JS Precision

Sie werden in wenigen Tagen einen voll funktionsfähigen Prototyp in der Hand halten: Eine Seite besteht aus kalter Aluminiumlegierung, die präzisionsgefertigt wurde, um Kühlrippen und einen Strukturrahmen zu erzeugen, die andere Seite besteht aus hartem technischen Kunststoff, der in ein ergonomisch geformtes Gehäuse gegossen wurde; innen befindet sich sogar eine weiche Silikondichtung.

Diese gesamte Multimaterialbaugruppe wird nicht auf mehreren Produktionslinien, sondern auf einem CNC-Bearbeitungszentrum in einer Aufspannung oder einem schlanken Prozess hergestellt. Dies ist die Fähigkeit der heutigen schnellen Prototypenfertigung.

In diesem Handbuch erfahren Sie, wie die CNC-Rapid-Prototyping- Technologie Metall, Kunststoff und Verbundwerkstoffe nutzt, um mühelos Prototypen aus mehreren Materialien zu entwickeln und so Ihren Produktinnovationszyklus erheblich zu optimieren.

Zusammenfassung der wichtigsten Antworten

Wie gelingt Multimaterial-Prototyping? JS Präzisions-CNC-Bearbeitungslösungen

JS Precision verfügt über mehr als 15 Jahre praktische Erfahrung im Multimaterial-Rapid-Prototyping und hat Multimaterial-Prototypprojekte für über 500 Kunden in 12 Branchen abgeschlossen, darunter Luft- und Raumfahrt, Medizin und Unterhaltungselektronik.

Beispielsweise haben wir für einen Kunden aus der Luft- und Raumfahrtindustrie den Prototyp eines Sensorgehäuses aus einer Titanlegierung und einem PEEK-Verbundwerkstoff entwickelt und so die Lieferzeit auf nur vier Tage verkürzt, während die Maßgenauigkeit von ±0,005 mm beibehalten wurde.

Bei der Fertigstellung eines Prototyps eines Katheterverbinders aus Edelstahl und medizinischem Silikon für einen Kunden aus dem medizinischen Bereich konnten wir durch den Einsatz einer physikalischen Verriegelungsstruktur eine 30-prozentige Verbesserung der Zugfestigkeit erreichen . Für einen Kunden aus der Unterhaltungselektronik entwickelten wir sogar einen Prototypen mit einem integrierten Gehäuse aus PC-Kunststoff und Aluminiumlegierung, das sowohl ästhetisch als auch strukturell robust ist.

Die Erfahrung umfasst über 10 Materialkombinationen und beinhaltet Schlüsseltechnologien wie Fünf-Achsen-CNC und adaptive Parameteranpassung. Dieser Leitfaden wurde aus über tausend Rapid-Prototyping-Projekten zusammengestellt und jedes Element wurde erprobt und getestet.

JS Precision bietet dank seiner umfassenden Erfahrung in der CNC-Bearbeitung mehrerer Materialien maßgeschneiderte Lösungen für Ihr Rapid-Prototyping-Projekt. Senden Sie uns einfach Ihre Konstruktionszeichnungen. Wir prüfen diese umgehend und geben Ihnen Prozessempfehlungen für die effektive Umsetzung Ihres Projekts.

Der Motor der schnellen Prototypenentwicklung: Beseitigung grundlegender CNC-Engpässe

Um hochwertiges Multimaterial-Rapid-Prototyping zu ermöglichen, müssen wir zunächst die grundlegenden Herausforderungen der CNC-Bearbeitung bewältigen – jene, die auf unterschiedliche Materialeigenschaften und Prozesskomplexität zurückzuführen sind. Nur durch die Bewältigung dieser Herausforderungen können wir die Effizienz und Präzision der Rapid-Prototyping-Entwicklung gewährleisten.

Herausforderung 1: Designintegration

Herkömmliche Prototypen werden typischerweise in separaten Komponenten entwickelt, was bei der späteren Montage leicht zu Genauigkeitsproblemen führt. Beim Multimaterial-Prototyping müssen Designer die Verbindung und Befestigung der Materialien von Anfang an berücksichtigen. Beispielsweise müssen bei der Verbindung von Metall und Kunststoff physische Verriegelungsfunktionen vorab entworfen werden, um spätere Schwachstellen der Verbindung zu vermeiden.

Herausforderung 2: Serialisierung der Fertigung

Die Grundlage der Serialisierung in der Fertigung ist die Auftragsplanung und die Konstruktion der Vorrichtung. Was muss zuerst bearbeitet werden: hartes oder weiches Material? Wie kann die Vorrichtung Werkstücke aus unterschiedlichen Materialien sicher spannen? Werden diese Probleme nicht gelöst, treten Bearbeitungsfehler auf. So wird beispielsweise die Bearbeitung des weichen Materials zunächst durch die Vibrationen der anschließenden Hartmaterialbearbeitung beeinträchtigt.

Herausforderung 3: Material „Dialog“

Verschiedene Materialien weisen erheblich unterschiedliche Schnittkräfte, Wärmeausdehnungskoeffizienten und Steifigkeiten auf. Bei der Bearbeitung von Aluminium (Metall) und ABS-Kunststoff beispielsweise erfordert Aluminium eine hohe Geschwindigkeit und einen niedrigen Vorschub, während ABS eine niedrige Geschwindigkeit und einen hohen Vorschub erfordert.

Die Verwendung der gleichen Parameter für alle Teile kann leicht zu einer Verzerrung der Teile oder zu Maßfehlern führen, was sich auf die Fertigungsqualität beim Rapid Prototyping auswirkt.

Herausforderung 4: Kompromiss zwischen Effizienz und Kosten

Die Bearbeitung mehrerer Materialien erfordert eine komplexere Prozessplanung und zusätzliche Einstellungen, was die Bearbeitungszeit und die Kosten erhöht. Die Aufrechterhaltung der Qualität bei gleichzeitiger Erfüllung der grundlegenden Geschwindigkeitsanforderungen des Rapid Prototyping ist eine Herausforderung, die Unternehmen bewältigen müssen.

Schnelle Prototypenfertigung meistern: Schlüsseltechnologien in der CNC-Bearbeitung

Nachdem die grundlegenden Herausforderungen der CNC-Bearbeitung von Multimaterial-Prototypen bewältigt wurden, ist die Beherrschung von Schlüsseltechnologien der Schlüssel zur Weiterentwicklung der Rapid-Prototyping-Fertigung . Diese Technologien steigern Qualität und Effizienz in drei Bereichen:

Fortschrittliche CAM-Software und Simulation

Durch den Einsatz von CAM-Software wie Mastercam, die die Mehrachsenbearbeitung und die Planung der Bearbeitungssequenz unterstützt, lassen sich Bearbeitungsprozesse für mehrere Materialien präzise planen . Gleichzeitig lassen sich durch die Schnittsimulation in einer virtuellen Umgebung Probleme mit Werkzeug-Vorrichtung-Interferenzen im Voraus erkennen. So werden Fehler bei der realen Bearbeitung vermieden und Materialabfall reduziert.

Adaptive Bearbeitungsstrategien

1. „Single-Setup“-Technologie: Vorspannen unterschiedlicher Materialien in Präzisionsvorrichtungen. Alle Materialien werden in einer einzigen Aufspannung programmgesteuert bearbeitet, was eine sehr gute relative Positionsgenauigkeit ermöglicht und Mehrfach-Aufspannfehler ausschließt.

2. Sequentieller Parameterabruf: Die CAM-Software kann verschiedene Schnittparameterbibliotheken automatisch abrufen, z. B. hohe und niedrige Vorschubgeschwindigkeiten für die Metallbearbeitung sowie sofortige Umstellung auf niedrige und hohe Vorschubgeschwindigkeiten für die Kunststoffbearbeitung. Das optimale Werkzeug wird automatisch ausgewählt, eine ständige manuelle Anpassung ist nicht erforderlich.

Intelligentes Vorrichtungsdesign

Mit den modularen, konfigurierbaren Vorrichtungssystemen, z. B. speziellen Vorrichtungen oder fräsbaren Schraubstockblöcken, kann es an eine Vielzahl unregelmäßig geformter Rohlinge angepasst werden. Die Vorrichtung ist nicht nur bequem zu montieren, sondern stabilisiert auch die Bearbeitung von Werkstücken aus verschiedenen Materialien und verbessert so die Genauigkeit der Rapid-Prototyping-Bearbeitung.

Abbildung 1: CNC-Rapid-Prototyping

Die Präzision der Rapid Prototype Machining: Verbundwerkstoffe überwinden

Beim Multimaterial-Rapid-Prototyping hat die Bearbeitungspräzision von Verbundwerkstoffen (Kohlefaser- und Glasfaserverbundwerkstoffe) direkten Einfluss auf die Gesamtqualität der Rapid-Prototyping-Bearbeitung . Ihre individuellen Eigenschaften bringen entsprechende Herausforderungen mit sich, die maßgeschneiderte CNC-Lösungen erfordern.

Herausforderungen bei Verbundwerkstoffen und Vergleich von CNC-Lösungen

Weitere CNC-Lösungen

Die Optimierung der Prozessparameter durch sorgfältige Abstimmung ist unerlässlich. Die Bearbeitung der Fasern durch „Scheren“ statt „Ziehen“ ergibt perfekte Kanten ohne Delamination und Grate. Leistungsstarke Staubsauger saugen Schnittstaub direkt ab. Dies schützt die Geräte und die Gesundheit der Mitarbeiter, verhindert, dass Staub die Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigt und gewährleistet eine reibungslose Rapid-Prototyping-Fertigung.

JS Precision verfügt über umfassende Erfahrung in der CNC-Rapid-Prototyping-Technologie für Verbundwerkstoffe und löst Probleme mit Rissen und Werkzeugverschleiß bei der Bearbeitung von Verbundwerkstoffen vollständig. So wird eine hochpräzise Rapid-Prototyping-Bearbeitung gewährleistet und Ihre Anforderungen an Funktionstests erfüllt.

Die Schwierigkeiten des Rapid Prototyping aus Metall und Kunststoff überwinden

Metall und Kunststoff sind eine beliebte Kombination für Rapid Prototyping. Ihre unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften (wie Wärmeleitfähigkeit und Härte) stellen jedoch große Herausforderungen bei der Verarbeitung dar. Nur durch die Bewältigung dieser Herausforderungen kann die Qualität von Rapid Prototyping-Prototypen aus Metall und Kunststoff gewährleistet werden.

Die Wärmekontrolle ist ein großes Problem. Die Bearbeitungswärme des Metalls wird auf den Kunststoff übertragen und erweicht diesen Bereich. Die Lösung ist die Skip-Bearbeitung: Das Metallteil wird eine Weile bearbeitet, bevor das Kunststoffteil oder ein anderer Bereich bearbeitet wird, um den Metallbereich abkühlen zu lassen. Lokale Kühlung, d. h. Luftkühlung, wird ebenfalls eingesetzt, um plastische Verformungen durch Wärme zu verhindern.

Auch die Belastung und Präzision der Schnittstellen sind von größter Bedeutung. Wie erreichen wir eine nahtlose Schnittstelle zwischen Kunststoff- und Metallteilen?

Die Lösung besteht darin , die Möglichkeiten der Präzisionsbearbeitung von Anbietern kundenspezifischer CNC-Rapid-Prototyping-Dienste wie JS Precision zu nutzen, um Mikrostrukturen (z. B. Hinterschneidungen und Rippen) für Presspassungen, Schnappverbindungen oder Verbindungen direkt zu bearbeiten und so eine physische Verriegelung zu erreichen und die Festigkeit und Abdichtung der Verbindung zu verbessern.

Um die Herausforderungen der Metall- und Kunststoffbearbeitung beim Rapid Prototyping zu meistern, bietet JS Precision innovative Lösungen für Wärmemanagement und Schnittstellenbearbeitung, um die Präzision und Langlebigkeit der Verbindung zwischen den beiden Materialien für die stabile Leistung Ihrer Prototypen sicherzustellen.

Abbildung 2: Rapid Prototyping Metall​

Benutzerdefinierte CNC-Rapid-Prototyping-Strategien für harte und weiche Materialien

Die Kombination aus harten Materialien (z. B. Edelstahl und Aluminiumlegierungen) und weichen Materialien (z. B. weiche Kunststoffe und Silikon) ist beim kundenspezifischen Prototyping üblich. Hochwertiges kundenspezifisches CNC-Rapid-Prototyping kann durch die Implementierung eines wissenschaftlichen Bearbeitungsansatzes erreicht werden, der die Bearbeitungsanforderungen verschiedener Materialien ausgleicht.

Bearbeitungsprinzipien und Parameteranpassung

Zuerst wird das harte Material bearbeitet, da der Prozess stabiler ist und weniger Vibrationen und Durchbiegungen entstehen. Die Verwendung des bearbeiteten harten Materials als Referenz für die Bearbeitung des weichen Materials erhöht die Gesamtgenauigkeit.

Bei der Auswahl der Schneidwerkzeuge sollte ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Schärfe und der Fähigkeit zur Verhinderung von Spanbildung bestehen. Die dynamische Parameteranpassung verhindert das Schmelzen oder Verformen von weichem Material durch Überhitzung und gewährleistet so die Qualität beim kundenspezifischen CNC-Rapid-Prototyping .

JS Precision verfügt über einen spezialisierten Service für kundenspezifisches CNC-Rapid-Prototyping und kann kundenspezifische Bearbeitungstechniken basierend auf den Eigenschaften harter und weicher Feststoffe entwickeln, um die Prototypenqualität sicherzustellen und Ihre individuellen Anforderungen genau zu erfüllen.

CNC vs. 3D-Druck: Ein Showdown in der Multimaterial-Prototypenproduktion

CNC-Bearbeitung und 3D-Druck sind die gefragtesten Technologien für Multimaterial-Prototyping. Beide haben ihre Vorteile, und der Einsatz der einen oder anderen hängt von Ihren Anforderungen an die Rapid-Prototyping-Entwicklung ab. Die Unterschiede zwischen den beiden Technologien können Ihnen bei der richtigen Wahl helfen.

Vergleich der Vorteile von CNC- und 3D-Druck-Multimaterial-Prototyping

Fazit: CNC-Rapid-Prototyping eignet sich besser für die Erstellung hochpräziser, hochfester und funktionserprobter Prototypen, die den hohen Leistungsanforderungen der Rapid-Prototyping-Entwicklung gerecht werden. 3D-Druck eignet sich jedoch besser für Proof-of-Concept-, Formschluss- und Prototypen mit komplexen inneren Hohlräumen.

Abbildung 3: CNC-Bearbeitung vs. 3D-Druck

Fallstudie: Wie JS Precision einen integrierten Multimaterial-Antriebsprototyp für eine Drohne herstellte

Dieses Beispiel verdeutlicht, wie CNC-Bearbeitung die Herausforderungen der Multimaterial-Rapid-Prototyping-Entwicklung löst. Im Folgenden beschreiben wir den gesamten Prozess, den JS Precision zur Entwicklung eines Multimaterial-Antriebsprototyps für einen Kunden aus der Drohnenindustrie verfolgte.

Kundenanforderungen

Ein Drohnenunternehmen benötigte für Flugtests einen leichten, schubstarken Antriebsprototyp.

Die Anforderungen waren hohe Festigkeit und eine hochkoaxiale Integration von Kohlefaserverbundblättern und Naben aus Aluminiumlegierung. Das Gewicht des Blattes durfte nicht mehr als 20 g betragen, die Nabe musste 10.000 U/min standhalten und leicht sein, und die Schnittstelle zwischen beiden musste eine Präzision von ±0,003 mm aufweisen.

Die größten Herausforderungen bestanden darin, die CFK-Blätter reißfest zu bearbeiten, die Aluminiumnabe mit hoher Festigkeit und leichter Struktur zu konzipieren und an der Schnittstelle zwischen beiden eine Präzision im Mikrometerbereich zu erreichen.

Die Lösung von JS Precision

1. Gemeinsames Design: Unsere Ingenieure arbeiteten mit dem Kunden zusammen , um das Verbindungsdesign zu verbessern . Dabei wurde anstelle einer einfachen Verklebung eine Zapfenverbindungsstruktur integriert. Diese Struktur erhöht die Verbindungsfestigkeit um 35 % und vereinfacht die Bearbeitung und Montage.

2.Serialisierte Bearbeitung:

• Alle CFK-Blätter wurden zunächst in einem Durchgang von einer fünfachsigen CNC- Maschine mit diamantbeschichteten Schneidwerkzeugen bei einer hohen Drehzahl von 12.000 U/min und einer sehr geringen Schnitttiefe von 0,1 mm präzise bearbeitet, ohne dass es an den Kanten zu Delaminationen kam.
• Im zweiten Beispiel wurde in derselben Baugruppe die Blattmitte mit einer hochpräzisen Zapfenverbindungsstruktur durch Hartmetallschneidwerkzeuge vorbearbeitet.
• Drittens wurde der vorverarbeitete Rohling des Aluminiumlegierungsrads in eine Präzisionsvorrichtung eingebaut und eine ausgehöhlte Struktur (20 % Gewichtsreduzierung) wurde verwendet, um den Zapfenverbindungskopf mit einer Presspassung mit der Zapfenverbindung zu verarbeiten.

3. Integration und Verifizierung: Mithilfe eines hochtemperaturbeständigen Klebstoffs und einer physikalischen Verzahnung wurden die beiden Teile durch Presspassung miteinander verbunden und bildeten so den fertigen Propeller. Die wichtigsten Abmessungen wurden anschließend mit einem Koordinatenmessgerät überprüft, um die Konformität sicherzustellen.

Ergebnisse

Der Kunde verfügte innerhalb von 5 Tagen über einen funktionsfähigen Prototypen, der für Flug- und Hochgeschwindigkeits-Windkanaltests bereit war. Dadurch wurde das Design validiert und der Produktentwicklungszyklus um 70 % verkürzt .

Der Prototyp zeigte die erwartete Leistung und war während der Tests stabil. Dadurch wurde die notwendige Investition gesichert und der Kunde konnte sein Projekt zur schnellen Prototypenentwicklung erfolgreich in die nächste Phase bringen.

Abbildung 4: Faltpropeller aus Kohlefaser

Starten Sie Ihr Projekt: Beauftragen Sie einen professionellen CNC-Rapid-Prototyping-Dienst

Für eine problemlose Entwicklung von CNC-Prototypen aus mehreren Materialien sollten Sie einen professionellen CNC-Rapid-Prototyping-Dienstleister auswählen.

Bewerten Sie die technische Bandbreite: Finden Sie heraus, ob der Dienstleister über das Know-how und die Ausrüstung verfügt, um alle Materialien Ihres Projekts zu verarbeiten, von Rapid-Prototyping-Metallen bis hin zu Spezialkunststoffen. Kann der Dienstleister beispielsweise Spezialmaterialien wie PEEK und keramikgefüllte Verbundwerkstoffe verarbeiten und steht eine 5-Achsen-CNC-Ausrüstung für die Bearbeitung komplexer Strukturen zur Verfügung.

Informieren Sie sich über die Möglichkeiten der technischen Unterstützung: Ein kompetenter Dienstleister bietet Ihnen Design- und Fertigungsprüfungen an, anstatt Zeichnungen einfach nur zu akzeptieren. Er kann proaktiv auf Fertigungsprobleme im Design hinweisen und Optimierungsempfehlungen geben. Das spart Ihnen Kosten für spätere Änderungen und steigert die Effizienz der Prototypenfertigung.

Überprüfung des Qualitätssystems: Der Dienstleister sollte gefragt werden, wie er die wichtigsten Abmessungen von Multimaterial-Prototypen, insbesondere die Passgenauigkeit der Schnittstellen, kontrolliert. Ob er über Prüfmittel wie Koordinatenmessgeräte und ein gründliches Prüfverfahren verfügt, hat direkten Einfluss auf die Qualität des Prototyps.

Leiten Sie den Angebotsprozess: Eine moderne Serviceplattform sollte einen reibungslosen Online-Angebotsprozess ermöglichen und Prozessprobleme sowie Kostenstrukturen klar darstellen. Schnelle und feste Angebote ermöglichen Ihnen eine termingerechte Planung Ihres Projektbudgets und minimieren die Projektanlaufzeit.

JS Precision bietet Ihnen einen CNC-Rapid-Prototyping-Service mit umfassender technischer Kompetenz, professioneller Ingenieurunterstützung und umfassendem Qualitätssicherungssystem. Dank unseres schnellen Angebotsprozesses können Sie Ihr Projekt effektiv, sicher und schnell starten.

FAQs

F1: Ist die CNC-Bearbeitung von Prototypen aus mehreren Materialien viel langsamer als der 3D-Druck?

Nicht immer. Bei Prototypen mit komplexer Struktur, aber geringer Festigkeit kann der 3D-Druck schneller sein. Für hochpräzise Funktionsprototypen mit guter Oberflächengüte und realistischen Materialanforderungen bietet CNC in der Regel Vorteile hinsichtlich der Verfügbarkeit des ersten Teils. Dies liegt daran, dass es tatsächlich Zeit bei den aufwendigen Prozessen nach dem 3D-Druck spart, einschließlich Stützstrukturen entfernen, schleifen und nachhärten, und den Effizienzanforderungen der schnellen Prototypenentwicklung besser entspricht.

F2: Ist Multimaterial-CNC-Prototyping sehr teuer?

Die Bearbeitung mehrerer Materialien ist aufgrund ihrer Komplexität zwar teurer, der Nutzen überwiegt jedoch die Mehrkosten bei weitem. Durch die einmalige Rapid-Prototyping-Fertigung können Sie Probleme mit der Materialkompatibilität, Montagestörungen und Leistungsengpässe im Voraus lösen und Änderungen vermeiden, die bei Produktionsvolumen zehn- oder sogar hundertmal teurer wären.

F3: Wie schnell kann ich einen Multimaterial-CNC-Prototyp erhalten?

Bei JS Precision können einfache Prototypen aus mehreren Materialien im Rahmen unseres normalen Rapid-Prototyping-Prozesses vom Eingang Ihrer qualifizierten Daten bis zum Versand in 2-3 Werktagen fertiggestellt werden, kompliziertere Prototypen benötigen nur 5-7 Werktage. Auf diese Weise können wir Ihren Rapid-Prototyping-Entwicklungsplan pünktlich einhalten, ohne Ihren Entwicklungszyklus zu verzögern.

F4: Welche exotischen Materialkombinationen können Sie bearbeiten?

Neben Standardmetallen und -kunststoffen haben wir auch erfolgreich PEEK- und Titanlegierungskombinationen, keramikgefüllte Verbundwerkstoffe und Aluminiumlegierungen sowie ULTEM- und Kupferlegierungskombinationen bearbeitet. Unsere Ingenieure verfügen über umfassende Erfahrung im kundenspezifischen CNC-Rapid-Prototyping. Rufen Sie uns an, um Ihre spezifischen Anforderungen zu besprechen und eine effiziente Bearbeitungslösung zu entwickeln.

Zusammenfassung

Die CNC-Bearbeitung geht schon lange über das Klischee des „Metallschneidens“ hinaus und führt das Rapid Prototyping mit seiner unübertroffenen Flexibilität und Präzision auf ein neues Niveau.

Durch die Kombination der Spitzenleistung einer Vielzahl von Materialien können Sie bereits zu Beginn der Produktentwicklung ein nahezu fertiges Produkt erleben und bestätigen, wodurch das F&E-Risiko und die Markteinführungszeit erheblich reduziert werden.

JS Precision ist die perfekte Wahl für Sie, wenn Sie ein innovatives Produkt entwickeln und einen Fertigungspartner suchen, der mit Ihren komplexen Designs vertraut ist und diese mit hoher Genauigkeit herstellen kann.

Mit unserer umfassenden Erfahrung, modernster Technologie und effizienten Prozessen gewährleisten wir die qualitativ hochwertige Ausführung Ihrer Projekte zur schnellen Prototypenentwicklung, damit Sie Ihre Produkte rechtzeitig auf den Markt bringen können.