Auf dem Markt, in dem die Benutzerfreundlichkeit oberste Priorität hat, richten die Hersteller von Smartphones, Laptops und tragbaren Geräten ihre Aufmerksamkeit zunehmend auf die Materialien, die in Produktgehäusen verwendet werden. Vor allem im Smartphone-Bereich haben sich die Gehäusematerialien von technischen Kunststoffen hin zu Metallen entwickelt.
Im Laufe der Jahre wurden verschiedene Materialkombinationen ausprobiert – Kunststoff mit Metall, Glas mit Metall, Vollkunststoff und Ganzglasausführungen. Doch keiner hat es geschafft, mit der Popularität des Vollmetallgehäuses mithalten zu können. Sowohl aus der Perspektive des Aussehens als auch der Haptik bietet ein Ganzmetall-Smartphone im Vergleich zu anderen Optionen ein hochwertigeres und zufriedenstellenderes Benutzererlebnis.
Und wenn von Ganzmetallbau die Rede ist, kommt unweigerlich CNC ins Spiel. Heutzutage werden praktisch alle Vollmetallgehäuse für 3C-Produkte (Computer, Kommunikation und Unterhaltungselektronik) durch CNC-Bearbeitung (Computer Numerical Control) hergestellt. Mit ihrer hohen Effizienz, überlegenen Präzision und gleichbleibenden Qualität ist die CNC zu einer unverzichtbaren Technologie für Gehäusehersteller geworden.
Der Unibody-CNC-Bearbeitungsprozess wurde erstmals von Apple entwickelt. Das Verfahren beginnt mit einem massiven Aluminiumblock, der zu einem Rohknüppel aus dem Druckguss gegossen wird. Dieser Knüppel wird dann präzise bearbeitet und nimmt nach und nach die Form eines nahtlosen Chassis an. Im weiteren Verlauf des Prozesses werden filigrane Elemente wie Tastaturumrisse und andere feine Details herausgefräst. Insgesamt sind neun separate CNC-Frässchritte erforderlich, bis ein makelloses Unibody-Gehäuse erreicht wird.
Von der ersten Programmierung bis zum fertigen Produkt müssen Hersteller mehrere Phasen durchlaufen – Schruppbearbeitung, Vorschlichte, Halbpräzisionsbearbeitung und Endbearbeitung. In vielen Fällen werden mehr als zehn Arbeitsplätze benötigt, bis ein Gehäuse fertiggestellt ist. Um akzeptable Erträge zu erzielen, muss jede Phase streng kontrolliert werden.
Schritt 1: Modellierung und Programmierung
Bevor die Bearbeitung beginnt, ist der erste Schritt die 3D-Modellierung und Programmierung. Die Komplexität des Modells hängt von der strukturellen Konstruktion des Produkts ab. Je komplexer die Struktur, desto anspruchsvoller die Modellierung und desto aufwendiger die Anforderungen an die Programmierung.
Die Programmierung umfasst das Festlegen der Bearbeitungsreihenfolge, die Auswahl von Schneidwerkzeugen, das Einstellen von Spindeldrehzahlen und das Festlegen von Vorschüben. Unterschiedliche Produkte erfordern auch unterschiedliche Spannmethoden, wobei einige komplexe Konstruktionen sogar kundenspezifische Vorrichtungen erfordern.
Da die Programmierung den gesamten Produktionsprozess vorgibt, muss sie von sehr erfahrenen Ingenieuren durchgeführt werden. Während die Bearbeitung selbst automatisiert ist, kann ein schlecht geschriebenes Programm zu kostspieligen Versuchen und Irrtümern führen, die die Produktionskosten in die Höhe treiben.
Schritt 2: Kernprozesse der CNC-Bearbeitung
Bei der Herstellung eines Smartphone-Gehäuses aus Vollmetall sind mehrere wichtige CNC-Prozesse erforderlich:
- Erstes Blockfräsen:Ein Hochgeschwindigkeits-Bohr- und Gewindeschneidzentrum fräst den Aluminiumknüppel zu einem präzisen dreidimensionalen Block, der für die nachfolgenden Schritte bereit ist.
- Schruppfräsen:Nach dem Positionieren werden der innere Hohlraum, die Befestigungspunkte und der größte Teil des überschüssigen Außenmaterials weggeschnitten.
- Fräsen von Antennenschlitzen:Da Ganzmetallgehäuse die Signalübertragung beeinträchtigen, müssen Antennenschlitze gefräst werden, um Signalwege zu schaffen und gleichzeitig die strukturelle Integrität zu erhalten.
- Präzises Finishing:Der innere Hohlraum, die Außenkonturen, die Seitenwände und die Außenflächen sind aus Gründen der Genauigkeit fein gefräst.
- Polieren:Hochgeschwindigkeits-Präzisions-CNC-Maschinen polieren die Oberflächen, entfernen Werkzeugspuren und bereiten sie für das Sandstrahlen vor.
- Sandstrahlen:Das Metall wird behandelt, um eine gleichmäßige matte Textur zu erzielen.
- Eloxierend:
- Primäres EloxierenVerleiht dem Gehäuse Farbe (z. B. Umwandlung von Aluminium in Gold) und verbessert gleichzeitig die Oberflächenstabilität.
- Sekundäres EloxierenErzeugt einen dichten Oxidfilm, der die Haltbarkeit und Verschleißfestigkeit erheblich verbessert.
Im Gegensatz zu Kunststoffgehäusen, die mit hohen Ausbeuten im Spritzgussverfahren in Serie hergestellt werden können, sind Vollmetallgehäuse weitaus komplexer. Ihre Ausbeute hängt stark von der strukturellen Komplexität und den Anforderungen an die Präzision ab, was es schwierig macht, die gleiche Produktionseffizienz zu erreichen.
Um die höheren Kosten auszugleichen, investieren viele Hersteller in große Flotten von CNC-Maschinen, was dazu beiträgt, die Gesamtproduktionskosten zu senken und die Wettbewerbsfähigkeit in preisgetriebenen Märkten zu erhalten – bei gleichzeitiger Erfüllung der erforderlichen Produktionsniveaus.
