Ein umfassender Leitfaden für Prototypen CNC Bearbeitung

Prototyp cnc-Bearbeitung ist eine gute Wahl für die schnelle Herstellung von Prototypen in kleinen und großen Mengen im Vergleich zu anderen Methoden. Verschiedene Arten von Prototypen können einfach durch CNC-Prototypenbearbeitung hergestellt werden. Optische Prototypen, wie z. B. bei Autos, bieten visuelle Anhaltspunkte für das Aussehen und Verhalten des endgültigen Teils. Funktionsprototypen hingegen erfordern mehr Präzision und betonen daher die Produktstruktur und die Stabilität.

In diesem Artikel werden die CNC-gefrästen Prototypen sowie ihre Vor- und Nachteile vorgestellt. Außerdem werden die wichtigsten Aspekte hervorgehoben, darunter;

Was ist ein Prototyp? CNC Bearbeitungen?

Die CNC-Bearbeitung von Prototypen ist ein subtraktives Fertigungsverfahren zur präzisen Herstellung von Prototypbauteilen, die für verschiedene Zwecke verwendet werden können. Diese Prototyp-Bauteile werden für die Test- und Entwurfsphasen der Teilefunktionalitäten eingesetzt. Darüber hinaus dienen solche Tests in erster Linie der visuellen Identifizierung, dem Marketing oder der Mittelbeschaffung. Im Grunde genommen werden bei der CNC-Prototypenbearbeitung Muster eines Produkts oder einer Maschine hergestellt, die, wenn sie genehmigt werden, in die Phasen der endgültigen Konstruktion, der Herstellung und des Verkaufs übergehen.

Die Vielseitigkeit von CNC ermöglicht die Herstellung von Prototypen aus verschiedenen Materialien, von kostengünstigen Kunststoffen bis hin zu hochfesten Metallen, um Prototypen herzustellen.

Warum ist die CNC-Bearbeitung ein wertvoller Prozess?

Die CNC-Bearbeitung ist eine hervorragende Option für die Herstellung von Prototypen mit detaillierten Merkmalen. Erstens bietet sie aufgrund ihrer computergesteuerten Kontrollen, die die Bewegung des Werkstücks und des Schneidwerkzeugs streng überwachen, eine hohe Präzision, Genauigkeit und Maßhaltigkeit der Teile. Dieses Maß an Kontrolle garantiert, dass der hergestellte Prototyp genau mit dem Entwurf übereinstimmt. Außerdem ist die Bearbeitung von Prototypen im Schnellverfahren besonders schnell und ermöglicht die Reproduktion komplizierter Muster mit einer Toleranz von bis zu +/- 0,005x. Im Gegensatz dazu benötigen Verfahren wie Spritzguss, Schmieden oder 3D-Druck oft Monate, um die Anforderungen an enge Toleranzen und Formen zu erfüllen. Mit modernen CNC-Maschinen können Sie daher Prototypen sofort nach der Umwandlung des CAD-Modells in CAM-Dateien oder G-Codes erstellen.

Arten von CNC-Maschinen für das Prototyping:

Für die Formgebung von Funktionsprototypen und Endprodukten gibt es verschiedene Bearbeitungsmethoden.

CNC-Drehen Prototyping:

CNC-Drehen mit Hilfe einer Drehmaschine für die Herstellung von CNC-Prototypen runder oder symmetrischer Teile. Das Verfahren ist eine Kombination aus dem schnell drehenden Material und einem Schneidwerkzeug nach einem programmierten Code, um qualitativ hochwertige Teile oder Produkte mit exakten Spezifikationen zu formen. Die Drehmaschinen gelten als ideale Maschinen für Prototypen mit rundem Mittelteil, da sie auf runde Bauteile spezialisiert sind.

CNC-Fräsen Prototyp:

Für komplizierte Prototypen kann eine CNC-Maschine mit bis zu fünf Achsen erforderlich sein, das CNC-Fräsen ist glaubwürdig. Die zusätzlichen Achsen ermöglichen einen präziseren Schnitt und damit die Herstellung komplizierter Teile, aber die Kosten sind höher. Bei der CNC-Fräsbearbeitung von Prototypen schneidet der computergesteuerte Werkzeugkopf den endgültigen Prototyp aus einem großen Materialblock. Der Ausgangsblock bildet die Grundlage für den gesamten Bearbeitungsprozess.

CNC-Fräser

Der CNC-Router ist der beste Weg, um Prototypen zu erstellen, denn er ermöglicht es Ihnen, das Design des Produkts genau so zu gestalten, wie Sie es wollen. CNC-Router sind wie CNC-Fräsen und -Maschinen, aber sie sind erschwinglicher und haben ein Gantry-System, das den Arbeitsbereich größer macht als die Maschine selbst. Diese Anordnung schränkt jedoch ihre Komplexität ein. Oberfräsen eignen sich am besten für die Bearbeitung von Materialien wie Holz, Kunststoff und weichen Metallen wie Aluminium. Sie werden in der Regel von Industriemechanikern und Hobbybastlern eingesetzt, um Produkte mit exakten Designmerkmalen zu reproduzieren.

Normalerweise werden 3-Achsen- oder 2-Achsen-Fräser für komplizierte Konstruktionen verwendet. 2-dimensionale Oberfräsen werden für einfachere geometrische Komponenten verwendet, während 3-dimensionale Teile mit 3-dimensionalen Komponenten hergestellt werden. Dennoch können sie nicht so präzise sein wie CNC-Fräsen. Denn das Erstellen oder Drehen detaillierter CNC-Dateien auf der Grundlage des Werkzeugs und der Maschine erfordert viel Geschick und Fachwissen.

CNC-Laserschneider

Der CNC-Laserschneider ist eine Technik, bei der ein hochenergetischer Laserstrahl eingesetzt wird, um einen Prototyp des Produkts zu formen, der dann getestet und verbessert wird, bis das Endprodukt hergestellt ist.

Die Laserschneider, die stark genug sind, um von kleinen Unternehmen eingesetzt zu werden, können sowohl Metalle wie Aluminium als auch robuste Kunststoffe wie Acryl, Textilien, Verbundstoffe und Holz für die CNC-Bearbeitung von Prototypen verarbeiten. Ihre Flexibilität ist der Grund, warum sie bei kleinen Unternehmen, die viele Prototypen herstellen wollen, ohne ihr Budget zu sprengen, am beliebtesten sind.

Dennoch können Laserschneider aufgrund der Hitzeentwicklung während des Schneidprozesses "Brandflecken" auf der Oberfläche des Prototyps hinterlassen. Außerdem ist die Designkomplexität in der Regel begrenzt, da diese CNC-Cutter meist mehrere Achsen für die Produktentwicklung präzise nutzen können.

Die CNC-Bearbeitung gilt als ideales Verfahren, das in verschiedenen Fertigungsbereichen eingesetzt wird. Es hilft bei der Herstellung hochdetaillierter und komplexer Teile mit außergewöhnlicher Maßhaltigkeit und einem hohen Maß an Präzision. In den meisten Branchen ist ein funktionsfähiger Prototyp oder sogar eine Version, die die Funktionalität des Produkts zeigt, von größter Bedeutung.

Für Funktionsprototypen hingegen, die eine hohe Festigkeit, mechanische Stabilität und spezifische Merkmale erfordern, die mit additiven Verfahren nicht erreicht werden können, ist die maschinelle Fertigung in der Regel die erste Wahl.

Anwendungen der CNC-Bearbeitung von Präzisionsprototypen

Lassen Sie uns über verschiedene Branchen sprechen, die Präzisionsprototyping-Bearbeitung für die Formgebung von Leichtbaukomponenten für Tests und die Validierung von Designs verwenden, bevor sie ihre Teileproduktionsprojekte in größerem Maßstab in Angriff nehmen. Hier sind einige der gängigsten Branchen, die die CNC-Bearbeitung als primäre Quelle für die Herstellung von Teilen oder Produkten mit strengen Qualitätsstandards und genauen Spezifikationen nutzen.

Medizinische Industrie

Im medizinischen Bereich ist die CNC-Bearbeitung der wichtigste Faktor, der den Prototyping-Prozess beschleunigt. Beispielsweise benötigen Pharmaunternehmen in der Regel Prototypen, um die Funktionsweise des Produkts vor der endgültigen Produktion zu demonstrieren. Präzision und Genauigkeit sind die wichtigsten Faktoren, insbesondere bei medizinischen Geräten, und die CNC-Bearbeitung stellt sicher, dass die Prototypen die exakten Kopien des Endprodukts sind und perfekt in ihren vorgesehenen Funktionen funktionieren. Einige Beispiele aus der medizinischen Industrie sind: Orthesen, sichere Gehäuse, Implantate, MRT-Geräte, Forschungsausrüstung usw.

Militär und Verteidigungsindustrie

Die schnelle Prototyping CNC-Bearbeitung Dienstleistungen sind der Hauptgrund, warum sie sehr wichtig sind im Verteidigungssektor als die komplizierten Mechanismen, die für die Munition und militärische Fahrzeuge sind die wichtigsten Faktoren benötigt werden.

Prototypen sind die Hauptbestandteile der Garantie, dass diese Mechanismen korrekt funktionieren, daher ist die CNC-Prototypenbearbeitung die bevorzugte Methode. Die Produkte oder Gegenstände wie Flugzeugkomponenten, Transport- und Kommunikationssysteme, Munition und verschiedene Ausrüstungen sind Beispiele für Produkte, die durch CNC-Bearbeitung in dieser Branche hergestellt werden.

Luft- und Raumfahrtindustrie

Die Luft- und Raumfahrtindustrie ist sehr auf Präzision bedacht, da selbst kleinste Ungenauigkeiten den Luftwiderstand oder den Verschleiß der Flugzeugkomponenten erhöhen können. Daher benötigt die Branche Prototypen, um sicherzustellen, dass sie perfekt und fehlerfrei sind, bevor sie in Produktion gehen. Beim Prototyping werden die Komponenten in kontrollierten Umgebungen getestet, um sicherzugehen, dass sie für reale Anwendungen geeignet sind.

Die CNC-Prototypenbearbeitung ist ein entscheidender Bestandteil der Herstellung zahlreicher Komponenten für diese Industrie, wie z. B. Fahrwerksanschlüsse, Buchsen, Krümmer und Tragflächenprofile. Die weit verbreitete Anwendung der numerisch gesteuerten (CNC) Bearbeitung in der Luft- und Raumfahrtindustrie soll untersucht werden.

Autoindustrie

Automobilhersteller und Erstausrüster (OEMs) praktizieren stets die schnelle Herstellung von Prototypen, um neue Designs und ästhetische Verbesserungen zu wiederholen. Daher ist es notwendig, vor der Massenproduktion Prototypen zu Testzwecken herzustellen. Diese Prototypen werden strengen Tests unterzogen, um sicherzustellen, dass sie ordnungsgemäß funktionieren und richtig passen, getestet werden und funktionieren, bevor die Serienfertigung beginnt.

Die CNC-Bearbeitung von Prototypen ist der Schlüsselfaktor bei der Herstellung von präzisen Prototypen für Autos, die nach den vorgegebenen Spezifikationen entworfen werden. Darüber hinaus kann das CNC-Prototyping auch zur Herstellung von Teilen für verschiedene Fahrzeuge, wie Frachtschiffe, Lieferfahrzeuge usw., verwendet werden.

Vorteile der Rapid-Prototyping-Bearbeitung

Lassen Sie uns die Vorteile der Bearbeitung von Rapid Prototyping besprechen.

Kostengünstig:

Die CNC-Bearbeitung ist eine kostengünstige Option, wenn Sie einige wenige Prototypen herstellen müssen. Im Gegensatz zum Spritzguss, bei dem die Vorbereitung der Form und die Anpassung der Toleranzen mehrere Monate in Anspruch nehmen, kann die CNC-Bearbeitung von Prototypen innerhalb weniger Wochen nach Fertigstellung der Entwürfe und Toleranzen beginnen.

Hohe Toleranz:

Ein großer Vorteil der schnelleren Herstellung von Prototypen sind die hohen Toleranzbereiche, die mit der CNC-Bearbeitung möglich sind. Im Gegenteil, die CNC-Bearbeitung unterscheidet sich vom 3D-Druck durch die Herstellung detaillierter Prototypen, die dem Endprodukt sehr nahe kommen. Dies ist besonders nützlich für Struktur- und Funktionstests.

Prototyping Bearbeitung

In den meisten Fällen ist der Prototyp der letzte Prozess der Produktion. Außerdem hilft der Prototyp bei der frühzeitigen Identifizierung von Produktproblemen oder -fehlern und beschleunigt die Produktion, da die meisten Komponenten bereits in diesem Stadium vorbereitet sind.

Produktion von Kleinserien

Obwohl das Rapid Prototyping in der Regel mit der Herstellung von Prototypen in Verbindung gebracht wird, ist es auch für die Produktion von Kleinserien sehr erfolgreich. Mit Methoden wie Spritzguss, Vakuumguss und sogar 3D-Druck lassen sich qualitativ hochwertige Produkte herstellen, die die anfängliche Marktnachfrage effektiv befriedigen können.

Was sind die Grenzen der CNC-Bearbeitung im Prototypenbau?

Lassen Sie uns einige der Nachteile des Rapid-Prototyping-Verfahrens erörtern.

Teurer als der 3D-Druck:

Die Bearbeitung von CNC-Prototypen ist für kleine Start-ups teurer als der 3D-Druck, da ein hoher Bedarf an menschlicher Aufsicht und Stromversorgung besteht. Außerdem sind die beim CNC-Prototyping verwendeten Rohstoffe in der Regel teurer als die beim 3D-Druck verwendeten Materialien, wie z. B. PLA.

Dieser Kostenunterschied ist ein wichtiger Grund, warum Ingenieure nach anderen Prototyping-Techniken suchen, auch wenn sie beabsichtigen, die endgültigen Teile maschinell zu bearbeiten. Obwohl die Entwicklung ein ressourcenintensiver Prozess ist, versuchen die Unternehmen in der Regel, die Kosten in den frühen Prototyping-Phasen zu senken.

Umweltunfreundlich:

Da es sich bei der CNC-Bearbeitung um ein subtraktives Verfahren handelt, fällt viel Abfall an, und die Materialentfernung verursacht in der Regel höhere Kosten für das Produktentwicklungsbudget. Dieser Abfall besteht hauptsächlich aus Metall- oder Kunststoffspänen, die nicht wiederverwendet werden können und daher weggeworfen werden müssen. Dieser Faktor ist für die Umweltunfreundlichkeit des CNC-Bearbeitungsprozesses verantwortlich.

Konventionell vs. Rapid Prototyping: Die wichtigsten Unterschiede

Traditionell erfolgte das Prototyping in der Produktentwicklung in diesen Schritten:

1. Der Prozess der Konstruktion eines Produkts mithilfe einer Volumenmodellierungssoftware zur Erstellung eines 3D-CAD-Modells und von 2D-Zeichnungen. Dieser Prozess dauert in der Regel Tage oder Wochen.
2. Einholung von Kostenvoranschlägen verschiedener Hersteller für die Herstellung der benötigten Teile mit genauen Spezifikationen.
3. Normalerweise dauert es Tage, manchmal sogar Monate, bis man den bearbeiteten Prototyp erhält.

Bei den herkömmlichen Prototyping-Techniken, wie z. B. dem Sandguss, werden die Teile mit Hilfe von handgefertigten Modellen aus Ton, Holz, Draht oder Klebeband hergestellt. Daher ist das Rapid Prototyping in der Regel ein zeitaufwändiger Prozess. Mit der Präzisionsbearbeitung von Prototypen, wie CNC-Bearbeitung, 3D-Druck und Rapid Prototyping, können Ingenieure heute funktionale Prototypen schneller und effizienter als mit herkömmlichen Techniken herstellen.

Resümee

Die CNC-Prototypenbearbeitung ist eine einzigartige Methode zur Herstellung von Prototypendie sich durch schnelle Durchlauf- und Zykluszeiten für die Herstellung von Produkten mit unterschiedlichen Spezifikationen auszeichnet. Daher ist sie im Vergleich zu anderen Alternativen wie dem 3D-Druck am effizientesten. Außerdem werden bei der CNC-Bearbeitung Prototypen hergestellt, die dem tatsächlichen Produkt ähnlicher sind.

Darüber hinaus ist der Einsatz in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt und der Unterhaltungselektronik unabdingbar und weit verbreitet, da er leistungsstarke Innen- und Außenteile mit detaillierten Merkmalen und exakten Teiletoleranzen bis zu +/- 0,005 ermöglicht. Es wird empfohlen, sich vor dem Start Ihres Prototyp-CNC-Bearbeitungsprojekts mit Fachleuten aus der Branche zu beraten, um optimale Ergebnisse für Ihre Projekte zu erzielen. Wenden Sie sich also an uns, um herauszufinden, ob CNC-gefertigte Prototypen das Beste für Ihr Projekt sind.