Быстрое прототипирование на станках с ЧПУ: когда скорость имеет значение и деталь должна работать

Быстрое прототипирование на станках с ЧПУ: когда скорость имеет значение, а деталь должна работать

Ваш инженер-механик заканчивает модель САПР в пятницу. Рассмотрение продукта состоится через три недели. Вам нужен функциональный алюминиевый корпус -, настоящий материал, реальные допуски, резьба, которая действительно зацепляется с - для проверки посадки, проверки зазоров при сборке и приходите на встречу с чем-то, что можно раздать по столу.

Это сценарий, в котором Обработка на станках с ЧПУ для быстрого прототипированиязанимает свое место. Не каждому прототипу это нужно. Но когда деталь должна работать как производственный компонент - выдерживать допуск, выдерживать нагрузку, выдерживать термический цикл, вписываться в сборку с купленным-оборудованием -, заполнитель, напечатанный на 3D- принтере, не даст вам нужных данных. Вам нужна деталь, вырезанная из реального материала по фактическим характеристикам.

Ошибка большинства продуктовых команд на этом этапе заключается не в выборе неправильного процесса. Он не думает ясно о том, для чего на самом деле нужен прототип. Сначала ответьте на этот вопрос, и выбор процесса станет логическим.

Что на самом деле означает быстрое прототипирование с ЧПУ

Обработка на станках с ЧПУ для быстрого прототипированияне является отдельной категорией обслуживания со спецтехникой. Это стандартная обработка на станке с ЧПУ - фрезерование, токарная обработка, токарная обработка -, выполняемая с коротким-планированием очередей, оптимизированной настройкой для единичных или небольших-серийных партий и анализом процесса, который выявляет проблемы DFM до начала резки, а не после него.

«Быстрая» часть обусловлена ​​двумя вещами: отсутствием времени на изготовление оснастки (в отличие от литья под давлением или литья под давлением, ЧПУ начинает с файла САПР и блока материала) и расстановкой приоритетов в цехе, благодаря которой заказы прототипов проходят через очередь за дни, а не за недели.

В случае простой алюминиевой детали - корпуса, кронштейна, блока коллектора - мы обычно можем перейти от подтвержденного файла САПР к отгруженной детали в течение 3–5 рабочих дней. Сложная геометрия, жесткие допуски на различные элементы или такие материалы, как титан, расширяют эту задачу. Но для тех частей, которые действительно нужны большинству команд разработчиков продуктов на этапе проверки, сроки действительно короткие.

Больше всего замедляет работу над созданием прототипов не машинное время. Это проблемы с чертежами -, неполные обозначения допусков, отсутствие спецификации качества поверхности, обозначения резьбы без обозначения класса или толщина стенок, которую невозможно удержать в указанном материале. Проверка DFM перед началом работы добавляет несколько часов. Обнаружение проблемы с крепежом после вырезания первой детали добавляет дни.

Обработка прототипов с ЧПУ против 3D-печати: используйте правильный инструмент

Дебаты междуОбработка прототипов с ЧПУ против 3D-печатиимеет простой ответ, если вы понимаете, что должен делать прототип. Ни один из процессов не является универсальным. Они отвечают на разные вопросы.

Честное суждение: для прототипов, которые будут подвергаться функциональному тестированию - стрессовая нагрузка, термоциклирование, сборка с производственным оборудованием, образцы для подачи нормативных требований - ЧПУ почти всегда является правильным выбором для металлических деталей. Свойства материала являются производственными-эквивалентными, поскольку вы режете тот же пруток, который будет использоваться в производственном цикле. Металлическая деталь, напечатанная на 3D-принтере-, имеет микроструктурные отличия от кованой заготовки, которые имеют значение, когда деталь находится под нагрузкой.

На ранних-этапах проверки формы и подгонки, когда вы просто подтверждаете, что форма имеет смысл и концепция сборки работает, 3D-печать пластиком выполняется быстрее, дешевле и вполне подходит. Ошибка заключается в том, что он используется после того этапа, когда данные прототипа должны отражать производительность производства.

Когда время выполнения быстрого прототипирования с ЧПУ сокращается -, а когда нет

Обработка на станке с ЧПУ, быстрое изготовление прототиповимеет реальные ограничения, и их понимание помогает вам планировать их, а не удивляться.

Одна деталь, которая застает клиентов врасплох: график последующей-обработки поверхности часто отличается от графика механической обработки. Деталь, которую обработают за два дня, может простоять в ожидании анодирования еще три. Если вашему прототипу функционально не требуется анодированное покрытие -, вы проверяете механическую посадку, а не коррозионную стойкость или косметический вид, - укажите «как-обработанный» и сэкономьте время. Мы отмечаем это при расценке каждого задания, к которому это применимо.

Материалы для деталей прототипов с ЧПУ: что на самом деле указывают инженеры

Выбор материала на этапе прототипа должен соответствовать тому, из чего будет изготовлена ​​производственная деталь. Использование алюминия 6061 для прототипа детали, которая в конечном итоге станет 7075, дает вам вводящие в заблуждение данные о жесткости и прочности. Использование нержавеющей стали 304 для прототипа медицинского компонента 316L дает вам различные коррозионные характеристики в ваших проверочных испытаниях.

Тем не менее, наиболее часто прототипируемые материалы длядетали прототипов с ЧПУ небольшого объемав отраслях, которые мы обслуживаем:

Алюминий 6061-T6- используется по умолчанию для большинства механических корпусов, кронштейнов и компонентов конструкции. Быстро обрабатывается, хорошая стабильность размеров, хорошо переносит анодирование. Если производственная часть также имеет номер 6061, это чистый прототип,-похожий на-подобный.

Алюминий 7075-T6-, когда производственной детали требуется более высокая прочность. Немного сложнее обрабатывать, чем 6061, время выполнения аналогичное. Укажите, когда важна-несущая способность прототипа.

Нержавеющая сталь 316L- Стандарт для компонентов медицинского оборудования, деталей,-контактирующих с жидкостью, и всего, что находится в агрессивной среде. Обработка занимает больше времени, чем алюминий; запланируйте дополнительный день.

Титан Ти-6Ал-4В- аэрокосмическая и медицинская промышленность, где соотношение прочности-к-весу имеет решающее значение. Значительно медленнее обрабатывается, чем сталь. Изготовление титанового прототипа из алюминия займет два дня, обычно это занимает от четырех до пяти дней. Разница в стоимости реальна -, но если ваш проверочный тест включает в себя нагрузку, усталость или биосовместимость, альтернативы нет.

Латунь C360- соединители, корпуса клапанов, резьбовые фитинги. Обрабатывается быстро, хорошо держит жесткие допуски.

Детали прототипов с ЧПУ для небольших объемов: факторы затрат, которые вы должны понимать

Стоимость деталей прототипа с ЧПУ небольшого объемабольше на единицу, чем серийные детали, по причинам, которые предсказуемы и заслуживают понимания, -, а не просто принимаются как данность.

Стоимость установки является крупнейшим драйвером. Программирование траектории инструмента CAM, фиксация детали и выполнение пробного вырезания занимают примерно одинаковое время, независимо от того, делаете ли вы одну деталь или пятьдесят. При производственном цикле из 50 деталей стоимость установки амортизируется до небольшой доли цены единицы продукции. В прототипе, состоящем из трех частей, он доминирует.

Машинное время — второй драйвер. Станки с ЧПУ работают по цене 50–$100+ в час для 5-осевого оборудования. Деталь, на которую требуется 90 минут машинного времени при цене 80 долларов в час, добавляет 120 долларов к себестоимости единицы продукции без учета материалов, инструментов и проверки.

Материальные потери реальны, но часто преувеличены. Из алюминиевого блока размером 100×100×50 мм можно получить деталь весом 200 г -, остальное — стружка. Стоимость материала чипов является реальной стоимостью, но в случае алюминия она редко является доминирующим фактором.

Накладные расходы на проверку деталей-прототипов обычно выше, чем на серийных деталях -, поскольку первая деталь нового задания требует полноразмерной проверки по каждой выноске при печати, а не статистической выборки. Для регулируемых отраслей (медицина, аэрокосмическая промышленность) пакет инспекций сам по себе является результатом.

Если бюджет вашего прототипа ограничен, два наиболее эффективных рычага: упростить геометрию, чтобы сократить машинное время и количество наладок, и прямо спросить, нужна ли на этом этапе спецификация отделки. Оба решения являются проектными и планировочными, а не решениями на переговорах с поставщиками.

Как MID Precision справляется с работой прототипа

Мы выполняем прототипы и мелкосерийное-производство в рамках определенного сервисного маршрута -, а не как остатки, выжатые между крупными производственными партиями. Прототипы работ в MID проходят проверку DFM до того, как будет опубликовано ценовое предложение. В этом обзоре рассматриваются условные обозначения допусков, превышающие допустимые для геометрии, толщины стенок, которые могут вызвать проблемы с креплением, характеристики резьбы, требующие обозначения классов, а также любые элементы, незначительная корректировка конструкции которых может значительно снизить затраты или риски.

В недавнем проекте - пневматического коллекторного блока 6061-T6 с восемью портами M5 и допуском отверстия ±0,01 мм на центральном седле клапана - обзор DFM показал, что для двух положений порта потребуется четвертая настройка, которая не была очевидна из 3D-модели. Мы отметили это перед резкой, заказчик сместил положение одного порта на 2 мм в CAD, и работа была выполнена за три установки вместо четырех. Деталь была отправлена ​​на четвертый день после подтвержденной печати. Это тот тип вызова, который выполняется только в том случае, если кто-то действительно прочитает чертеж перед его программированием.

НашОбработка на станках с ЧПУ для быстрого прототипированияУслуги включают в себя 3-осевое, 4- и 5-осевое фрезерование, токарную обработку с ЧПУ и токарную токарную обработку с ЧПУ для прецизионных компонентов малого диаметра. Стандартное время выполнения большинства прототипов составляет 3–7 рабочих дней с момента подтверждения пакета 2D+3чертежей. Материалы: от алюминиевых сплавов до нержавеющей стали, титана, латуни, меди и конструкционных пластиков.

Если ваш проект-критичен по времени,поговорите с нашими инженерамипрежде чем отправить запрос предложения -, 10-минутный разговор о подходе к исправлению и приоритетах допусков может сократить график на день или два еще до начала работы.

Отправьте нам свой отпечатоки мы вернем предложение с примечанием DFM в течение 24 часов. Длямелкосерийное производство прототипов и мостовработает, мы отвечаем на запросы в тот же рабочий день.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Мой дизайн все еще меняется. Должен ли я подождать, пока он будет завершен, прежде чем предлагать прототип с ЧПУ?

Не обязательно. Если изменения незначительные -, положения элементов, размеры отверстий, выноски радиусов -, вырезать первый прототип сейчас и внести изменения во второй запуск часто бывает быстрее, чем ждать заморозки проекта. Стоимость настройки при втором запуске ниже, поскольку программирование CAM существенно переносится. Имеет смысл подождать, если фундаментальная геометрия все еще находится в процессе изменения, поскольку серьезное изменение формы означает перепрограммирование-с нуля. Сообщите нам, на каком этапе цикла проверки находится дизайн, когда вы спросите -, и мы посоветуем, стоит ли его сократить сейчас или оставить.

Вопрос: Нам нужно, чтобы прототип соответствовал производственному материалу и был полностью анодирован - 6061-T6 в соответствии с теми же характеристиками, что и серийный экземпляр. Сможешь ли ты это сделать?

Да, и это правильный выбор, если прототип проходит тест на форму/пригодность/функциональность, который включает в себя долговечность поверхности или косметический вопрос для рассмотрения заинтересованными сторонами. Укажите тип анодирования (прозрачный тип II, твердый анод типа III, цвет), толщину и любые требования к маскировке на чертеже. Анодирование передается нашему утвержденному партнеру по отделке и обычно занимает 2–3 рабочих дня. Если прототип предназначен исключительно для внутренней проверки размеров, то -механическая обработка сэкономит вам эти дни и затраты на окончательную обработку.

Вопрос: Какое минимальное количество вы будете использовать при создании прототипа с ЧПУ?

Одна часть. Мы регулярно выполняем заказы по созданию прототипов отдельных-модулей - пробных компонентов имплантатов, нестандартных крепежных элементов, разовых-корпусов клапанов. Стоимость единицы одной детали выше, чем при серии из 10 деталей, поскольку установка амортизируется за меньшее количество деталей, но порог минимального количества заказа отсутствует. Если вам нужна одна часть для проверки концепции, это подходящая работа.

Вопрос: КакОбработка прототипов с ЧПУ против 3D-печатиСравнить стоимость небольшого алюминиевого корпуса, скажем, 80×60×30 мм?

Для простого корпуса такого размера 3D-печать пластиком (SLA или SLS) обычно будет дешевле и быстрее для прототипа визуальной проверки/проверки формы - менее 100 долларов США и 1–2 дня. ЧПУ из алюминия для того же корпуса будет стоить 150–400 долларов в зависимости от сложности конструкции, а срок выполнения заказа — 3–5 дней. Деталь с ЧПУ обеспечивает-эквивалентный материал, настоящее зацепление резьбы и качество поверхности, которую можно фактически анодировать. Если прототип проходит функциональные испытания или должен продемонстрировать производственные характеристики, разница в стоимости оправдана. Если проект будет вынесен на рассмотрение заинтересованных сторон, то 3D-печать — правильный выбор.