Fabricação de 5 eixos por setor: soluções personalizadas para aeroespacial, medicina, automotivo e energia.

As indústrias de 5 eixos enfrentam os principais problemas de inspiração de design limitada pelo artesanato tradicional, materiais difíceis de usinar que elevam os custos das ferramentas e dificuldade em equilibrar leveza e resistência estrutural .

A tecnologia de usinagem CNC de cinco eixos será o fator fundamental para superar as barreiras mencionadas acima. Certamente, trata-se de algo mais do que uma simples atualização de ferramentas; é uma filosofia de engenharia que oferece soluções personalizadas para indústrias de cinco eixos , como aeroespacial, médica e de energia .

Este artigo abordará como quatro grandes setores industriais podem se beneficiar dos serviços de usinagem CNC de 5 eixos para alcançar avanços significativos, além de como selecionar um parceiro capaz de transformar seus projetos em realidade com perfeição.

Visão geral das respostas principais

Principais conclusões:

• A personalização específica para cada setor é fundamental:

A estratégia universal de cinco eixos não é viável, pois os setores aeroespacial, médico e outros possuem requisitos únicos de precisão, materiais e certificação, exigindo conhecimento profundo da indústria.

• Os materiais são o principal fator na escolha do processo:

As ligas de titânio devem ser usinadas a velocidades lineares muito baixas ( 60-90 m/min ), enquanto as ligas de alumínio podem ser usinadas a altas velocidades ( acima de 1000 m/min ). Isso significa que estratégias completamente diferentes precisam ser empregadas nesses casos.

• O valor é gerado pelo trabalho em equipe no projeto e na fabricação:

Hoje, projetistas e fabricantes podem trabalhar em estreita colaboração utilizando o método DFM (Design for Manufacturing). Uma redução de 10 a 25% nos custos e prazos de entrega pode ser alcançada com a otimização da estrutura das peças por meio de análises DFM precoces.

• Pós-processamento e automação são o futuro:

Uma das principais tendências para alcançar alta consistência e reduzir custos de mão de obra é a integração de um braço robótico de 5 eixos para rebarbação e polimento.

Por que confiar neste guia? Soluções personalizadas da JS Precision para indústrias de 5 eixos

O principal especialista deste guia é a JS Precision, que atua no mercado há 15 anos com usinagem CNC de 5 eixos. Somos especialistas em usinagem de 5 eixos para as indústrias aeroespacial, médica e de energia. Já entregamos mais de 100.000 peças de alta precisão. Nossa principal linha de equipamentos possui certificação ISO 13485 e AS9100 .

Na usinagem CNC de titânio, conseguimos prolongar a vida útil da ferramenta para peças de liga de titânio em 35% através da utilização de ângulos de eixo otimizados, um resultado muito superior à média da indústria. Na usinagem de 5 eixos para dispositivos médicos, somos capazes de produzir acabamentos superficiais com Ra < 0,2 μm , garantindo assim o atendimento aos requisitos de biocompatibilidade dos implantes.

Nossa vantagem reside não apenas em possuirmos equipamentos de ponta de fabricantes de centros de usinagem de 5 eixos, mas também em nossa capacidade de construir uma solução de processo completa, desde o projeto até o pós-processamento .

Tomemos como exemplo a usinagem de componentes aeroespaciais. Somos capazes de oferecer ao cliente um serviço completo , desde a análise de DFM (Design for Manufacturing) e o planejamento do processo até a verificação da usinagem com base no modelo 3D fornecido pelo cliente, o que pode gerar economia ao eliminar inadequações de projeto. Diversos estudos de caso de clientes demonstram que nossas soluções personalizadas ajudaram a reduzir o tempo de lançamento no mercado em mais de 20%.

Deseja verificar a viabilidade da sua solução de usinagem CNC de 5 eixos? Entre em contato com os engenheiros de aplicação da JS Precision agora mesmo, envie o modelo 3D da sua peça e receba gratuitamente uma avaliação personalizada do processo e um cálculo de custos para obter uma vantagem tecnológica.

Por que a tecnologia de 5 eixos é indispensável para usinagem de precisão na indústria aeroespacial?

O setor aeroespacial possui requisitos muito rigorosos para componentes integrados, leves e com materiais específicos. A usinagem padrão de 3 eixos não consegue atender a esses requisitos , tornando a usinagem CNC de 5 eixos não apenas uma solução indispensável, mas também o principal suporte tecnológico das indústrias de 5 eixos.

Superando Materiais de Difícil Usinagem

As ligas de titânio (por exemplo, Ti-6Al-4V) e as superligas à base de níquel (por exemplo, Inconel 718) são os materiais mais frequentemente utilizados no setor aeroespacial, e criam as condições ideais para problemas de endurecimento por deformação, baixa condutividade térmica e desgaste rápido das ferramentas.

Em conformidade com a norma AS9100, o controle contínuo de 5 eixos da ferramenta distribui a carga lateralmente durante o corte, o que contribui para aumentar a vida útil da ferramenta em mais de 30% e, ao mesmo tempo, preservar a integridade da superfície da peça, evitando a formação de camadas refundidas prejudiciais e microfissuras.

De uma estrutura leve a canais de fluxo internos complexos

A usinagem de 5 eixos é capaz de realizar a usinagem de peças complexas de alumínio (como o 7075-T6) em uma única operação, incluindo nervuras de asas e suportes de motores, possibilitando assim uma redução de peso de 40% por meio de redução de peso integrada, cavidades de redução e superfícies curvas complexas.

Ao mesmo tempo, é capaz de usinar peças com perfis de lâminas complexos ou canais de refrigeração, como bicos injetores de combustível de motores e carcaças de turbinas, resultando assim em moldagem de peça única, algo que os métodos tradicionais não conseguem alcançar.

Quer superar o complexo desafio do processamento de materiais na usinagem para o setor aeroespacial? Solicite um white paper sobre usinagem de ligas de titânio à JS Precision e descubra como aumentar a vida útil da ferramenta em mais de 30% e reduzir os custos de produção.

Como a usinagem de dispositivos médicos de 5 eixos permite obter superfícies complexas perfeitas para implantes?

Os implantes médicos têm requisitos muito rigorosos em termos de biocompatibilidade, acabamento superficial e personalização . A usinagem de dispositivos médicos em 5 eixos é uma das principais maneiras de atender a essas demandas e uma importante área de aplicação das indústrias de 5 eixos.

Lidando com os desafios das ligas de titânio e de cromo-cobalto para uso médico.

A usinagem CNC de titânio de grau médico (por exemplo, Ti-6Al-4V ELI) e a usinagem de liga de cobalto-cromo (CoCrMo) exigem medidas para garantir que não haja contaminação nem microfissuras.

A tecnologia de cinco eixos permite a microescultura muito precisa de estruturas ósseas trabeculares e, além disso, produz uma superfície de altíssima qualidade com Ra < 0,2 μm para posterior jateamento de areia e eletropolimento, obtendo-se assim a biocompatibilidade do implante.

Da área técnica à médica e cirúrgica

A usinagem de cinco eixos, utilizando dados de tomografia computadorizada do paciente, pode produzir trajetórias de ferramentas em um período muito curto de tempo com a ajuda de um software CAM dedicado e, como resultado, alcançar uma fabricação muito precisa de almofadas de articulação do joelho personalizadas ou próteses craniofaciais.

Isso não apenas reduz o ciclo tradicional de moagem e moldagem manual, que durava uma semana, para apenas alguns dias , mas também melhora significativamente o planejamento cirúrgico da operação, tanto em termos de eficiência quanto de precisão.

Precisa de uma solução personalizada para usinagem de dispositivos médicos em 5 eixos? Informe-nos as dimensões do seu implante e os requisitos de material, e a JS Precision poderá fornecer rapidamente um orçamento e um cronograma de entrega em conformidade com as normas ISO 13485 .

Figura 1: Detalhe de uma pá de turbina de motor de aeronave usinada com precisão em liga de titânio, destacando a complexa aerodinâmica alcançável por meio de usinagem avançada de 5 eixos.

Como os canais de refrigeração complexos são fabricados com precisão na usinagem de 5 eixos das pás de turbina?

As pás das turbinas são o coração dos motores de energia e aeronáuticos. Seus complexos canais internos de refrigeração têm um impacto direto em sua eficiência. A usinagem de pás de turbina em 5 eixos é o único método capaz de lidar com essa estrutura e representa o ápice tecnológico da indústria de 5 eixos.

Sistema de articulação multieixos para gravação profunda de poros com formato irregular.

As máquinas-ferramenta de 5 eixos são capazes de utilizar fresas de topo esbeltas com diâmetro de 3 mm e relação comprimento/diâmetro de 15:1 para usinar canais de refrigeração com curvaturas conformais em ângulos específicos e ao longo de trajetórias curvas, com o auxílio da articulação de cinco eixos XYZAC. Elas conseguem manter as tolerâncias de diâmetro dentro de ±0,05 mm , um feito totalmente impensável para máquinas-ferramenta de 3 eixos.

Garantir a qualidade e a consistência da superfície do canal

As paredes internas dos canais de refrigeração nas pás de liga de alta temperatura devem ter uma rugosidade superficial Ra < 0,8 μm. A tecnologia de cinco eixos otimiza as estratégias de interpolação espiral e fresagem cicloidal para evitar vibrações da ferramenta, garantir paredes internas lisas do canal de ar e assegurar um fluxo de ar de refrigeração estável e eficiente.

Parâmetros de precisão de usinagem de cinco eixos para canais de refrigeração de pás de turbina

Deseja obter usinagem de alta precisão dos canais de refrigeração para pás de turbina em 5 eixos ? Confira os estudos de caso de componentes de turbina da JS Precision para aprender como controlar tolerâncias dentro de ±0,05 mm.

Figura 2: Uma pá de turbina sendo usinada em 5 eixos, com a ferramenta de corte visível, demonstrando o processo de fabricação de precisão em um ambiente industrial.

Como otimizar estratégias de 5 eixos para diferentes materiais, como titânio e alumínio?

As propriedades do material determinam diretamente as estratégias de usinagem de 5 eixos. Os parâmetros de usinagem variam significativamente entre diferentes materiais; portanto, o ajuste adequado da estratégia é fundamental para melhorar a eficiência.

Comparação dos parâmetros principais para usinagem de cinco eixos de diferentes materiais

Usinagem de Precisão de Ligas de Titânio: Estratégias para Lidar com Altas Temperaturas e Alta Resistência

A usinagem CNC de titânio exige uma velocidade linear baixa e contínua de apenas 70 m/min , uma profundidade de corte radial ≤ 30% do diâmetro da ferramenta e refrigeração interna de alta pressão > 70 bar para garantir a remoção de cavacos e o resfriamento. O vetor do eixo da ferramenta deve ser alterado de forma muito suave para que a mudança repentina no ângulo de corte não cause vibrações.

Usinagem de ligas de alumínio em alta velocidade e alta eficiência

Para o acabamento de componentes de alumínio, a fresagem dinâmica de cinco eixos pode ser uma solução com velocidades muito altas (>18.000 rpm) e grandes taxas de avanço, que podem ser combinadas com trajetórias de ferramenta cicloidais ou helicoidais para manter as forças de corte estáveis ​​e, ao mesmo tempo, alcançar uma alta taxa de remoção de material.

Ao mesmo tempo, a usinagem passo a passo e a fixação otimizada permitem manter as dimensões de elementos de paredes finas com uma espessura de parede inferior a 1 mm .

Os serviços profissionais de usinagem CNC de 5 eixos podem otimizar meu projeto para reduzir custos?

Os serviços profissionais de usinagem CNC de 5 eixos podem reduzir drasticamente o custo de usinagem de peças se o projeto for alterado logo no início, o que é uma maneira importante de tornar um projeto mais econômico.

Colaboração antecipada: o segredo para a redução de custos

Os engenheiros da JS Precision podem sugerir alterações mesmo quando o projeto ainda está na fase conceitual, como aumentar o raio de cantos internos muito fechados de R0,5 para R2 para usar ferramentas padrão, ou transformar uma peça ultracomplexa em dois componentes de montagem que podem ser otimizados separadamente, reduzindo assim o tempo total de usinagem em 35%.

Integração de processos: menos fixação e mais operações

Aproveitando as múltiplas funcionalidades de usinagem das máquinas-ferramenta de 5 eixos, o datum de usinagem e a sequência do processo de fabricação das peças podem ser alterados, combinando em uma ou duas fixações o que antes exigia de 4 a 5 fixações, obtendo-se a mesma ou maior precisão com menos mão de obra e custos reduzidos no fluxo de trabalho.

Estudo de caso: Redução de custos de 28%, empresas europeias de drones superam gargalos com processamento integrado de cinco eixos.

Desafio

A estrutura principal de suporte de carga (material: liga de alumínio 7075) de um fabricante europeu de drones de alto desempenho foi inicialmente concebida como uma montagem de 12 peças rebitadas. Isso resultou em um peso excessivo, tensão de montagem complexa e um ciclo de produção de até 6 semanas , limitando assim a competitividade do produto.

Solução

A JS Precision oferece serviços completos de usinagem CNC de 5 eixos :

1. Reconstrução DFM:

O projeto inicial de 12 peças rebitadas foi alterado para 3 grandes peças de alumínio (material 7075-T6) através da integração de uma placa de reforço leve moldada em acetal com malha.

A espessura da chapa de reforço é mantida com precisão entre 1,2 e 1,5 mm , o que representa uma redução de 18% no desperdício de material em comparação com o projeto inicial. Furos de posicionamento extremamente precisos (tolerância de 0,02 mm) também são oferecidos para eliminar a variação na montagem.

2. Inovação de Processos:

Ao combinar uma grande máquina-ferramenta de 5 eixos com um curso de 1200×800×600mm e um fuso de alta velocidade de 18000rpm, todas as características importantes da peça (as interfaces de formas irregulares, as superfícies de montagem, o peso, as cavidades de redução) são usinadas em uma única configuração.

A planicidade é rigorosamente mantida dentro de 0,05 mm e as tolerâncias geométricas são ≤0,03 mm , eliminando assim os erros de posicionamento causados ​​por múltiplas configurações.

3. Integração de pós-processamento:

Apresentamos um braço robótico de 5 eixos de alta precisão com capacidade de carga de 5 kg, acoplado a uma ferramenta de rebarbação independente de 0,8 mm . Rotas otimizadas são criadas por meio de programação offline, o que possibilita automatizar a rebarbação e o acabamento de cavidades e bordas internas complexas.

A eficiência da rebarbação aumenta em 70%, e a rugosidade superficial das peças é sempre mantida em Ra≤0,8μm, com uma consistência superior a 99,5%.

Resultado

• O número de peças foi reduzido em 75%, a estrutura geral foi reduzida em 15% e a rigidez foi aumentada em 20%.
• O custo total de produção por unidade foi reduzido em 28%, o que significa uma economia de aproximadamente US$ 120 por unidade.
• O tempo de desenvolvimento, desde o projeto até a verificação do primeiro artigo, foi reduzido pela metade, de 6 semanas para 3 semanas, permitindo que o produto aproveitasse rapidamente as oportunidades de mercado.

Deseja replicar o caso de redução de custos da estrutura do drone? Ligue agora para a central de atendimento da JS Precision, mencione "projeto de drone" e você poderá obter uma solução personalizada para reduzir os custos de produção em mais de 20%.

Figura 4: Detalhe da estrutura central de um quadricóptero, mostrando sua construção em fibra de carbono e alumínio, câmera integrada e quatro motores brushless, projetado para fotografia aérea.

Como um braço robótico de 5 eixos otimiza os percursos de rebarbação para peças complexas?

O braço robótico de 5 eixos é o principal equipamento para pós-processamento em usinagem de 5 eixos. Ele resolve os problemas de ineficiência e inconsistência na rebarbação manual de peças complexas e, portanto, é o principal caminho para a modernização da automação nas indústrias de 5 eixos.

Lidando com geometria complexa

Diferentemente do ensino manual de robôs tradicionais, o software de programação offline baseado em modelos CAD pode gerar automaticamente trajetórias otimizadas para o braço robótico de 5 eixos, que abrangem todas as arestas, como cavidades profundas e fendas estreitas. Como resultado, a eficiência da programação é aprimorada em 80%.

Sensoriamento de controle de força e usinagem adaptativa

Um braço robótico de alta precisão com 5 eixos, equipado com sensores de controle de força, pode, como uma mão humana, detectar e manter uma pressão de contato constante e, portanto, lidar sem problemas com variações de borda causadas por tolerâncias de usinagem para obter efeitos uniformes de chanfro ou polimento , evitando sobrecorte ou omissões.

Como escolher entre os fabricantes de centros de usinagem de 5 eixos para peças personalizadas?

Ao escolher fabricantes de centros de usinagem de 5 eixos , a decisão não deve se basear apenas no modelo do equipamento. Na verdade, é muito importante verificar a capacidade geral de assistência técnica dos fabricantes para o sucesso do seu projeto.

Avaliando todo o ecossistema tecnológico

Além de se concentrar na marca do equipamento, você também precisa determinar se o fabricante possui um banco de dados de processos dedicado, uma biblioteca de materiais certificados e um ambiente de produção que esteja em conformidade com os padrões da indústria de 5 eixos.

Por exemplo, a indústria médica precisa cumprir a norma ISO 13485 e a indústria aeroespacial a AS9100. Além disso, verifique suas capacidades de programação CAM, verificação por simulação e inspeção por escaneamento a laser.

Faça as perguntas certas para encontrar os especialistas.

Perguntas como "Como vocês gerenciam a deformação durante a usinagem e garantem uma espessura de parede de 0,02 mm para componentes estruturais de liga de titânio?" ou "Vocês possuem relatórios de testes de fadiga para componentes do setor energético?" podem ser direcionadas aos fornecedores. A abrangência das respostas pode servir como um indicador de suas habilidades técnicas.

Perguntas frequentes

Q1: Qual é a maior vantagem da usinagem de 5 eixos em relação à usinagem de 3 eixos?

A principal vantagem é a capacidade de usinar peças complexas e multifacetadas em uma única configuração , evitando erros devido ao reposicionamento repetido. Além disso, a usinagem de 5 eixos permite a produção de cavidades profundas, rebaixos e superfícies complexas com fluxo suave, algo que as máquinas de 3 eixos simplesmente não conseguem fazer.

Q2: Qual o tamanho máximo que uma peça pode ter para usinagem de 5 eixos?

Isso depende do curso da máquina-ferramenta específica. As máquinas de 5 eixos da JS Precision podem produzir componentes que variam de minúsculas peças micromédicas ( Φ20mm ) a grandes estruturas aeroespaciais ( 1200 x 800 x 600 mm ).

Q3: Quais ferramentas de corte são geralmente usadas para usinar ligas de titânio?

A maioria das ferramentas de corte que utilizamos para este fim são ferramentas de metal duro com revestimento PVD . Utilizamos fresas de topo helicoidais de pequeno diâmetro que também possuem refrigeração interna com canais de alta pressão para aumentar a evacuação de cavacos e o resfriamento, tornando o processo mais eficiente.

Q4: Qual é a precisão usual da usinagem de cinco eixos?

A precisão posicional de peças de precisão pode chegar a ±0,01 mm , e a precisão de contorno pode atingir ±0,015 mm . Com otimizações adicionais do processo, níveis ainda mais elevados podem ser alcançados para casos que exigem altíssima precisão.

Q5: Quanto tempo leva desde o envio do modelo 3D até o recebimento de um orçamento?

Se os modelos 3D e os requisitos técnicos estiverem claros, a JS Precision geralmente fornece a cotação inicial e as soluções técnicas adequadas, incluindo recomendações de DFM (Design for Manufacturing and Manufacturing), dentro de 24 a 48 horas .

Q6: Vocês oferecem suporte tanto para prototipagem em pequenos lotes quanto para produção em massa?

Com certeza. A JS Precision pode produzir qualquer quantidade, desde um único protótipo até uma produção em larga escala de milhares de unidades, permitindo assim a utilização da mesma linha de produção e a manutenção de uma qualidade consistente desde o protótipo até a produção em massa.

Q7: Como você lida com a tensão residual durante a usinagem?

A tensão residual é reduzida de forma muito precisa e sistemática através da otimização dos percursos de corte , como o uso de usinagem simétrica, o ajuste dos parâmetros de corte e o agendamento de tratamentos térmicos de alívio de tensões entre os processos principais.

Q8: Como garantir a consistência na produção em massa?

A consistência na produção em massa é garantida pela adesão a processos de trabalho padronizados, recalibração periódica da precisão das máquinas-ferramenta, controle estatístico de processo (CEP) e realização de inspeções minuciosas da primeira peça, inspeções de rotina e peças finais.

Resumo

A tecnologia de usinagem de cinco eixos deixou de ser um "recurso de luxo" para se tornar uma capacidade "essencial" e indispensável, estando no cerne da inovação na indústria de cinco eixos. Ela proporciona aos engenheiros uma incrível liberdade de projeto, permitindo que muitos produtos complexos, antes apenas no papel, se tornem realidade.

Mas a liberação do potencial tecnológico não pode ser alcançada sem um profundo conhecimento do processo e experiência na indústria . A JS Precision, especialista em soluções completas de processo, está à sua disposição para ajudá-lo a remover todos os obstáculos, desde a fase de projeto até a produção em massa.

Entre em contato conosco imediatamente e envie seus desenhos ou conceitos de peças . Nossos engenheiros de aplicação trabalharão com você para explorar o caminho ideal de fabricação e ajudá-lo a vencer a concorrência.