Обработка на станках CNC и 3D-печать для быстрого прототипирования

Разработка и испытание прототипа

Основной процесс разработки прототипа

Быстрая разработка прототипов в основном включает в себя изготовление неметаллических и металлических прототипов. Эти детали используются вместо деталей серийного оборудования для проверки конструкции, функциональности, внешнего вида и соответствия другим требованиям.

Изготовление прототипов не имеет фиксированного этапа в графике разработки проекта и зачастую корректируется с учетом фактических потребностей тестирования. По мере сокращения циклов разработки сокращаются и сроки изготовления прототипов. Это стимулировало внедрение таких технологий, как 3D-печать и быстрое изготовление пресс-форм, для удовлетворения потребностей в быстром прототипировании. Современные технологии изготовления неметаллических прототипов в основном включают высокоскоростное фрезерование и гравировку, а также 3D-печать. Распространённые технологии быстрого прототипирования металлических деталей включают механическую обработку, лазерную сварку на порошковой подушке и штамповку с использованием мягких штампов. Выбор процесса и материала зависит от конструкции детали, назначения и условий эксплуатации.

Технологическая схема CNC для быстрого прототипирования

В настоящее время обработка по технологии CNC является одним из наиболее широко используемых процессов при изготовлении прототипов. Типичный технологический цикл включает в себя анализ детали, анализ технологического процесса, планирование технологического процесса, программирование ЧПУ, передачу программы, а также фрезерование и гравировку по технологии CNC.

Высокоскоростная фрезеровка и гравировка по технологии CNC для изготовления неметаллических прототипов

Высокоскоростное фрезерование и гравировка по технологии CNC для неметаллических прототипов в основном применяется при изготовлении крупных пластиковых прототипных деталей и прозрачных акриловых материалов. Например, передние и задние бамперы автомобилей, приборные панели и внутренние облицовочные панели дверей можно обрабатывать по частям, а затем склеивать и подвергать финишной обработке поверхности. Эти детали можно использовать для оценки внешнего вида, проверки сборки и других испытаний в ходе разработки новых автомобилей.

Выбор технологического процесса для быстрого изготовления металлических прототипов

Обработка металла методом CNC аналогична высокоскоростному фрезерованию и гравировке методом CNC для неметаллических прототипов, однако металлические прототипы, как правило, необходимо обрабатывать целиком и не требуют разбиения модели CAD на секции. Однако для них требуется разработка приспособлений для перемещения и повторного зажима. Поскольку металлы и неметаллические материалы имеют разные уровни твердости, их параметры программирования также значительно различаются. Если не разбивать модель на части на ранней стадии, то впоследствии склеивание и финишная обработка, как правило, не требуются; нужны только такие операции, как нарезание резьбы в резьбовых отверстиях. Обработка таких деталей, как поворотные кулаки, кронштейны подвески и штамповочные матрицы, позволяет удовлетворить требованиям проверки сборки на этапе разработки новых автомобилей.

Взаимодополняющая ценность 3D-печати и других технологий быстрого производства

Обработка по технологии CNC представляет собой субтрактивный процесс производства, тогда как 3D-печать — аддитивный. При фрезеровании и гравировке по технологии CNC удаляется значительное количество лишнего материала, в то время как 3D-печать позволяет программировать процесс непосредственно на основе цифровой модели и изготавливать физическую деталь. Таким образом, она обеспечивает высокую степень использования материала. В зависимости от лежащего в основе принципа, процессы 3D-печати включают стереолитографию (SLA), моделирование методом наплавления (FDM), цифровую световую обработку (DLP) и лазерную сварку металла на порошковой подушке. Типичный процесс включает подготовку данных, изготовление детали и последующую обработку. По сравнению с механической обработкой CNC технологическая цепочка короче и, как правило, требует меньших затрат времени на подготовку и последующую обработку.

Штамповка с использованием мягких инструментов для изготовления прототипов

Штамповка с использованием мягких штампов часто применяется при изготовлении прототипов транспортных средств. Эти детали, как правило, не требуют высокой прочности на разрыв, но предъявляют высокие требования к срокам изготовления и стоимости. Поэтому при проектировании штампов основное внимание уделяется формовке, а не прочности на разрыв, и, как правило, прижимная планка не предусматривается. После формовки можно сразу использовать оборудование для лазерной резки, чтобы прорезать отверстия и обрезать деталь.