Durch die CNC-Fräsprototypisierung werden CAD-Designs schnell in präzise Prototypen umgewandelt, sodass Konstruktionsfehler vor der Massenproduktion frühzeitig erkannt und korrigiert werden können.
CNC-Fräs-Prototyping ist eine optimale auf Anfrage Fertigung Verfahren zum Erstellen von Prototypen in kurzer Zeit. Es wird häufig verwendet, wenn die Produktion im kleinen Maßstab erfolgt, um ein greifbares und optisch ansprechendes Modell des Endprodukts zu erstellen. Folglich kann CNC-Fräsen als die Technik definiert werden, bei der ein Design aus einem computergestützten Designprogramm in die Realität umgesetzt wird. Durch das Erstellen von CNC-Fräsprototypen können die Hersteller die wahrscheinlich auftretenden Probleme im Design identifizieren und beheben, bevor sie mit der eigentlichen Produktion beginnen.
Warum ist die Prototyperstellung per CNC-Fräsen ein wichtiger Prozess?
Präzisions-CNC-Fräsen
CNC-Fräsen wird häufig eingesetzt in Rapid-Prototyping- da es präzise ist. Die Genauigkeit wird durch die Anwendung computergesteuerter Bewegungen des Werkstücks und des Schneidwerkzeugs erreicht. Diese fortschrittlichen Steuerungen prüfen Ihr Design auf alle möglichen Arten, um sicherzustellen, dass der Prototyp dem tatsächlichen Produkt so nahe wie möglich kommt. Darüber hinaus ist das Fräsen ein schneller Prozess. Ein weiterer Vorteil der CNC-Prototypenbearbeitung gegenüber anderen Techniken wie dem Spritzguss besteht darin, dass es nicht Monate dauert, die Formen fertigzustellen, wie dies beim Spritzguss der Fall ist. Es beginnt mit der Erstellung des dreidimensionalen computergestützten Designmodells des Produkts. Dieses Modell wird dann in CAM-Dateien umgewandelt, die den G-Code enthalten, mit dem die CNC-Maschine gesteuert wird.
Einschränkungen beim CNC-Fräsprototyping
Das CNC-Fräsen hat jedoch auch einige Nachteile:
Geometrische Einschränkungen:
CNC-Fräsmaschinen arbeiten von außen und sind daher auf die Art der Innenformen beschränkt, die sie erstellen können. Bei anderen Maschinen wird ein Teil von innen nach außen aufgebaut, was für komplexe Geometrien besser geeignet ist.
Subtraktiver Prozess:
CNC-Fräsen ist eine Art subtraktiver Fertigung, da dabei Material entfernt wird, um das Endprodukt zu erhalten. Dies kann zu einem höheren Materialverbrauch führen als bei additiven Verfahren, bei denen Produkte in Schichten oder durch Schichtung aufgebaut werden. Daher kann CNC-Fräsen im Hinblick auf das verwendete Material teurer sein.
Kostenfaktoren:
Im Vergleich zum 3D-Druck ist das Rapid Prototyping mit CNC-Fräsen aufgrund der hohen Kosten der verwendeten Materialien relativ kostspieliger. Aus diesem Grund sind die Mehrkosten jedoch gerechtfertigt, da die Genauigkeit höher ist und die Vielfalt der verwendbaren Materialien größer ist. Der 3D-Druck ist jedoch auf billigere Materialien wie PLA beschränkt, die möglicherweise nicht alle Prototyping-Anforderungen erfüllen.
Technisches Fachwissen erforderlich:
Das CNC-Rapid-Prototyping Fräsen erfordert technische Fähigkeiten beim Entwerfen von CAD-Dateien und Bedienen der CNC-Maschinen. All dies sind relevante Fähigkeiten, die beim Prototyping hilfreich sein können.
Warum eignet sich CNC-Fräsen für die Prototypenentwicklung?
CNC-gefräste Prototypenteile
CNC-Fräsen ist aus mehreren Gründen die beste Option für die Prototypenherstellung. Erstens liefert es Ergebnisse mit höchster Genauigkeit und Präzision. Dies wird durch den Einsatz von Computersteuerungen ermöglicht, die die Bewegung des Werkstücks und des Fräswerkzeugs steuern. Diese Steuerungen konzentrieren sich auf alle Aspekte Ihres Designs und überprüfen, ob der Prototyp dem Endprodukt entspricht.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von CNC-Fräsen im Prototyping ist, dass es schnell geht. Dies ist anders als bei anderen Verfahren wie dem Spritzguss, bei dem die Vorbereitung von Formen und Toleranzen mehrere Monate dauern kann.
Beim CNC-Fräsen wird ein 3D-CAD-Modell des Produkts verwendet, das in CAM-Dateien umgewandelt wird. Diese Dateien sind die G-Code-Dateien, die beim Prototyping des Designs durch die CNC-Fräsmaschine verwendet werden.
CNC-Fräs-Prototyping-Vorgänge
Die CNC-Fräs-Prototyping-Vorgänge werden wie folgt klassifiziert:
Beim CNC-Fräsen gibt es mehrere Vorgänge zum Herstellen von Prototypen. Welcher Vorgang zum Einsatz kommt, hängt von Faktoren wie der Komplexität des Designs und der Art des zu verwendenden Materials ab.
Fräsen
CNC Fräsen
Beim CNC-Fräsen wird eine Fräsmaschine verwendet, um nach dem Schneiden eines Werkstücks Teileprototypen herzustellen. Dabei handelt es sich um einen Materialabtragungsprozess, bei dem die Schneidwerkzeuge mehrschneidig sind und das Werkstück in einer Umdrehung in mehrere Formen und Größen schneiden. Der Komplexitätsgrad des Designs bestimmt die Tiefe der durchzuführenden Schnitte und die Anzahl der Achsen der Fräsmaschine. Bei komplexeren Vorgängen können Fräsmaschinen dem Vorgang weitere Achsen hinzufügen, um die Präzision und Vielseitigkeit des Schnitts zu erhöhen.
CNC-Drehen
CNC-gedrehte Teile
Das Drehen wird hauptsächlich auf Drehmaschinen durchgeführt, kann aber auch auf ausgewählten CNC-Fräsmaschinen erfolgen. Bei diesem Vorgang wird das Werkstück rotiert, während das Schneidwerkzeug fixiert bleibt und das Material abgeschnitten wird, um zylindrische Formen zu erhalten. Dieses Verfahren ist besonders nützlich, um feine Details und einlagige Strukturen auf der Außen- und Innenseite der Außenhaut eines Prototyps zu erzeugen.
Mehrachsiges Fräsen
Mehrachsiges CNC-Fräsen
Mehrachsiges Fräsen ist ein Vorgang, der in vielen Achsen durchgeführt werden kann und sich für die Herstellung von Prototypen mit komplexen Formen eignet. CNC-Fräsmaschinen können je nach der Anzahl der Achsen, die sie bedienen können, unterschiedlicher Art sein; es können 4-, 5-, 6- und bis zu 9-achsige Maschinen sein. Je mehr Achsen die Maschine hat, desto besser kann sie komplexe Formen und kleine Toleranzen am Teil erzeugen.
Wie beurteilt man den Bedarf an CNC-Fräs-Prototyping?
Um zu entscheiden, wann CNC-Fräsen für die Prototypenerstellung eingesetzt werden soll, müssen mehrere Schlüsselfaktoren berücksichtigt werden:
- Größe Die Größe des Prototyps bestimmt die Art des zu verwendenden Materialblocks oder -materials und die geeignete CNC-Fräsmaschine. Stellen Sie sicher, dass die Maschine die Größe des herzustellenden Prototyps problemlos aufnehmen kann.
- Material: Die Materialkosten sind ein weiterer Aspekt, der bei der Auswahl des zu verwendenden Materials berücksichtigt wird. CNC-Fräsen ist jedoch nicht auf die Verwendung teurer Materialien wie ABS beschränkt, während Metalle wie Edelstahl noch teurer sind. Unter den Metallen Aluminium-Prototyping ist vergleichsweise kostengünstig und bietet außergewöhnliche Leistungsteile für verschiedene Bereiche.
- Endbearbeitungsoptionen: Wählen Sie die Endbearbeitungsoptionen für das Teil. Sie können es in seinem bearbeiteten Zustand belassen oder perlstrahlen, eloxieren oder plattieren. Die Art der Endbearbeitung bestimmt den ästhetischen Wert und die Verwendbarkeit des Prototyps.
- Komplexität: Der Detaillierungsgrad des Designs bestimmt die Zeit, die für das CNC-Fräsen benötigt wird. Zusätzliche Funktionen wie Gewindebohrungen oder gravierte Designs würden mehr Zeit in Anspruch nehmen und könnten komplexere Maschinen mit mehr Achsen erfordern, was kostspielig wäre.
- Toleranz (Genauigkeit): Höhere Toleranzanforderungen machen den Prozess präziser und dies ist im Vergleich zum allgemeinen Prototyping-Prozess normalerweise zeitaufwändig und kostspielig. Bevor Sie fortfahren, beurteilen Sie den Genauigkeitsgrad, der im Projekt erforderlich sein wird.
- Typ der CNC-Fräsmaschine: Fräsmaschinen sind vielseitiger als CNC-Drehmaschinen, aber im Allgemeinen teurer. Allerdings ist das Fräsen in Bezug auf die Flexibilität vielseitiger, insbesondere bei komplizierten Designs, weshalb es für die meisten Prototypen häufig verwendet wird.
- Menge: Auch die Anzahl der Prototypen wirkt sich auf die Kosten aus, denn je mehr Prototypen benötigt werden, desto höher sind die Kosten. Die Herstellung mehrerer Teile kann aufgrund des Skalenprinzips pro Einheit günstiger sein. Die Rüstzeit wird auf mehr Einheiten verteilt, und daher ist die Produktion einer größeren Anzahl von Artikeln wirtschaftlicher.
Probieren Sie Boda jetzt aus!
Vorteile des CNC-Fräsens für Prototypen
Wenn Sie CNC-Fräsen für die Erstellung von Prototypen in Betracht ziehen, machen mehrere wichtige Vorteile diese Methode zur bevorzugten Wahl: Wenn Sie CNC-Fräsen für die Erstellung von Prototypen in Betracht ziehen, machen mehrere wichtige Vorteile diese Methode zur bevorzugten Wahl:
- Hohe Genauigkeit und Präzision
CNC-Fräsen ermöglicht es, Prototypen herzustellen, die genau und präzise sind. Dies wird durch die Computersteuerung der Schneidwerkzeuge erreicht, da diese sich nur bis zu einer bestimmten Abmessung bewegen können. In den meisten Fällen sind Fehler im Prototyp auf Konstruktionsfehler und nicht auf die Bearbeitung zurückzuführen.
- Kostengünstig
CNC-Fräsen ist günstiger, insbesondere bei der Herstellung von Prototypen in Kleinserien. Diese kleinen Serien sind insofern nützlich, als sie es dem Hersteller ermöglichen, das Produkt physisch und praktisch zu prüfen, bevor es mit der Massenproduktion beginnt. Wenn in dieser Phase Unvollkommenheiten festgestellt werden, ist die Korrektur im Vergleich zur Massenproduktion relativ günstig.
- Konsistenz und Wiederholbarkeit
CNC-Fräsen ist ein sehr präziser Prozess. Das bedeutet, dass die entwickelten Prototypen sehr ähnlich sind, wenn derselbe Prozess und dasselbe Design verwendet werden. Diese Konsistenz ermöglicht es, einen Prototyp zu haben, der dem Originaldesign so nahe wie möglich kommt, anders als beim Spritzguss, bei dem die Formen verschleißen und leichte Änderungen am Design verursachen können.
- Material Vielseitigkeit
CNC-Fräsen ist einzigartig, weil es mit verschiedenen Materialien arbeiten kann. Im Gegensatz zu Verfahren wie 3D-Druck oder Spritzguss, die hinsichtlich der verfügbaren Materialien eher eingeschränkt sind, kann CNC-Fräsen fast jedes Material verarbeiten. Dazu gehören unter anderem Materialien wie ABS, Teflon, Polycarbonat, Aluminium, Stahl, Titan und Messing.
- Zeitsparender Prozess
CNC-Fräsen ist ein zeitsparender Prozess. Im Gegensatz zu anderen Methoden müssen keine Formen erstellt werden. Daher ist die Entwicklung von Prototypen einfacher und schneller. Auch Designänderungen sind einfach, da Änderungen an CAD- und CAM-Dateien vorgenommen werden können und der Prototyp ohne großen Zeitaufwand leicht neu bearbeitet werden kann.
Vorbereitung hochwertiger CAD-Modelle für die CNC-Fräsbearbeitung von Prototypen
Die Genauigkeit eines CNC-gefrästen Prototyps hängt vom verwendeten CAD-Modell ab. Diese Entwürfe geben Einzelheiten zum Aussehen des Teils und den für die Herstellung erforderlichen Abmessungen an. Daher sind für genaue Teile genaue Modelle erforderlich. Hier sind einige Tipps zur Erstellung effektiver CAD-Modelle: Hier sind einige Tipps zur Erstellung effektiver CAD-Modelle:
- Entwickeln und Einhalten einer geeigneten Checkliste
Erstellen Sie zunächst eine Liste der Designaspekte und Funktionen, die im Prototyp enthalten sein sollen. Es ist immer einfacher, alle erforderlichen Funktionen beim Entwurf einer CAD-Datei zu integrieren, als wenn die Datei bereits erstellt wurde.
- Wandstärke festlegen
Achten Sie beim Erstellen Ihrer CAD-Zeichnungen darauf, dass die Wandstärke genau eingehalten wird. Dünne Wände sind ebenfalls nicht wünschenswert, da sie die mechanische Integrität der von CNC-Maschinen gefrästen Teile schwächen. Bei Metallteilen ist es notwendig, eine Mindestwandstärke einzuhalten. Diese liegt in der Regel bei 8 Millimetern. Bei Kunststoffteilen ist eine Stärke von mehr als 1 Millimetern ratsam.
- Optimierung von Designelementen
Die Konstruktionsmerkmale wie Hohlräume und Löcher sollten so gestaltet sein, dass sie das CNC-Fräsen verbessern. Beispielsweise entspricht bei einem Schaftfräsvorgang die maximal erreichbare Tiefe normalerweise dem dreifachen Durchmesser des Werkzeugs. Daher ist es notwendig, die Hohlraumdurchmesser richtig zu definieren und sie entsprechend dem Potenzial des Werkzeugs einzuschränken.
- CAD - Computergestütztes Design
Die Art der CAD-Software, die bei der Erstellung des Prototyps verwendet wird, kann die Qualität des erstellten Prototyps erheblich beeinflussen. Je nach Art der Arbeit können in verschiedenen Branchen unterschiedliche CAD-Tools zum Einsatz kommen. Wählen Sie daher das am besten geeignete Programm. So ist beispielsweise eine CAD-Software, die im Maschinenbau nützlich ist, in der Architektur nicht von Nutzen und umgekehrt. Wählen Sie das CAD-Programm, das den Anforderungen des Prototyps entspricht, den Sie erstellen möchten.
- Zeichnungen vereinfachen
CAD ermöglicht die Entwicklung eines Prototyps auf viele Arten, es ist jedoch ratsam, die Komplexität des Entwurfs zu minimieren, um die Anzahl der im Bearbeitungsprozess erforderlichen Vorgänge zu minimieren. Wenn Sie mit komplexen Komponenten arbeiten, versuchen Sie, den Entwurf in mehrere Teile aufzuteilen, die später zusammengebaut werden, da dies die Bearbeitung erleichtert.
Einsatzmöglichkeiten von CNC-Fräs-Prototyping in verschiedenen Bereichen
CNC-Fräsprototyping ist in fast allen Branchen von entscheidender Bedeutung, in denen funktionale und genaue Prototypen erforderlich sind. So nutzen verschiedene Branchen CNC-Fräsen für ihre Prototyping-Anforderungen:
Medizintechnik
Insbesondere die medizinische Branche kann sich keinen einzigen Fehler leisten. CNC-Fräsen wird bei der Herstellung präziser Prototypen medizinischer Geräte eingesetzt, um sicherzustellen, dass sie dem Endprodukt in jeder Hinsicht ähneln. Objekte wie Orthesen, Gehäuse, Implantate und MRT-Teile werden mithilfe von CNC-Fräsen hergestellt, um sicherzustellen, dass sie wie gewünscht funktionieren und so die Toleranzgrenze verringert wird.
Automobilindustrie
CNC-Fräsen wird von Automobilherstellern eingesetzt, um Modelle für neue Autoteile zu erstellen. Solche Prototypen müssen genau sein, um in das endgültige Design integriert werden zu können. CNC-Fräsen wird auch bei der Entwicklung von Prototypen in anderen Transportbranchen wie der Schiffs- und LKW-Industrie eingesetzt, um sicherzustellen, dass jedes Teil vor der Massenproduktion den richtigen Standard hat.
Luft-und Raumfahrtindustrie
CNC-Fräsen wird in der Luft- und Raumfahrtindustrie häufig für die Prototypenherstellung verwendet, da hier ein hohes Maß an Genauigkeit erforderlich ist. Einige Beispiele für die gefrästen Teile sind Fahrwerksöffnungen, Buchsen und Tragflächenprofile, bei denen Prototypen hergestellt werden, um Funktionalität und Haltbarkeit testen zu können. Dieses Verfahren ist nützlich, um Fehler zu vermeiden, die bei echten Flugzeugen fatale Folgen haben oder die Leistung beeinträchtigen könnten.
Militär- und Verteidigungsindustrie
In der Militär- und Verteidigungsindustrie wird CNC-Fräsen bei der Herstellung von Prototypen für Munition, Fahrzeuge und Kommunikationsgeräte eingesetzt. Diese Prototypen sind sehr wichtig, da sie zum Testen und Feinabstimmen einiger Teile verwendet werden, bevor sie in Massenproduktion gehen, da in diesen Bereichen ein hohes Maß an Präzision erforderlich ist.
CNC-Fräsprototypen vs. Spritzgussprototypen
Lassen Sie uns zwischen CNC-Fräs- und Spritzguss-Prototyping-Techniken unterscheiden.
Teiletoleranz
CNC-Fräsen ist präziser als konventionelles Fräsen, die Toleranzen liegen normalerweise im Bereich von ±0.01 mm. Diese hohe Genauigkeit ist darauf zurückzuführen, dass die Steuerungssysteme gut entwickelt sind und die verwendeten Werkzeuge von sehr hoher Qualität sind. Die Prototypen, die im Spritzgussverfahren hergestellt werden, weisen jedoch eine Toleranz von ±0 bis 1 mm auf. Diese Abweichung ist darauf zurückzuführen, dass das im Verfahren verwendete Material während der Abkühlphase des Verfahrens schrumpft.
Prototypenmaterial
Beim Spritzgießen werden hauptsächlich Kunststoffe und Elastomere verarbeitet. Dazu gehört das Platzieren von Formen und das anschließende Gießen des geschmolzenen Materials über die Formen. CNC-Fräsen hingegen kann mit allen Arten von Materialien arbeiten, die in der Industrie verwendet werden. Im Vergleich zu anderen Materialien, die beim Prototypenbau verwendet werden, kann Boda auf Metalle, Kunststoffe und sogar Holz aufgetragen werden, wodurch es vielseitiger ist und die unterschiedlichen Prototypenanforderungen erfüllt.
Oberflächenqualität
Einige der Oberflächenfehler, die bei Spritzgussteilen erkennbar sind, sind Verformungen, Einfallstellen und Fließlinien. Diese Unvollkommenheiten sind nicht nur am äußeren Erscheinungsbild des Prototyps zu erkennen, sondern auch an der Verarbeitung des Prototyps. Im Allgemeinen ist die Oberflächenbeschaffenheit des durch CNC-Fräsen hergestellten Teils glatter als beim herkömmlichen Fräsen. Die Art der Werkzeuge, die im Fräsprozess von Boda verwendet werden, sind effizienter als die meisten anderen Arten von Fräsprozessen.
Ähnlichkeiten zwischen CNC-Fräsprototypen und 3D-Druckprototypen von Boda
Materialverbrauch
Beim 3D-Druck wird Material sparsam verwendet, da das Material nur bei der Erstellung des Objekts verwendet wird. Es werden die Objekte von Grund auf neu konstruiert und es wird nur das verwendet, was zum Aufbau der nächsten Strukturebene erforderlich ist. Beim CNC-Fräsen hingegen wird das Material aus einem Materialblock geschnitten, was zu mehr Ausschuss führt. Dies macht den 3D-Druck im Vergleich zu herkömmlichen Herstellungsverfahren zu einer nachhaltigeren Option für kleine Prototypen.
Prototyping-Kosten
Im Vergleich zum 3D-Druck ist das CNC-Fräsen etwas teurer. Dies liegt daran, dass verschiedene Werkzeuge benötigt werden und vor allem eine hohe Investition in CNC-Maschinen erforderlich ist. Dennoch ist der 3D-Druck in Bezug auf Einrichtung und Material günstiger und eignet sich daher besser für kleine Mengen oder einen einzelnen Prototyp.
Unterstützte Materialien
CNC-Fräsen ist flexibel und kann für eine Vielzahl von Materialien verwendet werden, darunter Metalle und Kunststoffe. Boda bietet Fräsdienste an und kann aufgrund seiner Flexibilität mit jeder Art von Material umgehen. Der 3D-Druck arbeitet hauptsächlich mit Thermoplasten und gelangt mithilfe moderner Technologien allmählich auch zu Metallen. Im Vergleich zum CNC-Fräsen weist er jedoch einige Nachteile auf.
Teiletoleranz und Zähigkeit
CNC-Fräsen hat außerdem folgende Vorteile: eine hohe Genauigkeit von ± 0 mm, wodurch die Prototypen die richtige Größe haben und länger wiederverwendbar sind. Einige Technologien wie das Direkte Metall-Lasersintern (DMLS) haben beispielsweise Toleranzen von bis zu ±01 mm. DMLS ist präzise, aber nicht so präzise oder so leistungsstark wie CNC-Fräsen. Die CNC-Frästeile sind normalerweise härter, was für Anwendungen wünschenswert ist, bei denen wahrscheinlich viel Kraft ausgeübt wird.
CNC-Fräsdienste von Boda für eine schnellere Prototypenfertigung
Boda ist ein Rapid-Prototyping-China Unternehmen, das sich mit CNC-Fräsdienstleistungen beschäftigt und seit mehr als zwanzig Jahren auf dem Markt ist. Sie verwenden in ihrer Produktion aktuelle Technologien, um eine hohe Präzision von der Entwicklungsphase bis zur Produktionsphase zu gewährleisten. Erfahrung ist die Garantie für die Entwicklung hochwertiger Prototypen, die bestimmte Eigenschaften erfüllen, wenn es um Boda geht. Um die besten zu nutzen CNC-Prototypenservice, laden Sie Ihre CAD-Dateien noch heute hoch, um einen DfM-Bericht und ein detailliertes Angebot zu erhalten.
Häufig gestellte Fragen
F1. Welche Materialien werden beim CNC-Fräsen von Prototypen verwendet?
Zur Herstellung von CNC-Fräsprototypen können die folgenden Materialien verwendet werden: Aluminium, Edelstahl und Messing. Sie können auch aus Kunststoffen wie ABS, Nylonpolycarbonat und Holz hergestellt werden.
F2. Gibt es eine bessere Möglichkeit zum Prototyping als CNC-Fräsen?
CNC-Fräsen ist am vorteilhaftesten, wenn es zur Herstellung steifer und präziser Prototypen verwendet wird. Die beste Wahl hängt jedoch vom Materialbedarf, der erforderlichen Struktur und dem verfügbaren Projekt ab. Nach diesen Kriterien gibt es möglicherweise andere Verfahren, die besser geeignet sind, beispielsweise 3D-Druck oder Spritzguss.
F3. Faktoren, die die Kosten des CNC-Fräsens beeinflussen?
Die Kosten für das CNC-Fräsen hängen vom Design des Teils, der Toleranz und dem im Fräsvorgang verwendeten Material, dem Typ der einzusetzenden CNC-Maschine und der Art der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks ab.