CNC-verspaning versus 3D-printen voor snelle prototyping

Ontwikkeling van prototypen voor proefdoeleinden

Basisproces voor de ontwikkeling van prototypes

Bij snelle prototypeontwikkeling gaat het voornamelijk om niet-metalen en metalen prototypes. Deze onderdelen worden gebruikt in plaats van onderdelen van productiegereedschap om de structuur, de werking, het uiterlijk en andere vereisten te controleren.

De productie van prototypes kent geen vast tijdstip in de projectontwikkelingsplanning en wordt vaak aangepast aan de daadwerkelijke testbehoeften. Naarmate ontwikkelingscycli steeds korter worden, worden ook de doorlooptijden voor prototypes steeds korter. Dit heeft geleid tot de invoering van technologieën zoals 3D-printen en rapid tooling om aan de behoeften op het gebied van rapid prototyping te voldoen. De huidige processen voor niet-metalen prototypes omvatten voornamelijk hogesnelheidsfrezen en -graveren en 3D-printen. Gangbare processen voor snelle metalen prototypes zijn onder meer CNC-bewerking, laser-poederbedfusie en stansen met zachte matrijzen. Het gekozen proces en materiaal variëren afhankelijk van de structuur van het onderdeel, het beoogde gebruik en de gebruiksomgeving.

CNC-procesroute voor snelle prototyping

CNC-bewerking is momenteel een van de meest gebruikte processen voor de productie van prototypes. Het typische traject omvat het beoordelen van het onderdeel, procesanalyse, procesplanning, NC-programmering, programmaoverdracht en CNC-frezen en -graveren.

Snel frezen en graveren met CNC voor niet-metalen prototypes

Het frezen en graveren met hoge snelheid volgens het CNC-principe voor niet-metalen prototypes wordt voornamelijk toegepast bij grote prototypedelen van kunststof en transparante acrylmaterialen. Zo kunnen bijvoorbeeld voor- en achterbumpers, instrumentenpanelen en interieurbekledingspanelen voor deuren in delen worden bewerkt en vervolgens worden verlijmd en van een afwerking voorzien. Deze onderdelen kunnen worden gebruikt voor beoordelingen van het uiterlijk, validatie van de assemblage en andere tests tijdens de ontwikkeling van nieuwe voertuigen.

Proceskeuze voor snelle metalen prototypes

De bewerking van metaal met CNC lijkt op het frezen en graveren met hoge snelheid (CNC) voor niet-metalen prototypes, maar metalen prototypes moeten doorgaans als één geheel worden bewerkt en het is niet nodig om het CAD-model in delen op te splitsen. Er moeten echter wel opspanningen worden ontworpen voor het herpositioneren en opnieuw vastklemmen. Omdat metalen en niet-metalen materialen verschillende hardheidsniveaus hebben, verschillen ook de programmeerparameters aanzienlijk. Zonder het model in een vroeg stadium op te splitsen, zijn latere verlijming en afwerking meestal overbodig; alleen bewerkingen zoals het tappen van schroefdraadgaten zijn nodig. Het verspanen van onderdelen zoals fusees, ophangingsbeugels en metalen stansmatrijzen kan voldoen aan de assemblage-validatie-eisen tijdens de ontwikkeling van nieuwe voertuigen.

De aanvullende waarde van 3D-printen en andere snelle productieprocessen

CNC-bewerking is een subtractief fabricageproces, terwijl 3D-printen een additief fabricageproces is. Bij CNC-frezen en -graveren wordt een grote hoeveelheid overtollig materiaal verwijderd, terwijl bij 3D-printen rechtstreeks vanuit een digitaal model kan worden geprogrammeerd om een fysiek onderdeel te produceren. Dit zorgt dan ook voor een hoge materiaalbenutting. Afhankelijk van het onderliggende principe omvatten 3D-printprocessen onder meer stereolithografie (SLA), fused deposition modeling (FDM), digital light processing (DLP) en metaal-laser-poederbedfusie. Het typische proces omvat gegevensvoorbereiding, onderdeelproductie en nabewerking. In vergelijking met CNC-bewerking is de procesketen korter en vergt deze doorgaans minder tijd voor voorbereiding en nabewerking.

Stansen met zachte matrijzen voor prototypes

Bij het stansen met zachte matrijzen wordt vaak gebruikgemaakt van prototypen van voertuigen. Deze onderdelen vereisen doorgaans geen hoge treksterkte, maar er gelden wel strenge eisen wat betreft doorlooptijd en kosten. Bij het ontwerp van de matrijzen ligt de nadruk daarom vooral op het vormen in plaats van op treksterkte, en wordt er doorgaans geen blankhouder ingebouwd. Na het vormen kan direct lasersnijapparatuur worden gebruikt om gaten te boren en het onderdeel bij te snijden.