Мастер-обработка прототипов с ЧПУ:экспертные мнения и практическое руководство

Прототипирование — один из основных этапов разработки продукта, поскольку он помогает оценить внешний вид и функциональность дизайна. Выполнение этого процесса с использованием традиционных методов обработки является дорогостоящим и трудоемким. Однако обработка прототипов на станках с ЧПУ позволяет изготавливать прототипы недорого и за относительно короткий период.

В этой статье мы обсудим обработку прототипов и рассмотрим различные применения обработки прототипов с ЧПУ, соображения и советы по этому процессу.

Вы ищете надежного производителя прототипов? WayKen воплотит ваши идеи в жизнь экономически эффективным и быстрым способом.

Что такое обработка прототипов?

Обработка прототипов — это процесс быстрого создания прототипов на станке с ЧПУ. Производственная партия обычно небольшая, что позволяет обеспечить визуальное и функциональное представление конечного продукта. Другими словами, обработка прототипа определяет, каким будет физический результат цифрового проекта.

Благодаря обработке прототипов производителям становится легче выявлять конструктивные дефекты и устранять их до начала крупносерийного производства. Устранение дефектов на этом этапе разработки продукта помогает сделать производство экономически эффективным.

Почему обработка с ЧПУ хороша для процессов прототипирования?

Несколько причин делают обработку на станке с ЧПУ идеальным процессом для прототипирования. Во-первых, этот процесс обеспечивает высокий уровень точности и точности благодаря использованию компьютеризированного управления, которое контролирует движение заготовки и режущего инструмента. Эти компьютеризированные элементы управления учитывают каждый аспект вашего проекта, гарантируя, что созданный прототип является его точной копией.

Еще одна причина, по которой ЧПУ хорош для прототипирования, — это его скорость. Это сильно отличается от таких процессов, как литье под давлением, когда производителю и разработчику продукта приходится ждать несколько месяцев, пока допуски и форма будут готовы.

В системе ЧПУ прототипирование начинается с создания 3D-модели CAD конечного продукта и преобразования ее в файлы CAM. Файлы CAM содержат G-код, который управляет движением станка с ЧПУ в процессе создания прототипа.

Различные операции прототипирования с ЧПУ

Производителям доступны различные операции обработки прототипов с ЧПУ. Конкретная операция, выбранная для конструкции, часто зависит от нескольких факторов, включая спецификацию конструкции и используемые материалы.

Ниже приведены типичные операции обработки прототипов с ЧПУ.

Фрезерование

Эта операция предполагает создание прототипа с помощью фрезерного станка. Процесс фрезерования с ЧПУ является субтрактивным, поскольку станок вырезает материалы из заготовки для создания фрезерованного на ЧПУ прототипа различной геометрии. Фрезерный станок оснащен многоточечными режущими инструментами, каждая из которых при вращении делает острые резы различной формы и длины на заготовке.

Глубина и тип реза заготовки, а также оси, используемые станком, зависят от сложности конструкции. Для более высокой точности резки фрезерный станок оснащен дополнительными осями, которые улучшают его движение.

Поворот

Этот процесс включает изготовление прототипов на токарном станке с токарным инструментом. Этот инструмент идеально подходит для изготовления подробных прототипов, а также готовых изделий с цилиндрическими элементами. Режущий инструмент токарного станка во время этой операции обработки неподвижен, в то время как заготовка вращается близко к нему.

В отличие от фрезерного станка, токарный станок создает цилиндрические детали, используя одноточечный режущий инструмент для удаления материалов из прутка. Токарная обработка с ЧПУ идеально подходит для создания линейных элементов на внешней стороне прототипа, а также пазов, резьбы и конусов на его внутренних краях.

Многоосевая обработка

Это более универсальная операция быстрого прототипирования, идеально подходящая для создания прототипов со сложными характеристиками, поскольку она требует большего количества осей, чем обычные операции. Здесь есть 4-осные, 5-осные и до 9-осевые станки. Кроме того, чем больше осей принимается во внимание станком, тем выше его способность обеспечивать высокие допуски и сложные детали станка.

Преимущества обработки прототипов с ЧПУ

Что касается выбора процесса ЧПУ для ваших прототипов, вот некоторые преимущества изготовления прототипов с помощью обработки с ЧПУ.

1. Высокая точность и точность

Обработка с ЧПУ облегчает производство прототипов с высокой точностью и допусками. Эта точность и аккуратность достигаются благодаря компьютеризированному управлению движением режущих инструментов.

Поскольку процесс обработки является точным и точным, ошибки или дефекты изготовленного прототипа обычно связаны с самой конструкцией.

2. Экономически эффективно

ЧПУ для быстрого прототипирования производится единичными или небольшими партиями, чтобы производитель мог оценить продукт визуально и функционально. Мелкосерийное производство — это надежный вариант, который защищает производителя или разработчика продукта от финансового краха. Если производитель обнаружит дефект в ходе оценки, потери будут минимальными по сравнению с обнаружением дефекта после полномасштабного производства.

3. Последовательность и повторяемость

Прототипирование на станках с ЧПУ имеет высокую степень повторяемости. Другими словами, использование того же процесса и конструкции, которые использовались при производстве конкретного готового продукта, приведет к созданию точной копии этого продукта.

Кроме того, машины для прототипирования с ЧПУ последовательны и предлагают точную имитацию оригинальной конструкции независимо от того, сколько копий будет произведено. Это сильно отличается от других процессов прототипирования, таких как литье под давлением, когда после нескольких повторений форма изнашивается, вызывая незначительные изменения в конструкции.

4. Универсальность материалов

Хотя существует ограничение на количество процессов производства и обработки материалов, таких как 3D-печать и литье под давлением, прототипирование с ЧПУ обеспечивает большую универсальность. Благодаря созданию прототипов на станках с ЧПУ становится возможным обрабатывать различные материалы:от пластика и дерева до самых прочных металлических прототипов.

Варианты материалов, которые можно использовать при обработке прототипов на станках с ЧПУ, включают такие пластмассы, как PS, LDPE, HDPE, PC, PP, PMMA, POM, PAGF, PCGF, ABS и тефлон.

Металлы и металлические сплавы, идеально подходящие для обработки прототипов с ЧПУ, включают алюминий, сталь, нержавеющую сталь, магний, титан, цинк, медь, бронзу и латунь.

5. Экономия времени

Изготовление прототипов с помощью ЧПУ — процесс, экономящий время, поскольку не требует изготовления пресс-форм и других предварительных условий. Кроме того, изменение конструкции происходит быстро, поскольку производителю необходимо изменить файлы CAD и CAM и снова создать прототип на станке с ЧПУ.

Ограничения прототипирования на станках с ЧПУ

Прототипирование с помощью станков с ЧПУ остается одним из лучших способов создания прототипов, но использование этого процесса по-прежнему имеет ограничения. Ниже приведены некоторые из этих ограничений;

1. Геометрические ограничения

Одним из основных ограничений процесса прототипирования с ЧПУ является его неспособность работать с внутренней геометрией. Это прежде всего потому, что машина работает только снаружи.

Другими словами, было бы сложно создать прототипы с внутренними компонентами с помощью обработки прототипов с ЧПУ. Чтобы создавать прототипы с внутренними компонентами, лучше всего использовать процессы аддитивного производства, такие как 3D-печать, которые работают изнутри наружу, поскольку они лучше создают внутреннюю геометрию.

2. Техническая экспертиза

Проектирование файла CAD и создание на его основе файла CAM требует технических знаний. Кроме того, настройка и эксплуатация станка с ЧПУ требует определенных навыков. Прототипирование с ЧПУ требует знания процедур тестирования, инновационных подходов, опыта и творческого видения.

Кроме того, не каждый производитель, занимающийся обработкой на станках с ЧПУ, может создавать прототипы с ЧПУ без обучения. Вот почему часто рекомендуется поручить работу по обработке прототипов с ЧПУ таким экспертам, как WayKen, с многолетним опытом работы в индустрии прототипирования.

3. Субтрактивный производственный процесс и отходы материалов

Обработка с ЧПУ удаляет материалы из заготовки во время прототипирования или производственного процесса, что делает его субтрактивным производственным процессом. Следовательно, увеличение количества материала, используемого в процессе производства, увеличивает стоимость материала.

Кроме того, поскольку маловероятно, что прототип окажется идеальным с первой попытки, это увеличивает трату материалов и связанные с этим затраты. Кроме того, поскольку вероятность продажи небольшой партии изготовленных прототипов мала, даже если они соответствуют всем техническим требованиям, это все равно считается пустой тратой материалов.

4. Стоит больше, чем 3D-печать

Затраты на материалы, понесенные при обработке прототипа на станке с ЧПУ, делают этот процесс намного дороже, чем 3D-печать SLS. Кроме того, при создании прототипов основное внимание часто уделяется деталям, а не оптимизации затрат, поэтому цены иногда бывают заоблачными.

Однако цена часто того стоит, поскольку точность прототипа выше, а диапазон материалов шире.

Применение обработки прототипов с ЧПУ

Обработка прототипов с ЧПУ — это процесс прототипирования, широко приемлемый во всех отраслях. Однако в некоторых отраслях этот процесс используется чаще, чем в других; вот некоторые из этих отраслей.

Автомобильная промышленность

Автомобильная промышленность требует деталей и моделей высокой точности и жестких допусков. Эти детали часто варьируются от тормозов и передач до компонентов подвески и даже колес. Все эти детали требуют сверхжестких допусков для обеспечения безопасности транспортных средств.

Эта отрасль производит эти прототипы и монтирует их в автомобили, чтобы убедиться, что они подходят и функционируют должным образом перед массовым производством. Без обработки прототипов на станках с ЧПУ было бы сложно разрабатывать автомобильные прототипы, которые постоянно соответствовали бы желаемым спецификациям.

Медицинская промышленность

Эта отрасль нуждается в деталях и оборудовании с микроскопической точностью и аккуратностью. Медицинская промышленность также пользуется гибкостью в выборе материалов, которую обеспечивает обработка прототипов на станках с ЧПУ, а также требования к деталям из металла и пластмассы.

Кроме того, с развитием медицинских технологий возникает потребность в протезах, трубках для биопсии, хирургических ножницах, держателях имплантатов и т. д. — деталях, которые требуют самых жестких допусков. Процесс обработки с ЧПУ обеспечивает эту отрасль высококачественными функциональными прототипами с высокой точностью и аккуратностью.

Аэрокосмическая промышленность

Эта отрасль использует технологию прототипирования с ЧПУ для двух основных целей. Во-первых, разработать детали с высокой степенью точности и аккуратности. Другая причина — проверить работоспособность этих деталей и других инноваций в аэрокосмической отрасли на предмет их функциональности, гарантируя, что эти детали не выйдут из строя, когда самолет находится в воздухе. Детали самолетов, которые часто изготавливаются с использованием прототипов станков с ЧПУ, включают коллекторы, втулки, аэродинамические профили и т. д.

Военная промышленность

Отдел исследований и разработок (НИОКР) в основном использует эту технологию в военной промышленности. Военные исследования и разработки используют обработку прототипов с ЧПУ для производства боевых машин, самолетов и других деталей. Они полагаются на этот процесс, поскольку он облегчает быстрое производство деталей независимо от твердости используемого материала.

Соображения и советы по созданию прототипов с ЧПУ

Прототипирование с ЧПУ — это надежный метод, используемый производителями для обеспечения соответствия деталей требованиям и точности перед массовым производством. Хотите создать прототип своей конструкции на станке с ЧПУ? Вот несколько советов для вас.

Уменьшить сложность прототипа

Хотя сложный дизайн может показаться хорошей идеей, обычно это не так. При обработке прототипов с ЧПУ следует отметить следующее:чем выше сложность, тем выше стоимость обработки с ЧПУ. Помимо стоимости, настройка станка для конструкции, требующей нескольких углов и подрезов, занимает много времени, что увеличивает время разработки.

Таким образом, сложная конструкция увеличивает стоимость разработки вашего продукта и время его выхода на рынок за счет увеличения времени разработки.

Использовать допуски по умолчанию

Допуски по умолчанию часто являются лучшей практикой, возникшей после многих лет работы с конкретным материалом. Для достижения более жестких допусков могут потребоваться специальные режущие инструменты и дополнительные приспособления, что повлияет на стоимость производства. Часто лучше позволить опытным инженерам, работающим над вашим проектом, решить, какой уровень допуска будет идеальным для вашего прототипа продукта.

Учитывайте геометрию инструмента при проектировании

Учитывайте осевые характеристики режущих инструментов или обрабатываемых деталей во время обработки прототипа на станке с ЧПУ, поскольку процедуры обработки выполняются во вращательном порядке. Большинство режущих инструментов имеют ограниченную длину резания и имеют круглую форму. Следовательно, геометрия инструмента будет влиять на все операции резания.

Воспользуйтесь услугами опытного производителя прототипов с ЧПУ

Что еще более важно, вам следует сотрудничать с опытным специалистом по прототипированию с ЧПУ. Поскольку они могут сосредоточиться на оптимизации процессов для создания высококачественных прототипов. Специалист также учитывает геометрические ограничения процесса обработки, необходимые для изготовления прототипа желаемой конструкции. Без опытного производителя прототипов было бы трудно воспользоваться преимуществами разработки прототипов с использованием станков с ЧПУ.

Сравнение прототипов, изготовленных на станке с ЧПУ, и прототипов, изготовленных методом литья под давлением

Хотя оба этих прототипа обеспечивают визуальное представление конечного продукта, они сильно отличаются друг от друга. Вот сравнение обоих типов прототипов.

Допуск детали

Прототипы, отлитые под давлением, имеют допуск на детали в пределах ±. 0,1–0,7 мм. Низкий уровень допуска, полученный при использовании прототипов, полученных литьем под давлением, обусловлен усадкой после впрыска.

С другой стороны, прототипы станков с ЧПУ имеют очень высокий уровень допуска ± 0,01 мм, что является свидетельством точности и аккуратности процесса обработки.

Материал прототипа

Прототипы, отлитые под давлением, обычно изготавливаются из пластика или эластомеров. Это связано с тем, что производственный процесс требует заливки расплавленных материалов в форму для формирования прототипов. И наоборот, прототипы, обработанные на станке с ЧПУ, могут быть деревянными, пластиковыми или металлическими, в зависимости от материала, выбранного производителем.

Качество поверхности

Хотя процесс литья под давлением является точным, изготовленные прототипы могут иметь незначительные дефекты, такие как деформация, вмятины, линии потока, линии сварки, вакуумные удары, короткие замыкания и струйная струя. Эти дефекты отрицательно влияют на внешний вид прототипов, отлитых под давлением.

С другой стороны, прототипы, обработанные на станках с ЧПУ, имеют лучшее качество поверхности благодаря большому количеству инструментов, используемых в процессе.

Сравнение прототипирования на станке с ЧПУ и 3D-печати

Хотя оба процесса являются прототипами, они сильно отличаются друг от друга как по методу, так и по предлагаемому решению. Кроме того, оба процесса имеют свои сильные и слабые стороны и идеальные сценарии. Однако в этой статье мы приведем сравнение обоих процессов;

Расход материала

По сравнению с обработкой прототипов на станке с ЧПУ, отходы материала при 3D-печати довольно низкие. Это связано с тем, что в процессе производства 3D-печать использует только необходимый материал. С другой стороны, обработка на станке с ЧПУ удаляет из блока лишние материалы для достижения желаемой формы.

Стоимость прототипирования

Процессы с ЧПУ обходятся дороже, чем 3D-печать. Разница в цене обусловлена ​​количеством аксессуаров, необходимых станку с ЧПУ для оптимальной работы. Эти аксессуары варьируются от приспособлений и режущих инструментов до систем подачи смазочно-охлаждающей жидкости.

Кроме того, высокая стоимость приобретения прототипного станка с ЧПУ влияет на стоимость прототипов, изготавливаемых в процессе механической обработки, делая их значительно дороже.

Поддерживаемые материалы

Обработка на станках с ЧПУ поддерживает самые разные материалы:от дерева и пластика до металлов и сплавов. С другой стороны, 3D-печать обычно поддерживает термопласты из-за их легкости нагрева и реформирования.

Допуск и прочность детали

Станки с ЧПУ имеют допуск ±0,01 мм, а технологии 3D-печати следующего уровня, такие как DMLS (прямое лазерное спекание металла), имеют допуск ±0,1 мм. Кроме того, машины для прототипирования с ЧПУ производят детали, более прочные, чем те, которые производятся с помощью 3D-печати.

WayKen предлагает услуги ЧПУ для быстрого прототипирования

Передовые технологии WayKen и более чем 20-летний опыт создания прототипов на станках с ЧПУ позволяют нам оптимально создавать ваши модели САПР. Мы предоставляем профессиональные комплексные услуги по обработке с ЧПУ, от точного прототипирования до полного цикла производства.

Мы можем создавать высококачественные прототипы независимо от отрасли, которые соответствуют желаемым спецификациям, благодаря нашему богатому опыту в области механической обработки. Просто загрузите файлы САПР, чтобы получить DfM и ценовое предложение.

Часто задаваемые вопросы

Какие материалы используются для прототипов с ЧПУ?

Материалами для прототипов с ЧПУ являются металлы:бронза, цинк, магний, титан, медь, латунь, нержавеющая сталь и алюминий.

Акрил, АБС, ПП, нейлон, ПК, тефлон, ПЭВП, ПЭНП и ПВХ — примеры пластмасс, которые отлично подходят для прототипирования на станках с ЧПУ.

Есть ли лучшие варианты прототипирования, чем обработка прототипов на станке с ЧПУ?

Обработка прототипов с ЧПУ — один из лучших вариантов, если вам нужен очень прочный прототип. Однако материал для задачи, насколько структурно надежным должен быть прототип, а также несколько других критериев будут играть важную роль в вашем решении выбрать процесс прототипирования.

Какие факторы влияют на стоимость прототипирования с ЧПУ?

Факторы, влияющие на стоимость прототипирования с ЧПУ, включают сложность конструкции, допуски и выбор материала. Другие факторы включают тип используемого станка с ЧПУ и выбранный вариант обработки поверхности.