Почему ЧПУ является идеальным процессом для быстрого прототипирования?

Чем выше конкуренция в сфере разработки продукта, тем больше внимания уделяется скорости. Но когда речь заходит о быстром прототипировании, первое, что приходит на ум многим, — это 3D-печать. Однако существует технология, позволяющая создавать прототипы с практически идентичными характеристиками, точностью и свойствами материалов , как у готовых изделий, — это обработка на станках с ЧПУ.

Многие трактуют быстрое прототипирование как «быстрое изготовление моделей» , не принимая во внимание его решающее влияние на запуск продукта.

Ниже представлена статья, которая изменит ваше представление о том, что такое быстрое прототипирование , и покажет, как технология ЧПУ с ее непревзойденными реальными возможностями становится самым надежным и мощным двигателем во всем процессе быстрого прототипирования: от проверки концепции до функционального тестирования.

Краткое изложение ключевых ответов

Почему команда JS Precision выбирает ЧПУ для прототипирования?

Компания Precision, JS имеет более 12 лет практического опыта в области быстрого прототипирования, обслуживая более 500 клиентов из 6 основных отраслей промышленности: аэрокосмическую, медицинское оборудование, бытовую электронику, автомобильные детали , промышленную автоматизацию и полупроводники.

Например, компания JS Precision изготовила прототипы высокоточных хирургических инструментов для компании по производству медицинского оборудования с допусками в пределах ±0,005 мм для обеспечения точности во время хирургических операций, а также поставила 20 испытательных прототипов двигателей компании по производству автомобильных деталей в течение 72 часов для выполнения ее срочных требований по проверке.

В аэрокосмической отрасли они также изготовили прототипы кронштейнов системы ориентации для компании по производству спутниковых компонентов, используя титановый сплав TC4, пятикоординатную обработку на станке с ЧПУ для достижения сложных пространственных углов и контроль допусков в пределах ±0,003 мм , чтобы помочь клиенту завершить испытания на орбите.

Мы изготовили 30 прототипов сочленений роботизированной руки для компании по промышленной автоматизации, выпускающей оборудование для производственных линий, и это помогло им уложиться в график ввода в эксплуатацию в рекордные сроки — всего за 48 часов.

Средний опыт работы инженерной команды JS Precision в области обработки на станках с ЧПУ составляет более 8 лет , и она выполнила более 1000 проектов по быстрому прототипированию.

Оснащенная более чем 40 единицами высокоточных станков с ЧПУ, включая 3- и 5-осевые, мастерская работает по системам менеджмента качества в медицине ISO 9001 и ISO 13485 , полностью понимая потребности прототипирования в различных областях.

Данное руководство основано на обобщении реальных проектов, и каждое предложение проверено на практике, поэтому ему можно полностью доверять.

Если вам нужны высококачественные услуги по быстрому прототипированию на станках с ЧПУ , компания JS Precision, имеющая опыт работы в отрасли, определённо готова вам помочь. Пожалуйста, предоставьте CAD-файлы, и мы быстро рассчитаем стоимость, начнём производство и гарантируем качество и эффективность прототипа в кратчайшие сроки.

Переосмысление скорости: что такое быстрое прототипирование в современную эпоху?

Во-первых, давайте разберемся, через что прошла компания JS Precision, и каково современное определение быстрого прототипирования, поскольку это можно хорошо объяснить, только описав, что такое быстрое прототипирование, чтобы понять, почему ЧПУ является идеальным вариантом.

Современное быстрое прототипирование — это не просто «ускоренное создание модели», а скорее интегрированный процесс, в котором «подтверждение концепции — функциональное тестирование — обратная связь от рынка — мелкосерийное опытное производство» является итеративным.

На каждом этапе процесса требуется точная поддержка данных, полученных от прототипа. Например, для проверки концепции прототип должен соответствовать требованиям проекта, для функционального тестирования требуется, чтобы прототип выдерживал реальные нагрузки, а для обратной связи с рынком требуется, чтобы прототип по качеству максимально соответствовал качеству серийного производства.

Успешный результат быстрого прототипирования должен обладать «формальным сходством», «духовным сходством» и «функциональной аутентичностью».

Другими словами, «формальное сходство» означает, что внешний вид соответствует конечному продукту, «духовное сходство» означает, что свойства материала близки к стандартам массового производства, «функциональная аутентичность» означает, что он может имитировать производительность в реальных сценариях использования.

Таким образом, три вышеуказанных требования предъявляют высокие требования к точности и прочности материала прототипа, открывая путь для обработки на станках с ЧПУ.

Компания JS Precision глубоко понимает основные потребности современного процесса быстрого прототипирования . JS Precision может предоставить клиентам прототипы, которые реализуют «формальное сходство, духовное сходство и функциональную аутентичность», чтобы помочь клиентам быстро выполнять итерации и управлять запуском продукта.

За пределами 3D-принтеров: полный спектр инструментов для быстрого прототипирования

Теперь, когда определение и строгие критерии быстрого прототипирования сформулированы, я хотел бы сравнить ряд основных инструментов быстрого прототипирования и найти оптимальный выбор для сценариев с высокими требованиями.

В следующей таблице показано, что обработка на станках с ЧПУ действительно является бесспорным первым выбором, когда прототипы должны выдерживать реальные нагрузки, работать в экстремальных условиях или проходить точную проверку сборки, например, манипуляторы беспилотников, детали высокотемпературного оборудования, медицинские приборы.

Например, к медицинским имплантатам предъявляются очень высокие требования к биосовместимости и размерной точности . В некоторых случаях обработка на станках с ЧПУ с использованием настоящих титановых сплавов может обеспечить выполнение требований клинических испытаний.

Обычно металлические детали, изготовленные с помощью 3D-печати, имеют внутреннюю пористость и не могут обеспечить такую стабильность. Это обеспечивает ЧПУ лидирующие позиции в семействе инструментов для быстрого прототипирования .

Рисунок 1: Станки с ЧПУ автоматизируют резку, формовку и отделку материалов, что позволяет создавать высокоточные прототипы.

Преимущества ЧПУ: глубокое погружение в процесс быстрого прототипирования

Поскольку большая часть востребованного быстрого прототипирования зависит от использования ЧПУ, сейчас мы объясним процесс быстрого прототипирования на базе ЧПУ, чтобы вы поняли , как он обеспечивает высокую эффективность и высокое качество.

Получение CAD-модели:

Заказчик предоставляет файл 3D-проекта в формате STEP или IGES. Инженеры JS Precision проведут проверку осуществимости проекта, включая глубокие полости и тонкие стенки, которые могут представлять потенциальные проблемы при обработке, и предложат рекомендации по оптимизации.

При проектировании для заказчика, если возникают проблемы с тонкими стенками, которые легко деформируются, мы рекомендуем добавить рёбра для усиления. Например, прототип корпуса датчика имел стенку толщиной 1 мм, которая очень легко деформировалась при обработке. Достигнув толщины стенки 1,2 мм и добавив рёбра, выход годных изделий с первого прохода увеличился с 70% до 98%.

CAM-программирование и цифровое предварительное моделирование:

При использовании профессионального CAM-программного обеспечения для генерации траекторий обработки мы одновременно включаем функцию «цифрового предварительного моделирования», чтобы смоделировать весь процесс обработки и заблаговременно избежать таких проблем, как столкновение инструментов и ошибки траектории. Это одна из ключевых технологий рабочего процесса JS Precision.

Обработка с использованием автоматического устройства смены инструмента:

Используется 3- или 5-осевой станок с ЧПУ . Выбор зависит от сложности детали. Технология «один зажим на многостороннюю обработку» при обработке такой сложной и многосторонней детали сокращает количество операций зажима и контролирует погрешность в пределах ±0,01 мм.

Онлайн-инспекция:

Ключевые размеры измеряются с помощью датчиков, установленных на инструменте во время обработки. Любое отклонение немедленно корректируется для обеспечения требуемой точности прототипа.

Постобработка:

Постобработка включает удаление заусенцев, микроструйную очистку или анодирование после механической обработки, что позволяет подготовить прототипы к немедленному использованию заказчиком без дополнительной доработки. Таким образом, успешное прототипирование с ЧПУ с первой попытки сократило время итерации в процессе быстрого прототипирования.

Рисунок 2: Программное обеспечение для автоматизированного проектирования (САПР) позволяет инженерам и дизайнерам создавать подробные 3D-модели изделий и указывать каждую деталь и размер.

Правда о стоимости: как прототипирование и производство с ЧПУ экономят ваши деньги

Многие считают, что технология обработки на станках с ЧПУ является дорогостоящей, однако с точки зрения быстрого прототипирования и производства она на самом деле может сэкономить много денег, в основном по трем аспектам.

1. Прототип с ЧПУ позволяет избежать затрат на дорогостоящую модификацию пресс-форм.

Благодаря прототипу, изготовленному на станке с ЧПУ до изготовления пресс-формы, дефекты конструкции можно обнаружить заблаговременно. Например, производитель автозапчастей обнаружил отклонение положения отверстий на 2 мм с помощью прототипа, изготовленного на станке с ЧПУ, доработал конструкцию и избежал затрат на переделку пресс-формы в размере 100 000 долларов США.

2. ЧПУ ускоряет вывод продукции на рынок.

Прототипы, изготовленные на станке с ЧПУ, можно использовать непосредственно для последующего тестирования , без длительной постобработки. Например, заказчик, специализирующийся на электронике, завершил функциональное тестирование за две недели, используя прототип, изготовленный на станке с ЧПУ, сэкономив неделю по сравнению с 3D-печатью (неделя включает 3 дня печати и 2 дня закалки), что позволило выпустить продукт на месяц раньше, что дало компании значительное преимущество на рынке.

3. Позволяет плавно перейти к массовому производству.

Большинство процессов, используемых при прототипировании на станках с ЧПУ , максимально приближены к массовому производству. Например, параметры резания и выбор инструмента для прототипов деталей из алюминиевого сплава могут быть напрямую использованы в серийном производстве, что снижает риск переналадки и затрат на переналадку.

С точки зрения быстрого прототипирования и производства, услуги ЧПУ от JS Precision помогут вам избежать необходимости внесения изменений в пресс-формы, ускорить вывод продукции на рынок и добиться экономии средств. Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше о конкретных решениях.

Рисунок 3: Одним из проявлений ценности станков с ЧПУ является то, что стоимость массового производства прототипов продукции значительно снизилась.

Руководство по выбору подходящего оборудования для быстрого прототипирования

Выбор подходящего оборудования для быстрого прототипирования — ключ к успеху. Разные потребности требуют разного оборудования. Оценить можно по следующим четырём параметрам:

1. Требования к материалам:

• Если прототип должен быть изготовлен из металла, например, из алюминиевого или титанового сплава, то предпочтительнее обработка на станке с ЧПУ.
• Если прототип должен выдерживать высокие температуры, например, периферийные детали двигателя, то нержавеющая сталь или титановый сплав, обработанные на станке с ЧПУ, могут обеспечить стойкость к высоким температурам свыше 300 ℃, в то время как прототипы из пластика, напечатанные на 3D-принтере, легко размягчаются при температуре свыше 150 ℃.
• Если изделие пластиковое и требуется только визуальная проверка, выбирайте 3D-печать SLA.
• Метод вакуумного формования можно выбрать для небольших партий пластиковых деталей.

2. Точность размеров:

Если допуск составляет ±0,01 мм или выше, например, для медицинских приборов , следует выбрать обработку с ЧПУ. Если допуски ниже, ниже ±0,1 мм, например, для корпусов игрушек, допустимо использовать SLA или FDM.

3. Структурная сложность:

Для деталей со сложными, многогранными поверхностями или глубокими полостями, например, для соединителей манипуляторов дронов, следует выбрать 5-осевой ЧПУ. Для простых, гладких, изогнутых поверхностей, например, для корпусов чашек, можно использовать 3D-печать.

4. Бюджет и сроки выполнения:

В случае ограниченного бюджета (50–200 долл. США) и крайне коротких сроков выполнения заказа (в течение 1 дня) FDM является вариантом для простых деталей, при больших бюджетах (200–1000 долл. США) и высоких требованиях к качеству используется ЧПУ со сроками выполнения заказа 1–3 дня.

Компания JS Precision располагает полным спектром оборудования для быстрого прототипирования , от 3- до 5-осевого, подходящего под ваши требования к материалу и точности. Просто сообщите нам о своих потребностях, и мы порекомендуем вам оптимальное решение.

Пример использования: от САПР до готового к полету манипулятора БПЛА за 72 часа

История клиента и проблемы

Соединитель рычага из композитного углеродного волокна для промышленного беспилотника требует модернизации конструкции для проведения летных испытаний перед инвестиционной демонстрацией.

Ранее изготовленные образцы, напечатанные методом FDM 3D, разрушились во время испытания на имитацию летной вибрации при частоте 1000 Гц в течение 2 часов, поскольку прочность на разрыв напечатанного материала составляла всего 20 МПа, что недостаточно для реальных нагрузок.

Клиенту нужен функциональный прототип в течение 72 часов, иначе он пропустит инвестиционную демонстрацию и может потерять 5 миллионов долларов инвестиций.

Решение JS Precision

1. Соответствие материалов и процессов:

Инженеры JS Precision проанализировали материалы и пришли к выводу, что основной причиной разрушения была недостаточная межслоевая связь в деталях, напечатанных на 3D-принтере. Они рекомендовали использовать алюминиевый сплав 7075, применяемый в аэрокосмической промышленности, прочность которого на разрыв в пять раз выше, чем у материала, изготовленного методом FDM.

Предварительно мы провели испытания на растяжение, чтобы убедиться в пригодности материала. Предел текучести достиг 505 МПа, что значительно превышает требования заказчика в 450 МПа. Данные испытаний в режиме реального времени были предоставлены заказчику.

2. Быстрое реагирование и параллельное проектирование:

В течение 2 часов после получения CAD-модели (формат STEP) были завершены работы по программированию CAM и планированию процесса, а также заранее подготовлены резервные исходные материалы (заранее заготовленные листы алюминиевого сплава 7075).

Вся сложная обработка криволинейных поверхностей выполнялась за один установ на пятикоординатном станке, при этом допуски на основные поверхности узлов контролировались в пределах ±0,008 мм.

3. Эффективная постобработка:

Допуски на поверхности ключевых узлов составляют ±0,005 мм при обработке шести поверхностей за один установ на пятикоординатном станке с ЧПУ DMG MORI. После обработки были выполнены ультразвуковое удаление заусенцев и микроструйная очистка для повышения шероховатости поверхности до Ra 1,6 мкм.

Одновременно критические соединительные отверстия были повторно проверены с помощью координатно-измерительной машины, чтобы гарантировать, что допуски диаметра отверстий соответствуют требованиям сборок и исключить зазоры в последующих сборках.

Результаты и ценность

От заказа клиента до физической поставки прошло всего 70 часов, на 2 часа раньше срока. Соединитель, обработанный на станке с ЧПУ, не показал никаких деформаций или разрушений в ходе последующих стресс-тестов (2 часа вибрации с частотой 1200 Гц и испытания на удар 100 кг), что помогло клиенту успешно пройти инвестиционную демонстрацию и получить инвестиции в размере 3 миллионов долларов.

Отзыв клиента: «Прототип ЧПУ компании JS Precision не только решил насущную проблему, но и помог нам сохранить важную инвестиционную возможность».

Рисунок 4: Карбоновый соединитель для складной руки дрона

Инженерное дело для скорости: проверенные стратегии оптимизации процесса быстрого прототипирования

В процессе быстрого прототипирования оптимизация процесса является ключом к максимальной эффективности ЧПУ. Компания JS Precision представляет несколько проверенных способов повышения эффективности и снижения затрат.

1. Упрощение конструкций:

Избегайте ненужных сложных поверхностей, которые не добавляют ценности функциональности. Например, если механическая деталь имела 6 неровных поверхностей, упрощение до 3 сокращает время обработки с 8 до 4 часов и снижает затраты на 40%.

2. Установка разумных допусков:

Избегайте неоправданно высоких допусков. Например, расширение допусков некритических размеров с ±0,005 мм до ±0,02 мм снижает сложность обработки, снижает затраты на 30% и не влияет на функциональность детали.

3. Интеллектуальное использование материалов:

Используйте легкообрабатываемые материалы на начальном этапе функциональных испытаний. Например, применение легкообрабатываемого и недорогого сплава 6061 вместо сложного в обработке и дорогостоящего алюминиевого сплава 7075 на ранних этапах испытаний, а также переход к целевому материалу после успешного прохождения испытаний, позволяет снизить первоначальные затраты на 25%.

4. Стандартизация и модуляризация:

Предварительная обработка JS Precision позволяет сохранить стандартные конструктивные элементы, такие как отверстия под винты и установочные штифты. Соответственно, имеются предварительно обработанные гайки для стандартных отверстий под винты M3 и M4, которые можно встроить непосредственно в сборку прототипа заказчика. Это позволяет избежать сверления и нарезания резьбы на месте и сократить время обработки на 1-2 дня.

Эти методы в полной мере используют преимущества быстрого прототипирования с ЧПУ, помогая вам разрабатывать прототипы с большей скоростью и меньшими затратами.

Компания JS Precision также может предложить рекомендации по оптимизации процессов, чтобы максимально использовать все преимущества быстрого прототипирования с ЧПУ за счет упрощения конструкции и разумных настроек допусков, помогая клиентам повысить эффективность и сократить расходы.

Часто задаваемые вопросы

В1: Действительно ли скорость прототипирования с ЧПУ сопоставима со скоростью 3D-печати?

Простая геометрическая 3D-печать может занять несколько часов , но для высокопрочных функциональных прототипов обработка на станке с ЧПУ занимает гораздо меньше времени, поскольку исключается необходимость в постобработке для повышения прочности. Например, деталь размером с кулак можно изготовить за 1 день с помощью ЧПУ, в то время как 3D-печать с постобработкой занимает 3 дня.

В2: Какие материалы поддерживает обработка на станках с ЧПУ?

Практически все виды конструкционных материалов можно обрабатывать на станках с ЧПУ, таких как алюминиевые сплавы, нержавеющая сталь, титановые сплавы, латунь и конструкционные пластики, такие как ПОМ, нейлон и ПЭЭК. Это одно из важнейших преимуществ быстрого прототипирования.

В3: Каковы минимально/максимально возможные размеры прототипов, изготовленных на станке с ЧПУ?

Оборудование JS Precision способно обрабатывать детали размером от нескольких миллиметров до крупных прототипов размером более 800 мм. Нам необходимо определить точный размер детали по вашим чертежам. Мы свяжемся с вами как можно скорее после предоставления чертежей.

В4: Как ЧПУ обрабатывает прототипы со сложными внутренними каналами?

По данным JS Precision, эти сложные структуры внутренних полостей и каналов потока были идеально реализованы с помощью процесса «разборки, механической обработки и последующего склеивания» или «использования растворимых вспомогательных материалов».

В5: Каково общее время обработки прототипов из алюминиевого сплава на станке с ЧПУ?

JS Precision обычно отправляет заказы на детали из алюминиевого сплава размером с кулак в течение 1–3 рабочих дней . Компания может выполнять заказы быстро и эффективно благодаря линии быстрого прототипирования.

В6: Наш проект очень сложный, сможет ли ЧПУ справиться с ним?

Конечно. Компания JS Precision может обрабатывать чрезвычайно сложные поверхности свободной формы и внутренние полости на пятикоординатных станках с ЧПУ. Если вы предоставите чертеж, мы почти наверняка сможем выполнить обработку.

В7: Как я могу запросить расценки на быстрое прототипирование с ЧПУ?

Вам нужно всего лишь предоставить JS Precision файлы 3D CAD, например, в форматах STEP или IGES. Система выполнит анализ и мгновенно предоставит смету. В случае сложных проектов инженеры свяжутся с вами, чтобы предложить варианты оптимизации.

В8: Как мне гарантировать, что дизайн моего прототипа останется конфиденциальным и безопасным?

Компания JS Precision строго соблюдает соглашение о конфиденциальности NDA . Все ваши файлы и данные будут строго защищены. Мы относимся к интеллектуальной собственности наших клиентов как к своей жизненной артериал, поэтому будьте уверены.

10.Резюме

Когда вам нужен прототип, способный выдержать реальные испытания, ускорить этапы НИОКР и снизить общие затраты, идеал ЧПУ становится очевидным. Он способен превратить прототип из «вроде бы» в «работающий», а из «разовой проверки» — в «массовое производство».

Пусть ваш прототип никогда не станет слабым звеном в вашей производственной цепочке. Воспользуйтесь услугой быстрого прототипирования на станках с ЧПУ от JS Precision, и вы получите полный цикл работ: от консультаций по определению концепции быстрого прототипирования до выбора оборудования, от оптимизации процесса до индивидуальной настройки корпуса.

Затем загрузите файлы своего дизайна на наш сайт и убедитесь сами, насколько быстро, профессионально и надежно наши услуги по быстрому прототипированию приведут вас к успеху.