Um guia abrangente para protótipos CNC Usinagem

Usinagem cnc de protótipos é uma opção valiosa para a produção de pequenas quantidades de protótipos a grandes volumes rapidamente, em comparação com outros métodos. Vários tipos de protótipos podem ser feitos simplesmente por meio da usinagem de protótipos CNC. Os protótipos de aparência, como os casos de carros automotivos, oferecem pistas visuais sobre a aparência e o comportamento da peça final. Por outro lado, os protótipos funcionais precisam de mais precisão e, portanto, enfatizam a estrutura e a estabilidade do produto.

O artigo demonstra os protótipos usinados em CNC, bem como suas vantagens e desvantagens. Além disso, ele destacará os principais aspectos, incluindo;

O que é protótipo CNC Usinagem?

A usinagem cnc de protótipos é um processo de manufatura subtrativa para a produção precisa de componentes de protótipos que podem ser utilizados para diferentes fins. Esses componentes de protótipo são empregados em fases de teste e projeto de funcionalidades de peças. Além disso, os principais objetivos de tais testes são identificar visuais, marketing ou captação de recursos. Basicamente, a usinagem de protótipos cnc produz as amostras de um produto ou máquina que, se aprovadas, seguirão para os estágios de finalização do projeto, fabricação e vendas.

A versatilidade do CNC permite que você faça protótipos de diferentes materiais, como plásticos econômicos e metais de alta resistência, para criar protótipos.

Por que a usinagem CNC é um processo valioso?

A usinagem CNC é uma opção excepcional para a criação de protótipos de peças com características detalhadas. Em primeiro lugar, ela proporciona alta precisão, exatidão e estabilidade dimensional às peças devido aos seus controles computadorizados que supervisionam rigorosamente o movimento da peça de trabalho e da ferramenta de corte. Esse grau de controle garante que o protótipo produzido seja exatamente igual ao projeto. Além disso, a usinagem rápida de protótipos é notavelmente rápida e ajuda a replicar protótipos de padrões complicados com tolerâncias de até +/- 0,005x. Por outro lado, processos como moldagem por injeção, forjamento ou impressão 3D, que geralmente levam meses para atender a requisitos de tolerâncias e moldes rigorosos. Assim, as máquinas CNC avançadas permitem a criação de protótipos imediatamente após o modelo CAD ser convertido em arquivos CAM ou códigos g.

Tipos de máquinas CNC usadas para prototipagem:

Há várias abordagens de usinagem usadas para moldar protótipos funcionais e produtos de uso final.

Prototipagem por torneamento CNC:

Torneamento CNC, usando uma máquina rotativa chamada tornos, para a criação da prototipagem cnc de componentes arredondados ou simétricos. O processo é uma combinação do material sendo girado rapidamente e uma ferramenta de corte de acordo com o código programado para moldar peças ou produtos de especificação exata de alta qualidade. As máquinas de torno são consideradas máquinas ideais para protótipos com seções médias redondas devido à sua especialização em componentes redondos.

Protótipo de fresagem CNC:

Para protótipos complexos, pode ser necessária uma máquina CNC que tenha até cinco eixos, a fresagem cnc é confiável. Os eixos extras são os que possibilitam um corte mais preciso e, portanto, a criação de peças complicadas, mas o custo é mais alto. Nas operações de protótipo de fresamento CNC, o cabeçote da ferramenta controlado por computador corta o protótipo final a partir de um grande bloco de material. O bloco inicial é a base para todo o processo de usinagem.

Roteadores CNC

O roteador CNC é a melhor maneira de criar um protótipo, pois permite que você faça o design do produto exatamente como deseja. Os roteadores CNC são como os moinhos e máquinas CNC, mas são mais econômicos e têm um sistema de pórtico que torna a área de trabalho maior do que o tamanho da máquina. No entanto, esse layout restringe sua complexidade. Os roteadores são a melhor opção para trabalhar com materiais como madeira, plástico e metais macios, como alumínio. Geralmente, são adotadas por operadores industriais e amadores de pequenas empresas para replicar produtos com características de design exatas.

Normalmente, os roteadores de 3 eixos ou de 2 eixos são amplamente usados para projetos complexos. Entre elas, as fresadoras bidimensionais são usadas para componentes geométricos mais simples, enquanto as peças tridimensionais são feitas usando componentes tridimensionais. No entanto, elas não podem ser tão precisas quanto as fresadoras CNC. Isso porque o processo de criar ou transformar arquivos CNC detalhados com base na ferramenta e na máquina requer muita habilidade ou profissionais qualificados.

Cortador a laser CNC

O cortador a laser CNC é uma técnica que emprega um feixe de alta energia de corte a laser para moldar um protótipo de produto, que é então testado e aprimorado até que o produto final seja fabricado.

Os cortadores a laser que são fortes o suficiente para serem usados por pequenas empresas podem lidar com metais como o alumínio, bem como com plásticos resistentes, como acrílico, têxteis, compostos e madeira para usinagem CNC de protótipos. Sua flexibilidade é a razão pela qual elas são as mais populares entre as pequenas empresas que desejam fazer muitos protótipos sem ultrapassar o orçamento.

No entanto, os cortadores a laser podem apresentar "marcas de queimadura" na superfície da peça do protótipo devido ao calor gerado durante o processo de corte. Além disso, a complexidade do projeto geralmente é limitada, pois a maioria desses cortadores CNC pode usar com precisão vários eixos para o desenvolvimento do produto.

A usinagem CNC é considerada um processo ideal aplicado em diferentes campos de fabricação. Ela ajuda a formar peças altamente detalhadas e complexas com excepcional estabilidade dimensional e alto grau de precisão. Na maioria dos setores, um protótipo funcional, ou mesmo uma versão que mostre a funcionalidade do produto, é o máximo.

Por outro lado, para os protótipos funcionais que exigem resistência rigorosa, estabilidade mecânica e recursos específicos que os métodos aditivos não podem oferecer, o ferramental usinado é geralmente a escolha.

Aplicações da usinagem CNC de protótipos de precisão

Vamos discutir vários setores que usam a usinagem de prototipagem de precisão para moldar componentes leves para testes e validar projetos antes de iniciar seus projetos de produção de peças em escalas maiores. Aqui estão alguns dos setores mais comuns que usam a usinagem CNC como fonte primária para fabricar peças ou produtos com especificações exatas de qualidade padrão rigorosa.

Setor médico

Na área médica, a usinagem CNC é o fator mais importante que agiliza o processo de criação de protótipos. Por exemplo, as empresas farmacêuticas geralmente precisam de protótipos para demonstrar o funcionamento do produto antes da produção final. A precisão e a exatidão são os fatores mais importantes, especialmente nos dispositivos médicos, e a usinagem CNC garante que os protótipos sejam cópias exatas do produto final e possam funcionar perfeitamente em suas funções pretendidas. Alguns exemplos do setor médico são: dispositivos ortopédicos, gabinetes seguros, implantes, máquinas de ressonância magnética, equipamentos de pesquisa e assim por diante.

Setor militar e de defesa

Os serviços de usinagem CNC de prototipagem rápida são a principal razão pela qual eles são muito importantes no setor de defesa, pois os mecanismos complicados necessários para a munição e os veículos militares são os principais fatores.

Os protótipos são os principais componentes da garantia de que esses mecanismos estão funcionando corretamente, portanto, a usinagem de protótipos CNC é o método mais preferido. Os produtos ou itens como componentes de aeronaves, sistemas de transporte e comunicação, munição e vários equipamentos são exemplos de produtos produzidos por usinagem CNC nesse setor.

Indústria aeroespacial

O setor aeroespacial é muito sensível à precisão, pois até mesmo as menores imprecisões podem causar o aumento do arrasto ou do desgaste dos componentes da aeronave. Portanto, o setor precisa ter protótipos para garantir que eles sejam perfeitos e sem falhas antes de entrarem em produção. A prototipagem é o processo de testar os componentes em ambientes controlados e garantir que eles sejam adequados para aplicações no mundo real.

A usinagem de protótipos com CNC é uma parte essencial da fabricação de vários componentes para esse setor, como portas de trem de pouso, buchas, coletores e aerofólios. A ampla aplicação da usinagem com controle numérico computadorizado (CNC) no setor aeroespacial deve ser explorada.

Setor automotivo

Os fabricantes de automóveis e OEMs sempre praticam a fabricação de protótipos rápidos para iterar novos designs e melhorias estéticas. Por isso, a necessidade de produção de protótipos para testes antes da produção em massa. Esses protótipos são submetidos a testes rigorosos para garantir que estejam funcionando corretamente e que sejam devidamente ajustados, testados e funcionem antes do início da fabricação em escala total.

O processo de usinagem CNC de protótipos é o principal fator na produção de protótipos de carros precisos, projetados de acordo com as especificações fornecidas. Além disso, a prototipagem CNC também pode ser usada para produzir peças para vários veículos, como barcos de carga, veículos de entrega, etc.

Benefícios da usinagem de prototipagem rápida

Vamos discutir os benefícios da usinagem de prototipagem rápida.

Custo-benefício:

A usinagem CNC é uma opção barata quando é necessário produzir alguns protótipos. Ao contrário da moldagem por injeção, que leva vários meses para a preparação do molde e ajustes de tolerância, a usinagem de protótipos por CNC pode começar dentro de semanas após a finalização dos projetos e das tolerâncias.

Alta tolerância:

Um dos principais benefícios de acelerar a produção de protótipos são as altas faixas de tolerância que são possíveis com a usinagem CNC. Por outro lado, a usinagem CNC é diferente da impressão 3D, pois cria protótipos detalhados que são muito próximos do produto final. Isso é particularmente útil para testes estruturais e funcionais.

Usinagem de protótipos

Na maioria dos casos, o protótipo é o último processo de produção. Além disso, o protótipo ajuda na identificação precoce de problemas ou falhas do produto e também acelera a produção, pois a maioria dos componentes já está preparada nesse estágio.

Produção de baixo volume

Embora a prototipagem rápida seja geralmente associada à prototipagem, ela também é muito bem-sucedida na produção de baixo volume. Métodos como moldagem por injeção, fundição a vácuo e até mesmo impressão 3D produzem produtos de alta qualidade que podem satisfazer a demanda inicial do mercado de forma eficaz.

Quais são as limitações da prototipagem de usinagem CNC?

Vamos discutir algumas das desvantagens da usinagem de prototipagem rápida.

Mais caro do que a impressão 3D:

A usinagem de protótipos CNC é mais cara do que a impressão 3D para pequenas empresas iniciantes devido às altas exigências de supervisão humana e fornecimento de energia. Além disso, as matérias-primas usadas na prototipagem CNC geralmente são mais caras do que os materiais usados na impressão 3D, como o PLA.

Essa diferença de custo é um dos principais motivos pelos quais os engenheiros estão procurando outras técnicas de prototipagem, mesmo que pretendam usar a usinagem para as peças finais. Embora o desenvolvimento seja um processo que consome muitos recursos, as empresas geralmente tentam reduzir os custos nos estágios iniciais de prototipagem.

Não é favorável ao meio ambiente:

A usinagem CNC, por ser um processo subtrativo, produz muitos resíduos, enquanto a remoção de material tende a gerar custos mais altos no orçamento de desenvolvimento de produtos. Esses resíduos são feitos principalmente de metais ou plásticos lascados que não podem ser reutilizados e, portanto, precisam ser jogados fora. Esse fator é responsável pela hostilidade ambiental do processo de usinagem CNC.

Convencional vs. Prototipagem rápida: Principais diferenças

Tradicionalmente, a prototipagem do desenvolvimento de produtos seguia estas etapas:

1. O processo de projetar um produto usando um software de modelagem sólida para criar um modelo CAD 3D e desenhos 2D. Esse processo geralmente leva dias ou semanas para ser concluído.
2. Obter cotações de diferentes fabricantes para produzir as peças de especificação exata necessárias.
3. Normalmente, são necessários longos prazos de entrega, de dias a até mesmo, às vezes, meses, antes de obter o protótipo usinado.

As técnicas convencionais de prototipagem, além disso, como a fundição em areia, envolvem o uso de modelos feitos à mão de argila, madeira, arame ou fita para produzir as peças. Portanto, normalmente é um processo demorado de prototipagem rápida. Com a usinagem de precisão de protótipos, como a usinagem CNC, a impressão 3D e a prototipagem rápida, os engenheiros podem hoje criar protótipos funcionais com mais rapidez e eficiência do que as técnicas convencionais.

Resumindo

A usinagem de protótipos CNC é um método exclusivo de fabricação de protótiposque se caracteriza por seu rápido retorno e tempos de ciclo para a fabricação de produtos com especificações diferentes. Portanto, é a mais eficiente em comparação com outras alternativas, como a impressão 3D. Além disso, a usinagem CNC produz protótipos que são mais parecidos com o produto real.

Além disso, seu uso é vital e muito difundido em todos os setores de manufatura, inclusive o automotivo, aeroespacial e de eletrônicos de consumo, pois fornece peças internas e externas de alto desempenho, atendendo a recursos detalhados e tolerâncias exatas de peças de no mínimo +/- 0,005. Recomenda-se que, antes de iniciar seu projeto de usinagem cnc de protótipos, consulte profissionais do setor para obter os melhores resultados em seus projetos. Portanto, entre em contato conosco para saber se os protótipos usinados em CNC são os melhores para o seu projeto.