Prototypowanie CNC jest ważną częścią rozwoju nowego produktu, ponieważ pomaga ocenić, czy projekt będzie wyglądał i działał zgodnie z oczekiwaniami. Technologia prototypowania CNC rozwijana jest od ponad 70 lat i od dawna jest podstawą nowoczesnej produkcji i jest niezbędna w każdej branży. Prototypowanie CNC umożliwia wykonanie prototypów w stosunkowo krótkim czasie i niskim kosztem.
Prototypowanie CNC to proces szybkiego tworzenia wysokiej jakości prototypów przy użyciu obrabiarek CNC. Projektanci i inżynierowie produktów często tworzą prototypy na potrzeby przyszłych serii produkcyjnych. Proces obróbki CNC pomaga stworzyć ostateczną część, zaprojektowaną tak, aby zapewnić wizualną i funkcjonalną reprezentację produktu końcowego. Innymi słowy, prototypowanie CNC pozwala uzyskać fizyczny wynik projektu cyfrowego. Projektanci mogą łatwo wykryć i wyeliminować wady projektowe poprzez prototypowanie CNC przed rozpoczęciem produkcji na dużą skalę. Oczywiście produkcja staje się bardziej opłacalna, gdy błędy projektowe zostaną wyeliminowane na etapie prototypowania.
Dlaczego obróbka CNC nadaje się do prototypowania?
Obróbka CNC jest idealnym procesem do prototypowania. Po pierwsze, proces zapewnia wysoki poziom dokładności i precyzji dzięki zastosowaniu komputerów do sterowania ruchem narzędzia i wykrywania przedmiotu obrabianego. Te komputerowe elementy sterujące uwzględniają każdy aspekt projektu, zapewniając, że prototypy są tworzone dokładnie zgodnie ze specyfikacjami końcowymi części, a identyczne części są produkowane wielokrotnie.
Kolejnym powodem, dla którego CNC jest dobre do prototypowania, jest jego szybkość. Prototypowanie CNC bardzo różni się od procesów takich jak formowanie wtryskowe, gdzie producenci i opracowujący produkty muszą czekać tygodniami, a nawet miesiącami, aż formy będą gotowe.
Proces prototypowania CNC
Przy użyciu systemu CNC prototypowanie rozpoczyna się od stworzenia modelu 3D CAD końcowej części i konwersji go do pliku CAM. Pliki CAM zawierają kod G, w tym wiele różnych instrukcji kontrolujących ruch maszyny CNC podczas tworzenia prototypu. Maszyna CNC wytnie materiał zgodnie z tymi instrukcjami. Dzięki systemowi CNC nadzór człowieka podczas całego procesu prototypowania jest bardzo niewielki. Jest to główna zaleta w porównaniu z tradycyjną obróbką skrawaniem, która jest czasochłonna i wymaga ścisłego nadzoru.
W przeciwieństwie do druku 3D, prototypowanie CNC jest metodą subtraktywną, która wymaga mniej materiału. Poszczególne części oryginalnego bloku są wycinane stopniowo, aż do uzyskania pożądanej formy. Ponieważ maszyna CNC jest sterowana komputerowo, proces charakteryzuje się dużą precyzją. Ponadto złożone projekty i skomplikowane geometrie można łatwo poddać obróbce CNC w celu szybkiego prototypowania.
Operacje prototypowania CNC
Producenci Rapid mogą stosować różne operacje prototypowania CNC w zależności od projektu końcowej części. Wybór konkretnej operacji zależy zwykle od kilku czynników, w tym między innymi specyfikacji projektowych i zastosowanych materiałów. AN-Prototype podsumowuje następujące typowe operacje przetwarzania prototypów CNC w oparciu o lata doświadczeń w obróbce CNC.
Frezowanie CNC, najczęstsza operacja obróbki CNC, polega na tworzeniu prototypów za pomocą frezarki CNC. Proces frezowania CNC jest procesem subtraktywnym, ponieważ maszyna usuwa materiał z przedmiotu obrabianego, tworząc prototypy o różnych geometriach. Frezarki posiadają wielopunktowe narzędzia skrawające, z których każde wykonuje ostre cięcia o różnych kształtach i długościach na obracającym się przedmiocie obrabianym. Głębokość skrawania i profil ruchu narzędzia oraz osie wykorzystywane przez maszynę zależą od złożoności projektu. W celu uzyskania większej dokładności cięcia, frezarki CNC wyposażane są również w dodatkowe osie zwiększające ich możliwości ruchu, np. 4-osiowe, 5-osiowe maszyny CNC.
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus, gdzie indziej niesklasyfikowany, matus, pulvinar dapibus leo.
5-osiowa obróbka CNC umożliwia obróbkę złożonych części z wieloma cechami bocznymi do pięciu stron w jednym ustawieniu. Przynosi to ogromne korzyści w postaci znacznie zwiększonego wykorzystania maszyny CNC, skrócenia czasu konfiguracji i cykli oraz poprawy jakości. 5-osiowa obróbka CNC może wytwarzać precyzyjne części o niezwykle złożonej geometrii.
Szwajcarska obróbka skrawaniem CNC to technika produkcyjna wykorzystująca specjalistyczne narzędzia skrawające przeznaczone do obróbki półfabrykatów metalowych lub plastikowych w złożone, smukłe lub delikatne elementy wymagające wąskich tolerancji. Szwajcarska technologia obróbki CNC znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle medycznym, lotniczym, IT, elektronice, systemach energetycznych i paliwowych, precyzyjnych zegarkach oraz obronności wojskowej.
Zalety prototypowania CNC
Prototypowanie CNC ma setki zalet. Wymieńmy kilka z nich:
1. Wysoka dokładność i precyzja
Obróbka CNC umożliwia wykonanie prototypów z dużą precyzją, tolerancją i dokładnością. Ta precyzja i dokładność wynika z komputerowej kontroli ruchu narzędzia tnącego. Ze względu na dokładność i precyzję procesu obróbki CNC, większość błędów czy wad w produkowanych prototypach ma swoje źródło w samym projekcie.
2. Opłacalność
Prototypowanie CNC może w dłuższej perspektywie zaoszczędzić pieniądze projektantom produktów. Dzieje się tak dlatego, że wszelkie wady i pomyłki można skorygować już w prototypie, zamiast je wykluczać w masie finalnych części wytwarzanych na etapie produkcji.
Ponadto przyszłe zmiany wymagają jedynie niewielkich modyfikacji pliku CAD, a nie tworzenia nowego projektu od zera.
3. Spójność i powtarzalność
Prototypowanie CNC jest wysoce powtarzalne. Prototypowe części obrabiane CNC są spójne i dokładnie naśladują oryginał, niezależnie od liczby wyprodukowanych kopii. Różni się to bardzo od innych procesów prototypowania, takich jak formowanie wtryskowe, gdzie forma traci swoją wartość po wielu powtórzeniach, w przeciwieństwie do prototypów obrabianych CNC.
4. Wszechstronność materiałów
W porównaniu z innymi procesami produkcyjnymi, takimi jak druk 3D i formowanie wtryskowe, do prototypowania CNC można wykorzystać więcej materiałów, od tworzyw sztucznych, drewna po najtwardsze metale, a nawet ceramikę. Niektóre opcje materiałów odpowiednie do usług prototypowania CNC obejmują:
Przemysł metalowy
- Aluminium
- Stal
- Ze stali nierdzewnej
- Magnez
- Tytan
- Cynk
- Mosiądz
- Brąz
- Miedź
Tworzywa sztuczne
- ABS
- PMMA
- PTFE
- PCGF
- PAGF
- Polistyren (PS)
- Polipropylen (PP)
- Poliwęglan (PC)
- Polioksymetylen (POM)
- Polietylen niskiej gęstości (LDPE)
- Polietylen wysokiej gęstości (HDPE)
5. Obróbka CNC jest szybka
Obróbka CNC do masowej produkcji rozpoczęła się w latach 1970. XX wieku, a wraz z ewolucją maszyn i oprogramowania jest obecnie jednym z najszybszych i najbardziej niezawodnych sposobów tworzenia części o skomplikowanych kształtach z metali i twardych tworzyw sztucznych. Po zaprogramowaniu CNC dobry młyn lub tokarka może obrabiać stal lub aluminium z zadziwiającą szybkością, zamieniając metalowy półfabrykat w gotową część w ciągu kilku minut.
Ograniczenia prototypowania w obróbce CNC
Chociaż obróbka CNC jest jedną z najlepszych strategii wytwarzania prototypów, nadal ma pewne ograniczenia. Ograniczenia te obejmują:
wieloletnie gromadzenie doświadczeń
Przed przystąpieniem do prototypowania obróbki CNC wskazane jest posiadanie wiedzy technicznej z zakresu projektowania CAD plików i jak wygenerować z nich pliki CAM. Instalacja i programowanie obrabiarek CNC wymaga pewnej wiedzy technicznej i wieloletniego doświadczenia w programowaniu. Co więcej, procedury testowe, innowacyjne podejścia i kreatywna wizja są niezbędne w prototypowaniu CNC. Nie wszyscy dostawcy usług obróbki CNC są w stanie bezbłędnie zakończyć programowanie CNC.
Odpady materiałowe
Prototypowanie CNC to proces subtraktywny, podczas którego materiał jest wycinany z prętów lub arkuszy podczas prototypowania. W rezultacie im więcej wyprodukowanych części, tym więcej materiału się marnuje, co zwiększa koszty materiałów. Ponadto możesz ponieść dodatkowe koszty i zmarnować więcej materiału, nie mając pewności, czy prototyp CNC będzie idealny za pierwszym razem. Co więcej, nawet jeśli niewielka partia prototypów spełnia wszystkie wymagania techniczne, szanse na ich sprzedaż są stosunkowo niewielkie. Zwiększają zatem ilość odpadów materiałowych.
Ograniczenia geometryczne
Jedną z głównych przeszkód w procesie prototypowania CNC jest brak możliwości obróbki geometrii wewnątrz prototypu, np. ostrych narożników wewnątrz części. Obrabiarki CNC przetwarzają głównie zewnętrzną część przedmiotu obrabianego. Dlatego opracowanie prototypu z komponentami wewnętrznymi przy użyciu prototypowania CNC może być wyzwaniem. Możesz jednak wybrać alternatywny proces prototypowania, taki jak druk 3D, aby stworzyć prototyp z komponentami wewnętrznymi. Druk 3D idealnie nadaje się do wytwarzania wewnętrznej geometrii prototypu, ponieważ może pracować od wewnętrznego obszaru przedmiotu obrabianego do obszaru zewnętrznego.
Droższe niż druk 3D
Ogólnie rzecz biorąc, prototypowanie CNC kosztuje więcej niż procesy drukowania 3D. Jest to jeden z głównych powodów, dla których inżynier może wybrać proces druku 3D do wyprodukowania prototypu, nawet jeśli w końcowej części zamierza zastosować obróbkę CNC. Zrozumiałe jest, że firmy muszą ciąć wydatki na (wczesnej) fazie prototypowania.
Zastosowania prototypowania CNC
Prototypowanie CNC znajduje zastosowanie w niemal wszystkich gałęziach przemysłu obróbki precyzyjnej. W większości tych branż zawsze potrzebny jest funkcjonalny prototyp lub plik . Najlepiej sprawdzają się prototypy obrabiane CNC. W większości przypadków narzędzia do obróbki CNC są zwykle lepiej dostosowane do tych funkcjonalnych prototypów, które wymagają wytrzymałości, stabilności mechanicznej lub innych cech, których nie mogą zapewnić procesy addytywne, dlatego są stosowane w tych branżach.
Przemysł lotniczy jest jedną z branż o wysokim wskaźniku wykorzystania prototypowania CNC. Mechanicy w branży lotniczej wykorzystują ten proces do opracowywania funkcjonalnych prototypów z dużą precyzją i dokładnością. Ponadto inżynierowie wykorzystują prototypowanie CNC do testowania funkcjonalności obrabianych komponentów i innych innowacji w przemyśle lotniczym. Pomaga zapewnić niezawodność tych komponentów i zapobiega awariom statku powietrznego podczas lotu. Typowymi elementami samolotu wytwarzanymi przy użyciu technik prototypowania CNC są skrzydła, tuleje, kolektory itp.
Przemysł medyczny charakteryzuje się dużym zapotrzebowaniem na części i urządzenia medyczne charakteryzujące się wąskimi tolerancjami i precyzją. Przemysł medyczny czerpie korzyści z prototypowania CNC, ponieważ jest ono kompatybilne z szeroką gamą materiałów obrabianych CNC. Ponadto wraz z rozwojem technologii medycznej istnieje zapotrzebowanie na komponenty medyczne o najwęższych tolerancjach, takie jak protezy, wszczepione stenty, nożyczki chirurgiczne, rurki biopsyjne i inne. Maszyny CNC produkują wysokiej jakości prototypy funkcjonalne z wyjątkową precyzją i dokładnością dla branży medycznej.
Przemysł motoryzacyjny to jedna z branż o największym wykorzystaniu prototypów obrabianych CNC, charakteryzujących się węższymi tolerancjami i dużą precyzją. Przekładnie, koła, hamulce i elementy zawieszenia to typowe przykłady prototypowania CNC. Ponadto te komponenty samochodowe wymagają najwęższych tolerancji, aby zapewnić optymalne osiągi i bezpieczeństwo pojazdu. Przemysł motoryzacyjny opracowuje prototypy i testuje ich funkcjonalność, instalując je w pojazdach, aby mieć pewność, że spełniają swoje przeznaczenie. Jednak stworzenie prototypu samochodowego, który spełnia zamierzone cele i specyfikacje, może być wyzwaniem bez prototypowania CNC. Obróbka CNC jest odpowiedzialna za opracowywanie prototypów samochodów według dokładnych specyfikacji. Prototypowanie CNC umożliwia również wytwarzanie części do innych pojazdów, takich jak łodzie, samochody dostawcze i inne.
Przemysł naftowy charakteryzuje się dużym zapotrzebowaniem na części o doskonałej wytrzymałości, które można wydobywać głęboko z powierzchni ziemi w celu wydobycia zasobów. Inżynierowie często korzystają z prototypów frezowania CNC lub innych niestandardowych procesów obróbki CNC, aby stworzyć te części w celu spełnienia wymagań.
Przemysł wojskowy
Działy badawczo-rozwojowe czerpią korzyści z wykorzystania procesów prototypowania CNC w dziedzinie wojskowości. Wojskowe badania i rozwój wykorzystują tę technikę produkcji do opracowywania samolotów, pojazdów bojowych i innych części obrabianych CNC. Inżynierowie i opracowujący produkty w przemyśle obronnym polegają na prototypowej obróbce CNC, ponieważ umożliwia ona szybkie prototypowanie i wytwarzanie części niezależnie od twardości materiału. Prototypy obrabiane CNC doskonale nadają się do tego celu. Przykłady sprzętu produkowanego dla tej branży obejmują części samolotów, komponenty transportowe, komponenty komunikacyjne, amunicję i inne.
Wskazówki dotyczące prototypowania CNC
Prototypowanie CNC to dla producentów niezawodna metoda zapewniająca, że części spełniają wymagania i dokładność przed masową produkcją. AN-Prototype podsumowuje niektóre sugestie dotyczące przetwarzania prototypów CNC w celach informacyjnych.
Zmniejsz złożoność prototypu
Choć złożony projekt wydaje się dobrym pomysłem, w rzeczywistości tak nie jest. Należy pamiętać o prototypowaniu CNC, że im większa złożoność, tym wyższy koszt obróbki CNC. Oprócz kosztów ustawienie maszyny pod kątem projektu wymagającego wielu kątów i podcięć zajmuje dużo czasu, co wydłuża czas obróbki CNC. Dlatego złożone projekty wydłużają czas opracowywania, zwiększając w ten sposób koszty rozwoju produktu i opóźniając czas wprowadzenia produktu na rynek.
Domyślna tolerancja
Domyślne tolerancje są zwykle najlepszą praktyką w przypadku prototypowania CNC. Osiągnięcie zawężonych tolerancji może wymagać specjalistycznych narzędzi skrawających i dodatkowych osprzętu, co wpływa na koszt obróbki CNC. Zwykle najlepiej jest pozwolić doświadczonemu inżynierowi pracować nad projektem, aby określić, który poziom tolerancji jest najlepszy dla prototypu produktu.
Projektuj z myślą o geometrii narzędzia
Ponieważ program obróbki działa w trybie rotacyjnym, podczas prototypowej obróbki CNC należy wziąć pod uwagę charakterystykę osiową narzędzia tnącego lub obrabianego obiektu. Większość narzędzi skrawających ma ograniczoną długość cięcia i jest okrągła. Dlatego geometria narzędzia będzie miała wpływ na wszystkie operacje skrawania.
Pracuj z doświadczonym twórcą prototypów CNC
Co więcej, warto współpracować z doświadczonym specjalistą od prototypowania CNC. Ponieważ mogą skupić się na usprawnieniu procesu tworzenia wysokiej jakości prototypów. Eksperci biorą również pod uwagę ograniczenia geometryczne procesu obróbki potrzebne do wyprodukowania pożądanego prototypu. Czerpanie korzyści z opracowywania prototypów przy użyciu obróbki CNC może być trudne bez doświadczonego twórcy prototypów.
Porównanie prototypów obrabianych CNC i prototypów formowanych wtryskowo
Chociaż oba prototypy stanowią wizualną reprezentację produktu końcowego, znacznie się od siebie różnią. Oto porównanie obu typów archetypów.
Tolerancja części
Tolerancje części dla prototypów formowanych wtryskowo wahają się od ±. 0.1 do 0.7 mm. Powodem tego jest skurcz po wstrzyknięciu. Z kolei prototyp maszyny CNC charakteryzuje się wyjątkowo wysokim poziomem tolerancji wynoszącym ±0.01 mm, co świadczy o precyzji i dokładności procesu obróbki.
Materiał prototypowy
Prototypy formowane wtryskowo są zwykle wykonane z tworzywa sztucznego lub elastomerów. Dzieje się tak, ponieważ proces produkcyjny wymaga umieszczenia stopionego materiału w formach w celu utworzenia prototypów. Natomiast prototypy obrabiane CNC mogą być wykonane z drewna, tworzywa sztucznego lub metalu, w zależności od materiału wybranego przez projektanta.
Jakość powierzchni
Pomimo precyzji procesu formowania wtryskowego, wyprodukowane prototypy mogą posiadać drobne defekty takie jak wypaczenia, ślady wgłębień, linie płynięcia, linie spawania itp. Wady te mogą negatywnie wpływać na wygląd prototypów formowanych wtryskowo. Z drugiej strony prototypy obrabiane CNC charakteryzują się lepszym wykończeniem powierzchni ze względu na szeroką gamę narzędzi wykorzystywanych w procesie obróbki CNC.
Porównanie prototypowania CNC i druku 3D
Chociaż oba są procesami prototypowymi, różnią się znacznie pod względem podejść i oferowanych rozwiązań. Ponadto oba procesy mają swoje zalety i wady.
Zużycie materiału
3D drukowanie charakteryzuje się znacznie mniejszą ilością odpadów materiałowych niż prototypowanie CNC. Dzieje się tak dlatego, że w druku 3D wykorzystuje się wyłącznie materiały potrzebne w procesie produkcyjnym. Obróbka CNC natomiast polega na usunięciu nadmiaru materiału z bloku w celu uzyskania pożądanego kształtu.
Koszt prototypowania
Proces CNC jest droższy niż druk 3D. Różnica w cenie wynika z liczby akcesoriów wymaganych do optymalnego działania maszyny CNC. Akcesoria te obejmują osprzęt i narzędzia tnące, a także systemy dostarczania płynu chłodzącego. Dodatkowo wysoki koszt zakupu maszyn CNC wpływa na koszt prototypów wytwarzanych w procesie obróbki, czyniąc je droższymi.
Materiał wspomagający
Obróbka CNC obsługuje szeroką gamę materiałów, od drewna i tworzyw sztucznych po metale i stopy. Z drugiej strony druk 3D generalnie faworyzuje tworzywa termoplastyczne, ponieważ można je łatwo podgrzewać i kształtować.
Tolerancja części i wytrzymałość
Maszyny CNC mają tolerancję ±0.01 mm, natomiast technologie druku 3D nowej generacji, takie jak DMLS (Direct Metal Laser Sintering), mają tolerancję ±0.1 mm. Ponadto prototypowanie CNC pozwala uzyskać części, które są mocniejsze niż te wyprodukowane w wyniku druku 3D.
AN-Prototype świadczy wysokiej jakości usługi obróbki prototypów CNC
Ponad 15 lat doświadczenia w prototypowaniu CNC umożliwia firmie AN-Prototype optymalną produkcję potrzebnych części. Świadczymy profesjonalne, kompleksowe usługi obróbki CNC, od precyzyjnego prototypowania po pełne serie produkcyjne.
Dzięki naszemu rozległemu doświadczeniu w obróbce przemysłowej możemy tworzyć wysokiej jakości prototypy zgodnie z wymaganymi specyfikacjami, niezależnie od branży. Po prostu prześlij swój plik CAD, aby otrzymać DFM i bezpłatną wycenę.
Galeria prototypów CNC