Een uitgebreide handleiding voor lasersnijden van prototypes

Prototype lasersnijden

Lasersnijden van prototypes is een van de meest efficiënte en relevante technieken in de moderne maakindustrie. Het maakt een snelle en nauwkeurige productie van componenten mogelijk. Prototypen kunnen worden uitgevoerd met een breed scala aan materialen, zoals metalen als aluminium en roestvrij staal, maar ook kunststoffen als Delrin en PETG. Scherpe randen kunnen worden gesneden, complexe vormen kunnen worden geproduceerd en afval kan tot een minimum worden beperkt, waardoor het een ideaal proces is voor de ontwikkeling van nieuwe producten.

Boda Inc. biedt aan lasersnijdiensten Voor de productie van prototypes. Met behulp van geavanceerde tools en professionele expertise leveren we producten aan onder andere de automobiel-, luchtvaart- en medische industrie.

In dit artikel worden de voordelen en kosten van lasergesneden prototypes besproken, evenals de belangrijkste pluspunten en uitdagingen.

 

Wat zijn lasergesneden prototypes?

Het prototypen Laser snijden Deze techniek wordt gebruikt om een ​​klein aantal zeer nauwkeurige onderdelen te vervaardigen uit diverse materialen. Met behulp van een sterk gefocusseerde laserstraal kunnen gewenste vormen worden gesneden of gegraveerd in platen van metaal, kunststof of composietmaterialen.

Ingenieurs en ontwerpspecialisten kunnen snel functionele of visuele prototypes ontwikkelen voor diverse doeleinden, waarbij tegelijkertijd het ontwerp wordt getest, gevalideerd en verfijnd, alvorens over te gaan tot volledige productie.

 

Materialen gebruikt voor lasergesneden prototypes

Lasersnijden van prototypes is mogelijk voor verschillende materialen. Hieronder volgt een lijst: 

• Koolstofvezelcomposieten
• Roestvast staal
• Aluminium
• Delrin
• Mylar
• PET-extensie
• polypropyleen
• styreen

Koolstofvezelcomposiet

Met een hoge precisie kan de hybride laserunit koolstofvezels snijden. CO2-lasers van lagere kwaliteit kunnen de polymeermatrix snijden, terwijl fiberlasers de koolstofvezels kunnen doorsnijden. Dit proces levert hoogwaardige randen en onberispelijke onderdelen op, waardoor de sterkte wordt verhoogd en het gewicht van de onderdelen wordt verminderd.

Roestvast staal

Roestvrij staal wordt gebruikt wanneer onderdelen sterk moeten zijn. Fiberlasers zijn een goed alternatief, omdat CO2-lasers minder effectief zijn bij roestvrij staal vanwege het reflecterende oppervlak. Hoewel CO2-metaalmarkeerpasta vaak wordt gebruikt om het reflectieprobleem bij roestvrij staal te verminderen en een goede verbranding te garanderen.

Aluminium

Aluminium wordt gezien als een goed alternatief voor componenten die sterk maar ook licht van gewicht moeten zijn. Vanwege de sterk reflecterende eigenschappen van roestvrij staal is CO2-lasersnijden erg moeilijk. Oppervlaktebehandeling verlaagt de lichtreflectie, waardoor CO2-lasersnijden noodzakelijk is.

Delrin

Delrin is zeer sterk en behoudt zijn vorm, zelfs bij langdurig gebruik. Het is gemakkelijk te snijden en te graveren met CO2-lasermachines. Dit zorgt voor zeer naadloze randen met een mooie oppervlaktestructuur. Dit maakt het materiaal uitermate geschikt voor kleine mechanische onderdelen zoals beugels, kleine tandwielen en bepaalde mechanische componenten. De betrouwbaarheid en constante prestaties maken dit materiaal tot een populaire keuze.

Mylar®

Mylar is dun en verdampt bij relatief lage temperaturen. CO2-lasermachines kunnen complexe ontwerpen en patronen snijden zonder de folie te vervormen. Dit kan handig zijn bij het produceren van verpakkingsmonsters en isolatiemateriaal, maar ook bij het maken van lichtgewicht prototypeonderdelen.

PET-extensie

PETG is licht van gewicht en wordt gebruikt in verpakkingen, maar ook in onderdelen voor de medische industrie en machinebeschermingen. Dankzij de lage verdampingsdrempel kunnen lasermachines het materiaal snel snijden en zorgen ze voor strakke snijranden. De meeste apparatuur kan PETG verwerken zonder speciale configuratie, waardoor het prototypeproces moeiteloos verloopt.

polypropyleen

Polypropyleen is duurzaam en wordt in vrijwel elke industrie gebruikt. Het laat zich goed lasersnijden omdat het materiaal gelijkmatig op de hitte reageert. Het is breed toepasbaar voor prototypeonderdelen in consumentenproducten, machineonderdelen en productbehuizingen.

styreen

Styreen is gemakkelijk te lasersnijden omdat het bij lage temperaturen verdampt. Dit zorgt voor gladde randen zonder scheuren of brandplekken. Het werd gebruikt voor vroege versies van verpakkingsonderdelen, displayonderdelen en lichtgewicht componenten.

 

Prototype lasersnijproces: stap voor stap

Lasergesneden prototype

Ontwerp en CAD-modellering

In eerste instantie wordt CAD-software gebruikt om een ​​digitaal ontwerp van het object te maken. In deze fase worden de exacte afmetingen, contouren en fijne details bepaald die de lasermachine zal volgen.

Materiaalkeuze

De keuze voor geschikte materialen wordt bepaald door de volgende criteria en eigenschappen: sterkte, flexibiliteit, hittebestendigheid en de specifieke doelen van het ontwerp/werk. Typische materialen die worden gebruikt zijn: metalen zoals aluminium en roestvrij staal, samen met polymeren zoals Delrin en PETG.

Kalibratie van de machine

De lasersnijmachine wordt afgesteld en geconfigureerd op basis van het materiaalsoort, de dikte en de complexiteit van het ontwerp. Een correcte kalibratie garandeert nauwkeurige sneden en voorkomt beschadiging van het werkstuk.

Testen

Het prototype wordt getest om te zien of het ontwerp functioneel is en om te bepalen welke onderdelen van het ontwerp mogelijk aanpassingen behoeven.

Meten

Het ontwerp of de machine-instellingen worden aangepast op basis van de testresultaten. Daarna wordt het prototype opnieuw bewerkt om ervoor te zorgen dat het uiteindelijke onderdeel aan alle specificaties voldoet voordat de productie van start gaat.

 

Voordelen van lasersnijden van prototypes

Lasersnijden bij het prototypen van plaatmetaal

Het vervaardigen van prototypes van plaatmetaal met behulp van lasermachines heeft verschillende voordelen. Enkele daarvan worden hieronder genoemd: 

Levertijden geminimaliseerd

Lasersnijden verkort de doorlooptijd, omdat er geen speciaal gereedschap nodig is. Nadat het ontwerp is voltooid, maakt de operator de machine gereed en start het lasersnijproces. Er is slechts een kleine voorbereidingsstap nodig, waardoor de teams sneller aan de slag kunnen met het ontwerpen van de mal en het maken van een prototype.

Hittebestendigheidscontrole 

Lasersnijden als prototype helpt om te controleren hoe materialen reageren op hitte tijdens de verwerking. De rand van het prototype laat zien hoe een materiaal reageert op hitte en verdamping. Dit levert nuttige feedback op bij het selecteren van het juiste materiaal voor de productie.

Flexibiliteit om wijzigingen aan te brengen

Lasersnijden maakt snelle ontwerpwijzigingen mogelijk. Ingenieurs kunnen het ontwerp aanpassen en de machine laten draaien zonder gereedschap te hoeven wisselen. Deze flexibiliteit maakt meerdere testrondes mogelijk om de onderdelen te verfijnen.

Rendabele 

Lasersnijden vermindert de kosten van het prototypen van een productDeze methode maakt snelle ontwerpwijzigingen mogelijk zonder grote investeringen. Lasergesneden prototypes kunnen in kleine aantallen worden geproduceerd en zijn kosteneffectief. Ze helpen ook om geld te besparen in de vroege ontwikkelingsfase.

Initiële testen

Lasergesneden onderdelen maken snelle tests mogelijk voor pasvorm, sterkte en visuele kwaliteit. Voordat de gedetailleerde productiefasen beginnen, controleren teams het onderdeel op vorm, uitlijning en randkwaliteit. Dit helpt om kostbare fouten later te voorkomen. 

Schaalbaarheid 

Hetzelfde snijprogramma kan worden gebruikt voor de productie van prototypeonderdelen. De enige aanpassingen betreffen het materiaal of de temperatuurregeling. Deze soepele overgang draagt ​​bij aan het behoud van kwaliteit, zelfs bij hogere productievolumes.

 

Beperkingen van laserprototyping 

Er zijn echter ook enkele beperkingen en nadelen waarmee we rekening moeten houden voordat we met lasergesneden prototypes aan de slag gaan. Deze worden hieronder beschreven: 

Het is niet geschikt voor dikke materialen. 

De beste materialen voor lasersnijden zijn dunne tot middelmatig dikke werkstukken. De sterkte van de laserstraal neemt af naarmate het materiaal dikker wordt, waardoor de snijprecisie afneemt. De productiekosten voor onderdelen met een dikte boven een bepaalde grens liggen hoger en het proces duurt langer. Laserprototypering is niet mogelijk voor onderdelen met een grote of diepe doorsnede.

Rook- en gasemissies

Bij blootstelling aan laserlicht stoten sommige materialen schadelijke dampen uit. Kunststoffen zoals Delrin en glasvezel stoten gassen uit die ventilatie vereisen. Om de veiligheid op de werkplek te waarborgen, moeten medewerkers afzuiginstallaties gebruiken. Ook de luchtkwaliteitsvoorschriften zijn van toepassing. Emissies moeten worden beheerst voordat ze in het milieu terechtkomen.

Energieverbruik

Lasersnijden verbruikt meer energie dan veel andere bewerkingsmethoden. Een lasermachine werkt op een hoog vermogen om de straalintensiteit te behouden, vooral bij het snijden van metalen. Andere apparatuur, zoals CNC-freesmachines, verbruikt minder energie voor vergelijkbare taken. Het hogere energieverbruik verhoogt de operationele kosten tijdens het prototypen.

Voorafgaande kosten 

Industriële lasermachines vereisen een hoge initiële investering. CO2- en fiberlasermachines kosten meer dan standaard CNC-apparatuur. Dit maakt de opstartfase duurder voor bedrijven die prototypes en productiewerkzaamheden uitvoeren. Er bestaan ​​weliswaar kleinere, goedkopere machines, maar die bieden niet de nauwkeurigheid en het materiaalbereik van industriële kwaliteit.

Alternatieve methoden voor de fabricage van plaatmetalen prototypes 

Waterstraalsnijden

Soms is lasersnijden voor prototypes in bepaalde gevallen niet geschikt. Er zijn verschillende andere methoden die we in dergelijke situaties kunnen gebruiken. 

Waterstraalsnijden

Waterstraalsnijden wordt veel gebruikt bij het prototypen van plaatmetaal omdat het snijden zonder warmte mogelijk is. Het maakt gebruik van water onder hoge druk en een schurend materiaal om door verschillende werkstukken te snijden. De methode biedt toleranties die dicht bij die van lasersnijden liggen. Het snijdt alleen door het materiaal en biedt geen mogelijkheid tot markeren. Waterstraalsnijden is nuttig wanneer snelle prototyping-methoden Vereist strakke randen zonder thermische effecten.

Plasmasnijden

Plasmasnijden is een goede methode voor het prototypen van plaatmetaal. Een plasmastroom met hoge temperatuur smelt het materiaal en creëert de snede. De methode is geschikt voor dikkere metalen platen en is goedkoper dan lasersnijden. Wel levert het ruwere randen en een lagere nauwkeurigheid op, waardoor nabewerking vaak nodig is. Plasmasnijden is geschikt voor snelle prototypingmethoden die ruimere toleranties accepteren.

3D afdrukken

3D-printen bouwt onderdelen laagje voor laagje op met behulp van hars, poeder of filament. Het helpt bij het creëren van vormen die moeilijk te snijden zijn met traditionele methoden. prototypen van plaatwerk technieken. Het proces ondersteunt plastic en metalen onderdelen, afhankelijk van de printer. Het vereist voorbereiding en nabewerking, waardoor het langzamer is dan snijmethoden. Zelfs met deze stappen blijft 3D-printen nuttig voor snelle prototypingmethoden die complexe geometrie vereisen.

 

Toepassingen van lasergesneden prototypes

Lasergesneden kartonnen prototype

Lasersnijden van prototypes wordt in diverse industrieën gebruikt, waaronder de automobielindustrie. prototypen van de ruimtevaart onderdelen, enz. 

Automobielsector

Lasersnijden wordt veelvuldig gebruikt in de auto-industrie om snel nauwkeurige prototypes te creëren. Snelle lasersnijtechnologie heeft zijn effectiviteit bewezen. Van motorkappen, stoelframes en spatborden tot beugels en stempeldelen, het proces stelt de auto-ontwerper in staat om ontwerpen te creëren en te testen om de vorm, pasvorm en assemblage te perfectioneren voordat de productie van start gaat.

LUCHT- EN RUIMTEVAART

Aluminium prototype voor lasersnijden

In de lucht- en ruimtevaartindustrie wordt lasertechnologie gebruikt om prototypes te maken van complexe ontwerpen en ingewikkelde onderdelen. Van aluminium en titanium behuizingen voor avionica tot vleugelconstructies en andere cruciale componenten, ingenieurs maken lasergesneden ontwerpen om hun lucht- en ruimtevaartontwerpen te testen en te valideren.

Zwaar gereedschap

In de mijnbouw-, bouw- en landbouwsector wordt lasertechnologie gebruikt voor het ontwerpen en vervaardigen van prototypes voor zwaar materieel. Dankzij deze technologie kunnen onderdelen, zoals chassis, spreiders en gieksecties voor kranen, die zijn gebaseerd op ontwerptekeningen van bouwmachines, snel en nauwkeurig volgens specificaties worden geproduceerd.

Leger 

Militair ontwerp vereist specifieke, hoogwaardige en uiterst precieze technologie. Lasersnijden kan worden gebruikt voor het maken van prototypes voor grondvoertuigen en vliegtuigen. Lasersnijden, hoge precisie en reproduceerbaarheid garanderen dat aan de ontwerpnormen voor militaire productie wordt voldaan.

Medische hulpmiddelen

Medische hulpmiddelen moeten voldoen aan extreem hoge eisen op het gebied van veiligheid en kwaliteit. Om precisie en kwaliteit te garanderen bij het maken van deze prototypes, maken ingenieurs gebruik van lasersnijden voor apparaten zoals pacemakers, katheters, stents en prothetische componenten. Hierdoor kunnen ingenieurs apparaten vervaardigen die risicovrij zijn voor patiënten en de veiligheid garanderen.

Energie opwekking

Lasertechnologie vindt steeds nieuwe toepassingen, ook in de energiesector. Zo wordt lasersnijden gebruikt voor het maken van prototypes van turbinebladen en componenten voor zonnepanelen. Dankzij de snelheid, precisie en herhaalbaarheid is lasersnijden uitermate geschikt voor het maken van prototypes die later permanent geproduceerd kunnen worden.

Kosten berekening

Voor het maken van een laserprototype heeft het lasersnijbedrijf een bepaald type materiaal met een specifieke dikte nodig. Andere factoren die de prijs beïnvloeden zijn de complexiteit van het ontwerp, de machinetijd en het aantal onderdelen. Een te complex ontwerp kost de snijplotter meer tijd, wat resulteert in hogere arbeidskosten. Extra kosten voor randafwerking en reiniging kunnen hierbij komen.

Bedrijven maken er vaak gebruik van Kostenberekening voor lasersnijden Als een vorm van documentatie om ervoor te zorgen dat de kosten van materiaal, arbeid en machinetijd nauwkeurig zijn. Dit stelt hen in staat betrouwbare schattingen te maken van de kosten van prototypes, wat kan helpen om binnen het budget te blijven.

Conclusie

Lasersnijden voor prototypes is een efficiënte en nauwkeurige methode voor de productie van onderdelen in sectoren zoals de automobiel-, luchtvaart- en medische industrie. Snelle doorlooptijden, complexe ontwerpen en nauwkeurige tests zijn mogelijk. Ook schaalbaarheid is eenvoudig. Ondanks enkele beperkingen, zoals de materiaaldikte en het energieverbruik, is het nog steeds een van de beste methoden voor het prototypen van plaatmetaal.

Boda biedt lasersnijservices voor prototypes. Ze garanderen hoogwaardige resultaten, snelle levertijden en nauwkeurig kostenbeheer. Ze kunnen elk project aan, of het nu eenvoudig of complex is. Ontvang een offerte Van Boda voor al uw laserprototype-snijbehoeften.