Быстрое прототипирование с помощью обработки на станках с ЧПУ - руководство для разработчиков продуктов

В современном быстром цикле инноваций скорость, точность и адаптивность - это все. Быстрое создание прототипов с помощью обработки на станках с ЧПУ предлагает идеальное сочетание точности и скорости, позволяя инженерам и дизайнерам перейти от идеи к реальному прототипу всего за несколько дней.

В этом руководстве мы рассмотрим преимущества быстрого создания прототипов с ЧПУ, сравним его с альтернативными технологиями и предоставим пошаговое руководство по созданию прототипов с ЧПУ для профессионалов и команд, занимающихся проектированием, промышленным дизайном или производством.

Что такое быстрое прототипирование с ЧПУ?

Быстрое прототипирование с помощью обработки на станках с ЧПУ означает использование станки с числовым программным управлением (ЧПУ) для создания точных, функциональных прототипов из реальных материалов, таких как алюминий, ABS и нержавеющая сталь. Обработка на станках с ЧПУ отличается от 3D-печати тем, что она вырезает готовую деталь из твердой формы (субтрактивное производство), а ее результат по качеству не уступает серийным деталям.

Исследование 2024 года, проведенное SME.org, показало, что Более 62 процентов производителей применяют обработку с ЧПУ на этапе создания прототипа благодаря хорошей обработке поверхности, универсальности материалов и узким допускам (+-0,005″).

Как обработка с ЧПУ обеспечивает быстрое прототипирование

По сравнению с традиционными решениями, обработка на станках с ЧПУ помогает командам разработчиков быстро проверить форму, посадку и функциональность изделий. Вот как:

• Скорость: Прототипы могут быть доставлены всего за 1-3 дня.
• Выбор материала: Работает с актуальными материалами для изготовления, такими как алюминий 6061, PEEK и латунь.
• Точность размеров: С точностью до +/- 0,001″.
• Повторяемость: Идеально подходит для итеративного проектирования и тестирования в реальных условиях.

Быстрое создание прототипов с помощью обработки на станках с ЧПУ особенно важно в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность, медицинский, и бытовая электроникаВ этом случае решающее значение имеют испытания в реальных условиях.

Узнайте о преимуществах быстрого прототипирования с ЧПУ

Давайте подробнее рассмотрим преимущества быстрого создания прототипов с ЧПУ в цикле разработки продукта:

1. Ускоряет разработку продукта

Время выхода на рынок при обработке на станках с ЧПУ значительно ускоряется, поскольку детали могут быть изготовлены за несколько дней, а не недель. McKinsey утверждает, что раннее и частое создание прототипов позволяет компаниям выпускать продукцию на 50 % быстрее, чем тем, кто этого не делает.

2. Поддерживает итеративное проектирование

Кроме того, с помощью ЧПУ можно тестировать, вносить изменения и создавать новые модели. Такой итеративный подход к проектированию помогает командам доработать геометрию, материалы и функции перед переходом к массовому производству.

3. Обеспечивает тестирование функций

На станке с ЧПУ можно изготовить прототип из реальных материалов производственного класса, где 3D-печать Обычно используются ограниченные материалы, зачастую не выдерживающие испытаний на прочность, нагрев и стресс в реальных условиях.

4. Отличная чистовая поверхность

Такие детали с ЧПУ могут быть обработаны до гладкости Ra 0,8 м, что позволяет использовать их как в качестве функциональных прототипов, так и в качестве наглядных презентационных материалов.

Прототипирование с ЧПУ vs EDM vs 3D-печать

Давайте сравним прототипирование с ЧПУ и EDM с 3D-печатью в практическом контексте:

Хотя электроэрозионная обработка отлично подходит для создания очень тонких деталей из токопроводящих материалов, а 3D-печать - для быстрого создания концептуальных моделей, быстрое прототипирование с ЧПУ предлагает наиболее сбалансированный вариант, когда важны точность и характеристики материала.

Типовые параметры ЧПУ для прототипирования

Для эффективного прототипирования очень важно понимать общие параметры ЧПУ для прототипирования (подача, скорость, глубина):

• Скорость подачи: Стандартные значения составляют от 50 до 500 мм/мин, в зависимости от материала и оснастки.
• Скорость вращения шпинделя: Диапазон оборотов от 5 000 до 20 000 об/мин для алюминия и пластмасс.
• Глубина реза: Глубина реза обычно составляет от 0,5 до 3 мм от прототипа детали, чтобы уменьшить отклонение инструмента и гарантировать чистоту поверхности.

Эти значения можно правильно настроить, чтобы избежать износа инструмента и деформации деталей, а также не терять время при изготовлении прототипов.

Пошаговое руководство по созданию прототипов с ЧПУ

Вот пошаговое руководство по созданию прототипов с ЧПУ, которому вы можете следовать, чтобы оптимизировать процесс разработки продукта:

Шаг 1: Определите цель для вашего прототипа

Это часть визуального тестирования, часть функционального использования или часть механического тестирования? Это определяет требования к материалу и отделке.

Шаг 2: Выбор подходящего материала

Выберите материал, повторяющий материал конечного производства. Прототипы должны быть изготовлены из алюминия или ABS, в то время как для испытаний на прочность следует использовать нержавеющую сталь.

Шаг 3: Генерация или импорт моделей CAD

Убедитесь, что ваш CAD-проект дружелюбен к механической обработке, что означает четкие допуски, подрезы и использование инструментов.

Шаг 4: Программирование программного обеспечения CAM

Программное обеспечение CAM Fusion 360 или Mastercam может быть использовано для создания траекторий инструментов. Это включает в себя выбор инструментов, траекторий резания и подач/скоростей.

Шаг 5: Проведите моделирование

Перед обработкой проведите симуляцию, чтобы выявить возможные столкновения или неэффективные траектории инструментов.

Шаг 6: Обработка с ЧПУ 

В зависимости от сложности детали обрабатываются на 3-осевом или 5-осевой станок с ЧПУ.

Шаг 7: Постобработка

Содержит зачистку, полировку или покрытие, в зависимости от потребностей прототипа.

Шаг 8: тестирование и обратная связь

Протестируйте прототип, а затем проведите итерации. Применяйте полученные уроки, чтобы получить больше спецификаций для своего производственного дизайна.

Почему стоит предпочесть ЧПУ в качестве технологии быстрого прототипирования?

• Прототипирование с ЧПУ обеспечивает повторяемость деталей, готовых к производству.
• Он позволяет выполнять малотиражные итерации без затрат на пресс-формы и штампы.
• Вместо этого вы можете напечатать несколько версий детали, например, для проведения A/B-тестирования или полевых испытаний.
• Его можно масштабировать - от опытных образцов до мостового производства.

Одним словом, быстрое прототипирование с ЧПУ сочетает в себе гибкость, точность и скорость в одном высокоэффективном процессе.

Заключение: Скорость и точность

Быстрое создание прототипов с помощью обработки на станках с ЧПУ позволяет командам воплощать идеи в жизнь быстрее, точнее и с лучшей проверкой в реальных условиях, чем большинство альтернативных методов. Независимо от того, разрабатываете ли вы носимое устройство нового поколения, новую деталь автомобиля или медицинское устройство, обработка с ЧПУ может значительно улучшить процесс разработки продукта.

Используя эту технологию, вы будете конкурентоспособны, быстро изготавливая превосходные прототипы с меньшим количеством ошибок и сокращая расходы на устранение проблем. Начните свой путь с партнером по ЧПУ, который понимает, что такое скорость и качество.

Часто задаваемые вопросы о быстром прототипировании с помощью обработки на станках с ЧПУ