CNC frezavimo staklės tapo būtinais įrankiais šiuolaikiniuose produkto kūrimo cikluose, kai svarbiausia greitis. Tradicinės priemonės dažnai reikalavo specialių formų gamybos, kurios gamybai pagaminti reikėdavo labai daug laiko, tuo tarpu CNC sistemos paima skaitmeninius CAD failus ir per kelias valandas juos paverčia tiksliais prototipais. Nebereikia laukti savaites, kol bus pagamintos formos. Šios staklės išlaiko nepaprastai mažas nuokrypio ribas – apie 0,005 colio, kas yra būtina gamintojams, dirbantiems su lėktuvų ar medicinos įrangos kritiniais komponentais. Pramonės duomenys rodo, kad naudojant CNC prototipavimui galima sutrumpinti kūrimo laikotarpį nuo 40 % iki 60 %. Kai bandymai parodo problemas su konstrukcija, inžinieriai gali greitai atlikti pataisas ir grįžti prie darbo, neprarandant brangaus laiko.
Galimybė dirbti su skirtingais medžiagų tipais tikrai padidina jų naudingoji vertę praktinėse aplikacijose. Inžinieriai gali kurti prototipus iš tikrųjų gamybos medžiagų, tokių kaip metalų lydiniai, inžinerinės plastikos ar kompozitinės medžiagos, viskas – vienoje vienoje įrenginio konfigūracijoje. Tai reiškia, kad šių bandomųjų detalių funkcinis elgesys bus žymiai artimesnis galutinio produkto elgsenai. Pavyzdžiui, aliuminio komponentai yra testuojami atliekant griežtus apkrovos tyrimus, kad būtų patikrinta, ar jie atlaikys spaudimą. Tuo tarpu nyloninės detalės naudojamos tik tam, kad patikrinti mažus įsikabinančius sujungimus, kuriems reikia tiksliai „spragtelti“ į vietą. Didžiulė šio požiūrio nauda – tai, kad vėlesniuose kūrimo etapuose galima išvengti brangaus perprojektavimo darbų. Visi esame per daug kartų tai matę – 3D spausdinami modeliai tiesiog nesielgia taip pat kaip tikros medžiagos realiomis eksploatacinėmis sąlygomis, dėl ko vėliau kyla rimtų problemų.
| Prototipo metodas | Iteracijos greitis | Medžiagos parinktys | Funkcinio testavimo galimybė |
|---|---|---|---|
| CNC sulaužymas | Valandos | 1000+ lydiniai/plastikai | Visiška mechaninė patvirtinimo procedūra |
| Injekcinis formavimas | 4–12 savaičių | Apribotas įrankių | Tik po įrankių gamybos |
| FDM 3D spausdinimas | 8–24 valandos | <20 termoplastikų | Ribotas struktūrinis vientisumas |
Viską sujungus į vieną darbo eigą, galimybės žymiai išauga. Naujausios CAM programinės įrangos automatiškai paverčia projektavimo pakeitimus protingais pjovimo takeliais, todėl inžinieriai gali atlikti esminius pakeitimus, kol kiti miega. Papildžius šią sistemą automatiniais įrankių keitikliais ir matavimo zondais, šiuolaikiniai CNC frezavimo stakliai gali veikti beveik nepertraukiamai, nereikalaudami nuolatinio operatorių priežiūros. Šios sistemos vertė slypi tame, kiek greitai gamintojai gali išbandyti skirtingas savo produktų versijas – nuo pradinių eskizų iki paruoštų gamybai modelių. Įmonėms, veikiančioms sparčiai besivystančiose rinkose, kur laikas yra svarbiausias, tokia lankstumas jau nebe privalumas – tai tampa būtina sąlyga, kad būtų galima išlikti pirmaujančiu žingsniu prieš konkurentus, kurie nedaro panašių investicijų į savo apdirbimo galimybes.
Prototipų gamyba reikalauja išskirtinio tikslumo, kurį užtikrina CNC frezavimo staklės su nuokrypiais iki ±0,005 mm ir paviršiaus šiurkštumo (Ra) reikšmėmis nuo 0,8 iki 3,2 µm. Šios charakteristikos užtikrina patikimą veikimą ir be defektų surinkimą aukštos rizikos srities taikymuose, tokiuose kaip aviacija ir medicinos prietaisai.
Kai kalbama apie gamybą, tikslumas iš esmės reiškia, kiek arti prie originaliai suprojektuoto yra gauta detalė. Tikslumas kita vertus labiau susijęs su nuosekliais rezultatais, gaminant to paties daikto kelias kopijas. Tai tampa labai svarbu prototipavimo etapuose. Paimkime turbinos mentes – net menkas 0,0005 colio skirtumas gali pažeisti oro srauto efektyvumą. Medicinos prietaisai yra kitas atvejis, kai didžiulis svarbumas tenka tikslumui. Šiems reikia paviršių, kurių šiurkštumo vidurkis būtų lygus mažiau nei 1,6 mikronai, kad tinkamai veiktų organizme nesukeldami problemų. Dėl šios priežasties CNC frezavimo staklės pastaruoju metu tapo tokios populiarėjančios. Jos užtikrina nuoseklų rezultatą iš kartos į kartą, todėl yra nepakeičiamos testuojant naujus dizainus prieš pradedant masinę gamybą.
Pasirinkiant tinkamą medžiagą CNC prototipavimui, reikia subalansuoti apdirbamumą, kainą ir našumą. Šiame palyginime pateikiami pagrindiniai kompromisai:
| Medžiaga | Darbomis | Kaina | Funkcinis našumas |
|---|---|---|---|
| Metalai | Aukštas, tačiau reikalauja standžių fiksavimo sistemų ir optimizuotų įrankių kelių. | Vidutinis iki aukšto, priklausomai nuo lydinio. | Puiki stiprumo ir šiluminės atsparumo savybė funkciniams bandymams. |
| Plastiko gaminiai | Puikus su mažomis pjaunamosiomis jėgomis; minimalus vibracijos rizikos pavojus. | Žemiausias iš visų, idealus biudžetiniams prototipų variantams. | Lengvas su stipriu cheminės atsparumu, tačiau mažiau ilgaamžis esant apkrovai. |
| Sudedamieji medžiagų | Sudėtingas dėl abrazyvių pluoštų; reikalauja specializuotos įrangos. | Aukščiausias dėl sudėtingo tvarkymo ir atliekų kiekio. | Išskirtinis stiprumo ir svorio santykis aukšto našumo taikymui. |
Aliuminis puikiai tinka tiksliai naštai atlaikančioms prototipų kūrimui, tačiau mašininimas užtrunka žymiai ilgiau, kai reikia labai siaurų tolerancijų. Plastikai – visiškai kitas dalykas: jie leidžia greitai ir pigiai atlikti iteracijas, bet dauguma jų esant apkrovai ilgai neatsilaiko. Kompozitinės medžiagos? Štai kur darosi įdomu. Jos suteikia aviacijos lygio našumą, apie kurį svajoja daugelis inžinierių, nors jų apdirbimas kainuoja apie 25–35 % brangiau nei standartiniai metaliniai komponentai, remiantis naujausiais gamybos ataskaitomis. Renkantis prototipų medžiagas, pagalvokite, kas svarbiausia. Pasirinkite metalą, jei svarbiausia konstrukcinė vientisumas, plastiką – formoms ir detalių suderinamumui patikrinti, o kompozitus palikite tiems atvejams, kai niekas kita nepadeda. Teisingas pasirinkimas ilgainiui sutaupo tiek laiko, tiek pinigų.
Efektyvus prototipavimas priklauso nuo integravimo su jūsų CNC frezavimo staklėmis CNC frezavimo mašina į sklandų darbo procesą. Dvi pagrindinės strategijos pagreitina patvirtinimą ir sumažina kartojimo ciklus.
Taikant CNC specifinius DFM nurodymus išvengiama nereikalingų delsimų. Pagrindiniai metodai apima:
Pagreitinti pereinant nuo skaitmeninio dizaino prie fizinio prototipo šiais būdais:
EN
