Anwendungssfall der CNC-Verarbeitung von Aluminiumlegierungen
2025-03-26
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2025-03-28Was genau ist der "CNC-Prozess", der in der Verarbeitung von Smart-Locks eingesetzt wird?
In den letzten ein oder zwei Jahren haben einige hochwertige Smart-Türschlösser in ihren Promotionsplakaten darauf hingewiesen, dass sie "CNC-Technologie" verwenden, und erklärt, dass diese Technologie das Panel sauberer gestalten und effektiv Fingerabdrücke vermeiden kann.
Wir wissen, dass die Rückstände von Fingerabdrücken auf dem Smart-Lock-Panel ein ziemlich lästiges Problem ist. Zum einen macht dies das Panel dreckig und erfordert regelmäßige Reinigung. Zum anderen lässt das Prellen von Fingerabdrücken viele Menschen unsicher werden.
Was genau ist hier die "CNC-Technologie" und wie löst sie dieses Problem?
Die vollständige Bezeichnung von CNC lautet Computer Numerical Control, im deutschen Sprachgebrauch oft einfach "Numerische Steuerung" (NC) genannt. Der CNC-Prozess beschreibt ein Verfahren, bei dem numerisch gesteuerte Geräte (z. B. Fräs- oder Drehmaschinen) verwendet werden, um die Struktur und den äußeren Aufbau von Produkten zu verarbeiten.
Die CNC-Technologie wurde zunächst in großem Maßstab in der Produktion von Metallpanelen für Mobiltelefone eingesetzt.
Die CNC-Technologie wurde aus der ursprünglichen Intention heraus entwickelt, feine Teile herzustellen. Es handelt sich um eine Metall-Einzelteil-Verarbeitungstechnologie, die von Apple pioneert wurde. Zuerst wird eine Aluminiumplatte durch präzise Spanbearbeitung in das Prototyp einer einstückigen Gehäuseform geschnitten. Während sich das Gehäuse allmählich in seine endgültige Form entwickelt, werden die Tastaturform und various feine Strukturen auf dem Gehäuse ausgefräst.
In der Vergangenheit wurde beim Metallguss hauptsächlich das Druckgussverfahren eingesetzt. Dabei wird im Voraus eine Form hergestellt, in die das geschmolzene Metall gegossen wird, und nach dem Abkühlen erhält man das Produkt. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass es sich für die großserielle Massenproduktion eignet, der Nachteil ist jedoch, dass es nicht präzise genug ist.
Daher lässt sich das CNC-Verfahren bildlich als „Bildhauerei“ verstehen: Die CNC-Fräsmaschine wirkt wie ein „Meißel“, der den gesamten Aluminiumblock in die gewünschte Form „schnitzt“.
Für intelligente Türschlösser wird für die meisten Schlossplatten derzeit die Druckguss-Technologie verwendet.
Einerseits liegen dies an Kostenvorgaben, andererseits weil Smart-Locks nicht so hoch präzise gefertigt werden müssen wie Mobiltelefone – Druckgussplatten erfüllen in der Tat die meisten täglichen Anforderungen.
Warum entscheiden sich Hersteller jedoch dafür, CNC-Technologie für Smart-Locks anzuwenden? Hierbei kommen die Vor- und Nachteile von CNC im Vergleich zum Druckgussverfahren ins Spiel.
Wie bereits erwähnt, erfolgt beim Druckgussverfahren die Formgebung durch Abkühlen von flüssigem Metall zu einer spezifischen Form. Während dieses Prozesses wird die Gitterstruktur des Metalls zu einem gewissen Grad zerstört, was dazu führt, dass die druckgegossenen Metallteile eine unzureichende Festigkeit aufweisen und unter äußerer Belastung verformt oder brechen können. Zusätzlich sind bei der Kühlung des Metalls Poren inside und auf der Oberfläche schwierig zu vermeiden, was dazu führt, dass die Oberfläche der abgekühlten Teile nicht glatt genug ist und dadurch den späteren Oberflächenbehandlungsprozess beeinträchtigt.
Smart-Lock-Panel aus Zinklegierung, druckgegossen.
Im Gegensatz dazu ist der CNC-Prozess in Bezug auf die Stabilität sicherer, da er ein ganzes Stück Metall "gravurartig" verarbeitet. Selbst bei starken äußeren Kräften kann die CNC-gefertigte Platte nicht brechen.
Da bei diesem Prozess keine Kühlung von flüssigem Metall beteiligt ist, sind die Oberflächen porenfrei, relativ glatt und für Oberflächenbehandlungen günstiger.
Die gängige Oberflächenbehandlung, die mit dem CNC-Prozess verknüpft ist, ist die Anodisierung. Bei diesem Verfahren bildet sich durch Elektrolyseprinzip eine Aluminiumoxid-Schicht auf der Oberfläche der Platte (Materialien für den CNC-Prozess sind Edelstahl, Aluminiumlegierung und Zinklegierung; Aluminiumlegierung wird jedoch von mehr Herstellern gewählt, da sie weich, kostengünstig und leicht oxidierbar ist). Dadurch verbessert sich die Oberflächenhärte von Aluminium effektiv. Für die Platte einer Smart-Türschloss können CNC-Prozess und Anodisierungs-Verfahren kombinieren, um die Platte glatter zu gestalten, während die Härte der Platte verbessert wird, wodurch die Rückstände von Fingerabdrücken reduziert werden.
Zusätzlich kann die durch CNC verarbeitete Oberfläche eine Vielzahl von Farbeffekten aufweisen, ähnlich den Zweifarben-, Hochglanz- oder Bürsteneffekten auf Mobiltelefonen. Sie kann auch eine dreidimensionale Wirkung auf das Produkt erzielen, die die Textur des Metalls selbst verstärkt.
Im Vergleich dazu können Druckgussverfahren oft nur mit herkömmlichen Galvano- oder Lackierungen kombiniert werden. Nach einer gewissen Nutzungsdauer kann die Oberflächen-Galvanisierung oder die Lackschicht abblättern und negative Auswirkungen haben.
Zugleich hat CNC einen weiteren Vorteil: Die Anpassung von Maßeinstellungen ist über Programmiervorgänge relativ einfach möglich. Bei Druckgussverfahren hingegen sind nach dem Erstellen der Formwerkzeuge Änderungen an den Außenmaßen schwierig durchzuführen.
Natürlich haben CNC-Technologien auch offensichtliche Nachteile: Die Gestaltung ist eingeschränkt, und die Serienproduktionszeit ist lang.
Der Formbegrenzung äußert sich darin, dass mit CNC-Technologie Arcs (Krümmungen) um Smart-Locks leicht hergestellt werden, auf anderen Oberflächen hingegen komplexere Formen schwierig sind. Daher ist die Produktverarbeitung relativ langsam und die Kosten deutlich höher, wenn ein schöneres Schlossdesign angestrebt wird. Viele Hersteller streben günstige Preise an, wollen aber keine Formwerkzeuge fertigen – daher sind die meisten auf dem Markt mit CNC-Technologie hergestellten Smart-Locks quadratisch und zeigen kaum gestalterische Unterschiede. Aus diesem Grund polarisieren die Preise von Smart-Locks mit dieser Technologie: Sie sind entweder sehr hochwertig (komplexes Design) oder relativ gewöhnlich (quadratische Form).
Hochwertige Smart-Türschloss-Produkte, die CNC-Technologie verwenden
Bei der Serienverarbeitung kann eine Maschine pro Charge nur ein einziges Teil verarbeiten. Da ein Schloss jedoch viele Zubehörteile hat (ohne die inneren Strukturteile zu beachten), können diese nicht gleichzeitig verarbeitet werden. Zudem sind Programmierung und Debugging erforderlich, und die Anforderungen an die Verarbeitungszentrale sind hoch, was zu einer langen Verarbeitungszeit führt.
Ein weiteres Aspekt ist, dass das Gehäusematerial von Smart-Locks, die derzeit CNC-Technologie verwenden, im Wesentlichen aus Aluminium besteht. Obwohl die Oberfläche durch Behandlung eine Aluminiumoxid-Schicht bildet und die Härte erhöht wird, ist es dennoch vergleichsweise leicht verletzlich – ähnlich wie die Gehäuse von Mobiltelefonen.