Perché il CNC è il processo ideale per la definizione di prototipazione rapida?

Quanto più competitivo è lo sviluppo di un prodotto, tanto più tutto ruota attorno alla velocità. Ma quando si parla di prototipazione rapida, la prima cosa che viene in mente a molti è la stampa 3D. Tuttavia, esiste una tecnologia in grado di garantire ai prototipi prestazioni, precisione e proprietà dei materiali pressoché identiche a quelle dei pezzi di produzione finali: la lavorazione CNC.

La definizione di prototipazione rapida è stata interpretata da molti come "realizzazione rapida di modelli" , senza considerare la sua influenza decisiva sul lancio del prodotto.

Di seguito è riportato un articolo che ridefinirà la tua comprensione di cosa sia la prototipazione rapida , rivelando come la tecnologia CNC, con le sue ineguagliabili capacità nel mondo reale, diventi il motore più affidabile e potente nell'intero processo di prototipazione rapida: dalla prova di concetto ai test funzionali.

Riepilogo delle risposte chiave

Perché il team di JS Precision sceglie la tecnologia CNC per la prototipazione?

Precision, JS vanta oltre 12 anni di esperienza pratica nel campo della prototipazione rapida, servendo oltre 500 clienti provenienti da 6 settori principali: aerospaziale, dispositivi medici, elettronica di consumo, componenti automobilistici , automazione industriale e semiconduttori.

Ad esempio, JS Precision ha prodotto prototipi di strumenti chirurgici ad alta precisione per un'azienda di apparecchiature mediche con tolleranze entro ±0,005 mm per garantire la precisione durante gli interventi chirurgici e ha consegnato 20 prototipi di test del motore all'azienda di componenti per autoveicoli entro 72 ore per soddisfare i suoi urgenti requisiti di verifica.

Nel settore aerospaziale, hanno anche prodotto prototipi di staffe per sistemi di controllo dell'assetto per un'azienda di componenti satellitari, utilizzando lega di titanio TC4, lavorazione CNC a cinque assi per ottenere angoli spaziali complessi e controllando tolleranze entro ±0,003 mm per aiutare il cliente a completare i test in orbita.

Abbiamo realizzato 30 prototipi di giunti per bracci robotici per un'azienda di automazione industriale che produce attrezzature per linee di produzione, aiutandola a rispettare il programma di messa in servizio in un tempo record di sole 48 ore.

L'esperienza media del team di ingegneri di JS Precision è di oltre 8 anni nella lavorazione CNC e ha gestito oltre 1.000 progetti di prototipazione rapida.

Dotata di oltre 40 unità di macchine CNC ad alta precisione, tra cui quelle a 3 e 5 assi, l'officina opera secondo i sistemi di gestione della qualità medica ISO 9001 e ISO 13485 , comprendendo appieno le esigenze di prototipazione in diversi settori.

Questa guida si basa sul riassunto di questi progetti reali e ogni suggerimento è stato verificato nella pratica, quindi ci si può fidare completamente.

Se avete bisogno di un servizio di prototipazione rapida CNC di alta qualità, JS Precision, con la sua esperienza nel settore, può sicuramente soddisfare la vostra richiesta. Forniteci i file CAD e ci occuperemo di elaborare un preventivo, avviare la produzione e garantire la qualità e l'efficienza del prototipo nel più breve tempo possibile.

Ridefinire la velocità: cos'è la prototipazione rapida nell'era moderna?

Per prima cosa, cerchiamo di capire cosa ha subito JS Precision, ovvero qual è la definizione moderna di prototipazione rapida, perché può essere spiegato bene solo descrivendo cos'è la prototipazione rapida per capire perché il CNC è la soluzione perfetta.

La moderna prototipazione rapida non è "più veloce nel realizzare un modello", ma piuttosto un processo integrato in cui "prova di concetto - test funzionale - feedback di mercato - produzione pilota in piccoli lotti" è iterativo.

Nell'intero processo, ogni fase richiede un supporto dati accurato da parte del prototipo. Ad esempio, la proof-of-concept richiede che il prototipo sia in grado di soddisfare i requisiti di progettazione, i test funzionali richiedono che il prototipo sopporti carichi reali e il feedback del mercato richiede che il prototipo sia molto vicino in termini di qualità a quello della produzione di massa.

Un risultato positivo della prototipazione rapida dovrebbe avere "somiglianza formale", "somiglianza spirituale" e "autenticità funzionale".

In altre parole, "somiglianza formale" significa che l'aspetto è coerente con il prodotto finale, "somiglianza spirituale" significa che le proprietà dei materiali sono vicine agli standard di produzione di massa, "autenticità funzionale" significa che può simulare le prestazioni in scenari di utilizzo reali.

Pertanto, i tre requisiti sopra menzionati impongono elevati requisiti di precisione e resistenza dei materiali per il prototipo, aprendo la strada alla lavorazione CNC.

JS Precision comprende profondamente le esigenze fondamentali del moderno processo di prototipazione rapida ed è in grado di fornire ai clienti prototipi che realizzano "somiglianza formale, somiglianza spirituale e autenticità funzionale" per aiutarli a iterare rapidamente e a guidare il lancio del prodotto.

Oltre le stampanti 3D: svelata la gamma completa di strumenti di prototipazione rapida

Ora che sono stati definiti la definizione e i rigorosi criteri per la prototipazione rapida, vorrei confrontare alcuni strumenti di prototipazione rapida più diffusi e trovare la scelta ottimale per gli scenari ad alta richiesta.

La tabella seguente mostra che la lavorazione CNC è effettivamente la prima scelta indiscussa quando i prototipi devono sopportare carichi reali, funzionare in condizioni estreme o essere sottoposti a verifiche di assemblaggio precise, ad esempio bracci per droni, parti di apparecchiature ad alta temperatura, dispositivi medici.

Ad esempio, ci sono componenti di impianti medicali che richiedono elevatissimi requisiti di biocompatibilità e precisione dimensionale . In alcuni casi, la lavorazione CNC con leghe di titanio può soddisfare i requisiti per i test clinici.

Normalmente, i componenti metallici prodotti con la stampa 3D soffrono di porosità interna e non riescono a raggiungere tale stabilità. Questo conferisce alla tecnologia CNC la sua posizione di punta nella famiglia degli strumenti per la prototipazione rapida .

Figura 1: Le macchine CNC automatizzano il taglio, la modellatura e la finitura dei materiali, dando vita a prototipi ad alta precisione.

Il vantaggio del CNC: un'analisi approfondita del processo di prototipazione rapida

Poiché la maggior parte della prototipazione rapida richiesta dipende dall'uso del CNC, ora spiegheremo il processo di prototipazione rapida basato su CNC per consentirvi di comprendere come si ottengono elevata efficienza e alta qualità.

Ricezione del modello CAD:

Il cliente fornisce il file di progettazione 3D in formato STEP o IGES. La verifica di fattibilità del progetto sarà effettuata dagli ingegneri di JS Precision, che valuteranno anche cavità profonde o pareti sottili che potrebbero presentare potenziali problemi di lavorazione, con suggerimenti di ottimizzazione.

Durante la progettazione per il cliente, se si riscontrano problemi con pareti sottili che possono essere facilmente deformate, suggeriamo di aggiungere delle nervature di rinforzo. Ad esempio, un prototipo di alloggiamento per sensore aveva una parete sottile di 1 mm che si deformava molto facilmente durante la lavorazione. Portando lo spessore a 1,2 mm con l'aggiunta di nervature, il tasso di snervamento alla prima passata è aumentato dal 70% al 98%.

Programmazione CAM e pre-simulazione digitale:

Quando si utilizza un software CAM professionale per generare percorsi di lavorazione, attiviamo contemporaneamente la funzione di "pre-simulazione digitale" per simulare l'intero processo di lavorazione ed evitare in modo proattivo problemi come collisioni con l'utensile ed errori di percorso. È una delle tecnologie chiave del flusso di lavoro JS Precision.

Lavorazione con cambio utensile automatico:

Viene utilizzata una macchina utensile CNC a 3 o 5 assi . La scelta dipende dalla complessità del pezzo. Una tecnologia chiamata "un serraggio per lavorazione multifaccia" nella lavorazione di un pezzo così complesso e multifaccia riduce il numero di operazioni di serraggio e controlla gli errori entro ±0,01 mm.

Ispezione online:

Le dimensioni di fondamentale importanza vengono misurate tramite sonde installate sull'utensile durante la lavorazione. Qualsiasi deviazione viene immediatamente corretta per mantenere la precisione richiesta dal prototipo.

Post-elaborazione:

La post-elaborazione includerebbe sbavatura, microsabbiatura o anodizzazione dopo la lavorazione, preparando questi prototipi per l'uso immediato da parte dei clienti senza ulteriori modifiche. Pertanto, il successo della prototipazione CNC al primo tentativo ha ridotto i tempi di iterazione nella prototipazione rapida.

Figura 2: Il software di progettazione assistita da computer (CAD) consente a ingegneri e progettisti di creare modelli 3D dettagliati dei prodotti e di specificare ogni dettaglio e dimensione.

La verità sui costi: come la prototipazione e la produzione CNC ti fanno risparmiare denaro

Molte persone pensano che la tecnologia della lavorazione CNC sia costosa, tuttavia, dal punto di vista della prototipazione e produzione rapida , può effettivamente far risparmiare un sacco di soldi, principalmente sotto tre aspetti.

1. Il prototipo CNC evita i costi di costose modifiche dello stampo.

Con un prototipo realizzato tramite CNC prima della realizzazione dello stampo, i difetti di progettazione possono essere individuati con largo anticipo. Un produttore di componenti per auto, ad esempio, ha riscontrato una deviazione di 2 mm nella posizione del foro con un prototipo CNC, ha modificato il progetto ed evitato costi di rilavorazione dello stampo pari a 100.000 dollari.

2. Il CNC aumenta la velocità di commercializzazione.

I prototipi CNC possono essere utilizzati direttamente per i test successivi, senza lunghe fasi di post-elaborazione. Ad esempio, un cliente del settore elettronico ha completato i test funzionali in due settimane utilizzando un prototipo CNC, risparmiando una settimana rispetto alla stampa 3D (una settimana che include 3 giorni di stampa + 2 giorni di tempra), consentendo il rilascio del prodotto con un mese di anticipo, garantendo all'azienda un significativo vantaggio di mercato.

3. Consente una transizione graduale verso la produzione di massa.

La maggior parte dei processi utilizzati nella prototipazione CNC sono molto simili alla produzione di massa. Ad esempio, i parametri di taglio e la selezione degli utensili per i prototipi di componenti in lega di alluminio possono essere utilizzati direttamente nella produzione di massa, riducendo così il rischio di costi di conversione e riadattamento alla produzione di massa.

Dal punto di vista della prototipazione e produzione rapida, i servizi CNC di JS Precision possono aiutarvi a evitare modifiche agli stampi, accelerare il time-to-market e ottenere risparmi sui costi. Contattateci per saperne di più su soluzioni specifiche.

Figura 3: Una dimostrazione del valore delle macchine utensili CNC è la notevole riduzione dei costi di produzione in serie dei prototipi.

Una guida alla scelta della giusta attrezzatura per la prototipazione rapida

La scelta dell'attrezzatura di prototipazione rapida più adatta è fondamentale per il successo. Esigenze diverse richiedono attrezzature diverse. È possibile valutare il risultato in base alle seguenti quattro dimensioni:

1. Requisiti materiali:

• Se il prototipo deve essere realizzato in metallo, ad esempio in lega di alluminio o in lega di titanio, è preferibile la lavorazione CNC.
• Se il prototipo deve resistere ad alte temperature, come nel caso delle parti periferiche del motore, l'acciaio inossidabile lavorato a CNC o la lega di titanio possono soddisfare la resistenza alle alte temperature superiori a 300 °C, mentre i prototipi in plastica stampati in 3D si ammorbidiscono facilmente sopra i 150 °C.
• Scegli la stampa 3D SLA se si tratta di plastica ed è necessaria solo una verifica visiva.
• Per piccoli lotti di parti in plastica è possibile scegliere il metodo di stampaggio sotto vuoto.

2. Precisione dimensionale:

Se il requisito di tolleranza è pari o superiore a ±0,01 mm, ad esempio per i dispositivi medici , è consigliabile optare per la lavorazione CNC. Se il requisito di tolleranza è più blando, inferiore a ±0,1 mm, come nel caso dei gusci dei giocattoli, è possibile utilizzare la SLA o la FDM.

3. Complessità strutturale:

Nel caso di parti con superfici complesse e sfaccettate o cavità profonde, come i connettori dei bracci dei droni, è consigliabile optare per una lavorazione CNC a 5 assi. Nel caso di superfici semplici, lisce e curve, come i gusci delle tazze, la stampa 3D è un'opzione.

4. Budget e tempi di consegna:

In caso di budget limitati ($ 50-$ 200) con tempi di consegna estremamente brevi (entro 1 giorno), la FDM è un'opzione per parti semplici; budget più ampi ($ 200-$ 1000) con requisiti di alta qualità richiedono la CNC, con tempi di consegna di 1-3 giorni.

JS Precision dispone di una gamma completa di attrezzature per la prototipazione rapida , da 3 a 5 assi, adatte alle vostre esigenze di materiali e precisione. Comunicateci le vostre esigenze e vi consiglieremo la soluzione più adatta a voi.

Caso di studio: dal CAD al braccio UAV pronto al volo in 72 ore

Contesto e sfide del cliente

Il connettore del braccio composito in fibra di carbonio di una startup di droni industriali richiede un aggiornamento del progetto per i test di volo prima di una dimostrazione di investimento.

I campioni stampati in 3D con tecnologia FDM precedentemente realizzati si erano rotti durante un test di vibrazione di volo simulato a una frequenza di 1000 Hz per 2 ore, poiché la resistenza alla trazione del materiale stampato era di soli 20 MPa, inadeguata per i carichi reali.

Il cliente ha bisogno di un prototipo funzionale entro 72 ore, altrimenti perderà la dimostrazione dell'investimento e potrebbe perdere 5 milioni di dollari di investimento.

La soluzione di JS Precision

1. Corrispondenza tra materiali e processi:

Gli ingegneri di JS Precision hanno analizzato i materiali e hanno indicato che la causa principale della frattura era l'insufficiente legame tra gli strati nei componenti stampati in 3D. Hanno raccomandato l'utilizzo della lega di alluminio aerospaziale 7075, la cui resistenza alla trazione è fino a 5 volte superiore a quella del materiale FDM.

Abbiamo eseguito in anticipo prove di trazione per verificare l'idoneità del materiale; il limite di snervamento ha raggiunto i 505 MPa, ben oltre i 450 MPa richiesti dal cliente . I dati dei test in tempo reale sono stati condivisi con i clienti.

2. Risposta rapida e ingegneria simultanea:

Entro 2 ore dal ricevimento del modello CAD (formato STEP), il lavoro di programmazione CAM e la pianificazione del processo erano già stati completati e le materie prime di riserva erano state preparate in anticipo (lamiere pre-stoccate in lega di alluminio 7075).

Tutte le lavorazioni complesse delle superfici curve sono state eseguite in un'unica impostazione su una macchina utensile a cinque assi, con tolleranze superficiali di assemblaggio chiave controllate entro ±0,008 mm.

3. Post-elaborazione efficace:

Le tolleranze superficiali chiave dell'assemblaggio sono entro ±0,005 mm, con la lavorazione di sei superfici in un'unica configurazione utilizzando una macchina utensile CNC a cinque assi DMG MORI. La sbavatura a ultrasuoni e la microsabbiatura sono state eseguite subito dopo la lavorazione per migliorare la rugosità superficiale a Ra 1,6 μm.

Contemporaneamente, i fori di collegamento critici sono stati nuovamente ispezionati utilizzando una macchina di misura a coordinate per garantire che le tolleranze del diametro dei fori soddisfacessero i requisiti degli assemblaggi ed evitare spazi vuoti negli assemblaggi successivi.

Risultati e valore

Dall'ordine del cliente alla consegna fisica, sono trascorse solo 70 ore, con 2 ore di anticipo rispetto ai tempi previsti. Il connettore lavorato a CNC non ha mostrato deformazioni o fratture nei successivi test di stress (2 ore di vibrazione a 1200 Hz e test di impatto da 100 kg), aiutando il cliente a superare con successo la dimostrazione di investimento e ad assicurarsi un investimento di 3 milioni di dollari.

Feedback del cliente: "Il prototipo CNC di JS Precision non solo ha risolto un'esigenza urgente, ma ci ha anche aiutato a mantenere un'opportunità di investimento critica."

Figura 4: Connettore del tubo in carbonio del braccio pieghevole del drone

Ingegneria per la velocità: strategie comprovate per ottimizzare il processo di prototipazione rapida

Nel processo di prototipazione rapida , l'ottimizzazione del processo è la chiave per massimizzare l'efficienza CNC. JS Precision riassume qui alcuni metodi collaudati per migliorare l'efficienza e ridurre i costi.

1. Semplificazione dei progetti:

Evitate superfici superflue e complesse che non aggiungono valore alla funzionalità. Ad esempio, se un componente meccanico presenta 6 superfici irregolari, semplificandolo a 3 si riducono i tempi di lavorazione da 8 a 4 ore e si riducono i costi del 40%.

2. Impostazione della tolleranza ragionevole:

Evita tolleranze eccessive non necessarie. Ad esempio, ampliare la tolleranza delle dimensioni non critiche da ±0,005 mm a ±0,02 mm riduce la difficoltà di lavorazione, riduce i costi del 30% e non influisce sulla funzionalità del componente.

3. Utilizzo intelligente dei materiali:

Utilizzare materiali lavorabili a macchina libera durante la fase iniziale dei test funzionali. Ad esempio, l'applicazione del 6061, facilmente lavorabile e a basso costo, al posto della lega di alluminio 7075, difficile da lavorare e costosa, durante le fasi iniziali dei test e il passaggio al materiale target dopo aver superato il test, riduce i costi iniziali fino al 25%.

4. Standardizzazione e modularizzazione:

La pre-lavorazione di JS Precision prevede l'utilizzo di componenti strutturali standard di uso comune, come fori per viti e perni di posizionamento. Di conseguenza, sono disponibili inserti per dadi pre-lavorati per i fori per viti M3 e M4 più comuni, che possono essere integrati direttamente nel prototipo del cliente, evitando forature e maschiature in loco e riducendo i tempi di lavorazione di 1-2 giorni.

Questi metodi sfruttano appieno i vantaggi della prototipazione rapida CNC per aiutarti a sviluppare prototipi più velocemente e a costi inferiori.

JS Precision può anche proporre suggerimenti per l'ottimizzazione dei processi, in modo che i vantaggi della produzione di prototipi rapidi CNC vengano massimizzati tramite la semplificazione della progettazione e impostazioni di tolleranza ragionevoli, per aiutare i clienti a migliorare l'efficienza e ridurre i costi.

Domande frequenti

D1: La velocità della prototipazione CNC è davvero paragonabile a quella della stampa 3D?

La stampa 3D geometrica semplice potrebbe richiedere alcune ore , ma per i prototipi funzionali ad alta resistenza, la lavorazione CNC richiede molto meno tempo, perché si elimina il tempo necessario per la post-elaborazione per aggiungere resistenza. Ad esempio, un componente delle dimensioni di un pugno può essere consegnato in 1 giorno tramite CNC, mentre la stampa 3D + post-elaborazione richiede 3 giorni.

D2: Quali materiali sono supportati dalla lavorazione CNC?

Quasi tutti i tipi di materiali ingegneristici possono essere lavorati tramite CNC, come leghe di alluminio, acciaio inossidabile, leghe di titanio, ottone e materiali plastici tecnici come POM, nylon e PEEK. Questo è uno dei vantaggi essenziali della prototipazione rapida.

D3: Quali sono le dimensioni minime/massime realizzabili per i prototipi lavorati tramite CNC?

Le attrezzature di JS Precision sono in grado di lavorare pezzi da diversi millimetri fino a prototipi di grandi dimensioni , oltre gli 800 mm. Dovremo determinare le dimensioni esatte richieste in base ai vostri disegni. Vi forniremo un feedback il prima possibile una volta che ci avrete fornito i disegni.

D4: In che modo il CNC gestisce i prototipi con canali di flusso internamente complessi?

Secondo JS Precision, queste complesse strutture di cavità interne e canali di flusso sono state realizzate alla perfezione mediante il processo di "smontaggio e successiva saldatura" o "utilizzando materiali di supporto solubili".

D5: Qual è il tempo medio necessario per la lavorazione CNC di prototipi in lega di alluminio?

Solitamente, JS Precision impiega da 1 a 3 giorni lavorativi per spedire gli ordini di componenti in lega di alluminio delle dimensioni di un pugno. L'azienda è in grado di evadere gli ordini in modo efficiente, grazie a una linea di produzione per la prototipazione rapida.

D6: Il nostro progetto è molto complesso, la tecnologia CNC è in grado di gestirlo?

Certamente. JS Precision è in grado di lavorare superfici a forma libera estremamente complesse e strutture di cavità interne con macchine CNC a cinque assi. A condizione che ci forniate il disegno di progetto, possiamo quasi sicuramente lavorarlo.

D7: Come posso richiedere un preventivo per la prototipazione rapida CNC?

È sufficiente fornire a JS Precision file CAD 3D, come i formati STEP o IGES. Il sistema eseguirà l'analisi e produrrà un preventivo immediato. Per progetti complessi, i nostri ingegneri vi contatteranno per fornirvi suggerimenti di ottimizzazione.

D8: Come posso garantire che il mio prototipo rimanga riservato e sicuro?

JS Precision rispetta rigorosamente l' accordo di riservatezza (NDA) . Tutti i vostri file e dati di progettazione saranno rigorosamente protetti. Per noi la proprietà intellettuale dei nostri clienti è la nostra ancora di salvezza, quindi non preoccupatevi.

10.Riepilogo

Quando si desidera un prototipo in grado di sostenere test reali, accelerare le iterazioni di ricerca e sviluppo e ridurre i costi complessivi, l'ideale del CNC diventa ovvio. È in grado di trasformare i prototipi da "aspetto" a "funzionamento" e da "validazione singola" a "produzione di massa".

Non lasciare che il tuo prototipo sia l'anello debole della tua catena di produzione. Scegli il servizio di prototipazione rapida CNC di JS Precision e riceverai un servizio completo, dalla consulenza per la definizione della prototipazione rapida alla selezione delle attrezzature, dall'ottimizzazione dei processi alla personalizzazione del case.

Dopodiché carica i tuoi file di progettazione sul nostro sito web e scopri di persona quanto veloci, professionali e affidabili saranno i nostri servizi di prototipazione rapida che ti condurranno al successo.