Was ist die CNC-Bearbeitung von Prototypen?

Die Bearbeitung von Prototypen bringt Produktentwicklung Ideen in die Realität umzusetzen. Dabei werden computergesteuerte Geräte wie CNC-Maschinen eingesetzt, um reale Modelle oder Prototypen eines Entwurfs zu erstellen.

Betrachten Sie es als Umwandlung eines Computerentwurfs in ein tatsächliches Produkt, genau wie 3D-Druck aber mit vielen bedeutenden Vorteilen:

• Schnelles Prototyping: Erstellen Sie Prototypen schneller als mit manueller Handarbeit oder anderen Standardmethoden.
• Größere Genauigkeit: Die Bearbeitung von Prototypen ermöglicht präzise Messungen und komplexe Details für Prototypen mit strengen Toleranzen. Die Bearbeitung von Prototypen garantiert, dass diese Spezifikationen genau sind.
• Verbesserte Materialauswahl: Verwenden Sie verschiedene Materialien wie Kunststoffe und Metalle (Stahl, Aluminium), um sicherzustellen, dass das Ergebnis geeignet ist. So können Sie die Passform und Langlebigkeit testen, indem Sie einen Prototyp der Handyhülle aus demselben Kunststoff wie das fertige Design herstellen.
• Praktische Prototypen: Erstellen Sie funktionale Entwürfe, die Struktur-, Passform- und Funktionstests ermöglichen. Betrachten Sie ein Funktionsmodell eines neuen Prototyps eines chirurgischen Werkzeugs. Die CNC-Bearbeitung ermöglicht es Ihnen, den Griff, die Beweglichkeit und die Interaktion des Werkzeugs mit simuliertem Gewebe zu testen.

Prototypische CNC-Teile: Material, Konstruktionszeit und geschätzte Kosten

Bearbeitung von Prototypen hilft Ihnen, eine physische Kopie der Designidee schnell, präzise und mit den geeigneten Materialien zu erstellen und zu testen. Dies garantiert ein erfolgreiches Endprodukt und beschleunigt die Produktentwicklung Prozess.

In diesem Artikel werden fünf Rapid-Prototyping-Verfahren vorgestellt, die für verschiedene Anwendungen empfohlen werden. Welche Bedeutung haben Prototypen bei der Designbewertung, beim Testen und bei Produktionsprozessen? Es werden verschiedene Verwendungszwecke von Prototypen genannt, z. B. Proof-of-Concept, Crowdfunding-Kampagnen und Überbrückung bis zur vollständigen Produktion.

Die 5 wichtigsten Rapid-Prototyping-Verfahren

CNC-Bearbeitung

CNC-Bearbeitung ist geeignet für Projekte, die mechanische Massivteile mit präzisen Toleranzen erfordern. Es kann mit verschiedenen Materialien arbeiten und bietet schnelle Durchlaufzeiten. Es ist jedoch nicht unbedingt ideal für dünnwandige oder tiefe Hohlraumkonstruktionen.

Polyurethan-Vakuumguß (VC):

Bei diesem Verfahren werden eine Silikonkautschukform und Gießharz verwendet, um Kunststoffteile in nahezu Produktionsqualität herzustellen. Es bietet Vielseitigkeit bei Materialeigenschaften, Oberflächen und Hohlformen. Allerdings haben die Silikonformen eine begrenzte Lebensdauer.

Stereolithographie (SLA):

Dieses etablierte 3D-Druckverfahren verwendet einen UV-Laser, um flüssiges Harz zu festen Kunststoffprototypen auszuhärten. Es bietet eine gute Oberflächenqualität und verschiedene Harzoptionen, erfordert aber aufgrund der Materialeigenschaften Nachbearbeitungsschritte und eine spezielle Lagerung.

Fused Deposition Modeling (FDM):

Das beliebteste 3D-Druckverfahren, FDM, verwendet Kunststofffilamente, um Prototypen Schicht für Schicht zu erstellen. Es ist kostengünstig und leicht verfügbar, aber seine geringere Auflösung kann mehr Nacharbeit erfordern.

Pulverbett Fusion:

Zu dieser Methode gehören das selektive Lasersintern (SLS) und die Multi-Jet-Fusion (MJF). Beide verwenden pulverförmige Materialien für den Bau von Prototypen. Sie bieten selbsttragende Teile, eine effiziente Nutzung des Bauvolumens und Materialkosteneinsparungen beim SLS.

Prototyping in der Zerspanung

Prototyp CNC-Teile

CNC (Numerische Computersteuerung) Die CNC-Bearbeitung ist ein modernes Fertigungsverfahren, das die Produktentwicklung revolutioniert. Im Gegensatz zu anderen traditionellen Methoden, bei denen Materialien manuell geformt werden, erfordert die CNC-Bearbeitung die Fähigkeit von Computern, fantastische Präzision und Kontrolle zu bieten. CNC-Bearbeitung arbeitet, indem es Material aus einem festen Block extrahiert und es in die gewünschte endgültige Form bringt. Dies geschieht anhand von vordefinierten Anweisungen oder Codes. Stellen Sie sich eine CNC-Maschine vor, die wie ein Bildhauer mit einem Meißel arbeitet; statt nur von menschlichen Fähigkeiten abhängig zu sein, folgt sie einem genauen digitalen Plan.

Gestaltung

Der Prozess beginnt mit einer CAD-Datei und den Entwürfen Ihres Prototyps. Sie enthalten genaue Angaben zu den Abmessungen, der Größe und der Form des Endprodukts.

G-Code Übersetzung

 Wenn Sie Ihre CAD-Datei haben, G-Code übersetzt ihn mit Hilfe einer speziellen Software in eine Sprache, die die CNC-Maschine verstehen kann. Der G-Code ist eine Reihe kodierter Anweisungen oder Befehle, die die Maschine anweisen, ihre Schneidwerkzeuge zu bewegen und Materialien vom Objekt zu entfernen. 

Dem Weg folgen:

Der G-Code für Werkzeugwege definiert die Gesamtform und die spezifische Bahn, die das Schneidwerkzeug nehmen muss. Diese Bahnen sind bekannt als Werkzeugwege. Sie sorgen dafür, dass die Maschine schnell und effizient Material entnimmt, um die endgültige Geometrie zu erzeugen.

Mehrere Werkzeuge für mehrere Aufgaben

Je nachdem, wie komplex Ihr Prototyp ist, stehen in diesem Bereich der CNC-Bearbeitung verschiedene Methoden zur Verfügung. Zwei Standardmethoden sind die folgenden:

CNC-Fräsen

CNC-Fräsen ist eine vielseitige Methode. Bei diesem Verfahren werden Materialien von einem feststehenden Werkstück mit einem sich drehenden Schneidwerkzeug abgetragen. CNC-Fräsen gibt es in vielen Varianten. Die gängigste ist das 3-Achsen-Fräsen. Die 3-Achse ermöglicht die Bewegung entlang der X-, T- und Z-Achse. Andere fortschrittliche Fräsarten sind 4- und 5-Achsen. Diese Fräsarten haben hervorragende Rotationsmöglichkeiten. Sie erzeugen komplexere und fortschrittlichere Geometrien. Sie eignen sich am besten für Objekte mit verschiedenen Winkeln und gekrümmten Oberflächen.

CNC-Drehen ist ein bekanntes Verfahren zur Herstellung von rotierenden Elementen wie Wellen, Zylindern und Zahnrädern. Das Werkstück dreht sich wie ein feststehendes Schneidwerkzeug, bei dem Material abgetragen wird, um die gewünschte Form zu erhalten.

Diese grundlegenden Konzepte ermöglichen es der CNC-Bearbeitung, unendlich viele Ideen für die Herstellung hochpräziser und wertvoller Prototypen zu entdecken. Die CNC-Bearbeitung von Prototypen arbeitet mit verschiedenen Werkzeugen und Techniken und verändert die Produktentwicklung völlig.

Teile einer CNC-Fräse

Obwohl die CNC-Bearbeitung als Hightech und Zauberkunst erscheint, führt eine bessere Kenntnis ihrer grundlegenden Elemente zu einem klareren Bild. Im Folgenden finden Sie einen Überblick über die wichtigsten Bestandteile einer CNC-Fräse:

• Maschinenständer und Sockel: Die Sockel und Säule der Maschine erfüllen denselben Zweck wie eine robuste Werkbank. Sie bieten präzise und fließende Bewegungen und eine starke Grundlage für den Bearbeitungsprozess.
• Spindel und Schneidwerkzeug: Nehmen wir die Spindel, einen Hochgeschwindigkeitsmotor, der das Schneidwerkzeug trägt. Zusammen erzeugen diese dynamischen Kräfte die gewünschte Form im Werkstück. Das Zerspanungswerkzeug trägt Material ab, während die Spindel es mit hoher Geschwindigkeit rotieren lässt.
• NC-Steuereinheit: Die Steuereinheit steuert die Drehung der Achsen und der Spindel, indem sie die G-Code-Anweisungen, einen digitalen Bauplan, liest. Sie fungiert als Dirigent für den gesamten Bearbeitungsprozess.
• X-, Y-, Z-Achsen (3-Achsen-Fräsen): Diese drei linearen Achsen (X-Achse für die Bewegung von links nach rechts, Y-Achse für die Bewegung von vorne nach hinten und Z-Achse für die Bewegung von oben nach unten). Sie ermöglichen die perfekte Bewegung des Schneidwerkzeugs. Einfach ausgedrückt: Sie bestimmen die Schneidewerkzeug genau dort, wo es sein soll, um Material zu entfernen.
• Arbeitstisch und Vorrichtungen: Der Arbeitstisch sichert das Werkstück während der Bearbeitung sicher ab. Betrachten Sie ihn als eine Klemme, die Ihr Projekt sichert. Vorrichtungen sind auch hilfreich, um komplizierte Teile zu stützen, damit sie während des Bearbeitungsprozesses stabil bleiben.

Was macht die CNC-Bearbeitung von Prototypen zur besten Option?

In der Fertigung kommt es auf jede Entscheidung an. Die CNC-Bearbeitung von Prototypen ist aufgrund ihrer vielen Vorteile einzigartig im Prototyping-Prozess.

Warum kann die CNC-Bearbeitung von Prototypen die beste Wahl für Ihren Auftrag sein? Es gibt viele Vorteile der CNC-Bearbeitung von Prototypen. Einige sind unten aufgeführt.

Verlässlichkeit in Präzision

CNC-Bearbeitung zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, Produkte mit präzisen Abmessungen herzustellen. Dies ist vor allem bei Prototypen notwendig, die genaue Toleranzen erfordern. Die CNC-Bearbeitung von Prototypen gewährleistet, dass der Prototyp den besonderen Anforderungen des Endprodukts entspricht.

Bei einem Prototyp eines neuen Motorenteils kann es zum Beispiel zu Leistungsproblemen kommen, wenn auch nur geringe Maßtoleranzen. Die CNC-Bearbeitung von Prototypen gewährleistet Präzisionsbearbeitung und hohe Genauigkeit für perfekte Leistung.

Auswahl der Materialien

Die CNC-Bearbeitung bietet eine hervorragende Materialvielfalt im Vergleich zu Prototyping-Verfahren, die auf bestimmte Materialien beschränkt sind. Sie kann für verschiedene Materialien eingesetzt werden, z. B. für Verbundwerkstoffe, verschiedene Kunststoffe (einschließlich ABS und Nylon) und Metalle (wie Stahl, Aluminium und rostfreier Stahl). So können Sie Prototypen mit Materialeigenschaften herstellen, die dem Endprodukt nahezu entsprechen.

Denken Sie an die Herstellung einer neuen Handyhülle. Die CNC-Bearbeitung ermöglicht es Ihnen, mit demselben Kunststoff wie das Endprodukt zu arbeiten, so dass Sie dessen Stärke und Haptik genauer vergleichen können.

Prototypen für die reale Welt

Einer der wichtigsten Vorteile der CNC-Bearbeitung ist ihre Fähigkeit, funktionale Prototypen herzustellen. Mit der CNC-Bearbeitung können Sie Prototypen herstellen, die extremen Belastungen standhalten Herstellbarkeitsprüfung für Form, Passform und sogar Funktion, im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren, die zu nicht funktionsfähigen Modellen führen können. So können Sie die Leistung Ihres Entwurfs unter realen Bedingungen beurteilen.

Stellen Sie sich vor, Sie könnten mit Hilfe der CNC-Bearbeitung ein Arbeitsmodell eines innovativen Prototyps für das Gesundheitswesen erstellen. So können Sie den Halt, die Beweglichkeit und den Kontakt mit simuliertem Gewebe testen.

Verbesserung der Effizienz

Die Produktentwicklung ist eine zeitaufwändige Tätigkeit. Die CNC-Bearbeitung zeichnet sich durch kurze Durchlaufzeiten aus. Im Vergleich zu traditionellen Methoden wie Gießen oder Handarbeit können Prototypen schnell hergestellt werden, so dass einen schnellen Zyklus von Design-Änderungen.

Die digitale und moderne Technologie ist der Schlüssel zum Erfolg der CNC-Bearbeitung. Da die Prototypen anhand digitaler CAD-Modelle hergestellt werden, lassen sie sich leicht anpassen.

Möchten Sie Ihr Angebot verbessern? Entwurfsiteration nach Ihren spezifischen Anforderungen? Sie müssen Ihre CAD-Datei aktualisieren. Die CNC-Maschine fertigt in kürzester Zeit einen neuen Prototyp, der Ihren Vorgaben entspricht. Diese Vielseitigkeit der CNC-Bearbeitung ermöglicht die Analyse verschiedener Möglichkeiten und beschleunigt den Entwurfsprozess. 

Anwendungen der CNC-Bearbeitung von Prototypen 

Die Vielseitigkeit der CNC-Bearbeitung von Prototypen unterstützt viele Branchen. Sie hilft ihnen auch, ihre Ideen mit großer Genauigkeit und Funktionalität zu verwirklichen. 

Nachstehend sind die häufigsten Anwendungen der CNC-Bearbeitung:

Luft- und Raumfahrt und Verteidigung

Die CNC-Bearbeitung bietet einen Weg zur Entwicklung im anspruchsvollen Bereich der Luft- und Raumfahrt und der Verteidigung. Sie ist notwendig für die Herstellung komplexer und präziser Verteidigungsprototypen für Raumschiffe, Flugzeuge und wichtige militärische Ausrüstung. Stellen Sie sich den Prototyp einer neuen Raketentriebwerkskomponente vor. Die CNC-Bearbeitung gewährleistet präzise Details und Toleranzen, die für maximale Leistung und Sicherheit erforderlich sind.

Automobil und Transport

Die CNC-Bearbeitung von Prototypen ist für die Automobil- und Transportindustrie unverzichtbar, da sie Ideen von der Idee bis zur verkehrstauglichen Realität bringt. Sie produziert Automatisierungsprototypen für Karosserieteile und Motorenteile wie Kolben und Zahnräder. Dies ermöglicht es den Ingenieuren auch, Form, Funktion und Passform zu testen, bevor sie mit der Massenproduktion beginnen.

Medizinische Ausrüstung

Im Bereich der medizinischen Entwicklung ist Präzision unerlässlich. Die CNC-Bearbeitung ist hilfreich bei der Herstellung hochpräziser und sicherer Prototypen für medizinische Geräte für chirurgische Ausrüstung und Geräte. Nehmen wir den Prototyp eines neuen chirurgischen Bohrers. Die CNC-Bearbeitung garantiert präzise Maße und eine perfekte Oberfläche für sensible medizinische Verfahren.

Haushaltsgeräte und Elektronik

Viele moderne Haushaltsgeräte und Geräte, die wir täglich benutzen, werden zunächst als CNC-gefräste Prototypen hergestellt. Dieser Ansatz ermöglicht die Erstellung von GeräteprototypenGehäuse, und sogar funktionierende Prototypen der Unterhaltungselektronik.

Schlussfolgerung

Die CNC-Bearbeitung von Prototypen ist eine innovative Kraft im Produktentwicklungsprozess. Sie beschleunigt den Designprozess und fördert die Innovation durch außergewöhnliche Präzision, Materialvariationen und die Möglichkeit, funktionale Prototypen zu bauen. Die Zukunft der CNC-Bearbeitung ist sehr vielversprechend. In Zukunft wird sich die CNC-Bearbeitung weiter entwickeln. Fortschrittliche CNC-Technologien bieten die Möglichkeit zur Kombination Integration der additiven Fertigung mit noch mehr Automatisierung und Perfektion.