Wat is de beste manier om een ​​metalen prototype te maken?

Metalen prototypes zijn belangrijk voor bedrijven in veel industrieën, van ruimtevaart tot elektronica, omdat een effectief metalen prototype kan leiden tot een beter eindproduct.

Dit artikel bespreekt het belang van metalen prototypes en kijkt naar situaties waarin metal prototyping gunstiger is dan plastic prototyping.

Het bespreekt ook verschillende effectieve methoden voor het maken van metalen prototypes:CNC-bewerking, 3D-printen (additive manufacturing), plaatbewerking, gieten en extrusie. 3ERP heeft de mogelijkheid om meerdere processen te combineren en de beste oplossing te bieden voor uw behoeften aan metalen prototypes.

Wat is een metalen prototype?

In de productiewereld is een prototype een mock-up of ruwe schets van een onderdeel. Prototypes worden gebouwd lang voordat de productie begint, waardoor ontwerpers het onderdeel kunnen testen en ontwikkelen.

Afhankelijk van het fabricageproces dat wordt gebruikt voor het maken van prototypes, kunnen prototypes van verschillende materialen worden gemaakt.

Metalen prototypes zijn prototypes gemaakt met behulp van een metaalproductietechniek zoals CNC-bewerking, gieten of plaatbewerking. Ze kunnen gemaakt zijn van aluminium, staal of elk ander materiaal gekozen door het technische team.

Hoewel metaal vaak wordt gebruikt voor preproductie-prototypes - geavanceerde prototypes die het laatste deel nauw nabootsen - kan het ook worden gebruikt voor prototypes in een vroeg stadium.

Metaal kan de voorkeur hebben om functionele of esthetische redenen, of beide.

Waarom een ​​metalen prototype maken in plaats van een plastic prototype?

In sommige situaties kunnen ingenieurs plastic prototypes maken voor onderdelen die uiteindelijk in metaal zullen worden vervaardigd.

Dit kan om vele redenen gebeuren. Ten eerste hebben veel prototypes geen functionele of mechanische rol, dus het maakt niet uit of ze bepaalde eigenschappen hebben, zoals sterkte, ductiliteit en geleidbaarheid.

En als de materiaaleigenschappen van een prototype onbelangrijk zijn, is het logisch om het prototype te maken met een goedkoop en gemakkelijk verkrijgbaar materiaal. In veel gevallen is plastic de goedkoopste optie.

Maar sommige prototypes doen hebben speciale functies.

Functionele prototypes, hybride prototypes en preproductieprototypes moeten allemaal een bepaalde rol vervullen, waarvoor mogelijk specifieke materiaalkenmerken nodig zijn. Metaal is vaak de beste leverancier van die eigenschappen.

En zelfs niet-functionele prototypes kunnen profiteren van metaal. Prototypes die eruit zien als prototypes, die worden gebruikt om een ​​concept te demonstreren, zien er vaak beter uit als ze van metaal zijn gemaakt, vooral als het onderdeel ook in massaproductie van metaal wordt gemaakt.

Metaalprototyping kan daarom de kansen op vroege investeringen en commercieel succes vergroten.

Het bouwen van een metalen prototype heeft ook belangrijke kostenvoordelen op de lange termijn.

Als het onderdeel uiteindelijk massaal in metaal wordt geproduceerd, is het relatief eenvoudig om van een metalen prototype een metalen eindproduct te maken. Aan de andere kant kan een plastic 3D-geprint prototype niet gemakkelijk worden omgevormd tot een metalen productieonderdeel.

Voordelen van metalen prototypes:

• Betere mechanische/functionele prestaties
• Nauwkeuriger testen
• Betere esthetiek
• Hogere kans op interesse van beleggers
• Makkelijker om naar productie te gaan

Wat is de beste methode om je metalen prototypes te maken?

Vanwege hun geometrie, tolerantie of hoeveelheid, zijn sommige metalen prototypes mogelijk geschikt voor slechts één productieproces, zoals CNC-bewerking of 3D-printen.

De meeste onderdelen kunnen echter op verschillende manieren worden gemaakt.

In dit geval moeten we uitzoeken welke methode de beste is - in termen van het bereiken van het beste mechanische resultaat, maar ook om de kosten en productietijd tot een minimum te beperken. Hier zijn enkele korte introducties van enkele veelgebruikte technieken voor het maken van metalen prototypes:

Prototypes voor metaalbewerking

CNC-bewerking is een redelijk betaalbare manier om metalen prototypes te maken.

Een CNC-machine gebruikt computerinstructies om een ​​metalen snijgereedschap te geleiden, dat precies stukken materiaal van een metalen blok verwijdert.

Machining is een handig hulpmiddel voor het maken van prototypes, omdat digitale CAD-ontwerpen gemakkelijk tussen prototypes kunnen worden gewijzigd, wat resulteert in een efficiënte workflow. Ook is het eenvoudig om het ontwerp te dupliceren of te verspreiden onder andere partijen.

Het proces is ook compatibel met een reeks metalen, hoewel bepaalde soorten aluminium de beste combinatie van waarde en bewerkbaarheid kunnen bieden.

CNC-gefreesde prototypes zijn redelijk betaalbaar omdat ze geen gereedschap nodig hebben en dus geen minimale bestelhoeveelheid hebben. Er is echter wat materiaalverspilling vanwege de subtractieve aard van het proces.

In termen van ontwerpvrijheid bieden 4-assige en 5-assige CNC-machines uitzonderlijke flexibiliteit voor het maken van complexe onderdelen met gedetailleerde functies.

Pluspunten:

Lage kosten,  Ontwerpvrijheid, Materiaalselectie

Nadelen:

Enige materiële verspilling

Hier zijn enkele voorbeelden van metaalbewerkingsprototypes die zijn gemaakt door 3ERP. Dit is alleen om u een idee te geven van de soorten onderdelen die geschikt zijn voor CNC-bewerking.

Metalen 3D-printprototypes

3D-printen is een andere redelijk betaalbare manier om metalen prototypes te maken, hoewel machines voor additieve productie van metaal veel duurder zijn dan FDM 3D-printers, die alleen plastic printen.

Er kunnen 3D-geprinte metalen prototypes worden gemaakt met behulp van AM-technologieën zoals selectief lasersmelten (SLM) en direct metal laser sinteren (DMLS).

Net als CNC-bewerking, gebruikt 3D-printen digitale ontwerpen als invoer, waardoor het ontwerp snel kan worden gewijzigd.

Maar een van de grootste voordelen van 3D-printen met metaal is geometrische flexibiliteit. Metalen 3D-geprinte prototypes kunnen zeer complexe kenmerken hebben, waaronder complexe interne secties, omdat ze laag voor laag zijn opgebouwd en niet uit een massief blok zijn gesneden.

Metalen prototypes hebben misschien een minder indrukwekkende oppervlakteafwerking dan andere vormen van metalen prototypes, hoewel goede oppervlaktebehandelingen dit probleem kunnen verminderen.

Verschillende metalen zijn beschikbaar in AM-poedervorm, maar de opties zijn minder divers dan die beschikbaar zijn voor andere processen.

Pluspunten:

Lage kosten, ontwerpvrijheid

Nadelen:

Onderdeelsterkte, materiaalselectie

Vanwege de ondersnijdingen en binnenkanalen zijn dit typische onderdelen waarvoor je geen betere opties hebt dan 3D-printen.

Plaatwerk prototypes

Plaatwerkfabricage is een groep processen die zich bezighouden met het snijden, vervormen en assembleren van metalen platen. Het wordt gebruikt om functionele items te maken, zoals beugels, behuizingen en industriële onderdelen.

Voor plaatwerkprojecten kan het de moeite waard zijn om een ​​functioneel metalen prototype te maken met dezelfde plaatwerktechnieken die tijdens de productie zullen worden gebruikt.

Vormprocessen voor plaatmetaal omvatten lasersnijden, ponsen, buigen, spinnen en lassen.

Plaatwerk prototypes zijn gegarandeerd sterk en van hoge kwaliteit. Ze kunnen echter duurder zijn dan alternatieven als er meerdere vormprocessen nodig zijn.

Een prototype van een haakse beugel met gaten kan bijvoorbeeld drie afzonderlijke machines vereisen:een lasersnijder, rem- en ponsmachine, terwijl een vergelijkbaar prototype zou kunnen worden gemaakt met alleen een CNC-machine of 3D-printer.

Het vervaardigen van plaatwerk kan bijzonder nuttig zijn als er meerdere exemplaren van het prototype nodig zijn.

Pluspunten:

Productiekwaliteit, reeks fabricageprocessen

Nadelen:

Benodigde tijd, beperkte ontwerpvrijheid

Prototypes voor het gieten van metaal

Gieten is het proces waarbij vloeibaar metaal in een mal wordt gegoten om een ​​onderdeel te vormen.

Metaalgieten wordt meestal niet als een prototypingproces beschouwd, omdat het gespecialiseerde apparatuur vereist en het maken van een mal een arbeidsintensief en duur proces is. Het is daarom economisch niet haalbaar om een ​​mal te maken voor slechts één of twee prototypes.

Maar er zijn speciale manieren om metalen prototypes te maken via gieten.

Met investeringsgieten kunnen we bijvoorbeeld een 3D-printer gebruiken om een ​​wasmodel te maken, en dit model kan vervolgens worden gebruikt om een ​​betaalbare mal te maken voor het gieten van metalen prototypes.

Met spuitgieten onder druk kunnen we de gereedschapskosten op verschillende manieren verlagen. Een methode is om een ​​eenvoudige mal te maken en vervolgens fijne kenmerken toe te voegen na gieten met behulp van een CNC-machine. (Deze methode werkt alleen in kleine hoeveelheden; het nabewerken van duizenden onderdelen zou te lang duren.)

Gegoten metalen prototypes zijn relatief duur, maar het gereedschap kan worden behouden voor de productie van bruggen, wat de klant op de lange termijn geld kan besparen.

Pluspunten:

Extreem sterke onderdelen, productiekwaliteit

Nadelen:

Vereist dure gereedschappen, gespecialiseerde apparatuur vereist

Prototypes van metalen extrusie

Metaalextrusie is een andere metaalbewerkingstechniek die doorgaans niet als een prototypingproces wordt beschouwd.

Tijdens het extrusieproces wordt materiaal door een gevormde opening in een matrijs geperst, waardoor een langwerpig onderdeel met een uniforme doorsnede ontstaat.

De meeste extrusiebedrijven werken alleen met grote productieorders en eenmalige prototypes zijn hun tijd niet waard.

Soms is het echter de moeite waard om metaalextrusie te gebruiken voor metaalprototyping, en 3ERP is een van de weinige aanbieders van dergelijke diensten.

Extrusie wordt bijna uitsluitend uitgevoerd op aluminiumlegeringen en is een geschikt proces voor eenvoudige onderdelen zoals metalen staven, beugels en verbindingen.

Het proces is geschikt voor het testen en pre-productie van prototypes waarbij het prototype van extrusiemetaal het uiteindelijke onderdeel nauw nabootst. Het wordt niet aanbevolen voor onderdelen die met een andere techniek worden geproduceerd.

Pluspunten:

Productiekwaliteit

Nadelen:

Beperkt aanbod aan materialen

3ERP heeft een sterke toeleveringsketen opgebouwd voor de meeste productieprocessen en we hebben ook de mogelijkheid om meerdere processen te combineren. Zo kunnen wij de beste oplossing bieden voor uw metalen prototypes. Neem vandaag nog contact op met 3ERP voor een gratis offerte