JS Precision

Nel giro di pochi giorni avrete tra le mani un prototipo completamente funzionante: un lato è in lega di alluminio freddo, lavorato con precisione per creare alette del dissipatore di calore e un telaio strutturale, l'altro lato è in plastica tecnica rigida, modellata in un alloggiamento ergonomico, al cui interno è presente persino una guarnizione in silicone morbido.

L'intero assemblaggio multi-materiale non viene creato su più linee di produzione, ma su un unico centro di lavorazione CNC, con un'unica configurazione o processo snello. Questa è la capacità della prototipazione rapida odierna.

Questa guida esplorerà come la tecnologia di prototipazione rapida CNC sfrutta materiali metallici, plastici e compositi per sviluppare senza sforzo prototipi multimateriale, semplificando notevolmente il ciclo di innovazione del prodotto.

Riepilogo delle risposte chiave

Come realizzare prototipi multi-materiale? Soluzioni di lavorazione CNC di precisione JS

JS Precision vanta oltre 15 anni di esperienza pratica nella prototipazione rapida multimateriale e ha completato progetti di prototipazione multimateriale per oltre 500 clienti in 12 settori, tra cui quello aerospaziale, medico ed elettronico di consumo.

Ad esempio, abbiamo realizzato il prototipo di un alloggiamento per sensore in lega di titanio e composito PEEK per un cliente del settore aerospaziale, riducendo i tempi di consegna a soli quattro giorni e mantenendo una precisione dimensionale di ±0,005 mm.

Completando un prototipo di connettore per catetere in acciaio inossidabile e silicone medicale per un cliente del settore medico, abbiamo ottenuto un miglioramento del 30% della resistenza alla trazione grazie all'utilizzo di una struttura a incastro fisico. Abbiamo anche prototipato, per un cliente nel settore dell'elettronica di consumo, un alloggiamento integrato in plastica PC e lega di alluminio, sia dal punto di vista estetico che strutturale.

L'esperienza copre oltre 10 combinazioni di materiali e coinvolge tecnologie chiave come il CNC a cinque assi e la regolazione adattiva dei parametri. Questa guida è stata compilata sulla base di oltre mille progetti di sviluppo rapido di prototipi e ogni elemento è stato provato e testato.

JS Precision, grazie alla sua consolidata esperienza nella lavorazione CNC multi-materiale, è in grado di fornire soluzioni personalizzate per il vostro progetto di sviluppo rapido di prototipi. Inviateci i vostri disegni di progetto: li esamineremo immediatamente e vi forniremo raccomandazioni di processo per un'esecuzione efficace del vostro progetto.

Il motore dello sviluppo rapido di prototipi: eliminare i colli di bottiglia di base del CNC

Per consentire una prototipazione rapida multi-materiale di alta qualità, dobbiamo innanzitutto affrontare le sfide fondamentali della lavorazione CNC, quelle dovute alle differenze nelle proprietà dei materiali e alla complessità del processo. Solo superando queste sfide possiamo garantire l'efficienza e la precisione dello sviluppo rapido dei prototipi.

Sfida 1: Integrazione del design

I prototipi tradizionali vengono in genere sviluppati in componenti separati, il che può facilmente causare problemi di precisione in fase di assemblaggio. La prototipazione multi-materiale richiede ai progettisti di considerare fin dall'inizio l'unione e il fissaggio dei materiali. Ad esempio, quando si uniscono metallo e plastica, è necessario progettare in anticipo le caratteristiche fisiche di interblocco per evitare giunzioni deboli in un secondo momento.

Sfida 2: Serializzazione della produzione

Il fondamento della serializzazione della produzione è la pianificazione degli ordini di lavorazione e la progettazione delle attrezzature. Quale materiale deve essere lavorato per primo, duro o tenero? Come può l'attrezzatura bloccare saldamente pezzi di materiali diversi? La mancata risoluzione di questi problemi si traduce in difetti di lavorazione. La lavorazione del materiale tenero per primo, ad esempio, è facilmente influenzata dalle vibrazioni della successiva lavorazione del materiale duro .

Sfida 3: "Dialogo" materiale

Materiali diversi presentano forze di taglio, coefficienti di dilatazione termica e rigidità notevolmente diversi. Ad esempio, nella lavorazione di alluminio (metallo) e plastica ABS, l'alluminio richiede velocità elevate e avanzamenti ridotti, mentre l'ABS richiede velocità basse e avanzamenti elevati.

L'utilizzo degli stessi parametri per tutte le parti può facilmente portare a distorsioni o errori dimensionali, influenzando la qualità della produzione tramite prototipazione rapida.

Sfida 4: Compromesso tra efficienza e costi

La lavorazione multi-materiale richiede una pianificazione dei processi più complessa e configurazioni aggiuntive, il che aumenta i tempi e i costi di lavorazione. Mantenere la qualità e al contempo soddisfare i requisiti di velocità di base della prototipazione rapida è una sfida che le aziende devono superare.

Padroneggiare la produzione di prototipi rapidi: tecnologie chiave nella lavorazione CNC

Dopo aver superato le sfide fondamentali della lavorazione CNC di prototipi multi-materiale, la padronanza delle tecnologie chiave è fondamentale per far progredire la produzione tramite prototipazione rapida . Queste tecnologie migliorano la qualità e l'efficienza in tre aree:

Software CAM avanzato e simulazione

Grazie all'utilizzo di software CAM in grado di supportare lavorazioni multiasse e la pianificazione delle "sequenze di lavorazione", come Mastercam, è possibile pianificare con precisione i processi di lavorazione multi-materiale . Allo stesso tempo, la simulazione di taglio in un ambiente virtuale può prevedere in anticipo eventuali problemi di interferenza tra utensile e fissaggio, evitando errori nella lavorazione reale e riducendo gli sprechi di materiale.

Strategie di lavorazione adattiva

1. Tecnologia "Single-Setup": Pre-serraggio di materiali diversi in dispositivi di precisione. Tutti i materiali vengono lavorati in un unico setup con controllo programmato, il che garantisce un'ottima precisione di posizionamento relativo ed elimina errori di setup multipli.

2. Richiamo sequenziale dei parametri: il software CAM è in grado di richiamare automaticamente diverse librerie di parametri di taglio, ad esempio velocità di avanzamento elevate e basse per la lavorazione dei metalli e passaggio istantaneo a velocità di avanzamento elevate e basse per la lavorazione della plastica. L'utensile ottimale viene scelto automaticamente e non è richiesta alcuna regolazione manuale continua.

Progettazione intelligente degli apparecchi

Grazie ai sistemi di fissaggio modulari e configurabili, ad esempio dispositivi dedicati o blocchi morsa fresabili, è possibile adattare il sistema a una varietà di pezzi grezzi di forma irregolare. Il montaggio del dispositivo non solo è pratico, ma stabilizza anche la lavorazione di pezzi realizzati con materiali diversi, migliorando la precisione della prototipazione rapida.

Figura 1: Prototipazione rapida CNC

La precisione della prototipazione rapida: superare i materiali compositi

Nella prototipazione rapida multimateriale, la precisione di lavorazione dei materiali compositi (composti in fibra di carbonio e composti in fibra di vetro) ha un impatto diretto sulla qualità complessiva della lavorazione dei prototipi rapidi . La loro natura specifica comporta sfide specifiche, che richiedono soluzioni CNC personalizzate.

Confronto tra le sfide dei materiali compositi e le soluzioni CNC

Altre soluzioni CNC

L'ottimizzazione dei parametri di processo mediante un'attenta messa a punto è essenziale. Lavorare le fibre per "taglio" anziché per "tiro" consente di ottenere bordi perfetti, senza delaminazioni e bave. Un potente aspirapolvere può aspirare direttamente la polvere di taglio, proteggendo le attrezzature e la salute dei lavoratori, impedendo che la polvere influisca sulla precisione della lavorazione e garantendo una rapida e fluida produzione di prototipi.

JS Precision è esperta nella tecnologia di prototipazione rapida CNC di materiali compositi, risolvendo completamente i problemi di strappi e usura degli utensili nella lavorazione dei compositi, garantendo una lavorazione rapida di prototipi ad alta precisione e soddisfacendo i requisiti di test funzionali.

Superare le difficoltà della prototipazione rapida di metallo e plastica

Metallo e plastica sono tra le coppie più diffuse nella prototipazione rapida multimateriale. Tuttavia, le loro diverse proprietà fisiche (come la conduttività termica e la durezza) comportano enormi sfide di lavorazione. Solo superando queste sfide è possibile garantire la qualità dei prototipi di prototipazione rapida in metallo e plastica.

Il controllo del calore è un grosso problema. Il calore di lavorazione del metallo viene trasferito alla plastica in quella zona, ammorbidendola. La soluzione è utilizzare la lavorazione a salti: lavorare la parte metallica per un po' prima di passare alla parte in plastica o a un'altra area per consentire al metallo di raffreddarsi. Anche il raffreddamento localizzato, ad esempio ad aria, viene utilizzato per prevenire la deformazione della plastica dovuta al calore.

Anche la sollecitazione e la precisione dell'interfaccia sono di fondamentale importanza. Come possiamo ottenere un'interfaccia perfetta tra parti in plastica e parti in metallo?

La soluzione è quella di utilizzare le capacità di lavorazione di precisione dei fornitori di servizi di prototipazione rapida CNC personalizzati come JS Precision per lavorare direttamente le microstrutture (ad esempio, sottosquadri e nervature) per accoppiamento a pressione, a scatto o incollaggio, ottenendo un incastro fisico e migliorando la resistenza e la tenuta delle giunzioni.

Per superare le sfide della prototipazione rapida nella lavorazione di metalli e materie plastiche, JS Precision offre soluzioni innovative di gestione termica e lavorazione delle interfacce per garantire la precisione e la longevità del legame tra i due materiali, garantendo così prestazioni stabili dei vostri prototipi.

Figura 2: prototipazione rapida di metalli

Strategie di prototipazione rapida CNC personalizzata di materiali duri e morbidi

La combinazione di materiali duri (ad esempio, acciaio inossidabile e lega di alluminio) e materiali morbidi (ad esempio, plastica morbida e silicone) è comune nella prototipazione personalizzata. Una prototipazione rapida CNC personalizzata di buona qualità può essere ottenuta implementando un approccio di lavorazione scientifica che bilanci i requisiti di lavorazione dei diversi materiali.

Principi di lavorazione e regolazione dei parametri

Lavorare prima il materiale duro perché il processo è più stabile e genera meno vibrazioni e flessioni. Quindi, utilizzare il materiale duro lavorato come riferimento per la lavorazione del materiale tenero aumenta la precisione complessiva.

La selezione degli utensili da taglio deve bilanciare l'affilatura e la capacità di prevenire l'accumulo di trucioli. La regolazione dinamica dei parametri previene la fusione del materiale morbido o la deformazione dovuta al surriscaldamento, garantendo la qualità nella prototipazione rapida CNC personalizzata .

JS Precision offre un servizio specializzato di prototipazione rapida CNC personalizzata ed è in grado di sviluppare tecniche di lavorazione personalizzate basate sulle caratteristiche dei solidi duri e morbidi per garantire la qualità del prototipo e soddisfare con precisione i vostri requisiti personalizzati.

CNC contro stampa 3D: uno scontro nella produzione di prototipi multi-materiale

La lavorazione CNC e la stampa 3D sono le tecnologie più richieste per la prototipazione multimateriale. Entrambe hanno i loro vantaggi e l'utilizzo dell'una o dell'altra dipende dalle esigenze di sviluppo rapido dei prototipi. La differenza tra le due può aiutarti a fare la scelta giusta.

Confronto dei meriti della prototipazione multimateriale tramite CNC e stampa 3D

Conclusione: la prototipazione rapida CNC è più adatta alla creazione di prototipi ad alta precisione, elevata resistenza e di livello funzionale, soddisfacendo i requisiti di elevate prestazioni dello sviluppo di prototipi rapidi. La stampa 3D è, tuttavia, più adatta per proof-of-concept, adattamento di forme e prototipi con cavità interne complesse.

Figura 3: lavorazione CNC vs stampa 3D

Caso di studio: come JS Precision ha realizzato un prototipo di propulsione multimateriale integrata per un drone

Questo esempio fornisce un'idea più chiara di come la lavorazione CNC affronti le problematiche dello sviluppo di prototipi rapidi multi-materiale. Successivamente, descriveremo l'intero processo seguito da JS Precision per creare un prototipo di propulsione multi-materiale per un cliente nel settore dei droni.

Requisiti del cliente

Un'azienda produttrice di droni aveva bisogno di un prototipo di propulsione leggero e ad alta spinta per i test di volo.

I requisiti erano un'elevata resistenza e un'elevata integrazione coassiale delle pale in composito di fibra di carbonio e dei mozzi in lega di alluminio. La pala doveva mantenere il suo peso al di sotto dei 20 g, il mozzo doveva essere resistente a 10.000 giri al minuto e leggero, e l'interfaccia tra i due doveva mantenere una precisione di ±0,003 mm.

Le sfide più importanti sono state la lavorazione meccanica resistente agli strappi delle pale in CFRP, la progettazione di una struttura leggera e ad alta resistenza per il mozzo in alluminio e la precisione a livello di micron nell'interfaccia tra i due.

La soluzione di JS Precision

1. Progettazione collaborativa: i nostri ingegneri hanno collaborato con il cliente per migliorare la progettazione delle connessioni, integrando una struttura a tenone e mortasa anziché una semplice giunzione. Questa struttura aumenta del 35% la resistenza delle giunzioni e semplifica la lavorazione e l'assemblaggio.

2. Lavorazione serializzata:

• Tutte le lame in CFRP sono state inizialmente lavorate con precisione in un'unica passata da una macchina CNC a cinque assi , utilizzando utensili da taglio rivestiti di diamante a un'elevata velocità di 12.000 giri/min e una profondità di taglio molto ridotta di 0,1 mm, senza delaminazione sui bordi.
• Nel secondo esempio, nello stesso assemblaggio, il centro della lama è stato pre-lavorato con una struttura di giunzione a mortasa ad alta precisione mediante utensili da taglio in carburo.
• In terzo luogo, il grezzo della ruota in lega di alluminio pre-lavorata è stato installato in una dima di precisione ed è stata utilizzata una struttura cava (riduzione del peso del 20%) per lavorare la testa del giunto a mortasa con un accoppiamento di interferenza con il giunto a mortasa.

3. Integrazione e verifica: utilizzando un adesivo resistente alle alte temperature e un design a incastro fisico, le due parti sono state assemblate a pressione per formare l'elica completa. Le dimensioni chiave sono state quindi verificate utilizzando una macchina di misura a coordinate per garantirne la conformità.

Risultati

Il cliente ha avuto un prototipo funzionante pronto per il volo e per i test ad alta velocità nella galleria del vento entro 5 giorni, convalidando il progetto e riducendo il ciclo di sviluppo del prodotto del 70% .

Il prototipo ha funzionato con la spinta prevista ed è risultato stabile durante i test, garantendo l'investimento necessario e consentendo al cliente di portare con successo il suo progetto di sviluppo rapido del prototipo alla fase successiva.

Figura 4: Elica pieghevole in fibra di carbonio

Avvia il tuo progetto: affidati a un servizio professionale di prototipazione rapida CNC

Per uno sviluppo di prototipi CNC multi-materiale senza problemi, dovresti scegliere un fornitore di servizi di prototipazione rapida CNC professionale.

Valutare l'ampiezza tecnica: verificare se il fornitore di servizi dispone del know-how e delle attrezzature necessarie per gestire tutti i materiali del progetto, dai metalli per la prototipazione rapida alle plastiche speciali. Ad esempio, il fornitore di servizi è in grado di gestire materiali speciali come PEEK e compositi caricati con ceramica, e se dispone di attrezzature CNC a cinque assi per la lavorazione di strutture complesse.

Esplora le capacità di supporto ingegneristico: un fornitore di servizi competente dovrebbe fornire revisioni di progettazione per la producibilità, anziché limitarsi ad accettare passivamente i disegni. È in grado di segnalare proattivamente i problemi di producibilità nella progettazione e fornire raccomandazioni di ottimizzazione, risparmiando sui costi di modifica in fase avanzata e aumentando l'efficienza produttiva della prototipazione rapida.

Revisione del sistema qualità: al fornitore di servizi dovrebbe essere chiesto come controlla le dimensioni chiave dei prototipi multi-materiale, in particolare la precisione degli adattamenti delle interfacce. La presenza o meno di apparecchiature di prova, come macchine di misura a coordinate, e di una procedura di collaudo accurata ha un'influenza diretta sulla qualità del prototipo.

Guida il processo di preventivo: una moderna piattaforma di servizi dovrebbe offrire un processo di preventivo online fluido e articolare in modo chiaro le problematiche di processo e le strutture dei costi. Preventivi rapidi e definiti consentono di pianificare il budget del progetto in tempo e di ridurre al minimo i tempi di avvio.

JS Precision è un servizio di prototipazione rapida CNC con capacità tecnica completa, supporto di ingegneri professionisti e sistema di garanzia della qualità completo. Il nostro rapido processo di preventivazione ti consente di avviare il tuo progetto in modo efficace, sicuro e rapido.

Domande frequenti

D1: La lavorazione CNC dei prototipi multi-materiale è molto più lenta della stampa 3D?

Non sempre. Per prototipi dalla struttura complessa ma con requisiti di bassa resistenza, la stampa 3D potrebbe essere più rapida. Per prototipi funzionali ad alta precisione con buona finitura superficiale e proprietà dei materiali realistiche, la lavorazione CNC offre solitamente vantaggi in termini di disponibilità del primo pezzo. Ciò è dovuto al fatto che consente effettivamente di risparmiare tempo sui laboriosi processi successivi alla stampa 3D, tra cui la rimozione dei supporti, la levigatura e la post-polimerizzazione, ed è maggiormente in linea con i requisiti di efficienza dello sviluppo rapido di prototipi.

D2: La prototipazione CNC multi-materiale è molto costosa?

La lavorazione multi-materiale è più costosa a causa della sua complessità, ma il valore supera di gran lunga il costo incrementale. Attraverso la prototipazione rapida una tantum, è possibile risolvere in anticipo problemi di compatibilità dei materiali, interferenze di assemblaggio e colli di bottiglia nelle prestazioni, evitando modifiche che sarebbero decine o addirittura centinaia di volte più costose in termini di volumi di produzione.

D3: Quanto velocemente posso ottenere un prototipo CNC multi-materiale?

Presso JS Precision, con il nostro consueto processo di prototipazione rapida, dalla ricezione dei dati qualificati alla spedizione, i prototipi multi-materiale semplici possono essere completati in 2-3 giorni lavorativi, mentre quelli più complessi richiedono solo 5-7 giorni lavorativi. In questo modo, possiamo rispettare i tempi di sviluppo dei vostri prototipi rapidi senza rallentare il ciclo di sviluppo.

D4: Quali sono alcune combinazioni di materiali esotici che è possibile lavorare?

Oltre ai metalli e alle materie plastiche standard, abbiamo lavorato con successo anche combinazioni di PEEK e leghe di titanio, compositi caricati con ceramica e leghe di alluminio, e combinazioni di ULTEM e leghe di rame. I nostri ingegneri vantano una vasta esperienza nella prototipazione rapida CNC personalizzata. Chiamateci per discutere le vostre esigenze specifiche e sviluppare una soluzione di lavorazione efficiente.

Riepilogo

La lavorazione CNC ha ormai superato lo stereotipo del "taglio del metallo" e sta portando la prototipazione rapida a nuovi livelli grazie alla sua flessibilità e precisione senza pari.

Combinando le massime prestazioni di una varietà di materiali, consente di toccare con mano e confermare l'esperienza di un prodotto quasi finito all'inizio dello sviluppo del prodotto, riducendo significativamente i rischi di ricerca e sviluppo e i tempi di commercializzazione.

JS Precision è la scelta ideale se stai creando un prodotto innovativo e stai cercando un partner di produzione esperto nei tuoi progetti complessi e in grado di realizzarli con elevata precisione.

Grazie alla nostra vasta esperienza, alla tecnologia all'avanguardia e ai processi efficienti, garantiamo un'esecuzione di qualità dei vostri progetti di sviluppo rapido di prototipi, consentendovi di immettere i vostri prodotti sul mercato nei tempi previsti.