Obróbka skrawaniem metodą CNC a druk 3D w szybkim prototypowaniu

Opracowanie prototypu w fazie testowej

Podstawowy proces tworzenia prototypu

Szybkie tworzenie prototypów obejmuje głównie prototypy niemetalowe i metalowe. Elementy te są wykorzystywane zamiast części z oprzyrządowania produkcyjnego w celu sprawdzenia konstrukcji, działania, wyglądu oraz spełnienia innych wymagań.

Produkcja prototypów nie ma ustalonego terminu w harmonogramie rozwoju projektu i często jest dostosowywana do rzeczywistych potrzeb testowych. Wraz z ciągłym skracaniem się cykli rozwoju skracają się również wymagania dotyczące czasu realizacji prototypów. To z kolei spowodowało upowszechnienie się technologii takich jak druk 3D i szybkie wytwarzanie narzędzi, które pozwalają sprostać wymaganiom szybkiego prototypowania. Obecne procesy wytwarzania prototypów niemetalowych obejmują głównie szybkie frezowanie i grawerowanie oraz druk 3D. Typowe procesy szybkiego prototypowania elementów metalowych obejmują obróbkę skrawaniem, laserowe spiekanie proszkowe oraz tłoczenie przy użyciu matryc miękkich. Wybór procesu i materiału zależy od struktury części, przeznaczenia oraz warunków eksploatacji.

Schemat technologiczny CNC do szybkiego prototypowania

Obróbka metodą CNC jest obecnie jednym z najczęściej stosowanych procesów w produkcji prototypów. Typowy przebieg tego procesu obejmuje przegląd elementu, analizę procesu, planowanie procesu, programowanie NC, transfer programu oraz frezowanie i grawerowanie metodą CNC.

Wysokowydajne frezowanie i grawerowanie CNC prototypów niemetalowych

Szybkie frezowanie i grawerowanie metodą CNC prototypów niemetalowych stosuje się głównie w przypadku dużych prototypowych elementów z tworzyw sztucznych oraz przezroczystych materiałów akrylowych. Na przykład przednie i tylne zderzaki samochodowe, deski rozdzielcze oraz panele wykończeniowe drzwi można obrabiać w częściach, a następnie łączyć i poddawać obróbce wykończeniowej powierzchni. Części te mogą być wykorzystywane do oceny wyglądu, walidacji montażu oraz innych testów podczas opracowywania nowych pojazdów.

Wybór procesu do szybkiego prototypowania metalowego

Obróbka metalu metodą CNC jest podobna do szybkiego frezowania i grawerowania metodą CNC w przypadku prototypów niemetalowych, jednak prototypy metalowe zazwyczaj muszą być obrabiane jako jedna całość i nie wymagają dzielenia modelu CAD na sekcje. Wymagają one jednak zaprojektowania uchwytów do zmiany położenia i ponownego mocowania. Ponieważ metale i materiały niemetalowe charakteryzują się różnymi poziomami twardości, ich parametry programowania również znacznie się różnią. Bez dzielenia modelu na wczesnym etapie późniejsze łączenie i wykańczanie są zazwyczaj zbędne; potrzebne są jedynie operacje takie jak gwintowanie otworów. Obróbka części takich jak zwrotnice, wsporniki zawieszenia i matryce do tłoczenia metalu pozwala spełnić wymagania dotyczące walidacji montażu podczas prac nad nowym pojazdem.

Wzajemne uzupełnianie się druku 3D i innych procesów szybkiej produkcji

Obróbka metodą CNC jest procesem produkcji subtraktywnej, podczas gdy druk 3D jest procesem produkcji addytywnej. Frezowanie i grawerowanie metodą CNC polega na usuwaniu dużej ilości nadmiarowego materiału, natomiast druk 3D można zaprogramować bezpośrednio na podstawie modelu cyfrowego i uzyskać w ten sposób fizyczną część. Zapewnia to zatem wysokie wykorzystanie materiału. W zależności od zasady działania procesy druku 3D obejmują stereolitografię (SLA), modelowanie z topionego materiału (FDM), cyfrowe przetwarzanie światła (DLP) oraz laserowe spiekanie proszku metalu. Typowy przebieg tych procesów obejmuje przygotowanie danych, produkcję części oraz obróbkę końcową. W porównaniu z obróbką CNC łańcuch procesowy jest krótszy i zazwyczaj wymaga mniej czasu na przygotowanie oraz obróbkę końcową.

Tłoczenie z użyciem narzędzi miękkich do prototypów

Tłoczenie z użyciem narzędzi miękkich jest często stosowane do produkcji prototypów pojazdów. Części te zazwyczaj nie wymagają wysokiej wytrzymałości na rozciąganie, ale wiążą się z rygorystycznymi wymaganiami dotyczącymi czasu realizacji i kosztów. Dlatego projektowanie oprzyrządowania koncentruje się głównie na formowaniu, a nie na wytrzymałości na rozciąganie, i zazwyczaj nie przewiduje się stosowania dociskacza. Po uformowaniu można bezpośrednio użyć urządzenia do cięcia laserowego w celu wycięcia otworów i przycięcia części.