Por qué el mecanizado CNC sigue siendo la columna vertebral de los servicios de prototipos rápidos de alta precisión

En el entorno de desarrollo de productos de alta velocidad, los servicios de prototipos rápidos se consideran la base de las industrias de dispositivos automotrices, aeroespaciales y médicos. Si bien el nombre puede implicar solo la velocidad, el objeto principal de la prototipos rápidos no es solo eso, sino un proceso holístico que garantiza que un diseño esté listo para el cambio del concepto a la producción. Esto implica una validación funcional, pruebas estructurales y evaluación de factibilidad de mecanizado, tres pilares críticos que determinan si un prototipo puede resistir las condiciones del mundo real y cumplir con los requisitos de fabricación.

La validación funcional es cuando un prototipo hace su tarea prevista; Puede ser parte de un motor, decir un engranaje, o puede ser una parte del tablero de un automóvil. Las pruebas estructurales determinan la tolerancia de las piezas a tensiones, vibraciones y efectos ambientales. Mientras tanto, la evaluación de factibilidad de mecanizado asegura si el diseño puede producirse en masa sin obstáculos de calidad o el costo se dispara.

Estas necesidades desafían una cuestión clave de la creación de prototipos, es decir, combinar velocidad, precisión y confiabilidad. Si bien las tecnologías emergentes como la impresión 3D y la fabricación de aditivos continúan recibiendo atención, los servicios de mecanizado CNC siguen siendo la piedra angular de la prototipos rápidos de alta precisión.

Limitaciones de la impresión 3D y el aumento de la creación de prototipos de CNC

El aumento de la fabricación aditiva, especialmente la impresión 3D, ha transformado sin lugar a dudas los servicios de prototipos rápidos. Promete la libertad de diseño, los tiempos de respuesta cortos y menos desperdicio de material en el caso de geometrías complejas. Sin embargo, el mérito anterior de la impresión 3D está sujeto a limitaciones en situaciones que requieren alta precisión, durabilidad y calidad de la superficie.

Primero, la fuerza del material sigue siendo la deficiencia clave de la mayoría de las tecnologías de impresión 3D. Muchos procesos de fabricación aditivos utilizan materiales a base de polímeros o polvos metálicos. Estos materiales o polvos de metal no producen las mismas propiedades mecánicas logradas con metales de tocho o plásticos de grado de ingeniería utilizados en servicios de mecanizado CNC. Los miembros que se prueban para detectar estrés estructural o carga funcional a menudo fallan cuando se fabrican utilizando material de impresión 3D tradicional.

En segundo lugar, la precisión dimensional y las tolerancias alcanzables por la impresión 3D tienden a no alcanzar las del mecanizado CNC. La construcción basada en la capa introduce anisotropía y puede causar deformación, contracción y/o irregularidad, todo lo cual perjudica las tolerancias estrictas. El acabado superficial sigue siendo un desafío; Las piezas impresas a menudo necesitan un postprocesamiento para que sean suaves, lo que cuesta tiempo y complejidad.

Pero los prototipos mecanizados con CNC pueden estar hechos a partir de bloques de plástico de metal sólido o de grado de ingeniería y tienen propiedades mecánicas similares, mayor durabilidad, así como consistencia dimensional. Dichos atributos son importantes para los prototipos que se utilizarán para pruebas funcionales, conjuntos de precisión o validación regulatoria.

Mecanizado de CNC en servicios de prototipos rápidos

Aunque los servicios de prototipos rápidos proporcionan una gama de tecnologías, los servicios de mecanizado CNC pueden ser la opción de tecnología preferida bajo ciertas configuraciones de ingeniería. Hay tres dimensiones para ayudar a determinar su necesidad: necesidades materiales, precisión dimensional y complejidad estructural.

Requisitos materiales

Cuando se deben hacer componentes prototipo de metales de grado de producción como aluminio, titanio o acero inoxidable, o de plásticos de alto rendimiento como Peek o Delrin, entonces el mecanizado CNC es a menudo el único enfoque práctico. A diferencia de la impresión 3D, que tiene una variedad de material y limitaciones de autenticidad de material, los servicios de mecanizado CNC permiten la creación de prototipos con el material idéntico a los componentes de producción finales. Esta fidelidad del material es esencial para situaciones en las que las piezas prototipo se colocan a través de pruebas mecánicas/térmicas/químicas del mundo real.

Precisión dimensional

Las tolerancias pueden ser tan estrictas como ± 0.01 mm en industrias como la ingeniería aeroespacial, médica y automotriz, entre muchos otros. Los servicios de mecanizado CNC pueden reproducir continuamente tales tolerancias, y es esencial para certificar el ajuste, la alineación y el ensamblaje. Además, la impresión 3D está libre de problemas típicos de cambio de capa o deformación, y por lo tanto, la integridad geométrica se asegura incluso en el caso de piezas de paredes delgadas o complejas.

Complejidad estructural

Aunque la impresión 3D es adecuada para una variedad de formas orgánicas y cavidades internas, los servicios de mecanizado CNC son mejores cuando se requiere una geometría compleja externas, aberturas de precisión perforadas y superficies de apareamiento planas. Los prototipos no maquinados que interactúan con las piezas existentes, como carcasas mecánicas, piezas del motor y accesorios, necesitan la rigidez y la repetibilidad del mecanizado CNC para las pruebas de ensamblaje.

Racionalización de la transición de creación de prototipos a producción

La creación de prototipos de CNC ayuda a los ingenieros a identificar fallas de diseño pronto a través de modelos físicos muy precisos. Antes de realizar la costosa inversión de herramientas, las piezas mecanizadas a las tolerancias de grado de producción expondrán cualquier desalineación, problemas de interferencia o problemas de fabricación. Tal retroalimentación del mundo real acelera las iteraciones de diseño y reduce la posibilidad de modificar el diseño en etapa tardía.

Además, dado que los mismos equipos y procesos CNC se pueden aplicar a la creación de prototipos y para ejecuciones de producción de bajo volumen, cambiar a lotes de producción iniciales no se obstruye. Las ganancias del cliente consisten en la igualdad de prototipos y la calidad final de la parte del producto, lo que disminuye los retrasos de validación.

Por ejemplo, en aplicaciones automotrices, los servicios de mecanizado CNC permiten a los fabricantes prototipos de un soporte de metal de trabajo o una parte del motor sometida a pruebas de durabilidad. Una vez validado, las mismas rutas de mecanizado podrían ampliarse para la producción para carreras limitadas, mientras que las herramientas para la producción en masa entran en línea. Dicha continuidad maximiza el tiempo de comercialización y la confiabilidad de producción.

Conclusión

A pesar del aumento de las nuevas tecnologías de fabricación, el mecanizado CNC continúa desempeñando un papel insustituible en la prototipos rápidos, especialmente cuando la precisión, la repetibilidad y la versatilidad del material son primordiales. Su capacidad para cerrar la brecha entre el concepto y la producción con velocidad y precisión asegura que los ingenieros y desarrolladores de productos puedan dar vida a prototipos confiables. A medida que crecen las demandas de calidad y eficiencia, el mecanizado CNC sigue siendo no solo relevante, sino esencial para la creación de prototipos de alta precisión en el panorama competitivo actual.