¿Por qué el CNC es el proceso ideal para la definición de prototipado rápido?

Cuanto más competitivo es el desarrollo de productos, más se centra todo en la velocidad. Pero cuando se trata de prototipado rápido, lo primero que se le viene a la mente a mucha gente es la impresión 3D. Sin embargo, existe una tecnología que puede dotar a los prototipos de un rendimiento, precisión y propiedades de materiales casi idénticos a los de las piezas de producción finales: el mecanizado CNC.

Muchas personas han interpretado la definición de prototipado rápido como "fabricación rápida de modelos" , sin considerar su influencia decisiva en el lanzamiento del producto.

A continuación, presentamos un artículo que redefinirá su comprensión de lo que es la creación rápida de prototipos , revelando cómo la tecnología CNC, con sus capacidades inigualables en el mundo real, se convierte en el motor más fiable y potente de todo el proceso de creación rápida de prototipos: desde la prueba de concepto hasta las pruebas funcionales.

Resumen de respuestas clave

¿Por qué el equipo de JS Precision elige la tecnología CNC para la creación de prototipos?

Precision, JS cuenta con más de 12 años de experiencia práctica en el campo de la creación rápida de prototipos, prestando servicios a más de 500 clientes de 6 industrias principales: aeroespacial, dispositivos médicos, electrónica de consumo, autopartes , automatización industrial y semiconductores.

Por ejemplo, JS Precision fabricó prototipos de instrumentos quirúrgicos de alta precisión para una empresa de equipos médicos con tolerancias de ±0,005 mm para garantizar la precisión durante las cirugías, y entregó 20 prototipos de prueba de motores a la empresa de autopartes en 72 horas para cumplir con sus requisitos de verificación urgentes.

En la industria aeroespacial, también produjeron prototipos de soportes para sistemas de control de actitud para una empresa de componentes de satélites, utilizando aleación de titanio TC4, mecanizado CNC de cinco ejes para lograr ángulos espaciales complejos y controlando tolerancias dentro de ±0,003 mm para ayudar al cliente a completar las pruebas en órbita.

Fabricamos 30 prototipos de articulaciones de brazos robóticos para una empresa de automatización industrial que fabrica equipos para líneas de producción, lo que les ayudó a cumplir con su calendario de puesta en marcha en un tiempo récord de tan solo 48 horas.

El equipo de ingeniería de JS Precision cuenta con una experiencia media de más de 8 años en mecanizado CNC y ha gestionado más de 1.000 proyectos de prototipado rápido.

Equipado con más de 40 unidades de máquinas CNC de alta precisión, incluyendo máquinas de 3 y 5 ejes, el taller opera bajo los sistemas de gestión de calidad médica ISO 9001 e ISO 13485 , comprendiendo plenamente las necesidades de creación de prototipos en diferentes campos.

Esta guía se basa en el resumen de estos proyectos reales, y cada sugerencia ha sido comprobada en la práctica, por lo que se puede confiar plenamente en ella.

Si necesita un servicio de prototipado rápido CNC de alta calidad, JS Precision, con su amplia experiencia en el sector, puede satisfacer sus necesidades. Solo tiene que enviarnos los archivos CAD y le enviaremos un presupuesto rápidamente. Comenzaremos la fabricación y le garantizamos la calidad y eficiencia del prototipo en el menor tiempo posible.

Redefiniendo la velocidad: ¿Qué es la creación rápida de prototipos en la era moderna?

Primero, entendamos qué ha experimentado JS Precision, cuál es la definición moderna de prototipado rápido, porque solo se puede explicar bien describiendo qué es el prototipado rápido para comprender por qué CNC es la opción perfecta.

La creación rápida de prototipos moderna no se trata de "hacer un modelo más rápido", sino de un proceso integrado en el que "prueba de concepto - pruebas funcionales - retroalimentación del mercado - producción piloto de lotes pequeños" es iterativo.

En todo el proceso, cada paso requiere datos precisos del prototipo. Por ejemplo, la prueba de concepto exige que el prototipo cumpla con los requisitos de diseño; las pruebas funcionales requieren que soporte cargas reales; y la retroalimentación del mercado exige que su calidad sea muy similar a la de la producción en masa.

Un resultado exitoso de la creación rápida de prototipos debe tener "semejanza formal", "semejanza espiritual" y "autenticidad funcional".

En otras palabras, "semejanza formal" significa que la apariencia es consistente con el producto final, "semejanza espiritual" significa que las propiedades del material se acercan a los estándares de producción en masa, "autenticidad funcional" significa que puede simular el rendimiento en escenarios de uso reales.

Por lo tanto, los tres requisitos anteriores imponen altas exigencias de precisión y resistencia del material para el prototipo, allanando el camino para el mecanizado CNC.

JS Precision comprende profundamente las necesidades básicas del proceso moderno de creación rápida de prototipos ; JS Precision puede proporcionar a sus clientes prototipos que logren "semejanza formal, semejanza espiritual y autenticidad funcional" para ayudarles a iterar rápidamente e impulsar el lanzamiento del producto.

Más allá de las impresoras 3D: Descubriendo todo el espectro de herramientas de prototipado rápido

Ahora que se han establecido la definición y los criterios estrictos para la creación rápida de prototipos, me gustaría comparar varias herramientas convencionales de creación rápida de prototipos y encontrar la opción óptima para escenarios de alta demanda.

La siguiente tabla mostrará que el mecanizado CNC es, de hecho, la primera opción indiscutible cuando se requiere que los prototipos soporten cargas reales, funcionen en condiciones extremas o se sometan a una verificación de ensamblaje precisa; por ejemplo, brazos de drones, piezas de equipos de alta temperatura, dispositivos médicos.

Por ejemplo, existen componentes de implantes médicos que requieren una biocompatibilidad y una precisión dimensional muy elevadas . En algunos casos, el mecanizado CNC con aleaciones de titanio auténticas podría cumplir los requisitos para los ensayos clínicos.

Normalmente, las piezas metálicas producidas mediante impresión 3D presentan porosidad interna y no alcanzan dicha estabilidad. Esto es lo que confiere al mecanizado CNC su posición de alta gama en la familia de herramientas de prototipado rápido .

Figura 1: Las máquinas CNC automatizan el corte, el moldeado y el acabado de los materiales, lo que da como resultado prototipos de alta precisión.

La ventaja del CNC: Un análisis profundo del proceso de prototipado rápido

Dado que la mayor parte de la demanda de prototipado rápido depende del uso de CNC, a continuación explicaremos el proceso de prototipado rápido basado en CNC para que comprenda cómo se logra una alta eficiencia y una alta calidad.

Recepción del modelo CAD:

El cliente proporciona el archivo de diseño 3D en formato STEP o IGES. Los ingenieros de JS Precision realizarán un análisis de viabilidad del diseño, incluyendo la identificación de cavidades profundas o paredes delgadas que podrían presentar problemas de mecanizado, y ofrecerán sugerencias de optimización.

Al diseñar para el cliente, si se presenta algún problema con paredes delgadas que se deforman fácilmente, sugerimos añadir nervaduras para reforzarlas. Por ejemplo, un prototipo de carcasa de sensor tenía una pared de 1 mm de espesor que se deformaba con mucha facilidad durante el mecanizado. Al ajustarla a 1,2 mm con la adición de nervaduras, el rendimiento a la primera aumentó del 70 % al 98 %.

Programación CAM y pre-simulación digital:

Al utilizar software CAM profesional para generar trayectorias de mecanizado, activamos simultáneamente la función de "presimulación digital" para simular todo el proceso de mecanizado y evitar de forma proactiva problemas como colisiones de herramientas y errores de trayectoria. Es una de las tecnologías clave del flujo de trabajo de JS Precision.

Mecanizado con cambiador automático de herramientas:

Se utiliza una máquina herramienta CNC de 3 o 5 ejes . La elección dependerá de la complejidad de la pieza. La tecnología denominada "un punto de sujeción por mecanizado multifacético" aplicada al mecanizado de piezas tan complejas y multifacéticas reduce el número de operaciones de sujeción y controla los errores a ±0,01 mm.

Inspección en línea:

Las dimensiones clave se miden mediante sondas en la herramienta durante el mecanizado. Cualquier desviación se corregirá de inmediato para mantener la precisión requerida del prototipo.

Postprocesamiento:

El postprocesamiento incluiría el desbarbado, el microgranallado o el anodizado tras el mecanizado, preparando estos prototipos para su uso inmediato por los clientes sin necesidad de ajustes adicionales. Por lo tanto, el éxito del prototipado CNC al primer intento ha reducido el tiempo de iteración en la creación rápida de prototipos.

Figura 2: El software de diseño asistido por computadora (CAD) permite a los ingenieros y diseñadores crear modelos 3D detallados de productos y especificar cada detalle y dimensión.

La verdad sobre el costo: cómo el prototipado y la fabricación CNC le ahorran dinero

Mucha gente piensa que la tecnología de mecanizado CNC es cara; sin embargo, desde la perspectiva de la creación rápida de prototipos y la fabricación , en realidad puede ahorrar mucho dinero, principalmente en tres aspectos.

1. El prototipo CNC evita el coste de costosas modificaciones de moldes.

Al crear un prototipo mediante CNC antes de la fabricación del molde, es posible detectar con suficiente antelación los defectos de diseño. Por ejemplo, un fabricante de autopartes detectó una desviación de 2 mm en la posición de un orificio con un prototipo CNC, modificó el diseño y evitó costes de retrabajo del molde por valor de 100 000 dólares.

2. El CNC aumenta la velocidad de comercialización.

Los prototipos CNC pueden utilizarse directamente para pruebas posteriores sin necesidad de un procesamiento posterior que consume mucho tiempo. Por ejemplo, un cliente del sector electrónico completó las pruebas funcionales en dos semanas utilizando un prototipo CNC, ahorrando una semana en comparación con la impresión 3D (una semana que incluye 3 días de impresión y 2 días de endurecimiento), lo que permitió lanzar el producto un mes antes de lo previsto y otorgó a la empresa una importante ventaja competitiva.

3. Permite una transición sin problemas hacia la producción en masa.

La mayoría de los procesos utilizados en la creación de prototipos CNC son muy similares a los de la producción en masa. Por ejemplo, los parámetros de corte y la selección de herramientas para prototipos de piezas de aleación de aluminio se pueden utilizar directamente en la producción en masa, lo que reduce el riesgo de costes de conversión y reajuste.

Desde la perspectiva del prototipado y la fabricación rápidos, los servicios CNC de JS Precision pueden ayudarle a evitar modificaciones de moldes, acelerar la comercialización y lograr ahorros de costes. Póngase en contacto con nosotros para obtener más información sobre soluciones específicas.

Figura 3: Una manifestación del valor de las máquinas herramienta CNC es que el costo de producción en masa de productos prototipo se ha reducido significativamente.

Guía para seleccionar el equipo adecuado para la creación rápida de prototipos

Elegir el equipo adecuado para la creación rápida de prototipos es clave para el éxito. Cada necesidad requiere un equipo diferente. Puede basar su decisión en las siguientes cuatro dimensiones:

1. Requisitos de materiales:

• Si el prototipo va a ser de metal, como una aleación de aluminio o una aleación de titanio, entonces se prefiere el mecanizado CNC.
• Si el prototipo necesita soportar altas temperaturas, como en el caso de las piezas periféricas del motor, entonces el acero inoxidable mecanizado por CNC o la aleación de titanio pueden cumplir con la resistencia a altas temperaturas superiores a 300 ℃, mientras que los prototipos de plástico impresos en 3D se ablandan fácilmente por encima de 150 ℃.
• Seleccione la impresión 3D SLA si se trata de plástico y solo se necesita una verificación visual.
• El método de moldeo al vacío puede seleccionarse para lotes pequeños de piezas de plástico.

2. Precisión dimensional:

Si se requiere una tolerancia de ±0,01 mm o superior, como en el caso de los dispositivos médicos , se debe optar por el mecanizado CNC. Si la tolerancia es más permisiva, inferior a ±0,1 mm, como en el caso de las carcasas de juguetes, es aceptable utilizar SLA o FDM.

3. Complejidad estructural:

Para piezas con superficies complejas y multifacéticas, o cavidades profundas, como los conectores de brazos de drones, se recomienda el mecanizado CNC de 5 ejes. Para superficies simples, lisas y curvas, como las carcasas de vasos, la impresión 3D es una opción viable.

4. Presupuesto y plazo de entrega:

En el caso de presupuestos limitados (entre 50 y 200 dólares) con plazos de entrega extremadamente cortos (en menos de un día), la impresión 3D por deposición de material fundido (FDM) es una opción para piezas sencillas; los presupuestos amplios (entre 200 y 1000 dólares) con altos requisitos de calidad requieren el uso de CNC, con un plazo de entrega de 1 a 3 días.

JS Precision dispone de una completa gama de equipos para prototipado rápido , desde 3 hasta 5 ejes, con la maquinaria adecuada a sus necesidades de material y precisión. Simplemente díganos qué necesita y le recomendaremos la solución óptima.

Caso práctico: De CAD a brazo UAV listo para el vuelo en 72 horas

Antecedentes y desafíos del cliente

El conector del brazo de fibra de carbono compuesta de una empresa emergente de drones industriales requiere una actualización de diseño para las pruebas de vuelo previas a una demostración para inversores.

Las muestras impresas en 3D mediante FDM realizadas previamente se rompieron durante una prueba de vibración de vuelo simulada a una frecuencia de 1000 Hz durante 2 horas, ya que la resistencia a la tracción del material impreso era de solo 20 MPa, insuficiente para cargas del mundo real.

El cliente necesita un prototipo funcional en 72 horas, o perderá la demostración para inversores y podría perder 5 millones de dólares de inversión.

La solución de JS Precision

1. Adecuación de materiales y procesos:

Los ingenieros de JS Precision analizaron los materiales e indicaron que la unión insuficiente entre capas en las piezas impresas en 3D era la principal causa de fractura. Recomendaron utilizar la aleación de aluminio 7075 de grado aeroespacial, cuya resistencia a la tracción es hasta cinco veces superior a la del material FDM.

Previamente, realizamos ensayos de tracción para verificar la idoneidad del material; la resistencia a la fluencia alcanzó los 505 MPa, superando con creces el requisito del cliente de 450 MPa. Los datos de los ensayos en tiempo real se compartieron con el cliente.

2. Respuesta rápida e ingeniería concurrente:

Dos horas después de recibir el modelo CAD (formato STEP), se terminó el trabajo de programación CAM y la planificación del proceso, y se prepararon con antelación las materias primas de reserva (láminas prealmacenadas de aleación de aluminio 7075).

Todo el mecanizado de superficies curvas complejas se realizó en una sola sesión en una máquina herramienta de cinco ejes, con tolerancias superficiales de ensamblaje clave controladas dentro de ±0,008 mm.

3. Postprocesamiento eficaz:

Las tolerancias superficiales clave del ensamblaje se encuentran dentro de ±0,005 mm, obteniéndose seis superficies mecanizadas en una sola configuración mediante una máquina herramienta CNC de cinco ejes DMG MORI. Inmediatamente después del mecanizado, se realizó un desbarbado ultrasónico y un microgranallado para mejorar la rugosidad superficial a Ra 1,6 μm.

Al mismo tiempo, se volvieron a inspeccionar los orificios de conexión críticos utilizando una máquina de medición de coordenadas para garantizar que las tolerancias del diámetro de los orificios cumplan con los requisitos de los ensamblajes y evitar huecos en los ensamblajes posteriores.

Resultados y valor

Desde el pedido del cliente hasta la entrega física, solo transcurrieron 70 horas, 2 horas antes de lo previsto. El conector mecanizado por CNC no presentó deformaciones ni fracturas en las pruebas de resistencia posteriores (2 horas de vibración a 1200 Hz y prueba de impacto de 100 kg), lo que permitió al cliente superar con éxito la demostración de inversión y obtener 3 millones de dólares en inversión.

Comentarios de los clientes: "El prototipo CNC de JS Precision no solo resolvió una necesidad urgente, sino que también nos ayudó a conservar una oportunidad de inversión crucial."

Figura 4: Conector de tubo de carbono para brazo plegable de dron

Ingeniería para la velocidad: Estrategias probadas para optimizar su proceso de prototipado rápido

En el proceso de prototipado rápido , la optimización del proceso es clave para maximizar la eficiencia del mecanizado CNC. JS Precision resume a continuación algunos métodos probados para mejorar su eficiencia y reducir sus costos.

1. Simplificación de los diseños:

Evite superficies innecesariamente complejas que no aporten valor a la funcionalidad. Por ejemplo, si una pieza mecánica tuviera 6 superficies irregulares, simplificarla a 3 reduce el tiempo de mecanizado de 8 a 4 horas y disminuye los costos en un 40 %.

2. Ajuste de tolerancia razonable:

Evite tolerancias innecesariamente altas. Por ejemplo, ampliar la tolerancia de las dimensiones no críticas de ±0,005 mm a ±0,02 mm reduce la dificultad del mecanizado, disminuye los costes en un 30 % y no afecta a la función de la pieza.

3. Uso inteligente de materiales:

Utilice materiales de fácil mecanizado durante la fase inicial de las pruebas funcionales. Por ejemplo, la aplicación de 6061, fácilmente mecanizable y de bajo costo, en lugar de la aleación de aluminio 7075, que es difícil de mecanizar y costosa, durante las primeras fases de las pruebas, y el cambio al material objetivo después de superar las pruebas, reduce los costos iniciales hasta en un 25 %.

4. Estandarización y modularización:

El preprocesamiento de JS Precision incluye piezas estructurales estándar de uso común, como orificios para tornillos y pasadores de posicionamiento. Asimismo, dispone de insertos de tuerca premecanizados para los orificios de tornillos M3 y M4 más comunes, que pueden integrarse directamente en el prototipo del cliente. Esto evita el taladrado y roscado in situ y reduce el tiempo de procesamiento entre uno y dos días.

Estos métodos aprovechan al máximo las ventajas de la creación rápida de prototipos CNC para ayudarle a desarrollar prototipos a mayor velocidad y menor coste.

JS Precision también puede proponer sugerencias para la optimización de procesos, de modo que se maximice la ventaja de la fabricación rápida de prototipos CNC mediante la simplificación del diseño y la configuración de tolerancias razonables para ayudar a los clientes a mejorar la eficiencia y reducir los costos.

Preguntas frecuentes

P1: ¿Es realmente comparable la velocidad de la creación de prototipos CNC a la de la impresión 3D?

La impresión 3D geométrica simple puede tardar unas horas , pero para prototipos funcionales de alta resistencia, el mecanizado CNC requiere mucho menos tiempo, ya que elimina el tiempo necesario para el postprocesamiento que aumenta la resistencia. Por ejemplo, una pieza del tamaño de un puño se puede entregar en un día mediante CNC, mientras que la impresión 3D más el postprocesamiento tardan tres días.

P2: ¿Qué materiales admite el mecanizado CNC?

Casi todos los materiales de ingeniería pueden mecanizarse mediante CNC, como aleaciones de aluminio, acero inoxidable, aleaciones de titanio, latón y plásticos de ingeniería como POM, nailon y PEEK. Esta es una de sus ventajas esenciales para la creación rápida de prototipos.

P3: ¿Cuáles son los tamaños mínimos/máximos viables para prototipos mecanizados por CNC?

El equipo de JS Precision permite mecanizar piezas desde unos pocos milímetros hasta prototipos de más de 800 mm. Necesitaremos determinar el tamaño exacto requerido a partir de sus planos. Le daremos nuestra respuesta lo antes posible una vez que nos los proporcione.

P4: ¿Cómo maneja el CNC los prototipos con canales de flujo internos complejos?

Según JS Precision, estas complejas estructuras internas de cavidades y canales de flujo se lograron a la perfección mediante el proceso de "mecanizado por desmontaje y posterior unión" o "utilizando materiales de soporte solubles".

P5: ¿Cuál es el tiempo general para el mecanizado CNC de prototipos de aleación de aluminio?

JS Precision suele tardar entre 1 y 3 días hábiles en enviar los pedidos de piezas estándar de aleación de aluminio del tamaño de un puño. Pueden gestionar los pedidos con eficiencia gracias a su línea de producción de prototipos rápidos.

P6: Nuestro diseño es muy complejo, ¿puede manejarse con CNC?

Por supuesto. JS Precision puede mecanizar superficies de forma libre extremadamente complejas y estructuras de cavidades internas con máquinas CNC de cinco ejes. Si nos proporciona el plano de diseño, casi con toda seguridad podremos mecanizarlo.

P7: ¿Cómo puedo solicitar un presupuesto para prototipado rápido CNC?

Solo tienes que proporcionar a JS Precision archivos CAD 3D, como formatos STEP o IGES. El sistema realizará el análisis y generará un presupuesto al instante. Para proyectos complejos, nuestros ingenieros se pondrán en contacto contigo para ofrecerte sugerencias de optimización.

P8: ¿Cómo puedo asegurar que el diseño de mi prototipo permanezca confidencial y seguro?

JS Precision cumple estrictamente con el acuerdo de confidencialidad (NDA) . Todos sus archivos de diseño y datos estarán debidamente protegidos. Tratamos la propiedad intelectual de nuestros clientes como algo vital, así que tenga la seguridad de que su información estará segura.

10. Resumen

Cuando se busca un prototipo que resista pruebas en condiciones reales, acelere las iteraciones de I+D y reduzca los costes generales, el ideal del mecanizado CNC se vuelve evidente. Es capaz de transformar prototipos de meras apariencias a prototipos funcionales, y de la validación puntual a la producción en masa.

Que tu prototipo nunca sea el eslabón más débil de tu cadena de producción. Elige el servicio de prototipado rápido CNC de JS Precision y obtendrás un servicio integral, desde la consulta para la definición del prototipo hasta la selección del equipo, pasando por la optimización del proceso y la personalización de la carcasa.

A continuación, sube tus archivos de diseño a nuestra página web y comprueba por ti mismo cómo la rapidez, la profesionalidad y la fiabilidad de nuestros servicios de prototipado rápido te impulsarán hacia el éxito.