Прототипирование с помощью ЧПУ-обработки и 3D-печати

Прототипирование с помощью ЧПУ-обработки и 3D-печати используются для изготовления прототипов деталей, но эти два процесса решают разные задачи RFQ. Практическая задача RFQ — выбрать процесс, который подтвердит правильный инженерный риск: характеристики обработанного материала, размерная посадка, качество поверхности, внутренняя геометрия, итерация конструкции или предпроизводственная валидация.

Когда покупателям следует выбирать прототипирование с помощью ЧПУ-обработки вместо 3D-печати?

Покупателям обычно следует выбирать прототипирование с помощью ЧПУ-обработки, когда прототип должен быть изготовлен из производственной заготовки (пруток, лист, плита или пластик) и должен подтвердить обработанные базы, резьбовые отверстия, сопрягаемые поверхности, уплотнительные поверхности или несущую геометрию. ЧПУ-обработка удаляет материал с заготовки, поэтому прототип часто ведет себя ближе к обработанной производственной детали.

Покупателям обычно следует выбирать 3D-печать, когда прототип должен подтвердить сложную внутреннюю геометрию, быструю смену концепции, легкие конструкции или форму и посадку до того, как прочность материала и качество обработки станут основными требованиями. 3D-печать создает детали слой за слоем, поэтому процесс позволяет создавать формы, которые сложно или дорого обрабатывать.

Как различаются точность, качество поверхности и контроль для прототипов, изготовленных на ЧПУ и 3D-печатью?

Прототипирование с помощью ЧПУ обычно предпочтительнее, когда покупателю требуются контролируемые размеры на функциональных интерфейсах. Обработанные отверстия, резьба, плоские поверхности, пазы, карманы и базовые поверхности могут быть указаны на 2D-чертеже и проверены с помощью таких методов контроля, как КИМ, резьбовые калибры, калибры-пробки, визуальный контроль или проверка качества поверхности.

3D-печать полезна для быстрой демонстрации геометрии, но план контроля должен учитывать процесс печати. Направление слоев, удаление поддержек, отверждение, спекание, термообработка и финишная обработка могут повлиять на конечные размеры и поверхности. Для функционального прототипа, изготовленного 3D-печатью, покупатель должен указать, какие поверхности требуют дополнительной механической обработки или финишной обработки после печати.

Качество поверхности также зависит от процесса. Детали, обработанные на ЧПУ, могут иметь следы инструмента, но могут быть подвергнуты пескоструйной обработке, полировке, анодированию, пассивации, гальваническому покрытию или нанесению покрытия. Детали, изготовленные 3D-печатью, могут иметь линии слоев, следы от поддержек или текстуру порошка. В RFQ должно быть определено, является ли поверхность декоративной, уплотнительной, скользящей, для склеивания, для покрытия или просто нефункциональной поверхностью прототипа.

Как выбор материала и прочность влияют на выбор между ЧПУ и 3D-печатью для прототипов?

Выбор материала — одна из самых веских причин для выбора ЧПУ-обработки. Прототип, изготовленный на ЧПУ, может быть сделан из предполагаемого алюминиевого сплава, нержавеющей стали, латуни, меди, титана или инженерного пластика, если испытание требует поведения материала, близкого к производственному. Это важно для испытаний на нагрузку, износ, тепловое поведение, воздействие коррозии, электрические свойства и резьбовую сборку.

Выбор материала для 3D-печати зависит от технологии печати и доступных материалов. Печатные полимеры, смолы и металлы могут подходить для многих испытаний прототипов, но покупатель должен подтвердить, что поведение печатного материала, направление построения, постобработка и состояние поверхности соответствуют цели испытания.

Для критических функциональных испытаний покупатель не должен предполагать, что ЧПУ-обработка и 3D-печать дают взаимозаменяемые результаты испытаний. Обработанный алюминиевый кронштейн, напечатанный металлический кронштейн и напечатанный полимерный кронштейн могут подходить для одной и той же сборочной envelope, но каждый прототип может показать различную жесткость, усталостное поведение, тепловую реакцию и вид разрушения.

Как геометрия, размер детали и сборочные элементы должны влиять на выбор процесса?

Геометрия должна влиять на выбор процесса до обсуждения стоимости. ЧПУ-обработка хорошо подходит для доступных карманов, точных отверстий, обработанной резьбы, плоских уплотнительных поверхностей, валов, пластин, блоков, крышек и кронштейнов. Конструкция должна обеспечивать доступ инструмента, зажим, удаление стружки и контроль.

3D-печать хороша для сложных внутренних каналов, органических форм, легких решетчатых структур, цельных концептуальных моделей и элементов, к которым трудно добраться режущим инструментом. Однако печатные элементы могут потребовать удаления поддержек, финишной обработки поверхности, термообработки или последующей механической обработки перед сборкой или испытанием прототипа.

Требования к сборке часто определяют выбор. Если прототип должен принимать стандартные крепежные элементы, резьбовые втулки, установочные штифты, подшипники, уплотнения или прецизионные валы, ЧПУ-обработка может быть лучше для интерфейсных зон. Если прототип в основном предназначен для проверки формы, компоновки, зазоров или воздушного потока, 3D-печать может быстрее ответить на ранний вопрос конструктора.

Как сравниваются итерации, объемы и факторы стоимости для прототипов, изготовленных на ЧПУ и 3D-печатью?

Оба процесса поддерживают итерации конструкции, но факторы стоимости различны. Стоимость ЧПУ-обработки зависит от материала заготовки, количества установок, доступа инструмента, времени обработки, требований к допускам, качеству поверхности, контроля и дополнительных операций. Стоимость 3D-печати зависит от объема построения, материала, ориентации, структуры поддержек, времени печати, постобработки и финишной обработки.

Для одной или нескольких ранних концептуальных моделей 3D-печать может быть эффективной, если материал и качество поверхности приемлемы. Для мелкосерийных функциональных металлических или пластиковых деталей ЧПУ-обработка может быть более практичной, когда покупателю требуется материал, близкий к производственному, точные сопрягаемые элементы и воспроизводимый контроль.

Также следует учитывать готовность к производству. Прототип, изготовленный на ЧПУ, может напрямую поддерживать мелкосерийное мостовое производство. Прототип, изготовленный 3D-печатью, может быть лучшим инструментом для изучения конструкции перед перепроектированием детали для литья под давлением, литья под давлением металла, штамповки, производства из листового металла или серийной ЧПУ-обработки.

Что покупатели должны отправлять при сравнении расценок на ЧПУ-обработку и 3D-печать?

Покупатели должны отправлять один и тот же основной пакет RFQ для обоих вариантов: 3D CAD-файл, 2D-чертеж, требование к материалу, количество, назначение прототипа, критические размеры, функциональные поверхности, примечания по качеству поверхности, требования к контролю, дополнительные операции и любые одобренные заменяющие материалы.

В RFQ также должно быть указано, что должен подтвердить прототип. Если прототип должен подтвердить допуски механической обработки, прочность резьбы, уплотнительные свойства или несущую способность, ЧПУ-обработка может быть более предпочтительным вариантом. Если прототип должен подтвердить форму, внутренние каналы, эргономичную форму или быструю смену концепции, 3D-печать может быть более предпочтительным вариантом.

Лучший процесс — это тот, который отвечает текущему риску покупателя, а не тот, который звучит более современно. Прототипирование с помощью ЧПУ и 3D-печати также могут работать вместе: 3D-печать может использоваться для проверки ранней геометрии, а ЧПУ-обработка — для окончательной валидации функционального прототипа перед запуском оснастки или пилотного производства.

Часто задаваемые вопросы

1. 18 основных правил проектирования для прототипов и деталей, обработанных на ЧПУ

2. Поставщик услуг ЧПУ-прототипирования: 15 преимуществ быстрого прототипирования на ЧПУ

3. Какие материалы доступны для 3D-печати?

4. Может ли 3D-печать создавать функциональные готовые детали?

5. Каковы дефекты и решения для услуг 3D-печати?

6. Что лучше для быстрого прототипирования металлических деталей: ЧПУ или 3D-печать?

7. Какую информацию покупатели должны предоставить для точного расчета стоимости прототипа?