JS Precision

Em questão de dias, você terá em mãos um protótipo totalmente funcional: um lado é feito de liga de alumínio fria, usinada com precisão para criar aletas de dissipador de calor e uma estrutura; o outro lado é feito de plástico de engenharia rígido, moldado em uma carcaça ergonomicamente contornada; há até mesmo uma vedação de silicone macio dentro.

Todo esse conjunto multimaterial não é criado em várias linhas de produção, mas em um centro de usinagem CNC, em uma única configuração ou processo enxuto. Essa é a capacidade da fabricação rápida de protótipos atual.

Este guia explorará como a tecnologia de prototipagem rápida CNC aproveita materiais metálicos, plásticos e compostos para desenvolver protótipos multimateriais sem esforço, simplificando drasticamente seu ciclo de inovação de produtos.

Resumo da resposta principal

Como Obter Prototipagem Multimaterial? Soluções de Usinagem CNC de Precisão JS

A JS Precision tem mais de 15 anos de experiência prática em prototipagem rápida multimaterial e concluiu projetos de protótipos multimateriais para mais de 500 clientes em 12 setores, incluindo aeroespacial, médico e eletrônicos de consumo.

Por exemplo, criamos um protótipo de um invólucro de sensor feito de liga de titânio e composto de PEEK para um cliente aeroespacial, reduzindo o tempo de entrega para apenas quatro dias, mantendo a precisão dimensional de ±0,005 mm.

Ao concluir um protótipo de um conector de cateter de aço inoxidável e silicone médico para um cliente da área médica, alcançamos uma melhoria de 30% na resistência à tração por meio da utilização de uma estrutura física de intertravamento. Chegamos a prototipar um cliente da área de eletrônicos de consumo, com uma carcaça integrada de plástico para PC e liga de alumínio, tanto em termos estéticos quanto de resistência estrutural.

A experiência abrange mais de 10 combinações de materiais e envolve tecnologias-chave, como CNC de cinco eixos e ajuste adaptativo de parâmetros. Este guia é compilado a partir de mais de mil projetos de desenvolvimento rápido de protótipos, e cada item é testado e aprovado.

A JS Precision, com sua vasta experiência em usinagem CNC multimaterial, pode fornecer soluções personalizadas para o seu projeto de desenvolvimento rápido de protótipos. Basta nos enviar seus desenhos de projeto e revisaremos e forneceremos recomendações de processo para executar seu projeto com eficiência.

Motor de desenvolvimento rápido de protótipos: quebrando os gargalos básicos do CNC

Para possibilitar a prototipagem rápida multimaterial de alta qualidade, precisamos primeiro abordar os desafios básicos da usinagem CNC — aqueles que se devem às diferenças nas propriedades dos materiais e à complexidade do processo. Somente superando esses desafios podemos garantir a eficiência e a precisão do desenvolvimento rápido de protótipos.

Desafio 1: Integração de Design

Os protótipos tradicionais são normalmente desenvolvidos em componentes separados, o que facilmente leva a problemas de precisão na montagem posterior. A prototipagem multimaterial exige que os projetistas considerem a união e a fixação dos materiais desde o início. Por exemplo, ao unir metal e plástico, os recursos físicos de intertravamento devem ser pré-projetados para evitar uma união fraca posteriormente.

Desafio 2: Serialização da Fabricação

A base da serialização da fabricação é o planejamento de ordens de processamento e o projeto de dispositivos de fixação. Qual material deve ser usinado primeiro, material duro ou macio? Como o dispositivo de fixação pode fixar com segurança peças de diferentes materiais? A falha em resolver esses problemas resulta em defeitos de usinagem. A usinagem inicial do material macio, por exemplo, é facilmente afetada pela vibração da usinagem subsequente do material duro .

Desafio 3: Material "Diálogo"

Diferentes materiais possuem forças de corte, coeficientes de expansão térmica e rigidez consideravelmente diferentes. Ao usinar alumínio (metal) e plástico ABS, por exemplo, o alumínio requer alta velocidade e baixos avanços, enquanto o ABS requer baixa velocidade e altos avanços.

O uso dos mesmos parâmetros para todas as peças pode facilmente levar à distorção das peças ou a erros dimensionais, influenciando a qualidade da fabricação de prototipagem rápida.

Desafio 4: Eficiência vs. Custo-compensação

A usinagem multimaterial exige um planejamento de processo mais complexo e configurações extras, o que aumenta o tempo e o custo do processamento. Manter a qualidade e, ao mesmo tempo, atender aos requisitos básicos de velocidade da prototipagem rápida é um desafio que as empresas precisam superar.

Dominando a Fabricação Rápida de Protótipos: Principais Tecnologias em Usinagem CNC

Após superar os desafios básicos da usinagem CNC de protótipos multimateriais, dominar as principais tecnologias é a chave para avançar na fabricação de prototipagem rápida . Essas tecnologias aprimoram a qualidade e a eficiência em três áreas:

Software e simulação CAM avançados

Por meio do uso de softwares CAM com capacidade para auxiliar na usinagem multieixos e no planejamento de "sequências de usinagem", como o Mastercam, é possível planejar com precisão processos de usinagem multimateriais . A simulação de corte em ambiente virtual permite prever problemas de interferência entre ferramentas e fixações com antecedência, evitando erros na usinagem real e economizando material.

Estratégias de Usinagem Adaptativa

1. Tecnologia "Single-Setup": Pré-fixação de diferentes materiais em dispositivos de precisão. Todos os materiais são usinados em uma única configuração com controle de programa, o que proporciona excelente precisão de posição relativa e elimina múltiplos erros de configuração.

2. Recuperação Sequencial de Parâmetros: O software CAM é capaz de recuperar automaticamente diferentes bibliotecas de parâmetros de corte, como altas velocidades e baixas taxas de avanço para usinagem de metais e alteração instantânea para baixas velocidades e altas taxas de avanço para plásticos. A ferramenta ideal é selecionada automaticamente, sem necessidade de ajustes manuais contínuos.

Design de luminárias inteligentes

Com os sistemas de fixação modulares e configuráveis, como fixações dedicadas ou blocos de morsa fresáveis, é possível adaptá-lo a uma variedade de peças brutas com formatos irregulares. A montagem da fixação não só é conveniente, como também estabiliza a usinagem de peças com diversos materiais, melhorando a precisão da usinagem rápida de protótipos.

Figura 1: Prototipagem rápida CNC

A Precisão da Usinagem Rápida de Protótipos: Superando os Materiais Compósitos

Na prototipagem rápida multimaterial, a precisão da usinagem de materiais compostos (composto de fibra de carbono e composto de fibra de vidro) tem impacto direto na qualidade geral da usinagem de protótipos rápidos . Suas naturezas individuais trazem desafios específicos, que exigem soluções CNC personalizadas.

Comparação de desafios de materiais compostos e soluções CNC

Mais soluções CNC

A otimização dos parâmetros do processo por meio de ajustes cuidadosos é essencial. A usinagem das fibras por "cisalhamento" em vez de "puxão" proporciona bordas perfeitas, sem delaminação e rebarbas. Um aspirador de pó potente pode aspirar a poeira diretamente, protegendo o equipamento e a saúde do trabalhador, evitando que a poeira afete a precisão da usinagem e garantindo uma fabricação rápida e suave do protótipo.

A JS Precision é proficiente em tecnologia de prototipagem rápida CNC de materiais compostos, resolvendo completamente problemas de rasgo e desgaste de ferramentas na usinagem de compostos, garantindo usinagem rápida de protótipos de alta precisão e atendendo aos seus requisitos de testes funcionais.

Superando as dificuldades da prototipagem rápida de metal e plástico

Metal e plástico formam a dupla mais popular na prototipagem rápida multimaterial. Mas suas diferenças em propriedades físicas (como condutividade térmica e dureza) trazem enormes desafios de processamento. Somente com a superação desses desafios é que a qualidade dos protótipos de prototipagem rápida de metal e plástico pode ser garantida.

O controle térmico é um grande problema. O calor da usinagem do metal é transferido para o plástico na área e o amolece. A solução é usar a usinagem por salto: usinar a peça metálica por um tempo antes de passar para a peça plástica ou outra área para permitir que a área metálica esfrie. O resfriamento local, ou seja, o resfriamento a ar, também é usado para evitar a deformação térmica do plástico.

A tensão e a precisão da interface também são de extrema importância. Como podemos ter uma interface perfeita entre peças de plástico e metal?

A solução é usar os recursos de usinagem de precisão de provedores de serviços de prototipagem rápida CNC personalizados, como a JS Precision, para usinar diretamente microestruturas (por exemplo, rebaixos e nervuras) para encaixe por pressão, encaixe por pressão ou colagem, obtendo intertravamento físico e melhorando a resistência e a vedação das juntas.

Para superar os desafios de usinagem de metal e plástico de prototipagem rápida , a JS Precision oferece soluções inovadoras de gerenciamento térmico e usinagem de interface para garantir a precisão e a longevidade da ligação entre os dois materiais para o desempenho estável dos seus protótipos.

Figura 2: prototipagem rápida de metal

Estratégias de prototipagem rápida CNC personalizada de materiais duros e macios

A combinação de materiais rígidos (por exemplo, aço inoxidável e liga de alumínio) e materiais macios (por exemplo, plásticos macios e silicone) é comum na prototipagem personalizada. Uma prototipagem rápida CNC personalizada de alta qualidade pode ser alcançada implementando uma abordagem de usinagem científica que equilibre os requisitos de usinagem de diferentes materiais.

Princípios de usinagem e ajuste de parâmetros

Usinar primeiro o material duro, pois o processo é mais estável, com menos vibração e deflexão geradas. Em seguida, usar o material duro usinado como referência para usinar o material macio aumenta a precisão geral.

A seleção das ferramentas de corte deve equilibrar a afiação e a capacidade de evitar o acúmulo de cavacos. O ajuste dinâmico dos parâmetros evita o derretimento ou a deformação do material macio devido ao superaquecimento, garantindo a qualidade na prototipagem rápida CNC personalizada .

A JS Precision oferece serviços especializados em prototipagem rápida CNC personalizada e pode desenvolver técnicas de usinagem personalizadas com base nas características de sólidos duros e macios para garantir a qualidade do protótipo e atender precisamente às suas necessidades personalizadas.

CNC vs. Impressão 3D: Um confronto na produção de protótipos multimateriais

Usinagem CNC e impressão 3D são as tecnologias mais procuradas para prototipagem multimaterial. Ambas têm seus méritos, e a utilização de qualquer uma delas depende das suas necessidades de desenvolvimento rápido de protótipos. A diferença entre elas pode ajudar você a fazer a escolha certa.

Comparação dos méritos da prototipagem multimaterial CNC e de impressão 3D

Conclusão: A prototipagem rápida CNC é mais adequada para a criação de protótipos de alta precisão, alta resistência e nível de testes funcionais, atendendo aos requisitos de alto desempenho do desenvolvimento de prototipagem rápida. A impressão 3D é, no entanto, mais adequada para prova de conceito, ajuste de forma e protótipos com cavidades internas complexas.

Figura 3: usinagem CNC vs impressão 3D

Estudo de caso: como a JS Precision criou um protótipo de propulsão multimaterial integrado para um drone

Este exemplo fornece uma intuição mais clara de como a usinagem CNC aborda as questões do desenvolvimento de prototipagem rápida multimaterial. A seguir, descreveremos todo o processo seguido pela JS Precision para criar um protótipo de propulsão multimaterial para um cliente do setor de drones.

Requisitos do cliente

Uma empresa de drones precisava de um protótipo leve e de alta propulsão para testes de voo.

Alta resistência e alta integração coaxial de lâminas compostas de fibra de carbono e cubos de liga de alumínio eram os requisitos. A lâmina precisava manter seu peso abaixo de 20 g, o cubo precisava ser resistente a 10.000 rpm e leve, e a interface entre os dois precisava manter uma precisão de ± 0,003 mm.

Os desafios mais importantes foram a usinagem resistente a rasgos da lâmina de CFRP, o projeto de estrutura leve e de alta resistência para o cubo de alumínio e a precisão em nível de mícron na interface dos dois.

Solução da JS Precision

1. Design Colaborativo: Nossos engenheiros trabalharam com o cliente para aprimorar o design da conexão, incorporando uma estrutura de encaixe tipo espiga e encaixe em vez de simplesmente colagem. A estrutura proporciona um aumento de 35% na resistência da junta e simplifica a usinagem e a montagem.

2. Usinagem serializada:

• Todas as lâminas de CFRP foram primeiramente usinadas com precisão de uma só vez por uma máquina CNC de cinco eixos usando ferramentas de corte revestidas de diamante a uma alta velocidade de 12.000 rpm e uma profundidade de corte muito pequena de 0,1 mm, sem delaminação nas bordas.
• No segundo exemplo, na mesma montagem, o centro da lâmina foi pré-processado com uma estrutura de junta de encaixe de alta precisão por ferramentas de corte de carboneto.
• Terceiro, a roda de liga de alumínio pré-processada foi instalada em um gabarito de precisão, e uma estrutura oca (redução de 20% do peso) foi usada para processar a cabeça da junta de encaixe com um ajuste de interferência com a junta de encaixe.

3. Integração e Verificação: Utilizando um adesivo resistente a altas temperaturas e um design de intertravamento físico, as duas peças foram encaixadas por pressão para formar a hélice completa. As dimensões principais foram então verificadas usando uma máquina de medição por coordenadas para garantir a conformidade.

Resultados

O cliente tinha um protótipo funcional pronto para voo e testes em túnel de vento de alta velocidade em 5 dias, validando o design e reduzindo o ciclo de desenvolvimento do produto em 70% .

O protótipo teve o desempenho esperado e se manteve estável durante os testes, garantindo o investimento necessário e permitindo que o cliente levasse seu projeto de desenvolvimento rápido de protótipo para o próximo estágio com sucesso.

Figura 4: Hélice dobrável de fibra de carbono

Inicie seu projeto: contrate um serviço profissional de prototipagem rápida CNC

Você deve selecionar um fornecedor profissional de serviços de prototipagem rápida CNC para um desenvolvimento de protótipo CNC multimaterial sem complicações.

Avalie a abrangência técnica: Descubra se o prestador de serviços possui o know-how e os equipamentos necessários para lidar com todos os materiais do seu projeto, desde metais para prototipagem rápida até plásticos especiais. Por exemplo, o prestador de serviços pode lidar com materiais especiais como PEEK e compósitos cerâmicos, e se possui equipamentos CNC de cinco eixos disponíveis para lidar com estruturas complexas.

Explore as capacidades de suporte de engenharia: Um prestador de serviços competente forneceria o projeto para revisões de fabricabilidade, em vez de simplesmente aceitar desenhos passivamente. Ele é capaz de sinalizar proativamente problemas de fabricabilidade no projeto e fornecer recomendações de otimização, economizando custos com modificações em estágios avançados e acelerando a eficiência da fabricação de protótipos.

Revisão do sistema de qualidade: O prestador de serviços deve ser questionado sobre como controla as dimensões-chave dos protótipos multimateriais, especialmente a precisão dos ajustes de interface. A disponibilidade ou não de equipamentos de teste, como máquinas de medição por coordenadas e um procedimento de teste completo, influencia diretamente na qualidade do protótipo.

Oriente o processo de cotação: Uma plataforma de serviços moderna deve ter um processo de cotação online fluido e articular claramente os problemas do processo e as estruturas de custos. Cotações rápidas e fixas permitem que você planeje o orçamento do seu projeto dentro do prazo e minimize o tempo de iniciação do projeto.

A JS Precision oferece um serviço de prototipagem rápida CNC com capacidade técnica completa, suporte de engenheiros profissionais e garantia de qualidade. Nosso rápido processo de cotação permite que você inicie seu projeto com eficácia, confiança e rapidez.

Perguntas frequentes

P1: A usinagem CNC de protótipos multimateriais é muito mais lenta que a impressão 3D?

Nem sempre. Para protótipos com estruturas complexas, mas com baixa exigência de resistência, a impressão 3D pode ser mais rápida. Para protótipos funcionais altamente precisos, com bom acabamento superficial e requisitos realistas de propriedades do material, a CNC geralmente apresenta vantagens em termos de tempo de disponibilidade da primeira peça. Isso se deve ao fato de que, de fato, economiza tempo nos processos trabalhosos após a impressão 3D, incluindo remoção do suporte, lixamento e pós-cura, e está mais em linha com os requisitos de eficiência do desenvolvimento rápido de protótipos.

P2: A prototipagem CNC multimaterial é muito cara?

A usinagem multimaterial é mais cara devido à sua complexidade, mas o valor supera em muito o custo incremental. Por meio da fabricação de prototipagem rápida única, você pode pré-resolver problemas de compatibilidade de materiais, interferências de montagem e gargalos de desempenho, evitando alterações que seriam dezenas ou até centenas de vezes mais caras em volume de produção.

Q3: Com que rapidez posso obter um protótipo CNC multimaterial?

Na JS Precision, em nosso processo normal de usinagem rápida de protótipos, desde o recebimento dos dados qualificados até o envio, protótipos multimateriais simples podem ser concluídos em 2 a 3 dias úteis, enquanto os mais complexos levam apenas 5 a 7 dias úteis. Dessa forma, podemos cumprir seu cronograma de desenvolvimento rápido de protótipos dentro do prazo, sem atrasar seu ciclo de desenvolvimento.

Q4: Quais são algumas combinações de materiais exóticos que você pode usinar?

Além de metais e plásticos padrão, também usinamos com sucesso combinações de PEEK e ligas de titânio, compósitos com carga cerâmica e ligas de alumínio, e combinações de ULTEM e ligas de cobre. Nossos engenheiros possuem ampla experiência em prototipagem rápida CNC personalizada. Entre em contato conosco para discutir suas necessidades específicas e desenvolver uma solução de usinagem eficiente.

Resumo

A usinagem CNC já ultrapassou o estereótipo de "corte de metal" e está levando a prototipagem rápida a novos patamares com sua flexibilidade e precisão inigualáveis.

Ao combinar o desempenho superior de uma variedade de materiais, você pode tocar e confirmar uma experiência de produto quase finalizada no início do desenvolvimento do produto, reduzindo significativamente o risco de P&D e o tempo de colocação no mercado.

A JS Precision é a opção perfeita se você está criando um produto inovador e procura um parceiro de fabricação que esteja acostumado com seus designs complexos e possa produzi-los com alta precisão.

Com nossa ampla experiência, tecnologia de ponta e processos eficientes, garantimos a execução de qualidade de seus projetos de desenvolvimento rápido de protótipos para permitir que você coloque seus produtos no mercado no prazo.