Швидке прототипування з ЧПК: коли швидкість має значення, а деталь має справді працювати
Ваш інженер-механік закінчує модель CAD у п’ятницю. Огляд товару через три тижні. Вам потрібен функціональний алюмінієвий корпус - із справжнього матеріалу, реальні допуски, різьби, які фактично зачіпаються -, щоб перевірити придатність, перевірити зазори для складання, і прийти на цю зустріч із чимось, що ви можете передати навколо столу.
Це сценарій, де Швидке прототипування з ЧПУзавойовує своє місце. Не кожен прототип потребує цього. Але коли деталь має працювати як виробничий компонент - витримувати допуск, витримувати навантаження, витримувати термічний цикл, підходити до збірки з придбаним-апаратним забезпеченням - 3D-заповнювач не дасть вам потрібних даних. Вам потрібна деталь, вирізана з фактичного матеріалу відповідно до фактичних специфікацій.
Помилка, яку робить на цьому етапі більшість команд із розробки продуктів, полягає в тому, що вони не вибирають неправильний процес. Це не чітке уявлення про те, для чого насправді прототип. Спочатку дайте відповідь на це запитання, і вибір процесу буде логічно випливати.
Що насправді означає швидке прототипування з ЧПК на практиці
Швидке прототипування з ЧПУне є окремою категорією послуг зі спеціальним обладнанням. Це стандартна обробка з ЧПК - фрезерування, токарна обробка, швейцарське токарне - виконання з коротким-плануванням черги, оптимізованим налаштуванням для одноразових або невеликих-кількостей і перевіркою процесу, яка виявляє проблеми DFM до початку різання, а не після.
«Швидка» частина випливає з двох речей: відсутність часу на виготовлення інструментів (на відміну від лиття під тиском чи лиття під тиском, ЧПК починає роботу з файлу САПР і блоку матеріалу) і пріоритезації в цехах, завдяки якій завдання прототипів проходять у черзі за дні, а не за тижні.
Що стосується звичайної алюмінієвої частини - корпусу, кронштейна, колекторного блоку -, ми зазвичай можемо перейти від підтвердженого файлу CAD до відвантаженої частини за 3–5 робочих днів. Складна геометрія, жорсткі допуски на численні елементи або такі матеріали, як титан, розширюють це. Але для частин, які дійсно потрібні більшості команд розробників продукту на етапі перевірки, терміни справді короткі.
Те, що найбільше уповільнює роботу прототипу, — це не машинний час. Проблеми креслення: - неповні позначки допуску, відсутність специфікацій обробки поверхні, позначки різьблення без позначення класу або товщина стінки, яку не можна утримати в зазначеному матеріалі. Огляд DFM перед початком роботи додає кілька годин. Виявлення проблеми з кріпленням після вирізання першої частини додає днів.
Обробка прототипу з ЧПУ проти 3D-друку: використовуйте правильний інструмент
Дебати міжОбробка прототипу з ЧПУ проти 3D-друкумає пряму відповідь, коли ви зрозуміли, що має робити прототип. Жоден із процесів не виграє загалом. Вони відповідають на різні питання.
| Критерії оцінювання | Обробка з ЧПУ | 3D-друк на металі (DMLS/SLM) | Пластиковий 3D-друк (FDM/SLA) |
|---|---|---|---|
| Властивості матеріалу | Виробничий-еквівалент | Майже-виробництво (деяка анізотропія) | Значно слабше виробництва |
| Допуск на розміри | Стандарт ±0,005–0,02 мм | ±0,05–0,1 мм типово | ±0,1–0,3 мм типово |
| Оздоблення поверхні (як-збудовано) | Ra 0,8–3,2 мкм | Ra 5–15 мкм (потрібна до-обробка) | Ra 5–50 мкм залежно від процесу |
| Час виконання (1–5 частин) | 3–7 днів | 5–14 днів (включно з пост-обробкою) | 1–3 дні |
| Вартість простої металевої частини | Середній | Високий | Низький |
| Найкраще для | Функціональна перевірка, перевірка придатності, виробниче-репрезентативне тестування | Складна внутрішня геометрія,-оптимізована топологія | Візуальні моделі, ранні перевірки форми/відповідності, не-несучі-навантаження |
| Різьблення, різьблення | Рідна - вирізана безпосередньо | Потрібна пост{0}}обробка | Потрібні вставки або пост{0}}обробка |
| Швидкість ітерації дизайну | Повільніше (кожна зміна пере-машини) | Середній | швидко |
Чесне судження: для прототипів, які підуть на функціональні випробування - навантаження на напругу, термічні цикли, складання з виробничим обладнанням, нормативне подання зразків - ЧПК майже завжди є правильним рішенням для металевих деталей. Властивості матеріалу є виробничо-еквівалентними, оскільки ви ріжете з того самого прутка, який використовуватиметься у виробництві. 3D-надрукована металева деталь має мікроструктурні відмінності від кованого матеріалу, що має значення, коли деталь перебуває під навантаженням.
На ранніх- етапах перевірки форми та придатності, коли ви лише підтверджуєте, що форма має сенс, а концепція складання працює, пластиковий 3D-друк є швидшим, дешевшим і цілком достатнім. Помилка полягає в тому, що вони використовуються після того етапу, коли дані прототипу повинні представляти продуктивність виробництва.
Коли час виконання швидкого прототипування з ЧПУ стискається -, а коли ні
Швидкий час виготовлення прототипу для обробки з ЧПУмає реальні обмеження, і розуміння їх допоможе вам обійти їх, а не дивуватися.
| Фактор | Вплив на час виконання | Що ви можете зробити |
|---|---|---|
| Складність деталі (кількість налаштувань) | Кожне додаткове налаштування додає 0,5–1 день | Дизайн для мінімальних налаштувань; заздалегідь обговорити стратегію фікстуру |
| Доступність матеріалу | Екзотичні сплави (титан, інконель) можуть потребувати заготівлі за 2-3 дні | Підтвердьте запас матеріалів перед підтвердженням графіка |
| Допуск на щільність | Деталі менше-±0,01 мм вимагають повільніших різів і перевірки КІМ за- | Явно позначте ознаки жорсткої{0}}толерантності; не накривайте-застосовуйте ±0,005 мм |
| Повнота малюнка | Неповні відбитки викликають запитання DFM, які призупиняють завдання | Надіслати повний друк з усіма виносками; 2D + 3D модель |
| Пост{0}}обробка (анодування, покриття) | Додає 2–5 днів залежно від процесу та постачальника | Підтвердьте, чи потрібна обробка для прототипу чи лише для виробництва |
| Кількість | 1–3 частини: мінімальний вплив на чергу. 20+ частини: розклад як невелика серія виробництва | Під час запиту пропозицій чітко вкажіть, чи це виробництво прототипу чи моста |
Одна деталь, яка застає клієнтів зненацька: фінішна обробка поверхні-часто відбувається за графіком, відмінним від обробки. Деталь, яку машини за два дні можуть простояти в очікуванні анодування ще три. Якщо ваш прототип функціонально не потребує анодованого покриття -, ви перевіряєте механічне пристосування, а не стійкість до корозії чи косметику - вкажіть «як-оброблено» та заощадите час. Ми позначаємо це під час пропозиції на кожну роботу, де це стосується.
Матеріали для деталей прототипу з ЧПК: що насправді пропонують інженери
Вибір матеріалу на етапі прототипу повинен відповідати тому, з чого буде виготовлена виробнича частина. Використання алюмінію 6061 для прототипу деталі, яка згодом буде 7075, дає оманливі дані щодо жорсткості та міцності. Використання нержавіючої сталі 304 для прототипу медичного компонента 316L дає вам різну корозійну поведінку під час перевірочних тестів.
Тим не менш, найпоширеніші прототипи матеріалів дляневеликий обсяг частин прототипу з ЧПКв галузях, які ми обслуговуємо:
Алюміній 6061-T6- за умовчанням для більшості механічних корпусів, кронштейнів і структурних компонентів. Швидко обробляється, має хорошу стабільність розмірів, добре витримує анодування. Якщо виробнича частина також 6061, це чистий прототип як-для-подібного.
Алюміній 7075-T6-, коли виробнича частина потребує більшої міцності. Трохи складніше в обробці, ніж 6061, схожий час виконання. Укажіть, коли несучі характеристики прототипу- мають значення.
Нержавіюча сталь 316L- стандарт для компонентів медичних пристроїв, частин-контакту з рідиною та всього, що потрапляє в корозійне середовище. Обробляється довше, ніж алюміній; бюджет на додатковий день.
Титан Ti-6Al-4V- аерокосмічних і медичних застосувань, де співвідношення міцності-до-ваги є критичним. Обробляється значно повільніше, ніж сталь. Титановий прототип, який триватиме два дні в алюмінію, зазвичай займає чотири-п’ять. Різниця у вартості є реальною -, але якщо ваш перевірочний тест передбачає навантаження, втому чи біосумісність, заміни немає.
Латунь C360- з’єднувачі, корпуси клапанів, різьбові фітинги. Машини швидко, добре тримає жорсткі допуски.
Деталі для прототипів CNC у невеликих серіалах: чинники вартості, які ви повинні розуміти
Низька вартість деталей прототипу ЧПУбільше за одиницю, ніж виробничі деталі з передбачуваних причин, які варто зрозуміти -, а не просто приймати як дане.
Вартість налаштування є найбільшою рушійною силою. Програмування траєкторії CAM, кріплення деталі та виконання пробного різання займає приблизно однаковий час незалежно від того, виготовляєте ви одну деталь чи п’ятдесят. При виробничій серії з 50 деталей вартість установки амортизується до невеликої частки ціни одиниці. На прототипі з трьох частин він домінує.
Машинний час – другий драйвер. Верстати з ЧПК працюють від 50 до 100+ доларів США за годину для 5-осьового обладнання. Деталь, яка займає 90 хвилин машинного часу за 80 доларів США на годину, становить 120 доларів США до вартості одиниці без урахування матеріалів, інструментів та перевірки.
Матеріальні відходи реальні, але часто перебільшені. З алюмінієвого блоку розміром 100 мм × 100 мм × 50 мм може вийти деталь вагою 200 г - решта – стружки. Вартість матеріалу чіпів є справжньою вартістю, але для алюмінію вона рідко є домінуючим фактором.
Накладні витрати на перевірку прототипів деталей зазвичай вищі, ніж виробничих деталей -, тому що для першого виробу нового завдання потрібна повна перевірка розмірів за кожною виношкою для друку, а не статистична вибірка. Для регульованих галузей (медичної, аерокосмічної) інспекційний пакет сам по собі є результатом.
Якщо бюджет вашого прототипу обмежений, два найефективніші важелі: спростити геометрію, щоб скоротити машинний час і кількість налаштувань, і чітко запитати, чи потрібна фінішна специфікація для цієї фази. Обидва вони є рішеннями щодо дизайну та планування, а не рішеннями щодо переговорів з постачальником.
Як MID Precision керує роботою прототипу
Ми виконуємо прототипну та мало{0}}серійну роботу як визначену сервісну лінію -, а не як залишки, що стискаються між великими серіями виробництва. Роботи прототипів у MID отримують перевірку DFM, перш ніж опублікувати цінову пропозицію. Цей огляд охоплює виноски допусків, які перевищують те, що підтримує геометрія, товщину стінок, яка спричинить проблеми з кріпленням, специфікації різьби, які потребують позначення класу, та будь-які функції, де незначне коригування конструкції значно зменшить вартість або ризик.
Під час нещодавньої роботи - блок пневматичного колектора 6061-T6 із вісьмома портами M5 та допуском ±0,01 мм на отвір центрального сідла клапана – огляд DFM виявив, що два положення порту вимагатимуть четвертого налаштування, що не було очевидно з 3D-моделі. Ми позначили це перед розрізанням, замовник змістив одну позицію порту на 2 мм у САПР, і завдання виконувалося в трьох налаштуваннях замість чотирьох. Частина відправлена на четвертий день із підтвердженого друку. Це тип виклику, який здійснюється лише в тому випадку, якщо хтось дійсно читає малюнок перед його програмуванням.
нашШвидке прототипування з ЧПУпослуги охоплюють 3-осьове, 4- та 5-осьове фрезерування, токарну обробку з ЧПУ та швейцарську токарну обробку точних компонентів малого діаметра. Стандартний час виконання більшості прототипів становить 3–7 робочих днів із підтвердженого пакета креслення 2D+3D. Матеріали від алюмінієвих сплавів до нержавіючої сталі, титану, латуні, міді та конструкційних пластмас.
Якщо для вашого проекту-важливий час,поговорити з нашими інженерамиперед тим, як надіслати запит на пропозицію - 10-хвилинна розмова про підхід до встановлення та пріоритети толерантності може скоротити день або два з розкладу ще до початку роботи.
Надішліть нам свій друкі ми повернемо цінову пропозицію з приміткою DFM протягом 24 годин. длямалосерійне виробництво прототипів і мостіввиконується, ми відповідаємо на запити того ж робочого дня.
FAQ
Q: Мій дизайн все ще змінюється. Чи варто мені чекати, поки це буде завершено, перш ніж отримати прототип ЧПК?
Не обов'язково. Якщо зміни є незначними - положення елементів, розміри отворів, виноски радіусів - отримати перший прототипний виріз зараз і внести зміни в другий прогін часто швидше, ніж чекати заморожування дизайну. Вартість налаштування під час другого запуску нижча, оскільки програмування CAM суттєво переноситься. Є сенс почекати, якщо фундаментальна геометрія все ще змінюється, оскільки серйозна зміна форми означає пере-програмування з нуля. Коли ви запитаєте, повідомте нам, де знаходиться дизайн у циклі перевірки -, ми порадимо, чи варто його скоротити зараз чи залишити.
З: Нам потрібен прототип, щоб відповідати виробничим матеріалам і обробити точно - анодований 6061-T6 за тими самими специфікаціями, що й виробничий цикл. Ви можете це зробити?
Так, і це правильний вибір, якщо прототип проходить випробування форми/придатності/функціональності, яке включає в себе довговічність поверхні або косметичні питання для розгляду зацікавленими сторонами. Укажіть на кресленні тип анодування (прозорий тип II, твердий анод III типу, колір), товщину та будь-які вимоги до маскування. Анодування надходить до нашого схваленого партнера з оздоблювальних робіт і зазвичай займає 2–3 робочі дні. Якщо прототип призначений виключно для перевірки внутрішніх розмірів, as-machined заощадить вам ці дні та витрати на обробку.
З: Яка мінімальна кількість, яку ви будете використовувати для створення прототипу з ЧПК?
Одна частина. Ми регулярно виконуємо прототипи окремих-блоків - пробних компонентів імплантації, нестандартних елементів кріплення, одноразових{3}}корпусів клапанів. Вартість одиниці однієї деталі вища, ніж вартість 10 деталей, оскільки налаштування амортизується на меншій кількості штук, але мінімального порогу кількості замовлення немає. Якщо вам потрібна одна частина для перевірки концепції, це дійсна робота.
З: Якобробка прототипу з ЧПУ проти 3D-друкувартість порівняння для невеликого алюмінієвого корпусу, скажімо, 80 мм × 60 мм × 30 мм?
Для простого корпусу такого розміру пластиковий 3D-друк (SLA або SLS) зазвичай буде дешевшим і швидшим для прототипу візуальної перевірки/перевірки форми - менше 100 доларів США та 1–2 дні. Алюмінієве ЧПУ для того самого корпусу обійдеться в 150–400 доларів США залежно від складності функцій із часом виконання замовлення 3–5 днів. Частина з ЧПК забезпечує виробничий-еквівалентний матеріал, справжнє зачеплення різьби та обробку поверхні, яку можна фактично анодувати. Якщо прототип проходить функціональне випробування або має продемонструвати продуктивність виробництва, різниця у вартості виправдана. Якщо це йде на розгляд зацікавлених сторін, 3D-друк є правильним викликом.
