Master CNC-prototypebewerking:deskundige inzichten en praktische gids

Prototyping is een van de belangrijkste stappen in de productontwikkeling, omdat het helpt bij het evalueren van het uiterlijk en de functionaliteit van een ontwerp. Het uitvoeren van dit proces met behulp van traditionele bewerkingsmethoden is duur en tijdrovend. De CNC-prototypebewerking maakt het echter mogelijk om goedkoop en in relatief korte tijd prototypes te maken.

In dit artikel bespreken we het bewerken van prototypen en onderzoeken we de verschillende toepassingen van CNC-prototyping, de overwegingen en tips voor het proces.

Bent u op zoek naar een betrouwbare prototypefabrikant? WayKen brengt uw ideeën op een kosteneffectieve en snelle manier tot leven.

Wat is prototypebewerking?

Prototypebewerking is een proces dat wordt gebruikt om snel prototypes te maken met behulp van een CNC-machine. De productiebatch is meestal klein, met als doel een visuele en functionele weergave van het eindproduct te bieden. Met andere woorden:de bewerking van prototypen bepaalt hoe een digitaal ontwerp er fysiek uit zou zien.

Met het bewerken van prototypen wordt het voor fabrikanten gemakkelijker om ontwerpfouten op te sporen en deze te elimineren voordat met grootschalige productie wordt begonnen. Het elimineren van defecten in deze fase van de productontwikkeling helpt de productie kosteneffectief te maken.

Waarom is CNC-bewerking goed voor prototypeprocessen?

Verschillende redenen maken CNC-bewerking het ideale proces voor prototyping. Ten eerste biedt dit proces een hoge mate van nauwkeurigheid en precisie dankzij het gebruik van computergestuurde bedieningselementen die toezicht houden op de beweging van het werkstuk en het snijgereedschap. Deze geautomatiseerde controles houden rekening met elke hoek van uw ontwerp, zodat het gegenereerde prototype een replica is.

Een andere reden waarom CNC goed is voor prototyping is de snelheid. Het is heel anders dan processen als spuitgieten, waarbij de fabrikant en productontwikkelaar een paar maanden moeten wachten voordat de toleranties en de matrijs gereed zijn.

Met het CNC-systeem begint het prototypen met het maken van een 3D CAD-model van het eindproduct en het converteren ervan naar CAM-bestanden. De CAM-bestanden bevatten de G-code, die de beweging van de CNC-machine bestuurt tijdens het maken van prototypen.

Verschillende CNC-prototypingbewerkingen

Er zijn verschillende prototype-CNC-bewerkingen beschikbaar voor fabrikanten. De specifieke bewerking die voor een ontwerp wordt gekozen, is vaak afhankelijk van verschillende factoren, waaronder de ontwerpspecificatie en de gebruikte materialen.

Hieronder vindt u de gebruikelijke bewerkingen voor CNC-prototyping.

Frezen

Bij deze bewerking wordt met behulp van een freesmachine een prototype gemaakt. Het CNC-freesproces is subtractief, omdat de machine materialen uit een werkstuk snijdt om een ​​CNC-gefreesd prototype met verschillende geometrieën te creëren. De freesmachine beschikt over multipoint-snijgereedschappen, waarbij elk snijpunt scherpe sneden van verschillende vormen en lengtes maakt op het werkstuk terwijl het roteert.

De diepte en het type snede dat op het werkstuk wordt gemaakt en de assen die door de machine worden gebruikt, zijn afhankelijk van de complexiteit van het ontwerp. Voor een hogere snijprecisie beschikt de freesmachine ook over extra assen die de beweging verbeteren.

Draaien

Bij dit proces worden prototypes gemaakt met behulp van een draaimachine met draaibankgereedschap. Deze tool is ideaal voor gebruik bij het maken van gedetailleerde prototypes en eindproducten met cilindrische kenmerken. Het snijgereedschap van de draaibank staat tijdens deze bewerking stil, terwijl het werkstuk er dichtbij roteert.

In tegenstelling tot de freesmachine maakt de draaimachine cilindrische onderdelen met behulp van een enkelpunts snijgereedschap om materialen uit een staafmateriaal te verwijderen. CNC-draaien is ideaal voor het creëren van lineaire kenmerken aan de buitenkant van een prototype, evenals sleuven, schroefdraad en taps toelopende randen aan de binnenranden.

Meerassige bewerking

Dit is een veelzijdigere rapid prototyping-operatie, ideaal voor het maken van prototypes met complexe specificaties, omdat er meer assen in beslag worden genomen dan bij conventionele operaties. Hier zijn er machines met 4 assen, 5 assen en maximaal 9 assen. En hoe groter het aantal assen waarmee de machine rekening houdt, hoe groter het vermogen is om hoge toleranties en moeilijke machineonderdelen te bieden.

Voordelen van CNC-bewerking voor prototypes

Wat betreft de vraag of u het CNC-proces voor uw prototypes moet kiezen, volgen hier enkele voordelen van het maken van prototypes via CNC-bewerking.

1. Hoge nauwkeurigheid en precisie

CNC-bewerking vergemakkelijkt de productie van prototypes met hoge precisie, toleranties en nauwkeurigheid. Deze precisie en nauwkeurigheid zijn te danken aan de geautomatiseerde controle op de beweging van de snijgereedschappen.

Omdat het bewerkingsproces accuraat en precies is, zijn fouten of gebreken in het vervaardigde prototype vaak het gevolg van het ontwerp zelf.

2. Kosteneffectief

CNC voor rapid prototyping gebeurt in enkele of kleine batches, zodat de fabrikant het product visueel en functioneel kan beoordelen. De productie van kleine batches is een fail-safe die de fabrikant of productontwikkelaar beschermt tegen financiële ondergang. Als de fabrikant tijdens de beoordeling een defect ontdekt, is het verlies minimaal in vergelijking met het detecteren van een defect na volledige productie.

3. Consistentie en herhaalbaarheid

CNC-prototyping heeft een hoge mate van herhaalbaarheid. Met andere woorden:als je hetzelfde proces en hetzelfde ontwerp gebruikt als bij de vervaardiging van een bepaald eindproduct, zou er een replica van dat product ontstaan.

Bovendien zijn CNC-prototypingmachines consistent en bieden ze exacte imitaties van het originele ontwerp, ongeacht hoeveel exemplaren er worden geproduceerd. Dit is heel anders dan bij andere prototypingprocessen, zoals spuitgieten, waarbij de matrijs na verschillende herhalingen in waarde daalt, waardoor minieme wijzigingen in het ontwerp ontstaan.

4. Materiaalveelzijdigheid

Hoewel er een limiet is aan het aantal materialen waarmee productie- en bewerkingsprocessen zoals 3D-printen en spuitgieten kunnen werken, biedt CNC-prototyping meer veelzijdigheid. Met CNC-prototyping wordt het mogelijk om verschillende materialen te bewerken, variërend van kunststoffen en hout tot het sterkste metalen prototype.

Materiaalopties die u kunt gebruiken bij het bewerken van CNC-prototypes zijn onder meer kunststoffen zoals PS, LDPE, HDPE, PC, PP, PMMA, POM, PAGF, PCGF, ABS en Teflon.

Metalen en metaallegeringen die ideaal zijn voor CNC-prototypebewerking zijn onder meer aluminium, staal, roestvrij staal, magnesium, titanium, zink, koper, brons en messing.

5. Tijdbesparend proces

Het maken van prototypes met behulp van CNC is een tijdbesparend proces omdat er geen mallen en andere vereisten voor nodig zijn. Bovendien gaat het aanpassen van ontwerpen snel, omdat de fabrikant de CAD- en CAM-bestanden moet aanpassen en het prototype opnieuw moet produceren met behulp van de CNC-machine.

Beperkingen van prototypen met CNC-bewerking

Prototyping met CNC-bewerking blijft een van de beste manieren om prototypes te produceren, maar er zijn nog steeds beperkingen aan het gebruik van dit proces. Hieronder vindt u enkele van deze beperkingen;

1. Geometrische beperkingen

Een belangrijke beperking van het CNC-prototypingproces is het onvermogen om aan interne geometrieën te werken. Dit komt vooral doordat de machine alleen aan de buitenkant werkt.

Met andere woorden, het zou moeilijk zijn om prototypes te genereren met interne componenten met behulp van CNC-prototypebewerking. Om prototypes met interne componenten te maken, kun je het beste additieve productieprocessen gebruiken, zoals 3D-printen, die van binnen naar buiten werken, omdat ze beter zijn in het vervaardigen van interne geometrieën.

2. Technische expertise

Het ontwerpen van een CAD-bestand en het genereren van een CAM-bestand daaruit vereist technische kennis. Daarnaast vergt het opzetten en bedienen van de CNC-machine enige expertise. CNC-prototyping vereist kennis van testprocedures, innovatieve benaderingen, ervaring en creatieve visie.

Bovendien kan niet elke fabrikant die CNC-bewerkingen uitvoert, zonder training CNC-prototypes maken. Dit is de reden waarom het vaak raadzaam is om CNC-prototypebewerkingen uit te besteden aan experts zoals WayKen met jarenlange ervaring in de prototyping-industrie.

3. Subtractief productieproces en materiaalverspilling

Bij CNC-bewerking worden materialen uit het werkstuk verwijderd tijdens het prototyping- of productieproces, waardoor het een subtractief productieproces wordt. Bijgevolg verhoogt het vergroten van de hoeveelheid materiaal die tijdens het productieproces wordt gebruikt de materiaalkosten.

Omdat het hoogst onwaarschijnlijk is dat een prototype bij de eerste poging ideaal zal zijn, draagt dit ook bij aan de verspilling van materialen en de daarmee gepaard gaande kosten. Omdat de kans klein is dat de kleine hoeveelheid geproduceerde prototypes wordt verkocht, ook al voldoen ze aan alle technische eisen, geldt dit bovendien nog steeds als materiaalverspilling.

4. Kost meer dan 3D-printen

De materiaalkosten die tijdens de CNC-prototypebewerking worden gemaakt, maken het proces veel duurder dan SLS 3D-printen. Bovendien ligt de nadruk bij prototyping vaak op details in plaats van op kostenoptimalisatie, waardoor de prijzen soms torenhoog zijn.

De prijs is echter vaak de moeite waard, omdat de precisie en nauwkeurigheid van het prototype groter zijn en het scala aan materialen groter is.

Toepassingen van CNC-prototypebewerking

CNC-prototypebewerking is één prototypingproces met brede acceptatie in elke branche. Sommige industrieën maken echter meer gebruik van dit proces dan andere; hier zijn enkele van deze industrieën.

Auto-industrie

De auto-industrie vereist onderdelen en modellen met hoge precisie en nauwe toleranties. Deze onderdelen variëren vaak van de remmen en versnellingen tot de ophangingscomponenten en zelfs de wielen. Al deze onderdelen vereisen uiterst nauwe toleranties om de veiligheid van voertuigen te garanderen.

Deze industrie maakt deze prototypes en past ze in voertuigen om ervoor te zorgen dat ze goed passen en functioneren vóór de massaproductie. Zonder CNC-prototypebewerking zou het een uitdaging zijn om auto-prototypes te ontwikkelen die consistent aan de gewenste specificaties voldoen.

Medische industrie

Deze industrie heeft onderdelen en apparatuur nodig met microscopische precisie en nauwkeurigheid. De medische industrie profiteert ook van de veelzijdigheid in materiaalkeuze die wordt geboden door CNC-prototypebewerking met vereisten voor onderdelen gemaakt van metaal en kunststof.

Bovendien is er met de vooruitgang in de medische technologie behoefte aan protheses, biopsiebuizen, chirurgische scharen, implantaathouders, enz., onderdelen die de kleinste toleranties vereisen. Het CNC-bewerkingsproces biedt deze industrie hoogwaardige functionele prototypes met hoge precisie en nauwkeurigheid.

Lucht- en ruimtevaartindustrie

Deze industrie maakt gebruik van CNC-prototypingtechnologie voor twee belangrijke doeleinden. Ten eerste om onderdelen met een hoge mate van precisie en nauwkeurigheid te ontwikkelen. Een andere reden is om de prestaties van deze onderdelen en andere innovaties in de lucht- en ruimtevaartindustrie te testen op hun functionaliteit, om te garanderen dat deze onderdelen niet falen als een vliegtuig in de lucht is. Vliegtuigonderdelen die vaak worden gemaakt met behulp van CNC-prototypebewerking zijn onder meer spruitstukken, bussen, vleugelprofielen, enz.

Militaire industrie

De onderzoeks- en ontwikkelingsafdeling (R&D) gebruikt deze technologie vooral in de militaire industrie. Militaire R&D maakt gebruik van CNC-prototypebewerking om oorlogsvoertuigen, vliegtuigen en andere onderdelen te produceren. Ze vertrouwen op dit proces omdat het de snelle productie van onderdelen mogelijk maakt, ongeacht de hardheid van het gebruikte materiaal.

Overwegingen en tips voor CNC-prototyping

CNC-prototyping is een betrouwbare methode die door fabrikanten wordt gebruikt om ervoor te zorgen dat onderdelen voldoen aan de eisen en precisie vóór massaproductie. Wilt u een CNC-prototype van uw ontwerp maken? Hier zijn enkele tips voor u.

Verminder de complexiteit van prototypen

Hoewel een complex ontwerp misschien een goed idee lijkt, is dat meestal niet het geval. Eén ding om op te merken bij het bewerken van CNC-prototypes is dat hoe hoger de complexiteit, hoe hoger de CNC-bewerkingskosten. Afgezien van de kosten, kost het veel tijd om de machine in te stellen voor een ontwerp dat verschillende hoeken en ondersnijdingen vereist, waardoor de ontwikkelingstijd toeneemt.

Een complex ontwerp verhoogt dus de kosten voor het ontwikkelen van uw product en uw time-to-market doordat de ontwikkeltijd toeneemt.

Gebruik standaardtoleranties

Standaardtoleranties zijn vaak de beste praktijk en zijn ontstaan na jarenlang werken met een bepaald materiaal. Voor het bereiken van nauwere toleranties zijn mogelijk gespecialiseerde snijgereedschappen en extra armaturen nodig, wat een impact zou hebben op de productiekosten. Het is vaak het beste om de ervaren ingenieurs die aan uw ontwerp werken te laten beslissen welk tolerantieniveau ideaal zou zijn voor uw productprototype.

Houd bij het ontwerpen rekening met de gereedschapsgeometrie

Houd rekening met de axiale kenmerken van de snijgereedschappen of de machinale bewerking tijdens prototype-CNC-bewerkingen, aangezien de bewerkingsprocedures op een roterende manier werken. De meeste snijgereedschappen hebben een beperkte snijlengte en zijn rond. Daarom zal de geometrie van het gereedschap een impact hebben op alle snijbewerkingen.

Gebruik een ervaren CNC-prototypefabrikant

Belangrijker is dat u samenwerkt met een doorgewinterde CNC-prototypingspecialist. Omdat ze zich kunnen concentreren op het stroomlijnen van processen om prototypes van hoge kwaliteit te creëren. De specialist houdt ook rekening met de geometrische beperkingen van het bewerkingsproces dat nodig is om het gewenste prototypeontwerp te vervaardigen. Zonder een ervaren prototypefabrikant zou het moeilijk zijn om de vruchten te plukken van het ontwikkelen van prototypes met behulp van CNC-bewerking.

Vergelijking tussen CNC-gefreesde prototypes en spuitgietprototypes

Hoewel beide prototypes een visuele weergave van het eindproduct bieden, verschillen ze behoorlijk van elkaar. Hier is een vergelijking tussen beide typen prototypes.

Onderdeeltolerantie

Spuitgegoten prototypes hebben een onderdeeltolerantie variërend van ±. 0,1 tot 0,7 mm. Het lage tolerantieniveau dat wordt verkregen bij spuitgegoten prototypes is te wijten aan de krimp na injectie.

Aan de andere kant hebben de prototypes van de CNC-machines een zeer hoog tolerantieniveau van ± 0,01 mm, een bewijs van de precisie en nauwkeurigheid van het bewerkingsproces.

Prototypemateriaal

Spuitgegoten prototypes zijn meestal kunststoffen of elastomeren. Dit komt doordat het productieproces gesmolten materialen in een mal vereist om de prototypes te vormen. Omgekeerd kunnen CNC-gefreesde prototypes van hout, plastic of metaal zijn, afhankelijk van het materiaal dat door de fabrikant is gekozen.

Oppervlakkwaliteit

Hoewel het proces van spuitgieten nauwkeurig is, kunnen de geproduceerde prototypes kleine defecten vertonen, zoals kromtrekken, zinksporen, vloeilijnen, laslijnen, vacuümschoten, korte broeken en spuitgieten. Deze defecten hebben een negatieve invloed op het uiterlijk van spuitgegoten prototypes.

Aan de andere kant hebben CNC-gefreesde prototypes een betere oppervlakteafwerking dankzij het uitgebreide gereedschap dat tijdens het proces wordt gebruikt.

Vergelijking tussen CNC-prototyping en 3D-printen

Hoewel beide prototypingprocessen zijn, verschillen ze behoorlijk van elkaar, zowel wat betreft de methode als de geboden oplossing. Bovendien hebben beide processen hun sterke en zwakke punten en ideale scenario's. Voor dit artikel is hier echter een vergelijking tussen beide processen;

Materiaalverbruik

Vergeleken met CNC-prototypebewerking is de materiaalverspilling bij 3D-printen vrij laag. Dit komt omdat 3D Printing alleen tijdens het productieproces gebruik maakt van het benodigde materiaal. Aan de andere kant snijdt CNC-bewerking overtollig materiaal uit een blok om de gewenste vorm te bereiken.

Prototypingkosten

CNC-processen zijn duurder dan 3D-printen. Het prijsverschil komt door het aantal accessoires dat een CNC-machine nodig heeft om optimaal te functioneren. Deze accessoires variëren van armaturen en snijgereedschappen tot snijvloeistoftoevoersystemen.

Ook beïnvloeden de hoge aanschafkosten van de CNC-prototypingmachine de kosten van prototypes die via het bewerkingsproces worden geproduceerd, waardoor ze aanzienlijk duurder worden.

Ondersteunde materialen

CNC-bewerking ondersteunt materialen variërend van hout en kunststof tot metalen en legeringen. 3D-printen daarentegen ondersteunt doorgaans thermoplastische kunststoffen vanwege het gemak waarmee ze kunnen worden verwarmd en vervormd.

Onderdeeltolerantie en taaiheid

CNC-machines hebben een tolerantie van ±0,01 mm, terwijl 3D-printtechnologieën van het volgende niveau zoals DMLS (Direct Metal Laser Sintering) een tolerantieniveau van ±0,1 mm hebben. Bovendien produceren CNC-prototypingmachines onderdelen die sterker zijn dan die geproduceerd door 3D-printen.

WayKen biedt CNC-services voor snelle prototyping

De geavanceerde technologie van WayKen en meer dan 20 jaar expertise op het gebied van CNC-prototyping stellen ons in staat uw CAD-modellen optimaal te produceren. Wij bieden deskundige one-stop-CNC-bewerkingsdiensten, van precisieprototyping tot complete productieruns.

Dankzij onze rijke machinale ervaring kunnen we hoogwaardige prototypes maken, ongeacht de branche die aan de gewenste specificatie voldoet. Upload eenvoudig uw CAD-bestanden om DfM en een offerte te ontvangen.

Veelgestelde vragen

Wat zijn de materialen voor CNC-prototypes?

De materialen voor CNC-prototypes zijn metalen:brons, zink, magnesium, titanium, koper, messing, roestvrij staal en aluminium.

Acryl, ABS, PP, nylon, PC, Teflon, HDPE, LDPE en PVC zijn voorbeelden van kunststoffen die uitstekend geschikt zijn voor CNC-prototyping.

Zijn er betere opties voor prototyping dan CNC-prototypebewerking?

CNC-prototypebewerking is een van uw beste opties als u een zeer duurzaam prototype wilt. Het materiaal voor de taak, hoe structureel robuust u wilt dat het prototype is en een paar andere criteria zullen echter een belangrijke rol spelen bij uw beslissing om te kiezen welke prototypingprocessen worden uitgevoerd.

Welke factoren zijn van invloed op de kosten van CNC-prototyping?

Factoren die de kosten van CNC-prototyping beïnvloeden, zijn onder meer de complexiteit van het ontwerp, toleranties en materiaalkeuze. Andere factoren zijn onder meer het type CNC-machine dat wordt gebruikt en de gekozen optie voor oppervlakteafwerking.