Ich bin seit einiger Zeit dabei, mich in das Thema CNC-Fräsen einzuarbeiten, und habe dazu unter anderem eine eigene Fräse gebaut. Mein Autorenkollege und Bekannter Florian Horsch dachte sich wohl deshalb, dass ich eine gute Wahl wäre, sein neuestes Projekt zu testen. Florian ist seit einiger Zeit Business Developer Europe bei Shaper Tools und soll hier die Markteinführung der Shaper Origin organisieren. Er stellte mir ein Testgerät dieser handgeführten CNC-Fräse zur Verfügung.
Handgeführte CNC-Fräse? Das hört sich wie ein Widerspruch an, ich finde aber keine bessere Beschreibung für den Shaper Origin. Das Prinzip ist einfach erklärt: Man nehme eine handgeführte Oberfräse, rüste diese mit einem Rechner und Bildschirm aus und gebe der Frässpindel etwas Spiel in der Handhalterung, so dass sie die unweigerlich auftretenden Ungenauigkeiten, die beim Führen aus der Hand nun mal auftreten, ausgleichen kann.
Der Clou an der Maschine ist die Positionsbestimmung, die Fräse „weiß“, wo sie ist. Dazu ist sie mit einer Kamera an der vom Benutzer abgewandten Vorderseite ausgerüstet. Vor dem Fräsen beklebt man das Rohmaterial mit Shapertape, einem speziellen Klebeband, das mit Dominostein-ähnlichen Mustern versehen ist. Die Streifen müssen nicht rechtwinklig oder parallel verklebt werden, denn die Maschine erstellt aus den Markierungen eine Karte, an der sie sich orientiert. Die Shaper ist in einem Festool-kompatiblen Container verstaut, neben der Maschine enthält der Container einen Saugschlauch zum Anschluss an einer Absaugung. Im Formteil im Boden des Containers findet sich eine Tasche mit Werkzeugen, drei Fräsern und zwei Rollen Shapertape. Die Werkzeuge dienen zum Ausbau der Spindel und zum Öffnen und Schließen der Spannzange an der Spindel. Die Spannzange nimmt 6,35mm/1/4-Zoll-Werkzeuge auf, Florian legte mit zusätzlich eine 3,175mm/1/8-Zoll-Aufnahme bei. Das Testgerät kam noch direkt aus den USA, in der deutschen Verkaufsversion sollen dann metrische Spannzangen verbaut werden. Um den Jahreswechsel kam eine neuen Firmwareversion heraus, die eine deutsche Oberfläche bietet.
Shaper Origin: Auf dem Computer designen, mit der Fräse umsetzen
Die Spindel fertigt Festool für Shaper Tools, sie leistet 720W und erreicht 10.000 – 25.000 U/min. Sie ist darauf ausgelegt, die Drehzahl auch unter Last zu halten, was im Test meist gelang – das Absinken der Drehzahl bedeutet, dass man zu schnell fährt.
Die Shaper lässt sich mit SVG-Dateien beschicken, das Format ist für den Konstrukteur allerdings eher nicht geläufig. Deshalb habe ich mit dem Fusion360-Plugin gearbeitet, das es ermöglicht, SVG-Daten aus 3D-Modellen oder Skizzen zu erstellen. Zudem kann der Bediener einfache Konturen wie Kreise oder Rechtecke direkt auf der Maschine programmieren. Für den frischgebackenen Besitzer der Fräse lohnt sich ein längerer Aufenthalt auf Shapertools.com, dort findet sich eine ganze Reihe aussagekräftiger Videos, die Einstieg und Bedienung erleichtern. Im Shaper Hub laden Shaper-Nutzer ihre Kreationen hoch und stellen sie zum Download bereit. Dort finden sich sehr interessante Projekte, die den Einstieg erleichtern – allerdings ist die Arbeit mit der Shaper Origin quasi selbsterklärend.
Das Menü der Fräse ist einfach aufgebaut. Nach den Einstecken des Stromkabels – einen Einschalter habe ich vermisst – zeigt die Shaper Origin auf ihrem Touchdisplay rechts vier Grundmenüs, links jeweils weitere Untergruppen. Man beginnt damit, die Oberfläche des Werkstücks zu scannen. Ich habe bei einigen Teilen ein zweites Brett oberhalb des eigentlichen Werkstücks auf meinen Arbeitstisch geklebt – doppelseitiges Teppichband hält hier bombenfest. Auf dem zweiten Brett habe ich das Shapertape geklebt. Die Maschine benötigt oberhalb ihrer Arbeitsstelle einen etwas 30 Zentimeter tiefen Bereich, in dem Shapertape aufgeklebt ist – und zwar sehr exakt auf gleicher Höhe mit dem Bereich, in dem man fräst. Das Shapertape einfach auf die Werkbank zu kleben und dann 22mm-Platten zu fräsen geht also nicht. Das halte ich für ein gewisses Manko, das bei dem Funktionsprinzip der Fräse aber wahrscheinlich nicht aus der Welt zu schaffen ist.
Hat man die Fläche gescannt, berechnet die Fräse aus den Fotos ein Gesamtbild, anhand dessen es seine Position bestimmt. Danach kann die zu fräsende Geometrie vom USB-Stick oder der Shaper-Website geladen werden, dazu ist die Shaper Origin mit WLAN ausgestattet. Das Positionieren kann man sich vereinfachen, indem man ein Gitter definiert. Dazu spannt man als Tastdorn einen Fräser umgekehrt ein, danach fährt man menügeführt zweimal die untere und einmal die linke Kante des Bretts an. Nun wird im Bildschirmfoto ein Gitter und Koordinaten sichtbar, sodann man das Objekt millimetergenau positionieren kann.
Nachdem die Form festgelegt ist, geht es ins „Fräsen“-Menü. Hier stellt man die Tiefe des Fräsvorgangs ein sowie den Durchmesser des Fräsers, die Geschwindigkeit und ob man innen, auf oder außerhalb der Linie fräsen möchte. Im Taschen-Modus kann man frei in einer Tasche herumfahren und sie ausräumen, die Maschine achtet darauf, dass man nicht über die Abgrenzung gerät. Dabei hält die Origin einen kleinen Abstand zur Kontur, so dass man am Ende mit einem Inside-Schnitt eine saubere Kontur schaffen kann. Auch die Z-Längenmessung findet sich im Fräsen-Menü. Wenn man einen neuen Fräser eingespannt hat, drückt man diese Taste und der Fräskopf fährt – Spindel ausgeschaltet – aufs Material herab, bis es Kontakt hat. So ermittelt die Shaper Origin die Höhe, auf der die Fräsung beginnt. Kleiner Tipp: Der 0,8mm-Fräser drang fast einen Millimeter ins weiche Fichtenholz ein, ich habe zur Z-Messung die Fräse auf ein härteres Material gestellt.
Sehr interessant ist das Erstellen von Intarsien beziehungsweise Einlegearbeiten. Dabei nutzt man ein Bild zweimal. Zunächst fräst man – mit der Einstellung „Outside“ – die Einlagen. Outside bedeutet, dass die Fräse an der Außenseite der Kontur schneidet. Dann fräst man in das andere Material die Taschen und setzt die Einlagen mit minimaler Nacharbeit in diese Taschen ein. Ich habe das mit einem Skorpionlogo probiert, das Grundmaterial ist 22mm Fichtenholz, die Einlagen 5mm Allzweckbauplatte, also Kunststoff. Ich habe bei den Taschen mit verschiedenen Fräsern gearbeitet – 6,35 mm für das Räumen der Taschen, 3,175mm für die Kontur und 0,8mm, mit dem ich die Innenecken nachgearbeitet habe. Einige Teile hatten ein „Schwänzchen“, weil ich die Konturfräsung nicht bis zum Schluss vollendet habe, damit die Teile nicht wegflogen. Nach etwas Nacharbeit mit Schleifpapier ließen sich die Einlagen „saugend“ in das Holz einsetzen.
Dank des Staubsaugeranschlusses ist das Arbeiten mit der Shaper Origin relativ sauber, nur wenige Späne verirren sich an der magnetisch befestigten Abdeckung. Die Arbeit geht flott von der Hand, die Bildschirmdarstellung zeigt genau, wo man schon gefräst hat und in welche Richtung man fahren soll. Kleine Details, die in den Bewegungskreis der Shaper passen, lassen sich durch dauerhaftes Drücken der grünen Taste automatisch abfahren. Die Fräse erkennt Bohrungen, die in den Bewegungskreis passen, automatisch und schaltet in einen Helixmodus, in dem der Fräser sich langsam und schonend ins Material „schraubt“, statt gerade nach unten zu bohren. Verlässt man die gewünschte Frässpur, zieht sich der Fräser in hoher Geschwindigkeit nach oben zurück, so dass man nicht aus Versehen etwas entfernen kann, was eigentlich stehenbleiben sollte.
Ich habe einige kleinere Projekte mit der Shaper Origin umgesetzt, unter anderem zwei vierstufige Fräsungen in eine 26 Millimeter starke Platte aus Rubberwood. Das extrem harte Holz verlangte der Fräse einiges ab, sie meisterte die Aufgabe jedoch spielend. Man muss nur darauf achten, dass die Maschine sich immer genügend orientieren kann. In einem winzigen Moment, bevor sie die Orientierung verliert und den Fräser nach oben zieht, wackelt die Maschine mit der Spindel, was Marken im Schnitt hinterlässt. Vermeidet man dies, ergibt sich ein Schnitt, den man mit einer handgeführten Fräse nur mit viel Erfahrung und Können in dieser Qualität hinbekommt.
Die Arbeit mit der Shaper Origin war eine sehr interessante Erfahrung. Leiser scheint die Maschine relativ teuer zu werden – es wird ein Preis um die 3.000 Euro genannt – so dass sie für die meisten Hobbyanwender außerhalb jedes Budgets ist. Für Profis bietet sie viele interessante Optionen, beispielsweise die Möglichkeit, eine CNC-gesteuerte Maschine einfach zur Baustelle mitnehmen zu können. Für kleinere Betriebe bietet die Shaper einen Einstieg in die computergesteuerte Fräserei. Zu Jahresbeginn kam die Nachricht, dass Shaper Tools von Festool übernommen wurde, die schon die Spindel und den Tragekoffer beisteuern. Vielleicht hilft die Integration in einem größeren Konzern ja dabei, die Kosten und dementsprechend den Preis kräftig zu senken. Für 1.500 bis 2.000 Euro sollte die Shaper Origin für den engagierten Holz-Hobbyisten ein sehr interessantes Werkzeug werden.