Lohnt der Kauf einer ShaperOrigin? Ist eine ShaperOrigin eine Alternative zu einer konventionellen 3-Achs CNC-Fräse?  Mit diesen und ähnlichen Fragen haben mich zahlreichen Leser meines Blogs kontaktiert. Daher hier ein paar Anmerkungen dazu vom meiner Seite.

Ich besitze ja beide CNC-Maschinentypen. Eine – wenn auch recht kleine – 3-Achs CNC-Fräse von der EAS GmbH und die ShaperOrigin. Leider habe ich mit der ShaperOrigin aus Zeitgründen bisher noch nicht die Projekte beginnen können, die ich eigentlich  umsetzen möchte, aber dennoch haben die ersten kleineren Arbeiten mit der ShaperOrigin für mich wertvolle Erkenntnisse gebracht.

Die wichtigste Erkenntnis dabei lautet: ShaperOrigin und 3-Achs CNC-Fräse sind nur bedingt vergleichbar. Beide Maschinentypen haben eigene Konzepte und daher dann auch eigene Stärken und Schwächen. Wie immer im Leben kommt es auf das Anwendungsfeld an.

Was sind die Vorteile einer ShaperOrigin?

Zwei Punkte machen die ShaperOrigin einzigartig: Die Maschine ist sehr kompakt und handlich. Sie passt in einen Systainer und benötigt daher bei Nichtgebrauch nur sehr wenig Platz in der Werkstatt.

Der andere Vorteil ist der Umstand, dass hier die Maschine zum Material gebracht wird. Daher gibt es hier nahezu keine Größenbegrenzung für das bearbeitete Material.

Gerade wenn man mit sehr großen Werkstücken/Platten arbeiten möchte, kann die Shaper punkten. Beispiele sind das Seitenteil eines Schrankes mit 3000mm Länge oder große Tischplatten mit 2500*1200mm – beides kann mit der Shaper problemlos in der heimischen Werkstatt bearbeitet werden. Würde man hierfür eine 3-Achs CNC einsetzen wollen, ist man schnell bei Maschinen die ein deutlich 5stelliges Budget erfordern.

Ein weiterer Vorteil ist das CNC-gesteuerte Bearbeiten von Holzverbindungen. Das Anfräsen von Zapfen und Schlitzen an die Stirnseiten vom Holzbauteilen lässt sich – eine passende Spannvorrichtung vorausgesetzt – sehr exakt realisieren. Mangels Zeit konnte ich das bisher noch nicht selbst ausführen, aber die entsprechenden Videos auf Youtube zeigen mir das glaubhaft. Und ja, es reicht hier durchaus eine Eigenkonstruktion – es muss nicht die originale ShaperStation sein.
Spezielle Fräsmaschinen wie z.B. ein Pantorouter können in vielen Fällen mit der ShaperOrigin ersetzt werden.

Was sind die Nachteile einer ShaperOrigin?

Ein wesentlicher Punkt über den man sich bewußt sein muss: Die mit der ShaperOrigin erreichbare Genauigkeit der Fräsergebnisse hängt ganz erheblich von zwei Parametern ab: Erstens der Planheit der Werkstückoberfäche und zweitens wie das ShaperTape aufgebracht wurde.

Der Grund ist das Verfahren der Positionsbestimmung, die aus einer per Kamera erfassten Bildsequenz und daraus abgeleiteten geometrischen Berechnungen besteht. Das macht die ShaperOrigin übrigens ganz hervorragend und sehr präzise.
Nach meiner Erfahrung liegen die Abweichungen bei optimalen Bedingungen nur im Bereich von ein bis zwei Zehntel Millimetern. Um diese Genauigkeit zu erreichen, müssen daher folgende wesentliche Punkte eingehalten werden:

ShaperTape und zu bearbeitende Oberfläche müssen auf einer Ebene liegen. Und damit meine ich wirklich eine Ebene. Ein Werkstück mit 21mm Stärke und ein Shapertape auf einer 19mm Platte – also ein Höhenunterschied von 2mm – führen zu deutlichen Verzerrungen der gefrästen Bauteile. Aber auch übereinander geklebtes ShaperTape kann bei entsprechenden Geometrien schon zu deutlich erkennbaren Ungenauigkeiten führen.

Große Bauteile wie z.B. ganze Sperrholzplatten müssen beim Bearbeiten wirklich eben gelagert sein. Wenn ShaperTape z.B. auf einer gekrümmten Oberfläche aufgeklebt ist, kommt es auf längere Distanzen schnell zu spürbaren Maßabweichungen. Es reicht hier, wenn die Sperrholzplatte nur auf zwei Böcken aufliegt und deshalb in der Mitte um einige Millimeter durchhängt. Ebenfalls schlecht ist es, wenn das Werkstück und die Ebene mit dem ShaperTape in sich verwunden ist oder anderweitig gekrümmt ist .

Es ist ein handgeführtes Werkzeug

Ein für bestimmte Anwender relevanter Aspekt ist der Umstand dass die ShaperOrigin mit der Hand geführt wird. Das ist einerseits bei den oben beschriebenen Anwendungen auf großen Bauteilen ein Vorteil, bei Szenarien wie einer Serienfertigung aber auch ein ganz klarer Nachteil. Denn weil die Maschine immer von Hand geführt werden muss, ist auch immer ein Mensch „beschäftigt“ wenn die Maschine im Einsatz ist.

Das ist für einen Hobbyhandwerker sicher nicht so kritisch, aber für einen Handwerksbetrieb der Möbelbauteile wirtschaftlich in Kleinserie herstellen muss, möglicherweise schon. Bei einer CNC-Fräse kann man – eine entsprechend große Maschine vorausgesetzt – das Material auflegen, das Fräsprogramm starten und den Rest man die Fräse ohne weiteres Zutun eines Menschen.

Da man in der Hobbywerkstatt aber eher Einzelstücke anfertigt, ist das sicher kein wirklich relevantes Argument gegen den Kauf einer ShaperOrigin. (Und der Profi-Handwerker hat wohl vielfach eh schon eine „große“ CNC-Maschine in seiner Werkstatt)

Die Grenzen der ShaperOrigin

Einige „neutrale“ Punkte beim Vergleich zu einer 3-Achs CNC-Fräse ist die relativ schwache Leistung der Frässpindel in der ShaperOrigin. Die Spindel hat „nur“ 720 Watt. Das reicht für die typischen Anwendungen zwar, aber damit ist auch klar dass die sinnvoll einsetzbaren Fräser vielfach definitiv bei 8mm Durchmesser enden. Für  das Fräsen in Hartholz wie Eiche und Weißbuche sind Fräserdurchmesser von 6mm das Ende für die kleine Spindel.

Der Grund für die begrenzte Leistung der Spindel ist im Konzept einer portablen Maschine zu sehen. Ansonsten wird die Mechanik im Inneren der ShaperOrigin einfach zu groß. Die Servomotoren müssen ja die beim Führen der Fräse auftretenden Kräfte in Echtzeit während der Bewegung kompensieren können.

Das bedeutet in der Konsequenz: Eine 30mm Buchenleimholzplatte mit der ShaperOrgin durchzufräsen ist zwar möglich, aber aufgrund der vielen Fräsdurchgänge mit steigenden Zustellungen ein zeitaufwändiges Unterfangen. Hier sind dann andere Arbeitsweisen sinnvoll. (Einen entsprechende Erfahrungsbericht werde ich bei Gelegenheit einmal verfassen)

Vorteile einer 3-Achs CNC Fräse

Wie schon aus den Nachteilen der ShaperOrigin zu erkennen hat eine 3-Achs CNC-Fräse einige handfeste Vorteile. Die wichtigsten Punkte sind der komplett automatische Ablauf des Fräsvorganges und die in aller Regel eingesetzten Frässpindeln mit großer Leistung.  Es können – eine stabile Mechanik der CNC-Fräse vorausgesetzt –  Frässpindeln mit 1000 Watt, 1500 Watt und mehr problemlos eingesetzt werden. Damit sind große Fräserdurchmesser möglich und es lassen sich – eine entsprechend leistungsfähige Steuerung vorausgesetzt – recht hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten zu erreichen.
Ebenso ist auf vielen CNC-Fräsen die Bearbeitung von NE-Metallen problemlos möglich.

Pluspunkt 2,5D Bearbeitung

Der in meinen Augen entscheidende Pluspunkt einer 3-Achs CNC-Fräse gegenüber einer ShaperOrigin ist aber die Möglichkeit der sogenannten 2,5D Bearbeitung. Damit ist das Fräsen von 3-D-Teilen ohne Hinterschneidungen gemeint. Typische Beispiele hierfür sind Reliefs oder Möbelbauteile mit einer gekrümmten Oberfläche.

Da die 3-Achs CNC Fräse die Spindel über eine externe Mechanik führt, kann diese unabhängig vom Werkstück geführt werden. Zusammen mit der passenden Software wie z.B. Cut3D von Vectric lassen sich auf diese Weise sehr einfach solche dreidimensional konturierten Objekte wie dieses Fantasy-Schwert aus Styrodur anfertigen.

Mit der ShaperOrigin ist sowas nicht möglich, weil diese immer auf dem Werkstück bzw. auf einer Fläche planparallel zum Werkstück aufliegt. Zudem wäre das handgeführte Fräsen solcher Konturen aufgrund der zahlreichen Durchgänge sehr ermüdend. Das gezeigte Schwert erforderte zwei Fräserwechsel (Schruppfräser / Schlichtfräser) und hatte eine Fräsdauer von knapp 11 Stunden.

CAD Kenntnisse braucht es in jedem Fall

Egal ob ShaperOrigin oder 3-Achs CNC – ohne digitale Konstruktionsdaten sind beide Maschinentypen nicht sinnvoll nutzbar. Ein Umstand mit dem man sich in beiden Fällen vertraut machen muss, ist das Erstellen der Konstruktionsdaten am PC und das Arbeiten mit einem CAD-Programm.

Ich selbst benutze hierfür mittlerweile überwiegend das für Hobbyanwender kostenlose Programm FUSION360 von Autodesk. Warum ich das bei Holzwerkern populäre CAD Sketchup einiger Zeit nicht mehr verwende, und welche Software ich sonst noch benutze habe ich in einem eigenen Artikel ausführlich beschrieben.

Einen guten Einstieg in Fusion360 bietet dabei dieses seit kurzem erhältliche deutschsprachige Werk:

Für die Einarbeitung in Fusion360 sind schon einige Nachmittags- und Abendstunden einzuplanen. Aber es lohnt sich, denn die erworbenen CAD-Kenntnisse sind nicht nur für die CNC-Bearbeitung sondern auch für den 3D-Drucker nutzbar.

Literatur für CNC-Möbelbau

Egal ob ShaperOrigin oder 3-Achs CNC-Fräse: Wer Inspirationen zum Thema CNC und Möbelbau sucht, dem sei nachfolgendes Buch empfohlen:

Meine Zusammenfassung

Die ShaperOrigin ist eine handgeführte Oberfräse mit der man elektronische Konstruktionsdaten nachfräsen kann. Die Größe der Werkstück ist praktisch unbegrenzt, ist aber im wesentlichen auf ebenes Material limitiert.
Eine 3-Achs CNC ist hier deutlich universeller, weil auch 2,5D Konturen bearbeitet werden können. Weil die CNC ohne manuelles Eingreifen fräst, sind auch aufwändige Fräsarbeiten zu bewerkstelligen. Allerdings begrenzt die Größe der Maschine die maximale Größe der Werkstücke und da kann man beim Möbelbau schnell an die Grenzen stoßen – sowohl was den Platz in der Werkstatt betrifft als auch die verfügbaren Finanzen.

Damit endet dieser Artikel und ich bin gespannt, wer von meinen Lesern schon eine ShaperOrigin oder eine CNC-Fräse in seiner Werkstatt stehen hat.
Welche Erfahrungen habt Ihr gemacht?
Hinterlasst da einfach einen Kommentar. Darüber freuen sich sicherlich auch die anderen Leser dieses Blogs.