Eine CNC-Maschine kann einen täuschenden Eindruck vermitteln.
Man lädt eine Zeichnung, drückt einen Knopf und die Maschine fertigt das Teil.
In Wirklichkeit können zwischen einer Idee und dem ersten Span mehrere Stunden Arbeit, Versuche und gelegentliche Rückschritte liegen. Die Maschine führt genau das aus, was man ihr vorgibt. Die Schwierigkeit besteht darin, ihr das Richtige vorzugeben.
Mein Lernen der CNC-Bearbeitung verlief deshalb auf zwei Ebenen gleichzeitig: das Zerspanen von Holz verstehen und lernen, eine Idee in tatsächlich nutzbare Maschinenanweisungen zu übersetzen.
Heute läuft diese Arbeit hauptsächlich über zwei Programme, die in meiner Methode unterschiedliche Rollen übernommen haben: Fusion 360 und MillMage.
Vor dem Start der CNC muss das Projekt aufgebaut werden
Manche Projekte beginnen mit einer sehr einfachen Zeichnung.
Eine Kontur, eine Tasche, eine Bohrungsreihe oder ein Gravurmotiv lassen sich schnell vorbereiten. Sobald eine Form komplexer wird, muss jedoch anders gedacht werden.
Eine CNC sieht weder eine Box noch ein Muster oder eine Vorrichtung. Sie erhält Koordinaten, Tiefen und Werkzeugwege.
Die Idee muss deshalb in nutzbare Geometrie übersetzt werden.
An diesem Punkt wurde Fusion 360 für meine Arbeit wichtig. Ich nutze es für Projekte, die echte Konstruktion erfordern: räumliche Formen, mechanische Holzteile, Prototypen, komplexe Vorrichtungen oder Bauteile, die zueinander passen müssen.
Die Arbeit besteht nicht nur darin, eine Silhouette zu zeichnen.
Reale Maße, die vom Fräser verbleibenden Radien, erreichbare Tiefen, Werkstückspannung und die Reihenfolge der Bearbeitungen müssen berücksichtigt werden.
Eine am Bildschirm vollkommen logische Form kann unfräsbar sein, wenn der Fräser, der physisch hineinpassen muss, nicht mitgedacht wurde.
Das war wahrscheinlich eine der ersten wichtigen Veränderungen, die die CNC in meine Entwurfsweise brachte: zeichnen und dabei bereits an die Herstellung denken.
Fusion 360: vom Modell zur Bearbeitung
Fusion 360 ermöglicht die Arbeit an zwei eng miteinander verbundenen Teilen des Projekts.
Der erste ist die Konstruktion.
Ich kann ein Teil mit präzisen Abmessungen zeichnen, einen Parameter ändern, eine Bohrungsreihe erstellen, mehrere Komponenten aufbauen oder an einer dreidimensionalen Form arbeiten.
Der zweite Teil ist die Vorbereitung der Bearbeitung.
Ist das Modell fertig, muss weiterhin festgelegt werden, wie das Material tatsächlich entfernt wird.
Das folgt einer anderen Logik.
Werkzeuge müssen ausgewählt, Werkzeugwege erstellt, Tiefen bestimmt und Arbeitsschritte geordnet werden. Schruppen erfüllt nicht dieselbe Aufgabe wie Schlichten. Eine Tasche, eine Kontur und eine Reliefbearbeitung benötigen ebenfalls unterschiedliche Strategien.
Ich habe mich besonders intensiv mit dem Übergang von flachen Zeichnungen zu wirklichen räumlichen Formen beschäftigt.
Ein SVG zu importieren und zu extrudieren ist relativ einfach. Ein überzeugendes Relief mit weichen Übergängen, übereinander oder untereinander verlaufenden Formen und tatsächlich für eine 3D-Bearbeitung geeigneten Flächen zu erzeugen, verlangt deutlich mehr Arbeit.
Das Volumen muss dann konstruiert werden, manchmal mit mehreren Profilen, Loft-Flächen, Verrundungen oder freieren Formen, bevor über die Bearbeitung nachgedacht werden kann.
An diesem Punkt wird deutlich, dass Modellieren und Herstellen fast zwei verschiedene Berufe sind, selbst wenn sie im selben Programm zusammenkommen.
MillMage: direkter mit der Maschine arbeiten
MillMage übernimmt in meiner CNC-Nutzung eine andere Rolle.
Für viele Projekte brauche ich kein vollständiges 3D-Modell in Fusion 360.
Eine Vektorzeichnung kann genügen.
Ich kann eine Form vorbereiten, in MillMage importieren und dort unmittelbar die notwendigen Bearbeitungen erstellen: Konturen, Taschen, Bohrungen oder Gravuren.
Diese Arbeitsweise eignet sich besonders für 2D- und 2,5D-Projekte, bei denen die Formen über verschiedene Tiefenstufen definiert werden.
Der Vorteil ist eine kürzere Prozesskette.
Die Datei wird vorbereitet und auf der Arbeitsfläche positioniert, die Operationen werden festgelegt, anschließend folgen die Einstellungen am realen Werkstück: Ursprung, Position, Höhe und Vorbereitung vor der Bearbeitung.
In MillMage habe ich auch begonnen, mich intensiver mit V-Carving zu beschäftigen.
Das Prinzip ist besonders für Gravuren und künftige Einlegeversuche interessant. Anders als bei einer Tasche mit konstanter Tiefe verändert sich die Tiefe eines V-Fräsers entsprechend der Breite der zu bearbeitenden Form.
Die ersten Ergebnisse entsprachen meinem erwarteten Verhalten. Als Nächstes müssen die Versuche weitergeführt werden, besonders bei Verbindungen und Einlagen, bei denen positive und negative Teile wirklich zusammenpassen müssen.
Solche Versuche fassen meine CNC-Methode gut zusammen: eine Funktion zunächst an einem einfachen Fall verstehen, bevor man ihr ein wichtiges Werkstück anvertraut.
Zwischen Fusion 360 und MillMage gibt es keinen einzigen Workflow
Lange habe ich versucht, eine universelle Prozesskette festzulegen.
Wahrscheinlich ist das nicht der richtige Ansatz.
Nicht jedes Projekt benötigt dasselbe Maß an Vorbereitung.
Für eine Schablone, einen Ausschnitt, eine Tasche oder ein Bohrbild kann ein vollständiges Modell in Fusion 360 unnötig aufwendig sein.
Bei einer komplexen Form oder einem echten Relief stößt eine einfache Vektordatei dagegen schnell an ihre Grenzen.
Meine Methode ist deshalb flexibler geworden.
Für direkte Arbeiten ermöglicht MillMage, schnell von einer 2D-Geometrie auszugehen und daraus die Bearbeitungen aufzubauen.
Bei Projekten mit echter räumlicher Konstruktion wird Fusion 360 zum Ausgangspunkt. Modell und Bearbeitungsstrategien lassen sich genauer vorbereiten, bevor es an die Maschine geht.
Diese Rollenverteilung erforderte viele Versuche. Ich musste Dateiformate verstehen, den Unterschied zwischen einfacher Extrusion und echtem Relief erkennen, Werkzeugwege erzeugen und das digitale Projekt auf das tatsächlich auf der CNC befestigte Werkstück übertragen.
Am Bildschirm liegt das Teil immer vollkommen gerade.
Auf der Maschine muss es erst noch richtig positioniert werden.
Ursprung und Positionierung: Details, die ein gutes Programm ruinieren können
Ein Bearbeitungsprogramm kann perfekt vorbereitet sein und dennoch ein schlechtes Ergebnis liefern.
Dafür genügt es, dass das Material nicht wie geplant positioniert ist.
Die Wahl des Ursprungs, die Lage des Rohteils und das Setzen des Nullpunkts gehören deshalb unmittelbar zur Arbeit.
Beim Einstieg in CAD und CAM erscheinen diese Fragen nebensächlich. Vor der Maschine werden sie sofort konkret.
Wo liegt der Programmnullpunkt?
Wird er auf der Oberseite des Materials oder an einer anderen Stelle gesetzt?
Wie findet man bei einem späteren Arbeitsgang exakt dieselbe Position wieder?
Wie lässt sich ein Werkstück oder eine Vorrichtung mehrmals ausreichend gleichmäßig einsetzen?
Diese Probleme haben mich dazu gebracht, an Positioniermethoden und speziellen Vorrichtungen zu arbeiten.
Die CNC kann damit Werkzeuge herstellen, die ihre eigenen nächsten Arbeiten vereinfachen.
Diesen Aspekt schätze ich besonders.
Vorrichtungen herstellen, um zur Handarbeit zurückzukehren
Ich nutze die CNC nicht nur zur Fertigung fertiger Bauteile.
Sie stellt auch Werkstattvorrichtungen her.
Meiner Ansicht nach ist das eine ihrer interessantesten Aufgaben in der Kunsttischlerei.
Eine gut konstruierte Vorrichtung kann anschließend mit einer Oberfräse verwendet werden, Bohrungen positionieren, eine Form reproduzieren oder ein Teil mehrmals an derselben Stelle aufnehmen.
In diesem Fall ersetzt die digitale Fertigung die traditionelle Arbeit keineswegs.
Sie schafft eine präzise, wiederholbare Referenz, die danach mit anderen Werkzeugen genutzt wird.
Ich habe außerdem mit Formmatrizen und Bohrrastern gearbeitet. Sie wirken einfach, erfordern aber Überlegungen zu Abständen, versetzten Reihen und dazu, wie sich der Entwurf ändern lässt, ohne ganz von vorn zu beginnen.
Auch hier geht es nicht nur darum, das erste Teil erfolgreich herzustellen.
Der eigentliche Nutzen liegt in einer Methode, die wiederverwendet werden kann.
Der Fräser weiß nicht, dass er Holz schneidet
Eine Computersimulation arbeitet in vollkommen vorhersehbarem Material.
Holz ist nicht vorhersehbar.
Zwei Bereiche derselben Bohle können unterschiedlich reagieren. Faserrichtung, Dichte und innere Spannungen verändern das Verhalten bei der Bearbeitung.
Zustelltiefe, Vorschub und Fräserwahl müssen deshalb angepasst werden.
Ein kleiner Fräser erlaubt feinere Details, ist aber auch empfindlicher. Ein Kugelfräser eignet sich für bestimmte Relief- und Schlichtarbeiten, während für andere Bearbeitungen ein gerader oder spiralförmiger Fräser verwendet wird.
Theoretische Parameter sind notwendig, Versuche im tatsächlichen Material ebenso.
Ich habe gelernt, eine erfolgreiche Simulation im Programm nicht als abgeschlossenes Projekt zu betrachten.
Die Simulation ist eine Etappe.
Der erste reale Versuch ist eine weitere.
Relief: die nächste Grenze der CNC-Arbeit
Reliefbearbeitung ist einer der Bereiche, die ich weiter erforsche.
Die Schwierigkeit besteht nicht nur darin, eine Form ansteigen und abfallen zu lassen.
Damit ein Relief überzeugend wirkt, müssen Volumen, Übergänge und die Art bedacht werden, wie Licht die bearbeitete und fertig behandelte Oberfläche sichtbar machen wird.
Dafür ist eine andere Art des Zeichnens notwendig.
Die Arbeit mit Fusion 360 hat mir ermöglicht, mehrere Methoden zum Aufbau solcher Volumen zu erproben. Gleichzeitig verfolge ich die Entwicklung der MillMage-Werkzeuge und teste schrittweise neue Möglichkeiten bei Werkzeugwegen und Reliefs.
Ich gehe lieber in Etappen vor.
Ein einfaches Motiv hilft, eine Werkzeugwegstrategie zu verstehen. Ein V-Carve-Versuch zeigt das Verhalten des V-Fräsers. Eine erste Einlage stellt anschließend die digitale Zeichnung einem wirklichen Zusammenbau gegenüber.
Die CNC belohnt Abkürzungen nur selten.
Was das Lernen der CNC in meiner Arbeit verändert hat
Anfangs dachte ich, die wichtigste Aufgabe sei das Erlernen der Maschine.
In Wirklichkeit fand der größte Teil der Arbeit an anderer Stelle statt.
Ich musste lernen, saubere Geometrie aufzubauen, Formate zu verstehen, Werkzeugwege zu planen, Bearbeitungen zu ordnen und vor allem das digitale Modell mit der Wirklichkeit der Werkstatt zu verbinden.
Fusion 360 hat mir ermöglicht, in der Konstruktion weiterzugehen und Projekte vor der Herstellung dreidimensional zu durchdenken.
MillMage hat einen anderen Teil vereinfacht, indem es Dateien, häufige Bearbeitungen und CNC direkter miteinander verbindet.
Die beiden Ansätze widersprechen sich nicht. Sie beantworten unterschiedliche Anforderungen.
Heute ist die CNC ebenso Entwicklungswerkzeug wie Fertigungsmaschine.
Sie kann eine Idee testen, einen Prototyp herstellen, eine Vorrichtung vorbereiten, Geometrie präzise wiederholen oder Formen ermöglichen, die ich früher anders angegangen wäre.
Sie hat mich aber auch etwas weniger Spektakuläres gelehrt: Je präziser und automatisierter eine Maschine erscheint, desto wichtiger wird die Arbeit vor ihrem Start.
Der Span ist lediglich der sichtbare Teil des Projekts.