Ik frees een hondenpenning voor mijn hond – en faal bijna bij een gat van 2,8 millimeter
Een CNC-freesmachine maakt van een stuk aluminium een product met echt nut – als je over het juiste gereedschap beschikt. Na mijn eerste freeservaring met een ontwerp van iemand anders, waag ik me nu aan een eigen ontwerp: een hondenpenning voor onze nieuwe gezinshond.
Sinds kort staat de Makera Z1 in mijn kelder. Een CNC-freesmachine die naast hout, kunststof en composietmaterialen zoals carbon ook aluminium, messing en koper bewerkt. Ook heb ik sinds kort een hond die door huis en tuin struint. Hij is wel schattig, die hond, maar ook nog onopgevoed. Om te voorkomen dat het nieuwe gezinslid verloren raakt, ga ik een hondenpenning voor hem frezen.
Net zo schattig als de hond moet zijn hondenpenning worden. Hier ligt het probleem: ik kan in mijn CAD-programma Fusion 360 wel geometrische figuren maken, maar ik heb het artistieke talent van een naakte molrat. Alleen de telefoonnummers van mijn vrouw en mij graveren vind ik te weinig.
AI helpt
Ik doe daarom iets wat ik bij het ontwerpen nog nooit heb gedaan: ik vraag de AI Meshy of ze een ontwerp voor het frezen voor me kan maken. Haar korte antwoord: nee. Ze legt uit dat haar modellen organische, vrij gevormde meshes zijn, geen CAD-native, maatvaste constructies. Exacte maten, rechte hoeken, passingen enz. kan ze niet garanderen.
Balen. Maar: Meshy kan wel een STL-bestand voor me maken, zoals dat bijvoorbeeld bij 3D-printen wordt gebruikt. De juiste maten kan ik dan in de CAM invoeren.
Dat probeer ik. Na wat prompten krijg ik het volgende resultaat, een reliëf met bergen, bos, zon en de naam van onze hond:
Cool, dat bevalt me. Hopelijk kunnen de CAM en later de Z1 ermee overweg.
Nu ontbreken alleen de telefoonnummers nog. Ik maak ze eerst als vectorafbeelding in Inkscape, een vectorgrafiek-editor. Vectoren definiëren nauwkeurige geometrische paden in plaats van beeldpunten. Pixelafbeeldingen worden wazig bij het vergroten, vectoren blijven wiskundig exact. CNC-machines hebben deze wiskundige lijnen nodig om gereedschap foutloos aan te sturen.
CAM werkt…
Zoals je misschien is opgevallen, heb ik op de voorkant van de penning helemaal geen ruimte meer voor de telefoonnummers. Die moeten op de achterkant. Mijn plan: ik frees eerst de voorkant, draai daarna het werkstuk om en bewerk de achterkant.
Daarvoor start ik een nieuw project in Makera Studio – de software die tegelijkertijd als CAM en voor het aansturen van de Z1 dient. Het programma biedt me meerdere opties voor nieuwe projecten. Het maakt primair onderscheid tussen «Guided Mode» en «Custom Mode». Ik kies voor de Guided Mode, omdat deze me suggesties geeft voor gereedschap, voeding, toerental enzovoort – daarover later meer.
De Guided Mode biedt me op zijn beurt diverse opties. Voor mijn reliëf kies ik «3-Axis Relief Carving». Nu definieer ik mijn werkstuk, een 3 millimeter dik stuk aluminium, en importeer mijn STL-bestand met de naam van onze hond en de afbeelding. Ik leg hier de grootte van de hondenpenning vast: deze moet een diameter van 30 millimeter hebben. Daarna laat ik de software diverse gereedschapspaden bepalen en de bijbehorende gereedschappen selecteren.
Makera Studio stelt me het volgende voor: een ronde voorbewerken (het grof verwijderen van materiaal), twee rondes nabewerken (het verfijnen van het reliëf) en tot slot het uitsnijden van de contour. Past. Helaas heb ik niet alle passende gereedschappen in huis. Dus improviseer ik:
| 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 |
…totdat het niet meer werkt
Twee dagen lang probeer ik in CAM op allerlei manieren de telefoonnummers voor te bereiden voor het frezen. Tevergeefs. Eerst wil het programma de buitencontouren van de cijfers frezen, wat vanwege de kleine afmetingen van de hondenpenning niet gaat. Dan ontdek ik dat ik al in Inkscape moet definiëren dat CAM niet de contouren moet frezen. Maar dat lukt ook niet. Een andere tip zegt me dat ik een enkelvoudig lettertype zoals Hershey moet kiezen. Ook dat lukt niet. Tot slot crasht Makera Studio steeds opnieuw wanneer ik denk een oplossing te hebben gevonden. Ook verdere pogingen mislukken. Kortom: het mag niet zo zijn.
Ik besluit het voorlopig maar te laten bij de telefoonnummers. Ik kan de hondenpenning dan altijd nog spuiten en de nummers met de laser graveren. Mocht je nog een idee hebben, schrijf het me dan in de reacties of per e-mail.
Het lukt, maar niet zoals gewenst
Nu ga ik aan de slag om de voorkant te frezen. Daarvoor span ik het werkstuk in zoals de eerste keer, laat in Makera Studio diverse tests doorlopen en geef de machine dan vrij. Koelen hoef ik overigens niet: de Z1 heeft bij aluminium geen koelmiddel nodig.
Een uur later heb ik daadwerkelijk een hondenpenning op het werkbed liggen. Alleen: het gat voor de bevestiging is niet helemaal uitgefreesd en in het onderste gedeelte zitten zichtbare groeven die boven bij de naam niet voorkomen. Wat is er misgegaan?
De foutopsporing: ik heb met de verkeerde frezen gewerkt
Ik neem het STL-bestand en mijn instellingen onder de loep. Het resultaat is ontnuchterend: de fout zit voor de machine, niet erin.
Het gat
Het gat is in het bestand aanwezig, schoon en doorlopend. Bij een diameter van 30 millimeter van de hondenpenning meet het ongeveer 2,8 millimeter. Mijn vlakfrees van 3,175 millimeter past daar niet in, hij is krap 0,4 millimeter te dik. De voorgestelde frees van 1,5 millimeter had probleemloos gepast. De beide V-frezen hebben het gat alleen aan de rand geraakt. En dat is geen toeval: bij relief-carving freest de software alleen daar waar het model een oppervlak heeft. In het gat is er geen, dus blijft daar materiaal staan. Een V-frees kan sowieso geen verticale wanden snijden.
Bij het uitsnijden van de contour is diezelfde overmoed me niet fataal geworden: daar werkte de te dikke vlakfrees omdat de buitencontour een ruime afronding is en geen krappe radii heeft. Het gat daarentegen wel.
De groeven
Het voorbewerken was onopvallend: 2 millimeter lijnafstand, 0,2 millimeter diepte-instelling, 500 millimeter per minuut voeding en 12.000 toeren per minuut zijn redelijk voor aluminium. Bij het nabewerken ziet het er anders uit. Daar heb ik voor beide V-frezen dezelfde waarden ingesteld, 0,15 millimeter lijnafstand en 500 millimeter per minuut voeding.
De groeven op de penning zijn regelmatig. Dat zijn sporen van de freesbanen. De frees rijdt baan voor baan over het reliëf, en tussen de banen blijft een fijne braam staan. Hoe hoog die wordt, hangt af van de frees.
De 0,3-millimeter-frees met 30° heeft een brede, platte punt en zeer steile flanken. Op vlakke oppervlakken overlappen de banen (0,15 is kleiner dan 0,3), en het blijft schoon. Precies zo is de naam boven geworden. Op een helling gedraagt hij zich echter als een stift met een plat uiteinde. Hij snijdt een kleine trap, bij 45° helling met treden van ongeveer 0,07 millimeter.
De 0,1-millimeter-frees met 60° zou deze treden eigenlijk moeten gladstrijken. Zijn punt is echter smaller dan mijn lijnafstand. Tussen zijn banen blijft 0,05 millimeter ongesneden, en daar blijft een braam van ongeveer 0,04 millimeter staan. Hij kan dus precies de sporen van de 0,3-frees niet meer verwijderen. De voeding van 500 millimeter per minuut is voor zulke dunne punten bovendien veel te hoog.
Hoe gaat het nu verder?
Ondanks het niet helemaal optimale resultaat bewerk ik de hondenpenning nu verder. Het gat heb ik inmiddels al uitgefreesd. Nu ga ik de penning nog spuiten of voorzien van een laagje Cerakote, voordat het tijd is voor het graveren van de telefoonnummers met de lasermodule van de Z1. Daar vertel ik je de volgende keer meer over.
Over de hond hoef ik me daarbij geen zorgen te maken: de penning weegt slechts enkele grammen en hindert hem niet tijdens het ravotten. En uiteraard ontbraam ik hem zorgvuldig voordat hij aan de halsband gaat – scherpe aluminium randen horen niet thuis aan een hondenhals.
Drie dingen neem ik mee, voor als je je aan een soortgelijk project waagt:
- Zorg voor de voorgestelde gereedschappen voordat je begint. De software stelt ze niet voor de lol voor.
- Geef het gat een eigen werkstap. Een contour of boring met een frees van maximaal 2 millimeter – het relief-carving doet dat niet voor je.
- Stel bij het nabewerken de lijnafstand aanzienlijk kleiner in dan de freespuntdiameter. Bij de 0,1-frees dus bijvoorbeeld 0,05 millimeter. En verlaag de voeding.
Mijn hond draagt zijn penning desondanks. De groeven maken hem immers niets uit.
Technologie en maatschappij fascineren me. Beide combineren en vanuit verschillende perspectieven observeren is mijn passie.
Interessante feiten uit de wereld van producten, een kijkje achter de schermen van fabrikanten en portretten van interessante mensen.
Alles tonen
