Lavorazione meccanica CNC vs. stampa 3D per la prototipazione rapida

Sviluppo di prototipi sperimentali

Processo di base per lo sviluppo di un prototipo

Lo sviluppo rapido di prototipi comprende principalmente prototipi metallici e non metallici. Questi componenti vengono utilizzati al posto di quelli delle attrezzature di produzione per verificare la struttura, il funzionamento, l'aspetto e altri requisiti.

La produzione dei prototipi non ha una fase fissa nel calendario di sviluppo del progetto e viene spesso adattata per soddisfare le effettive esigenze di collaudo. Con il progressivo accorciarsi dei cicli di sviluppo, anche i tempi di realizzazione dei prototipi si stanno riducendo. Ciò ha favorito l’adozione di tecnologie quali la stampa 3D e la produzione rapida di stampi per soddisfare le esigenze di prototipazione rapida. I processi attualmente utilizzati per i prototipi non metallici comprendono principalmente la fresatura e l’incisione ad alta velocità e la stampa 3D. I processi comunemente utilizzati per i prototipi rapidi in metallo includono la lavorazione meccanica, la fusione laser a letto di polvere e lo stampaggio con stampi morbidi. Il processo e il materiale selezionati variano a seconda della struttura del componente, dell’uso previsto e dell’ambiente di esercizio.

Percorso di lavorazione CNC per la prototipazione rapida

La lavorazione CNC è attualmente uno dei processi più diffusi nella produzione di prototipi. Il suo iter tipico comprende la revisione del pezzo, l’analisi del processo, la pianificazione del processo, la programmazione NC, il trasferimento del programma e la fresatura e l’incisione CNC.

Fresatura e incisione ad alta velocità CNC per prototipi non metallici

La fresatura e l'incisione ad alta velocità CNC per prototipi non metallici viene utilizzata principalmente per prototipi di grandi dimensioni in plastica e materiali acrilici trasparenti. Ad esempio, i paraurti anteriori e posteriori, i cruscotti e i pannelli interni delle portiere delle automobili possono essere lavorati in sezioni per poi essere incollati e sottoposti a finitura superficiale. Questi componenti possono essere utilizzati per la valutazione estetica, la convalida dell’assemblaggio e altri test durante lo sviluppo di nuovi veicoli.

Selezione dei processi per la prototipazione rapida in metallo

La lavorazione del metallo con CNC è simile alla fresatura e all’incisione ad alta velocità con CNC per prototipi non metallici, ma i prototipi metallici devono generalmente essere lavorati come un unico pezzo e non richiedono la suddivisione del modello CAD in sezioni. Richiedono tuttavia la progettazione di dispositivi di fissaggio per il riposizionamento e il rifissaggio. Poiché i metalli e i materiali non metallici presentano livelli di durezza diversi, anche i loro parametri di programmazione differiscono in modo significativo. Senza la suddivisione del modello nella fase iniziale, solitamente non sono necessarie successive operazioni di incollaggio e finitura; sono richieste solo operazioni quali la maschiatura dei fori filettati. La lavorazione di componenti quali snodi dello sterzo, staffe delle sospensioni e stampi per la stampaggio dei metalli può soddisfare i requisiti di convalida dell’assemblaggio durante lo sviluppo di nuovi veicoli.

Il valore complementare della stampa 3D e di altri processi di produzione rapida

La lavorazione CNC è un processo di produzione sottrattiva, mentre la stampa 3D è un processo di produzione additiva. La fresatura e l’incisione con il metodo CNC rimuovono una grande quantità di materiale in eccesso, mentre la stampa 3D può essere programmata direttamente a partire da un modello digitale e produrre un pezzo fisico. Offre quindi un elevato sfruttamento del materiale. A seconda del principio su cui si basano, i processi di stampa 3D includono la stereolitografia (SLA), la modellazione a deposizione fusa (FDM), l’elaborazione digitale della luce (DLP) e la fusione laser su letto di polvere metallica. Il loro processo tipico comprende la preparazione dei dati, la produzione del pezzo e la post-lavorazione. Rispetto alla lavorazione meccanica CNC, la catena di processo è più breve e di solito richiede meno tempo per la preparazione e la post-lavorazione.

Stampaggio con utensili morbidi per prototipi

Lo stampaggio con utensili morbidi viene spesso utilizzato per la realizzazione di prototipi di veicoli. Questi componenti generalmente non richiedono un’elevata resistenza alla trazione, ma devono soddisfare requisiti rigorosi in termini di tempi di consegna e costi. La progettazione degli stampi si concentra quindi principalmente sulla formatura piuttosto che sulla resistenza alla trazione, e in genere non è previsto un dispositivo di pressione del grezzo. Dopo la formatura, è possibile utilizzare direttamente le attrezzature di taglio laser per praticare fori e rifilare il pezzo.