Von additiv zu subtraktiv – Eine CNC-Fräse kommt ins Haus

Als ich vor zweieinhalb Jahren meinen ersten 3D-Drucker selbst baute, war das sozusagen ein Crashkurs in 3D-Drucktechnologie und CNC-Steuertechnik, denn bei einem solchen Eigenbauprojekt muss man die Technologie wirklich bis zum Ende durchdenken, um Erfolg zu haben. Eine ähnliche Reise habe ich jetzt im Bereich der spanenden Fertigung vor und mir eine Fräse als Bausatz gekauft. Auf geht’s in den CAM-Bereich!

Nun kostet ein „g’scheites“ CNC-Bearbeitungszentrum fünf- bis siebenstellige Summen, was den Rahmen auch gehobener Hobbyausübung bei Weitem sprengt. Abhilfe schafft wie schon bei den 3D-Druckern eine rege Open Source-Szene, in diesem Fall die Shapeoko. Diese CNC-Fräse wurde im Jahr 2011 von Edward Ford entwickelt und über Kickstarter finanziert. Aus einer sehr einfachen 300-Dollar-Fräse ist inzwischen in der dritten Iteration eine ernstzunehmende CNC-Maschine geworden, die für Holz- und Kunststoffarbeiten geeignet ist, mit einer kräftigen Spindel sollte auch Alu bearbeitbar sein.

In den letzten Wochen habe ich beim Lesen zahlloser Forums- und Facebookpostings gelernt, dass der Begriff „Hobbyfräse“ ein sehr dehnbarer Begriff ist. Von Vielen wird eine Shapeoko mit Riementrieb für X- und Y-Achse als völlig ungeeignet beurteilt, andererseits ist es manchmal wunderlich, welche professionellen Ansprüche an die Fräse gestellt werden – „die hält doch keine zwei Wochen Dauerbetrieb aus“ ist in meinem Verständnis nicht mit dem Begriff „Hobbynutzung“ in Deckung zu bringen. Welcher Hobbyfräser will denn die Maschine im Dauerbetrieb laufen lassen?

Offensichtlich sind auch in diesem Bereich viele unterwegs, die im Berufsleben an einer Profimaschine stehen und deren Fähigkeiten und Merkmale auf Hobbyfräsen übertragen. Dementsprechend werden Shapeoko und ähnliche Maschinen gerne als „Käsefräse“ bezeichnet. Und natürlich finden sich auch genug Interessenten, die ähnliche Ansprüche stellen, aber nicht mehr als 500 Euro ausgeben wollen. Insofern ähneln sich 3D-Druck und CNC-Fräsen sehr.

Eine Shapeoko kann natürlich solche Ansprüche nicht befriedigen. Auf der anderen Seite hoffe ich, unter 800 Euro Gesamtkosten zu landen – inklusive Spindel, Steuerung und Elektronik. Hardwaremäßig habe ich mich für die Shapeoko-X von myhobby-cnc.de entschieden, eine Weiterentwicklung der Shapeoko 2, die in Deutschland hergestellt wird, das Forum des Anbieters ist ein reichhaltiger Schatz an Informationen. Motoren und andere Elektronikteile wurden bei ebay beschafft, bei der Steuerung habe ich mich für die Raspberry Pi CNC von Protoneer aus Neuseeland entschieden. Grundsätzlich werden im Hobbybereich zwei Arten von Steuerungen eingesetzt, auf der einen Seite die sogenannte „Chinasteuerung“, die über den Parallelport von einem PC aus mit Daten versorgt wird, und GRBL, das auf einem Arduino läuft, über USB angebunden wird und viel Ähnlichkeit mit den Steuerungen aus dem 3D-Druckerbereich hat – was für mich das Entscheidungskriterium war. So sind an der Fräse nun dieselben Motoren und Schrittmotortreiber wie am 3D-Drucker im Einsatz.

Interessanterweise hat sich myhobby-cnc Gedanken zu genau dem Bereich der Fräse gemacht, bei dem ich das größte Bauchgrimmen hatte: den Zahnriemen. Hier kommen neun Millimeter breite HTD-Riemen zum Einsatz – HTD steht für High Torque Drive. Das sind richtige Antriebsriemen statt der GT2-Riemen, die zwar auch für Antriebe geeignet sind, aber wesentlich weniger Kraft übertragen können.

Die Fräse wird in mehreren Paketen angeboten, der Rootkit enthält die mechanische Hardware, hinzu kommen Elektronik- und Fräsmotorkit (die ich mir nicht gekauft habe). Interessanterweise sind die Profile nicht im Kit enthalten, sondern werden separat bestellt, was den Bau (fast) jeder beliebigigen Größe ermöglicht. Ich habe mich für moderate 800 x 500 Millimeter entschieden, was eine Bearbeitungsfläche von 600 x 300 Millimeter bedeutet.

Der Aufbau gestaltet sich bisher recht angenehm, es ist immer schön, vorgefertigte Bauteile einfach zusammenschrauben zu können. Ich freue mich schon darauf, wenn die Fräse ihre ersten Zuckungen macht – und noch viel mehr darauf, mich endlich einmal richtig mit CAM-Systemen zu beschäftigen. Bisher war mein Kontakt zur NC-Programmierung eher theoretischer Natur, aber dies wird sich bald ändern.