen nur die Fräswerkzeuge betrachtet werden. Der größte Teil der mit CAD/CAM-Systemen in Dentallabors gefertigten Produkte wird gefräst. Das Schleifen (z.B. mit dem Cerec-System) findet hauptsächlich chair-side in der Zahnarztpraxis statt.
-===Werkzeuge===
-An dieser Stelle möchte ich mich auf die Fräswerkzeuge beschränken. Der überwiegende Teil der mit CAD/CAM-Systemen in Dentallabors gefertigten Produkte wird gefräst. Das Schleifen (Cerec-System) findet hauptsächlich chair-side in der Zahnarztpraxis statt.
 Das Fräsen im Dental-Labor ist fast immer '''[http://de.wikipedia.org/wiki/Formfr%C3%A4sen Formfräsen]'''. Das bedeutet, dass das Werkstück mit der Stirnseite des Werkzeugs bearbeitet wird. Das Fräswerkzeug trifft dabei in der Regel annähernd senkrecht auf der die zu fräsende Fläche.
+'''Fräs- und Bohrwerkzeuge'''
+*'''Fräser''' (Vgl.: [https://de.wikipedia.org/wiki/Fr%C3%A4swerkzeug Fräswerkzeuge])
+**'''Rundfräser''', '''Kugelfräser''' oder '''Stirnradiusfräser''' (halbkugelförmiger Kopf, das Standard-Werkzeug in verschiedenen Durchmessern zum Schruppen und Schlichten)
+**'''Kegelfräser''' (diese Form wird für Schleifwerkzeuge und sehr kleine Fissurenfräser, z.B. 0,3mm verwendet, da sie gegen seitlich auftretende Kräfte stabiler sind)
+**'''Lollipopfräser''' (3/4-kugelförmiger Kopf, mit diesem Werkzeugt sollen Unterschnitte leichter zu fräsen sein, allerdings ist der schmale Hals sehr instabil und bruchgefährdet)
+**'''Flachfäser''' (zylinderförmiger Kopf, nur mit diesem Werkzeug können echte 90° Innen-Winkel gefräst werden)
+**'''Torus'''- oder '''Bullnosefräser''' (zylinderförmig mit abgerundeten Ecken)
+**'''Scheibenfräser''' (sie werden für Nuten und Gewinde verwendet)
+*'''Bohrer''' (Vgl.: [https://de.wikipedia.org/wiki/Bohrer Bohrer])
+**'''Bohrer''' (mit Bohrern werden Löcher in Werkstücke gebohrt, der Durchmesser des Lochs entspricht dem Durchmesser des Bohrers).
+Eine gute bebilderte Übersicht über die Dental-Fräswerkzeuge bietet der Webshop der [https://webshop.datron.de/dental-fraeswerkzeuge/ der Firma Datron].
-'''Fräswerkzeuge'''
-*Rundfräser (halbkugelförmiger Kopf, das Standard-Werkzeug in verschiedenen Durchmessern zum Schruppen und Schlichten)
-*Flachfäser (zylinderförmiger Kopf, nur mit diesem Werkzeug können echte 90° Innen-Winkel gefräst werden)
-*Torus- oder Bullnosefräser (zylinderförmig mit abgerundeten Ecken)
-*Lollipop-Fräser (3/4-kugelförmiger Kopf, mit diesem Werkzeugt sollen Unterschnitte leichter zu fräsen sein, allerdings ist der schmale Hals sehr instabil und bruchgefährdet)
-*Kegelfräser (diese Form wird für Schleifwerkzeuge und sehr kleine Fissurenfräser, z.B. 0,3mm verwendet, da sie gegen seitlich auftretende Kräfte stabiler sind)
-*Scheibenfräser (sie werden für Nuten und Gewinde verwendet)
-*Bohrer (mit Bohrern werden Löcher in Abutments gebohrt, also nicht gefräst!)
-Eine gute bebilderte Übersicht über die Werkzeuge bietet der Webshop der [https://datronshop.de/dental-fraeswerkzeuge.html der Firma Datron].
+Die meisten Fräswerkzeuge haben '''eine''' oder '''zwei Schneiden'''. Dreischneidige Werkzeuge haben einen besseren Rundlauf und arbeiten damit genauer. Allerdings sind sie teurer als zweischneidige. Sie habe außerdem kleinere Spanräume. Von besonderer Bedeutung ist der Abtransport der Späne durch den [http://de.wikipedia.org/wiki/Spankammer Spanraum]. Speziell polierte Spanräume verbessern den Abtransport der Späne und verringern so den Schnittdruck. So können höhere Vorschübe und größere Zustelltiefen realisiert werden, die Zeit und damit Geld sparen. Die Politur der Spanräume kann nur mit einem Mikroskop vernünftig begutachtet werden. Bei beschädigten Oberflächen im Spanraum besteht z.B. die Gefahr von [https://de.wikipedia.org/wiki/Aufbauschneide Aufbauschneiden].
-Die meisten Fräswerkzeuge haben '''zwei Schneiden'''. Dreischneidige Werkzeuge haben einen besseren Rundlauf und arbeiten damit genauer. Allerdings sind sie teurer als zweischneidige. Von besonderer Bedeutung ist der Abtransport der Späne durch den [http://de.wikipedia.org/wiki/Spankammer Spanraum]. Speziell polierte Spanräume verbessern den Abtransport der Späne und verringern so den Schnittdruck. So können höhere Vorschübe und größere Zustelltiefen realisiert werden, die Zeit und damit Geld sparen. Die Politur der Spanräume kann nur mit einem Mikroskop vernünftig begutachtet werden.
+Der grundlegende Aufbau eines Fräswerkzeuges [https://de.wikipedia.org/wiki/Schneidteil#Werkzeug-Orthogonalebene ist hier beschrieben].
 (Beschichtung [http://de.wikipedia.org/wiki/Titannitrid Titannitrid], AlCrN Alcrona)
-===Fräsparameter===
+====Gleichlauf-/Gegenlauffräsen====
-Die in der CAM-Software eingestellten '''Parameter''' für die Berechnung der Fräsbahnen bestimmen die Oberflächen-Qualität des Werkstücks, die Bearbeitungszeit, der Verschleiß der Werkzeuge und die Belastung der Maschine (besondetr der Antriebs-Spindel).
+Beim CNC-Formfräsen wird im Gegensatz zur Labor-Oberflächenbearbeitung mit dem Handstück fast immer im Gleichlauf gefräst!
-Die eingestellten Parameter werden in Frässtrategien zusammegfasst und für verschiedene Werkstoffe (z.B. Zirkonoxid, Metalle, Wachs, Composites, Gips) und verschiedene Produkte (z.B. anatomische Kronen, Verblend-Kappen, Abutments, Modelle) separat gespeichert.
-Einige wichtige Parameter sollen hier näher betrachtet werden:
+{{Vorlage:Lernwerkstatt_Farbe_Auftrag|
+Erarbeite anhand des Wikipedia-Artikels zum Stichwort [http://de.wikipedia.org/wiki/Fr%C3%A4sen Fräsen] Gründe für die Verwendung des  Gleichlaufs gegenüber dem Gegenlauf}}
-====Gleichlauf-/Gegenlauffräsen====
-Beim CNC-Formfräsen wird im Gegensatz zur Labor-Oberflächenbearbeitung mit dem Handstück fast immer im Gleichlauf gefräst!
+Lernvideo zu CAM-Software für subtraktive Fertigung am Beispiel der CAM-Software DS-CAM:
-{{Vorlage:Lernwerkstatt_Farbe_Auftrag|
+<html><video controls width="320"><source src="https://www.martinalensing.de/videos_wikidental/dw/ls5/cam_software_subtraktiv_i720.mp4" type="video/mp4">Sorry, dein Browser unterstützt eingebettete Videos nicht. Du kannst das Video <a href="https://www.martinalensing.de/videos_wikidental/dw/ls5/cam_software_subtraktiv_i720.mp4">hier</a> herunterladen und mit einem Player deiner Wahl abspielen.</video></html>
-Erarbeite anhand des Wikipedia-Artikels zum Stichwort [http://de.wikipedia.org/wiki/Fr%C3%A4sen Fräsen] Gründe für die Verwendung des  Gleichlaufs gegenüber dem Gegenlauf}}
 ====Werkzeugauswahl====
-Das passende Werkzeug wird für den jeweiligen Bearbeitungsschritte festgelegt. Die CAM-Software seichert die Laufleistung der Werkzeuge und benachrichtigt den Benutzer, wenn es gewechselt werden muss (Achtung: Der Hersteller kann hier natürlich falsche Angaben machen, um seine Absätze zu steigern!)
+Das passende Werkzeug wird für den jeweiligen Bearbeitungsschritte festgelegt. Die CAM-Software speichert die Laufleistung der Werkzeuge und benachrichtigt den Benutzer, wenn es gewechselt werden muss (Achtung: Der Hersteller kann hier natürlich für die Anwender*innen ungünstigere Angaben machen, um seine Absätze zu steigern!)
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 Der Vorschub (mm/s) ist die Geschwindigkeit, mit der sich das Werkzeug beim Fräsen vorwärts bewegt. Je höher der Vorschub, desto größer ist die seitliche Belastung des Werkzeugs (Biegebelastung) und die Belastung der gesamten Maschine. Natürlich sorgt ein größerer Vorschub aber auch für eine kürzere Bearbeitungszeit.
 Zu hohe Vorschübe sorgen für Vibrationen, die die Maschine schädigen und/oder die Passgenauigkiet des Werkstücks negativ beeinflussen.
--22mm/s sind z.B. Standard-Vorschübe für eine kleine 3+1-Achs-Fräsmaschine wie die Quattromill der Firma Goldquadrat für die PMMA-Bearbeitung.
+-22mm/s sind z.B. Standard-Vorschübe z.B. für eine kleine 3+1-Achs-Fräsmaschine wie die Quattromill der Firma Goldquadrat für die PMMA-Bearbeitung.
 ====Drehzahl====
-Die Drehzahl (U/min) ist die Geschwindigkeit, mit der sich die [[Spindel]] und damit das Werkzeug dreht. Eine höhere Drehzahl erhöht bis zu einem gewissen Wert die Stabilität des Werkzeugs, kann aber bei unrunden Werkzeugen auch für höhere Fliehkräfte sorgen. Je schneller sich das Werkzeug bei gleichem Vorschub dreht, desto kleiner werden die Späne, die geschnitten und abtransportiert werden müssen.
+Die Drehzahl (U/min) ist die Geschwindigkeit, mit der sich die [https://de.wikipedia.org/wiki/Motorspindel Spindel] und damit das Werkzeug dreht. Eine höhere Drehzahl erhöht bis zu einem gewissen Wert die Stabilität des Werkzeugs, kann aber bei unrunden Werkzeugen auch für höhere Fliehkräfte sorgen. Je schneller sich das Werkzeug bei gleichem Vorschub dreht, desto kleiner werden die Späne, die geschnitten und abtransportiert werden müssen.
 -22000 U/min sind z.B. Standard-Vorschübe für eine kleine 3+1-Achs-Fräsmaschine wie die Quattromill der Firma Goldquadrat für die PMMA-Bearbeitung.
 ====Schnittgeschwindigkeit====
 Die [http://de.wikipedia.org/wiki/Schnittgeschwindigkeit Schnittgeschwindigkeit] ist die Geschwindigkeit, mit der die Schneide des Werkzeugs tatsächlich durch das Werkstück schneidet. Die max. Schnittgeschwindigkeit wird oft vom Werkzeughersteller festgelegt. Je höher die Schnittgeschwindigkeit, desto größer ist der Verschleiß des Werkzeugs.
-Die [http://de.wikipedia.org/wiki/High_Speed_Cutting Hochgeschwindigkeitszerspanung] ermöglicht sehr viel geringerer Schnittkräfte durch um ein Vielfaches kleinere Späne. Das Verfahren ist somit für sehr dünnwandige Objekte besonders geeignet.
+Die [http://de.wikipedia.org/wiki/High_Speed_Cutting Hochgeschwindigkeitszerspanung] ermöglicht sehr viel geringere Schnittkräfte durch um ein Vielfaches kleinere Späne. Das Verfahren ist somit für sehr dünnwandige Objekte besonders geeignet.
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 ====Bahnabstand====
-Der Abstand zwischern zwei Fräsbahnen beim Schlichten heißt Bahnabstand. Je geringer der Bahnabstand ist, desto länger die Fertigungszeit, aber desto glatter ist die Oberfläche. Ein Wert von 0,08mm z.B. erzeugt mit einem 1mm-Rundfräser eine ziemlich glatte Oberfläche.
+Der Abstand zwischen zwei Fräsbahnen beim Schlichten heißt Bahnabstand. Je geringer der Bahnabstand ist, desto länger die Fertigungszeit, aber desto glatter ist die Oberfläche. Ein Wert von 0,08mm z.B. erzeugt mit einem 1mm-Rundfräser eine ziemlich glatte Oberfläche.
-Sinnlose Zeitverschwendung ist z.B. die sehr glatte Bearbeitung einer Oberfläche, die später verblendet werden soll. So kann viel Zeit und Geld verplempert werden!
+Sinnlose Zeitverschwendung ist z.B. die sehr glatte Bearbeitung einer Oberfläche, die später keramisch verblendet werden soll. So kann viel Zeit und Geld verplempert werden!
 ====Strategietypen====
-Beim Schruppe werden z.B. Z-Achsen-konstante Strategien verwendet die höhen- oder neuerdings auch arialsortiert sind. Für das Hochgeschwindigkeitsfräsen werden sogenannte trochoidale Strategien verwendet. Dabei bewegt sich das Werkzeug in ständigen kleinen Kreisbewegungen auf bzw. im Werkstück vorwärts.
+Beim Schruppen werden z.B. Z-Achsen-konstante Strategien verwendet die höhen- oder auch arialsortiert sind. Für das Hochgeschwindigkeitsfräsen werden sogenannte trochoidale Strategien verwendet. Dabei bewegt sich das Werkzeug in ständigen kleinen Kreisbewegungen auf bzw. im Werkstück vorwärts.
 Beim Schlichten werden z.B. stern- bzw. ellipsenförmige oder konturparallele Strategien verwendet. Zusätzlich gibt es Strategien zum Bohren von Löchern, zum Abtrennen von Haltestegen, zum Gravieren von Text und viele andere Typen mehr.
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+{{Vorlage:Lernwerkstatt_Farbe_Auftrag|
+Schreibe einen G-Code bzw. NC-Code für eine 3-achsige CNC-Fräsmaschine. Es soll ein kleiner Würfel (z.B. Kantenlänge 5mm) gefertigt werden. Berücksichtige nur das Schruppen. Gehe davon aus, dass Dein Rohling genauso hoch ist wie der zu fräsende Würfel!
+Unterrichtsmitschnitt zur Erklärung der Aufgabe:
-{{Vorlage:Lernwerkstatt_Farbe_Auftrag|
+[[File:ls3_2_gcode_unterrichtsmitschnitt.mp4]]
-Schreibe einen G-Code bzw. NC-Code für eine 3-achsige CNC-Fräsmaschine. Es soll ein kleiner Würfel (z.B. Kantenlänge 5mm) gefertigt werden. Berücksichtige die beiden Bearbeitungsphasen Schruppen und Schlichten.
+Download der [[:File:fraesbahn_animation_gcode.blend | Blenderdatei]], die im Unterrichtsmitschnitt zur Verdeutlichung verwendet wird.
 Folgende Adressbuchstaben hast du zur Auswahl:
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 *F Vorschub (mm/s)
 *T Werkzeugauswahl (Nummer des Werkzeugs, z.B. 1)
-*G1 Lineare Bewegung (Interpolation)
+*G1 Lineare Bewegung
+*M3 Spindel Start (Gegenlauf)
 *M5 Spindel Stop
-Skizziere den Würfel zuerst in ein Koordinatensystem.
-Bedenke, dass die Position des Werkzeugs sich auf dessen Mittelpunkt bezieht!
-Verwende Standardwerte für Vorschub, Drehzahl, Zustelltiefe und Bahnabstand.}}
+'''So beginnt Dein G-Code:'''
+*G90 G94 (Absolute Positionsangaben, Vorschub in mm/min)
+*G21 (Einheiten in mm)
+*T1 (Werkzeugauswahl
+*S5000 M3 (Drehzahl einstellen und Spindel starten)
+*G0 X-1.05 Y-1.05 Z10 (Schnelle Bewegung ohne Fräsen)
+*G1 ...
+*M05 (Spindel anhalten)
+*M30 (Programmende)
-===Nesting===
-Nesting ist das Positionieren eines 3D-Objektes (z.B. im STL-Format) im Rohling (Blank) in der CAM-Software. Dabei sollte möglichst materialsparend positioniert werden.
-Die Fertigungszeit kann durch Reihenfolgenbestimmung und Gruppenbildung deutlich verkürzt werden.
-Um Resonanzen und Schwingungen zu vermeiden, sollte im Rohling von innen nach außen gefräst werden. So wird der Rohling weniger geschwächt.
+Skizziere den Würfel zuerst in ein Koordinatensystem.
+Bedenke, dass die Position des Werkzeugs sich auf dessen Mittelpunkt bezieht!
+Verwende Standardwerte für Vorschub, Drehzahl, Zustelltiefe und Bahnabstand.
-{{Vorlage:Lernwerkstatt_Farbe_Auftrag|'''Arbeitsauftrag Level 4'''
+Schreibe Deinen G-Code im Editor und probiere ihn mit dem [https://ncviewer.com/ NCViewer] aus!
+Auf [https://www.maschinfo.de/CNC-G-Code dieser Webseite] findest Du alle G-Codes für subtraktive CNC-Maschinen. Die Seite musst Du nicht öffnen, außer sie interessiert Dich.
+}}
-Dieses Dokument der Firma Emuge über [https://www.martinalensing.de/pdf_wikidental/lf7/cam/ZP20068_DEGB_RevC.pdf Einzelheiten zu dentalen Fräswerkzeugen] gibt dir auf Seite 15 Informationen zur Erstellung von zwei verschiedenen Frässtrategien für Zirkoniumdioxid. '''Dokumentiere''' die empfohlen '''Parameter''' in Stichworten. '''Vergleiche''' die beiden Strategien und stelle die '''Unterschiede''' dar.
-[https://de.wikipedia.org/wiki/Schnittgr%C3%B6%C3%9Fe_(Zerspanen) Hier findest du] die Erläuterung von Begriffen und Abkürzungen, die in der Beschreibung der Frässtrategien verwendet werden.
+{{Vorlage:Lernwerkstatt_Farbe_Auftrag|'''Arbeitsauftrag'''
+[[File:Bildschirmfoto vom 2024-05-12 17-47-30.png|thumb|right|Einzelheiten zu dentalen Fräswerkzeugen, Fa. Emuge]]
+Die Grafik rechts zeigt Dir Vorgaben für die Frässtrategie zum Fräsen von PMMA für Werkzeuge der Firma Emuge. '''Dokumentiere''' die empfohlen '''Parameter''' in Stichworten. Erläutere die Parameter jeweils.}}
-Wenn möglich und Zeit dafür ist:
+{{Vorlage:Lernwerkstatt_Farbe_Auftrag|'''Arbeitsauftrag'''
-Simuliere verschiedene Strategien mit der CAM-Software DS-CAM.
+Simuliere verschiedene Fräs-Strategien mit der CAM-Software DS-CAM.
 Fertige anschließend wenn möglich Beispiele der verschiedenen Strategien und beurteilt die erzielten Ergebnisse (z.B. Zeitmessung, Oberfläche unter dem Mikroskop)}}
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 '''Weiterführende Informationen:'''
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 [http://www.emuge-franken3.com/download/content/Print/Prospekte/ZP20068_DEGB_RevC.pdf Einzelheiten zu dentalen Fräswerkzeugen]
+[[Kategorie:Lernfeld 3 Adjustierte Schienen]]
+[[Kategorie:LS3.2 Herstellen einer adjustierten Schiene]]