Prototypebewerking:voor- en nadelen van CNC voor prototypen

Wat is CNC-bewerking?

Computer Numerical Control (CNC)-bewerking is een productieproces waarbij computerinvoer wordt gebruikt om bewerkingsgereedschappen zoals boren en draaibanken te besturen. Het wordt in veel industrieën gebruikt voor een verscheidenheid aan prototypen en onderdelen voor eindgebruik.

Het proces begint met een digitaal 3D-ontwerp, gemaakt met CAD-software, dat een computer kan vertalen in een reeks instructies voor de snijgereedschappen van de machine. Deze instructies staan ​​bekend als G-code. Zodra de G-code naar de machine is verzonden, is er zeer weinig handmatig toezicht nodig, omdat de machine weet wanneer en waar te snijden en de bewerking autonoom uitvoert. Dit resulteert in aanzienlijke tijd- en kostenbesparingen in vergelijking met traditionele bewerking, waarbij een ervaren machinist het werkstuk snijdt met behulp van handmatig bediende snijgereedschappen.

Machinale bewerking is een subtractief proces, wat betekent dat de apparatuur bestaand materiaal verwijdert in plaats van nieuw materiaal te introduceren. In tegenstelling tot additieve fabricage, waarbij een 3D-printer materiaal in lagen deponeert om een ​​object te vormen, omvat CNC-bewerking het wegsnijden van secties van een vormloos blok dat bekend staat als het 'werkstuk'. Overtollig materiaal wordt weggegooid of gerecycled, waarbij uiteindelijk een voltooid onderdeel achterblijft. Complexere CNC-machines, die met een groter aantal assen, zijn in staat om het werkstuk op complexere manieren te snijden en onderdelen te produceren met meer ingewikkelde geometrieën.

CNC-bewerking is een veelgebruikt productieproces dankzij de veelzijdigheid, nauwkeurigheid, consistentie en het brede scala aan compatibele materialen:hoewel aluminiumlegeringen het meest gebruikte materiaal voor bewerking zijn, kunnen ook tal van andere metalen en kunststoffen worden gebruikt.

Is CNC-bewerking goed voor prototyping?

Hoewel velen 3D-printen nu beschouwen als de dominante vorm van rapid prototyping, is CNC-bewerking ook een belangrijk proces voor het maken van prototypeonderdelen. Om te begrijpen waarom, is het nuttig om na te denken over de verschillende vormen die een prototype kan aannemen, en om na te gaan waarom deze prototypen bestaan.

Prototypes kunnen veel verschillende functies hebben. In hun meest elementaire vorm fungeren ze als tijdelijke aanduidingen of rekwisieten - losse representaties van een laatste onderdeel dat wordt gebruikt om visuele informatie over te brengen over hoe het laatste onderdeel eruit zal zien of zich zal gedragen. Deze lijkt op prototypes kan worden gebruikt om het R&D-proces te begeleiden of om een ​​proof of concept te leveren. Als ze volgens een hoge esthetische standaard zijn gemaakt, kunnen ze ook worden gebruikt om een ​​nieuw product aan potentiële investeerders te presenteren. Dergelijke prototypes kunnen erg belangrijk zijn, maar ze hoeven niet per se te worden gemaakt met hoogwaardige professionele apparatuur:ze kunnen met de hand worden gemaakt of worden geprint met een goedkope desktop 3D-printer.

Sommige prototypes worden echter voor meer gebruikt dan alleen visuele representatie. Afhankelijk van het stadium van productontwikkeling, moeten bedrijven mogelijk engineering-prototypes maken of productieprototypes :prototypes die er niet alleen er uitzien zoals het laatste deel, maar functioneert ook zo, en fungeert als een substituut zo dicht mogelijk bij het echte werk. Hoewel 3D-printen een geweldige optie kan zijn voor het maken van prototypes die eruitzien als prototypes, heeft CNC-bewerking vaak de voorkeur voor deze functionele prototypes die sterkte, mechanische stabiliteit of andere kenmerken vereisen die niet worden geboden door additieve processen. Met een 3D-printer worden immers niet veel eindgebruiksonderdelen gemaakt.

CNC-bewerking kan een uitstekende keuze zijn voor prototyping, maar de geschiktheid hangt af van de aard van het prototype. Waarvoor wordt het prototype gebruikt? Van welk materiaal wordt het gemaakt? En van welk materiaal zal de finale deel gemaakt worden? Deze en andere vragen leiden de gebruiker uiteindelijk naar de meest geschikte methode voor het maken van prototypes.

CNC-gefreesd aluminium prototype

Voordelen van prototyping met CNC-bewerking

Er zijn talloze redenen waarom een ​​bedrijf CNC-bewerking kan gebruiken om een ​​prototype te produceren, waaronder productiesnelheid, onderdeelkwaliteit, materiaalopties en gelijkenis met het uiteindelijke onderdeel.

Van bestand naar prototype

Een van de grootste voordelen van CNC-bewerking is het "CNC" -element. Aangezien CNC-bewerking een digitaal proces is dat een onderdeel maakt van een computerbestand, weten ingenieurs dat een machinaal bewerkt prototype nauw aansluit bij het digitale 3D-ontwerp en dat hetzelfde digitale ontwerp later kan worden gebruikt om een ​​definitief onderdeel met identieke afmetingen te maken. De mate van herhaalbaarheid is bijzonder hoog.

Bovendien maakt het gebruik van digitale 3D-ontwerpen snelle en nauwkeurige wijzigingen mogelijk. Als een machinaal bewerkt prototype een fysieke fout vertoont als gevolg van een slecht ontwerp, kan de ingenieur terugkeren naar de CAD-software om geschikte wijzigingen aan te brengen voor het volgende prototype. Verschillende versies kunnen naast elkaar worden vergeleken en simulatiesoftware kan zelfs worden gebruikt om preventief te testen hoe een onderdeel in de echte wereld zal presteren.

3D CAD-bestand

Prototype gemaakt door 5-assige CNC-bewerking

Kwaliteit en consistentie

Computers zijn niet perfect, maar computergestuurde machines hebben de neiging om precies te functioneren zoals het hoort - tenzij het kapot gaat. Terwijl veel prototypingprocessen afhankelijk zijn van menselijke vaardigheden (en daarom vatbaar zijn voor menselijke fouten), volgen CNC-machines hun instructies op tot op een fractie van een millimeter.

Belangrijk is dat ze het ook steeds opnieuw kunnen doen. Hoewel een bedrijf misschien maar één prototype maakt, kan een CNC-machine, indien nodig, dezelfde taak een tweede keer uitvoeren met minimale afwijking van de eerste. Dit is ongelooflijk handig voor het ontwikkelen van nieuwe iteraties van een prototype en om met dezelfde machines naar productie te gaan. (Handmatige processen zijn ongelooflijk belangrijk, maar het is gemakkelijker om consistentie te garanderen met een geautomatiseerde machine.)

Assortiment sterke materialen

Als een prototype geen mechanisch doel heeft, kan het geschikt zijn voor 3D-printen, dat - hoewel niet bekend om het produceren van hoogwaardige onderdelen - heel weinig kost en in korte tijd kan worden uitgevoerd. Voor de meeste 3D-printprocessen zijn de materiaalopties echter smaller dan voor bewerking.

CNC-bewerking biedt niet alleen een breed scala aan compatibele materialen, het biedt ook een aantal extreem sterke en duurzame materialen, waaronder een breed scala aan metalen. Het is ook mogelijk om met metalen 3D te printen, maar niet met een goedkope FDM-printer.

Veelgebruikte CNC-bewerkingsmaterialen zijn onder meer:

Overeenkomst met laatste deel

Een ander groot voordeel van het gebruik van CNC-bewerking voor prototypes is de mogelijkheid om prototypes te maken die lijken op het uiteindelijke onderdeel. Aangezien bewerkingscentra volledig in staat zijn om zowel onderdelen voor eindgebruik als prototypes te produceren, is het mogelijk om prototypes te maken die dicht bij het eindproduct staan ​​- een prestatie die zelden mogelijk is met 3D-printen of andere methoden.

Een deel hiervan heeft te maken met materialen. Veel technische metalen zijn zeer bewerkbaar, waardoor ingenieurs prototypes kunnen maken van dezelfde (of vergelijkbare) materialen die ze voor het laatste onderdeel zullen gebruiken. Maar de kwaliteit van het proces zelf is ook een factor:bewerkte onderdelen zijn sterk en vertonen geen zwakte langs bepaalde assen zoals gedrukte onderdelen, terwijl het bewerkingsproces zelf zelfs kan worden gebruikt om andere processen, zoals het vormen van plaatmetaal, na te bootsen.

Bovendien maakt het maken van een prototype dat qua uiterlijk en gedrag dicht bij het uiteindelijke onderdeel ligt, het gemakkelijker om de productie te overbruggen, omdat er minder belangrijke wijzigingen hoeven te worden aangebracht.

Nadelen van prototyping met CNC-bewerking

Ondanks de voordelen heeft CNC-bewerking bepaalde beperkingen als prototypingmethode, wat ertoe kan leiden dat bedrijven de voorkeur geven aan een alternatieve benadering.

Duurder dan 3D-printen

Een van de voor de hand liggende nadelen van prototypes voor CNC-bewerking zijn de kosten van het proces. Bewerkingscentra zijn grote machines die veel kracht en meer menselijk toezicht vereisen dan 3D-printers. Bewerkbare metalen hebben ook een hogere prijs dan gewone afdrukmaterialen zoals PLA.

Dit is een van de belangrijkste redenen waarom ingenieurs voor alternatieve prototypingprocessen kiezen, zelfs als ze machinale bewerking willen gebruiken voor hun uiteindelijke onderdelen. Ontwikkeling kan een aanslag zijn op middelen en het is begrijpelijk als bedrijven tijdens de (vroege) prototypingfase op alle kosten moeten besparen.

Enkele geometrische beperkingen

4-assige en 5-assige bewerkingscentra bieden een grote mate van geometrische flexibiliteit, maar ook deze machines hebben hun beperkingen. Voor ingewikkelde constructies met complexe interne geometrieën kunnen additieve fabricageprocessen geschikter zijn, omdat ze niet worden beperkt door de hoeken van snijgereedschappen.

Houd er echter rekening mee dat 3D-geprinte prototypes misleidend kunnen zijn:een digitaal 3D-ontwerp dat perfect uit een 3D-printer komt, is misschien onmogelijk te fabriceren met de gekozen productieapparatuur, of dat nu bewerkingscentra, spuitgietapparatuur of iets anders is. Geometrische flexibiliteit voor prototypes is alleen nuttig als die flexibiliteit kan worden gerepliceerd op het laatste onderdeel.

Afvalmateriaal

Omdat CNC-bewerking een subtractief proces is, is er meer materiaal nodig dan wat er daadwerkelijk in het onderdeel gaat. Een deel van het materiaal wordt weggesneden en komt terecht als metaal- of plastic chips, die vervolgens moeten worden afgevoerd. Dit is anders dan bij additieve prototypingprocessen, waarbij geen afvalmateriaal wordt geproduceerd, tenzij de afdruk mislukt en moet worden herhaald.

Het gebruik van machinale bewerking als prototypingproces kan leiden tot hogere materiaalkosten als gevolg van toegenomen materiaalgebruik en verspilling. Chips kunnen echter vaak worden gerecycled, dus de milieu-impact van het proces hoeft niet groot te zijn. (Het verkopen van recyclebaar afvalmateriaal kan ook helpen om sommige materiaalkosten terug te verdienen.)

Meteriaal verwijderd uit vast blok

Snel gereedschap:spuitgegoten prototypes via CNC-bewerking

We hebben gezien hoe CNC-bewerking een uitstekend prototypingproces kan zijn. Maar machinale bewerking kan ook indirect worden gebruikt om spuitgegoten prototypes te maken.

Door CNC-bewerkingstools of matrijzen te maken, krijgen bedrijven een meer kosteneffectieve manier om de apparatuur te maken die nodig is voor spuitgieten. Deze CNC-gefreesde tooling kan sneller worden gemaakt dan traditionele tooling en is daarom een ​​kortere weg naar gegoten prototypes. (Voor de uiteindelijke gegoten onderdelen na de prototypingfase kunnen traditionele gereedschapsmethoden worden gebruikt.)

Het gebruik van het snelle gereedschapsproces is veel kosteneffectiever bij het bestellen van grotere volumes gegoten onderdelen, aangezien het machinaal bewerkte gereedschap veel meer kost om te fabriceren dan de gegoten harsonderdelen zelf. En hoewel grote hoeveelheden misschien niet bijzonder wenselijk zijn tijdens de prototyping-fase, zullen de authentieke gegoten prototypes representatiever zijn voor een gegoten onderdeel dan bijvoorbeeld een 3D-geprint alternatief.

Neem contact op met 3ERP om te ontdekken of CNC-bewerking het beste prototypingproces is voor uw project.