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Frontplatten gravieren und fräsen

Know-How > Frästechnik



Frontplatten für elektronische Geräte, zum Beispiel für meine CNC-Steuerung, stelle ich mittlerweile nur noch zweiteilig her. Nachdem fast alle Gravierversuche direkt in Aluminiumblech als Desaster geendet haben, klebe ich auf die eigentliche Frontplatte des Gehäuses eine dicke Folie aus zweifarbigem Kunststoff, die ich auf meiner Portalfräsmaschine ausschneide und graviere. Das Basismaterial der Folie ist schwarz, darauf liegt eine dünne Schicht, die es in mehreren Farben gibt. Ich bevorzuge eine Sorte, die wie strichmattierter Edelstahl aussieht und eine andere in weiß. Durch das Gravieren tritt die Schrift in schwarz auf silber oder schwarz auf weiß in Erscheinung.

Das Material stammt von der Firma Eckart und wird unter der Bezeichnung "Ultraply" in den Stärken 0,7 / 1,5 / 2,3 mm angeboten. Die Formate sind entweder 610 x 610 mm oder 1220 x 610 mm. Eine Folie 610 x 610 kostet 16,00 €. Da ich aus einer Folie vier große Frontplatten mache, ist das ziemlich günstig. Von Eckart gibt es noch andere Materialien, schauen Sie einfach mal rein. Preise stehen nicht auf der Seite, aber Anfragen werden zügig beantwortet.



Als Gravierwerkzeug benutze ich einen Stichel mit 40° Spitzenwinkel und einer 0,1 mm breiten Spitze. Die Gravurtiefe stelle ich an meinem Gravurtiefenregler auf 0,3 mm ein. Damit erhalte ich eine sehr saubere Gravur in der passenden Strichstärke. Die Kleinbuchstaben der Schrift sind ca. 2,5 mm hoch. Bei größeren Schriften empfiehlt es sich, einen Stichel mit größerem Spitzenwinkel zu verwenden, weil für eine passende Strichstärke sonst die Gravurtiefe zu groß wird. Die Strichstärke läßt sich übrigens recht einfach nach der folgenden Formel berechnen:

Strichstärke = Durchmesser Spitze + ((Gravurtiefe * tan(Spitzenwinkel / 2)) * 2)

Beim oben genanten Stichel und 0,3 mm Gravurtiefe ist das also

0,1 + ((0,3 * tan(20°)) * 2) = 0,1 + ((0,3 * 0,36397) * 2)= 0,32 mm

Die Tangenswerte für andere Spitzenwinkel finden Sie in Tabellen mit Winkelfunktionen. Für die gängigsten Winkel sind die Werte wie folgt:

  • 15° = 0,26795
  • 20° = 0,36397
  • 22,5° = 0,41421
  • 30° = 0,57735
  • 45° = 1,0


Benutzen Sie einen Stichel, der keinen Spitzenanschliff hat, dann ist der Spitzendurchmesser natürlich Null. Ich würde aber nicht dazu raten, weil bei diesen Sticheln die Spitze extrem schnell abbricht. Meine Stichel habe ich übrigens bei eBay gekauft.

Hier eine Tabelle, die ich auf einer amerikanischen Seite gefunden habe. Sie gibt die Strichstärke in Abhängigkeit von der Zeichenhöhe an. Durch die Umrechnung von Zoll in mm sind die Werte etwas "krumm".

Höhe der Zeichen
Strichstärke Single Line
Strichstärke Outline
1,6
0,4
0,25
3,0
0,5
0,25
6,0
0,8
0,4
8,0
1,0
0,4
13,0
1,5
0,8
18,0
2,3
1,0
25,0
3,2
1,5
30,0
4,3
1,5
50,0
6,4
1,5

Ein Problem, dass sich immer wieder stellt, ist die Befestigung des Graviermaterials auf dem Maschinentisch. Ich habe das Problem, wie ich glaube, sehr elegant gelöst. Ich befestige zunächst eine MDF-Platte auf dem Tisch und sprühe dann die Gravierfolie von der Rückseite mit 3M Creative Mount Sprühkleber ein. Nach der Ablüftzeit von ca. einer Minute haftet das Material dann relativ fest auf der MDF-Platte. Die Folie kann beliebig of zum Ausrichten wieder abgezogen werden. Nach getaner Arbeit läßt sich der Kleber leicht mit Alkohol (Brennspiritus) entfernen. Der umgekehrte Weg, nämlich die Platte einzusprühen, empfiehlt sich nicht, weil dann der Staub von der Bearbeitung darauf haftet. Den Kleber gibt es in Geschäften für Grafiker-Bedarf. Nehmen Sie keinen aus dem Baumarkt, das ist ein ekliges Zeug!

Ich empfehle übrigens, die Schutzfolie auf der Gravierfolie VOR der Bearbeitung zu entfernen. Weil mein Gravurtiefenregler einen Teflonring hat, mit dem er auf dem Material aufsitzt, gibt es keine Kratzer. Andererseits habe ich erlebt, dass sich die Schutzfolie währen des Gravierens löst und verknäult. Wenn dann der Gravurtiefenregler darauf aufsitzt, wird die Gravurtiefe nicht erreicht.



Beim Gravieren ist es auch wichtig, dass Sie entweder mit Staubabsaugung arbeiten oder die Maschine überwachen und den Staub mit Druckluft wegblasen. Der Staub ist durch die Bearbeitung statisch aufgeladen und setzt sich auf der Folie und am Gravurtiefenregler fest. Dadurch kann es passieren, dass der Gravurtiefenregler auf dem Staub "reitet" und die Gravurtiefe nicht erreicht wird.

Nach dem Gravieren müssen noch die Ausschnitte für Stecker und Bedienelemente hergestellt werden. Ich habe das zunächst mit einem kleinen Fräser (3 mm) versucht. Leider funktioniert das überhaupt nicht, weil der Fräser mit seiner Spirale das Material hochzieht. Die Haftung des Sprühklebers verhindert nur das seitliche Verschieben, den Abhebekräften des Fräsers hat er nichts entgegenzusetzen. Ich bin dann auf die Idee gekommen, die Ausschnitte mit dem Gravierstichel herzustellen. Die Seiten werden dann zwar schräg, aber bei 20° ist das kaum zu erkennen. Um die Ausschnitte präzise auf die richtige Größe auszuschneiden, muß natürlich der richtige Abstand des Fräsers von der Kontur berechnet werden. Weil der Fräser v-förmig ist, haben wir es natürlich wieder mit den Winkelfunktionen zu tun. Stellen Sie also die gleiche Berechnung wie für die Strichstärke an, wobei die Gravurtiefe jetzt größer ist. Ich arbeite bei der 0,7 mm starken Folie mit 1 mm Gravurtiefe, um sie sicher durchzuschneiden. Das ergibt bei einem Stichel mit 40° und 0,1 mm Spitzendurchmesser rund 0,8 mm. Demnach gebe ich beim Generieren des CNC-Programms einen Fräserdurchmesser von 0,8 mm an. Die Ausschnitte sind dann auf der Oberseite genau so groß wie gezeichnet. Nach unten werden Sie enger, aber das spielt bei der dünnen Folie kaum eine Rolle. Mit der gleichen Technik können Sie auch Teile aus dünnem Sperrholz oder Balsa ausschneiden, wenn Sie die schrägen Kanten nicht stören.



Nach dem Gravieren und Ausschneiden ziehen Sie die Folie einfach von der Platte ab. Die ausgeschnittenen Teile, soweit nicht durch die Druckluft bereits weggeblasen, bleiben auf der Platte haften und können leicht mit einem Spachtel entfernt werden.

Das größte Problem bei der Herstellung von Frontplatten ist das CNC-Programm. Wir haben es ja bei den kleinen Schriftgrößen mit so genannten Einlinien-Schriften zu tun, das heißt, es wird nicht der Umriß der Zeichen gefräst, sondern die Zeichen bestehen aus einzelnen Linien, so wie man schreibt. Ausserdem werden die Schriften in Gerade und Kreisbögen aufgelöst und mit entsprechenden Vorschubbefehlen gefräst. Dagegen werden Outline-Schriften in einzelne gerade Liniensegmente aufgelöst, das kostet beim Fräsen wesentlich mehr Zeit.



Schriftart ISO, Einlinien-Schrift (Single Line)

Bei der Umriß- oder Outline-Schrift wird dagegen der Umriß der Zeichen gefräst.



Schriftart ISO, Umriß-Schrift (Outline)

Bei großen Schriften ist die Outline-Schrift besser, man kann dann entweder nur den Umriß gravieren oder, was besser aussieht, die Schrift ausräumen, bzw. den Hintergrund ausräumen, so dass die Schrift erhaben stehenbleibt. Outline-Schriften kann man leicht mit einem CAD-Programm erzeugen, indem man eine Schrift in Polygone umwandelt. Für den folgenden CNC-Generator ist die Schrift dann einfach eine Folge von Umrissen, die in ein CNC-Programm umgewandelt werden. Der CNC-Generator SimplyCAM ( www.mr-soft.net) kann direkt alle Windows TrueType-Schriften in Outline-Schriften umwandeln und daraus sofort ein CNC-Programm generieren.

Leider funktioniert das bei kleinen Schriftgrößen nicht mehr, durch das Umfahren des Zeichens mit dem Gravierstichel wird die Strichstärke zu groß, hier braucht es Single Line Schriften. Kostenlose Schriften sind im Internet praktisch nicht zu finden. Dazu kommt das Problem, dass die käuflichen Schriften nur mit speziellen Programmen benutzbar sind. Das preislich interessanteste Programm, das ich gefunden habe, ist NC-Font 5.0 ( www.fastnc.de). Das Programm kostet 89,- €, jede Single Line Schrift nochmal 35,- € (verglichen mit anderen Anbietern ist das günstig). Das Programm kann auch TrueType-Schriften in Outline-Schriften umwandeln und daraus ein CNC-Programm generieren. Soll das die alleinige Anwendung sein, empfehle ich aber stattdessen SimplyCAM, das auch diese Funktion bietet, darüber hinaus aber wesentlich mehr kann.

Mit NC-Font 5.0 kann man nur Schriften fräsen. Um grafische Elemente zu fräsen oder die Ausschnitte anzufertigen, braucht man eine Zeichnung, die in ein CNC-Programm umgewandelt wird. Man kann dann beide Programme, das für die Schrift und das für Grafik und Ausschnitte, nacheinander ablaufen lassen. Das Problem dabei ist diei Positionierung der Schrift, so dass alles zusammenpasst. Ich gehe dazu so vor, dass ich zunächst die Frontplatte mit einem CAD-Programm komplett zeichne, einschließlich der Beschriftung in einem Zeichensatz, der in Form und Größe etwa der Single Line Schrift entspricht, die ich später benutzen werde. Anschließend notiere ich die X- und Y-Koordinaten der einzelnen Beschriftungselemente. Schließlich entferne ich die Beschriftung wieder, speichere die Zeichnung ab und generiere daraus ein CNC-Programm.

In NC-Font 5.0 erstelle ich dann die endgültige Beschriftung und positioniere die Beschriftungselemente nach den vorher notierten Koordinaten. Daraus generiere ich ebenfalls ein CNC-Programm. Im Windows-Editor kopiere ich beide CNC-Programme zusammen und lade sie anschließend in Mach3. Im Vorschaufenster kann ich dann die komplette Frontplatte kontrollieren. Gibt es Abweichungen zwischen Beschriftung und Grafikelementen, bzw. Ausschnitten, dann korrigiere ich diese durch Nullpunktverschiebungen mit dem Befehl G52. Abhängig davon, wo die jeweilige Nullpunktverschiebung gesetzt ist, kann ich die gesamte Beschriftung oder einzelne Elemente verschieben. Das Ganze ist etwas mühsam, funktioniert aber.

Noch einfacher geht es mit Filou-NC. Hier gibt es die Funktion "Text fräsen". Dabei kann man unter vier verschiedenen Schriftarten wählen: Single Line, Outline, Script (Schreibschrift Single Line) und Fast (wie Single Line, aber mit Ecken statt Rundungen). Single Line und Fast entsprechen ungefähr der ISO-Schrift. Die Schrifthöhe und die Position der Texte ist leicht einstellbar.

Möchte man andere Schriftarten nutzen, hilft die Kombination aus NC-Font 5.0 und Filou-NC ebenfalls weiter, weil Filou-NC CNC-Dateien lesen und in DXF-Zeichnungen zurückverwandeln kann. Dazu muß man nur beim Öffnen einer Zeichnung einen Dateinamen mit der Endung ".nc" angeben. Ich gehe dann wie folgt vor:

  • Erstellen aller Beschriftungselemente mit NC-Font 5.0, die Positionierung ist egal
  • Generieren und speichern des CNC-Programms
  • Öffnen einer Zeichnung in Filou-NC. Dabei den Namen des gerade generierten Programms eingeben
  • Speichern der Zeichnung
  • Öffnen der Zeichnung mit einem CAD-Programm (.DXF)
  • Entfernen der Linien für die Eilgänge, diese liegen auf einem eigenen Layer
  • Hinzufügen der restlichen Grafikelemente und Frontplatten-Ausschnitte
  • Positionieren der Beschriftungselemente
  • Speichern der Zeichnung
  • Einlesen der Zeichnung in Filou-NC oder einen anderen CNC-Generator
  • Definieren der Bearbeitungsprozesse und generieren des CNC-Programms


Das sieht natürlich sehr umständlich aus, geht aber recht flott. Der Vorteil ist, dass alle Elemente der Frontplatte im CAD-Programm bearbeitet und positioniert werden können, das mühsame "Gefummel" mit G52-Befehlen entfällt.

Und nun die guten Nachrichten:

SheetCAM TNG kann neben verschiedenen Outline-Schriften auch die Einlinien-Schriften ISO9, ROMANSX6 und TXT in eine bestehende Zeichnung einfügen. Die Schriften können beliebig skaliert und positioniert werden.

Daneben hat mich ein Leser auf eine Webseite hingewiesen, auf der verschiedene Outline-Schriften angeboten werden:
http://www.mrrace.com/CamBam_Fonts/ allerdings ist die Seite in Englisch und die Schriften enthalten offensichtlich keine Umlaute. Ich habe die Schriften selbst nicht ausprobiert und kann dazu leider keine Auskunft geben.








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