Ich fräse meinem Hund eine Hundemarke – und scheitere beinahe an einem Loch von 2,8 Millimetern
Eine CNC-Fräse macht aus einem Stück Aluminium ein Produkt mit echtem Nutzen – wenn man die richtigen Werkzeuge hat. Nach meinem ersten Fräsversuch mit einem fremden Design wage ich mich an ein eigenes: eine Hundemarke für unseren neuen Familienhund.
Seit Kurzem steht die Makera Z1 in meinem Keller. Eine CNC-Fräse, die neben Holz, Kunststoff und Verbundwerkstoffen wie Carbon auch Aluminium, Messing und Kupfer verarbeitet. Ebenfalls seit Kurzem streunt bei mir ein Hund durch Haus und Garten. Süss ist er ja, der Hund, aber auch noch unerzogen. Damit das neue Familienmitglied nicht verloren geht, fräse ich ihm eine Hundemarke.
Genauso süss wie der Hund soll seine Hundemarke sein. Hier liegt das Problem: Ich kann zwar in meinem CAD-Programm Fusion 360 geometrische Figuren erstellen, aber ich habe das künstlerische Talent eines Nacktmulls. Einfach nur die Telefonnummern von meiner Frau und mir zu gravieren, ist mir zu wenig.
KI hilft
Ich tue deshalb etwas, das ich bei der Konstruktion noch nie getan habe: Ich frage die KI Meshy, ob sie mir ein Design fürs Fräsen erstellt. Ihre kurze Antwort: nein. Sie führt aus, dass ihre Modelle organische, frei geformte Meshes sind, keine CAD-nativen, masshaltigen Konstruktionen. Exakte Masse, rechte Winkel, Passungen etc. kann sie nicht garantieren.
Mist. Aber: Meshy kann mir eine STL-Datei erstellen, wie sie etwa beim 3D-Druck verwendet wird. Die korrekten Masse kann ich dann im CAM eingeben.
Das versuche ich. Nach einigem Prompten erhalte ich folgendes Ergebnis, ein Relief mit Bergen, Wald, Sonne und dem Namen unseres Hundes:
Cool, das gefällt mir. Hoffentlich können CAM und später die Z1 damit umgehen.
Fehlen noch die Telefonnummern. Ich erstelle sie zunächst als Vektorgrafik in Inkscape, einem Vektorgrafikeditor. Vektoren definieren präzise geometrische Pfade anstelle von Bildpunkten. Pixelbilder werden beim Vergrössern unscharf, Vektoren bleiben mathematisch exakt. CNC-Maschinen benötigen diese mathematischen Linien, um Werkzeuge fehlerfrei zu steuern.
CAM funktioniert…
Wie dir vielleicht aufgefallen ist, habe ich auf der Vorderseite der Marke gar keinen Platz mehr für die Telefonnummern. Die sollen auf die Rückseite. Mein Plan: Ich fräse zuerst die Vorderseite, drehe danach das Werkstück und bearbeite die Rückseite.
Dazu starte ich ein neues Projekt in Makera Studio – der Software, die gleichzeitig als CAM und zum Steuern der Z1 dient. Das Programm bietet mir mehrere Optionen für neue Projekte. Es unterscheidet primär zwischen «Guided Mode» und «Custom Mode». Ich entscheide mich für den Guided Mode, da mir dieser Vorschläge zu Werkzeugen, Vorschub, Drehzahl und so weiter macht – dazu später mehr.
Der Guided Mode bietet mir wiederum diverse Optionen. Für mein Relief wähle ich «3-Axis Relief Carving». Nun definiere ich mein Werkstück, ein 3 Millimeter dickes Stück Aluminium, und importiere meine STL-Datei mit dem Namen unseres Hundes und dem Bild. Ich lege hier die Grösse der Hundemarke fest: Sie soll einen Durchmesser von 30 Millimetern haben. Danach lasse ich die Software diverse Werkzeugwege bestimmen und entsprechende Werkzeuge auswählen.
Makera Studio schlägt mir Folgendes vor: eine Runde Schruppen (das grobe Abtragen von Material), zwei Runden Schlichten (das Verfeinern des Reliefs) und zu guter Letzt das Ausschneiden der Kontur. Passt. Leider habe ich nicht alle passenden Werkzeuge im Haus. Also improvisiere ich:
| Arbeitsschritt | Vorgeschlagen | Von mir verwendet | Warum |
|---|---|---|---|
| Schruppen | Flachfräser 1,5 mm | Flachfräser 3,175 mm | Einen kleineren habe ich nicht |
| Schlichten, 1. Runde | V-Fräser 0,5 mm (30°) | V-Fräser 0,3 mm (30°) | Den 0,5er habe ich nicht |
| Schlichten, 2. Runde | V-Fräser 0,3 mm (30°) | V-Fräser 0,1 mm (60°) | Bereits 1. Runde mit 0,3er gemacht. Aufs Geratewohl: Vielleicht wird's noch feiner |
| Kontur ausschneiden | Flachfräser 1,5 mm | Flachfräser 3,175 mm | Einen kleineren habe ich nicht |
…bis es nicht mehr funktioniert
Zwei Tage lang versuche ich in CAM auf verschiedenste Weise, die Telefonnummern fürs Fräsen vorzubereiten. Vergebens. Zunächst will das Programm die Aussenkonturen der Zahlen fräsen, was aufgrund der kleinen Dimensionen der Hundemarke nicht geht. Dann finde ich heraus, dass ich bereits in Inkscape definieren muss, dass CAM nicht die Konturen fräsen soll. Klappt aber auch nicht. Ein weiterer Tipp sagt mir, dass ich eine Einzelstrich-Schrift wie Hershey wählen soll. Auch das klappt nicht. Zu guter Letzt stürzt Makera Studio immer wieder ab, wenn ich glaube, eine Lösung gefunden zu haben. Auch weitere Versuche scheitern. Lange Rede, kurzer Sinn: Es soll nicht sein.
Ich entschliesse mich, das mit den Telefonnummern vorerst bleiben zu lassen. Ich kann die Hundemarke dann ja immer noch besprühen und die Nummern mit dem Laser gravieren. Falls du noch eine Idee hast, schreib's mir bitte in die Kommentare oder per E-Mail.
Es klappt, aber nicht so wie gewünscht
Jetzt mache ich mich daran, die Vorderseite zu fräsen. Dazu spanne ich wie beim ersten Mal das Werkstück ein, lasse in Makera Studio diverse Tests durchlaufen und gebe die Maschine dann frei. Kühlen muss ich übrigens nicht: Die Z1 kommt bei Aluminium ohne Kühlmittel aus.
Eine Stunde später habe ich tatsächlich eine Hundemarke auf dem Werkbett liegen. Nur: Das Loch zur Befestigung ist nicht ganz ausgefräst und im unteren Bereich hat es sichtbare Rillen, die oben beim Namen nicht vorkommen. Was ist schiefgelaufen?
Die Fehlersuche: Ich habe mit den falschen Fräsern gearbeitet
Ich nehme die STL-Datei und meine Einstellungen unter die Lupe. Das Resultat ist ernüchternd: Der Fehler sitzt vor der Maschine, nicht in ihr.
Das Loch
Das Loch ist in der Datei vorhanden, sauber und durchgehend. Bei 30 Millimetern Durchmesser der Hundemarke misst es rund 2,8 Millimeter. Mein Flachfräser mit 3,175 Millimetern passt da nicht hinein, er ist knapp 0,4 Millimeter zu dick. Der vorgeschlagene mit 1,5 Millimetern hätte problemlos gepasst. Die beiden V-Fräser haben das Loch nur am Rand angekratzt. Und das ist kein Zufall: Beim Relief-Carving fräst die Software nur dort, wo das Modell eine Oberfläche hat. Im Loch gibt es keine, also bleibt dort Material stehen. Ein V-Fräser kann ohnehin keine senkrechten Wände schneiden.
Beim Ausschneiden der Kontur ist mir derselbe Übermut nicht auf die Füsse gefallen: Dort hat der zu dicke Flachfräser funktioniert, weil die Aussenkontur eine grosszügige Rundung ist und keine engen Radien hat. Das Loch dagegen schon.
Die Rillen
Das Schruppen war unauffällig: 2 Millimeter Zeilenabstand, 0,2 Millimeter Zustellung, 500 Millimeter pro Minute Vorschub und 12 000 Umdrehungen pro Minute sind für Aluminium vernünftig. Beim Schlichten sieht es anders aus. Dort habe ich für beide V-Fräser dieselben Werte eingestellt, 0,15 Millimeter Zeilenabstand und 500 Millimeter pro Minute Vorschub.
Die Rillen auf der Marke sind regelmässig. Das sind Bahnspuren. Der Fräser fährt Bahn für Bahn über das Relief, und zwischen den Bahnen bleibt ein feiner Grat stehen. Wie hoch er wird, hängt vom Fräser ab.
Der 0,3-Millimeter-Fräser mit 30° hat eine breite, flache Spitze und sehr steile Flanken. Auf ebenen Flächen überlappen die Bahnen (0,15 ist kleiner als 0,3), und es bleibt sauber. Genau so ist der Name oben geworden. An einem Hang verhält er sich dagegen wie ein Stift mit flachem Ende. Er schneidet eine kleine Treppe, bei 45° Steigung mit Stufen von etwa 0,07 Millimetern.
Der 0,1-Millimeter-Fräser mit 60° sollte diese Stufen eigentlich glätten. Seine Spitze ist aber schmaler als mein Zeilenabstand. Zwischen seinen Bahnen bleiben 0,05 Millimeter ungeschnitten, und dort bleibt ein Grat von rund 0,04 Millimetern stehen. Er kann also genau die Spuren des 0,3ers nicht mehr entfernen. Der Vorschub von 500 Millimetern pro Minute ist für so dünne Spitzen zusätzlich viel zu hoch.
Wie geht es jetzt weiter?
Trotz des nicht ganz optimalen Ergebnisses bearbeite ich die Hundemarke nun weiter. Das Loch habe ich mittlerweile bereits ausgefräst. Nun werde ich die Marke noch sprühen oder ihr eine Schicht Cerakote verpassen, bevor es dann ans Gravieren der Telefonnummern mit dem Lasermodul der Z1 geht. Davon erzähle ich dir beim nächsten Mal.
Um den Hund muss ich mir dabei keine Sorgen machen: Die Marke wiegt nur wenige Gramm und stört ihn beim Toben nicht. Und selbstverständlich entgrate ich sie sorgfältig, bevor sie ans Halsband kommt – scharfe Aluminiumkanten haben an einem Hundehals nichts verloren.
Drei Dinge nehme ich mit, falls du dich an ein ähnliches Projekt wagst:
- Besorg dir die vorgeschlagenen Werkzeuge, bevor du anfängst. Die Software schlägt sie nicht zum Spass vor.
- Gib dem Loch einen eigenen Arbeitsschritt. Eine Kontur oder Bohrung mit einem Fräser von höchstens 2 Millimetern – das Relief-Carving erledigt das nicht für dich.
- Stell beim Schlichten den Zeilenabstand deutlich kleiner als die Fräserspitze ein. Beim 0,1er also zum Beispiel 0,05 Millimeter. Und fahr den Vorschub herunter.
Mein Hund trägt seine Marke trotzdem. Ihm sind die Rillen ja egal.
Technologie und Gesellschaft faszinieren mich. Die beiden zu kombinieren und aus unterschiedlichen Blickwinkeln zu betrachten, ist meine Leidenschaft.
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