Por que a usinagem CNC ainda é a espinha dorsal dos serviços de prototipagem rápida de alta precisão

No ambiente de desenvolvimento de produtos de alta velocidade, os serviços de prototipagem rápida são considerados a base para as indústrias automotivas, aeroespaciais e de dispositivos médicos. Embora o nome possa implicar apenas acelerar, o principal objetivo da prototipagem rápida não é apenas isso, mas um processo holístico que garante que um design esteja pronto para a mudança do conceito para a produção. Isso implica uma validação funcional, testes estruturais e avaliação de viabilidade de usinagem-três pilares críticos que determinam se um protótipo pode suportar condições do mundo real e atender aos requisitos de fabricação.

A validação funcional é quando um protótipo faz sua tarefa pretendida; Pode fazer parte de um motor, digamos uma engrenagem ou pode ser uma parte do painel de um carro. O teste estrutural determina a tolerância das partes a tensões, vibrações e efeitos ambientais. Enquanto isso, a avaliação da viabilidade da usinagem garante se o design pode ser produzido em massa sem dificultar a qualidade ou o aumento de custos.

Essas necessidades desafiam uma questão importante da prototipagem, ou seja, combinar velocidade, precisão e confiabilidade. Enquanto tecnologias emergentes como impressão 3D e fabricação aditiva continuam a ganhar atenção, os serviços de usinagem CNC continuam sendo a pedra angular da prototipagem rápida de alta precisão.

Limitações da impressão 3D e a ascensão da prototipagem CNC

A ascensão da fabricação aditiva, especialmente a impressão 3D, transformou inegavelmente os serviços de prototipagem rápida. Promete liberdade de design, tempos de resposta curtos e menos desperdício de material no caso de geometrias complexas. No entanto, o mérito acima da impressão 3D está sujeito a limitações em situações que requerem alta precisão, durabilidade e qualidade da superfície.

Primeiro, a força do material ainda é a principal deficiência da maioria das tecnologias de impressão 3D. Muitos processos de fabricação aditivos usam materiais baseados em polímeros ou pós de metal. Esses materiais ou pós de metal não produzem as mesmas propriedades mecânicas alcançadas com metais de tarugos ou plásticos de engenharia usados ​​em serviços de usinagem CNC. Os membros que são testados quanto ao estresse estrutural ou carga funcional geralmente falham quando são feitos usando o material de impressão 3D tradicional.

Em segundo lugar, a precisão e as tolerâncias dimensionais atingidas pela impressão 3D tendem a ficar aquém das usinas de CNC. A construção baseada em camada introduz a anisotropia e pode causar deformação, encolhimento e/ou irregularidade-os quais prejudicam tolerâncias rígidas. O acabamento superficial continua sendo um desafio; As peças impressas geralmente precisam de algum pós-processamento para torná-las suaves, o que custa tempo e complexidade.

Mas os protótipos usinados com CNC podem ser feitos de blocos de plástico de metal sólido ou de engenharia e possuem propriedades mecânicas semelhantes, maior durabilidade e consistência dimensional. Tais atributos são importantes para protótipos que serão usados ​​para testes funcionais, montagens de precisão ou validação regulatória.

Usinagem CNC em serviços de prototipagem rápida

Embora os serviços de prototipagem rápida forneçam uma gama de tecnologias, os serviços de usinagem CNC podem ser a opção de tecnologia preferida sob certas configurações de engenharia. Existem três dimensões para ajudar a determinar sua necessidade: necessidades materiais, precisão dimensional e complexidade estrutural.

Requisitos de material

Quando os componentes do protótipo devem ser feitos de metais de grau de produção, como alumínio, titânio ou aço inoxidável, ou de plásticos de alto desempenho, como Peek ou Delrin, a usinagem CNC geralmente é a única abordagem prática. Diferentemente da impressão 3D, que possui limitações de autenticidade de variedade e material, os serviços de usinagem CNC permitem prototipagem usando material idêntico aos componentes finais de produção. Essa fidelidade de material é essencial para situações em que as peças do protótipo são colocadas através de testes mecânicos/térmicos/químicos do mundo real.

Precisão dimensional

As tolerâncias podem ser tão apertadas quanto ± 0,01 mm em indústrias como aeroespacial, dispositivos médicos e engenharia automotiva, entre muitos outros. Os serviços de usinagem CNC podem reproduzir continuamente essas tolerâncias e é essencial para certificar o ajuste, o alinhamento e a montagem. Além disso, a impressão 3D está livre de problemas típicos de mudança ou distorção de camadas e, portanto, a integridade geométrica é garantida mesmo no caso de peças de paredes finas ou complexas.

Complexidade estrutural

Embora a impressão 3D seja adequada para uma variedade de formas orgânicas e cavidades internas, os serviços de usinagem CNC são melhores quando são necessárias uma geometria complexa externa, aberturas de precisão e superfícies de acasalamento. Protótipos não usinados que interagem com peças existentes, como caixas mecânicas, peças do motor e acessórios, precisam da rigidez e repetibilidade da usinagem CNC para testes de montagem.

Racionalizar a transição de prototipagem para produção

A prototipagem CNC ajuda os engenheiros a identificar falhas de design em breve através de modelos físicos muito precisos. Antes de fazer o investimento dispendioso de ferramentas, as peças usinadas a tolerâncias de grau de produção exporão quaisquer desalinhamentos, problemas de interferência ou problemas de fabricação. Esse feedback do mundo real acelera as iterações de design e reduz a possibilidade de modificação do design em estágio avançado.

Além disso, uma vez que os mesmos equipamentos e processos CNC podem ser aplicados aos resultados dos protótipos e para as execuções de produção de baixo volume, a mudança para lotes iniciais de produção se torna desobstruída. Os ganhos do cliente consistem em prototipagem igual e qualidade final da peça do produto, diminuindo assim os atrasos na validação.

Por exemplo, em aplicações automotivas, os serviços de usinagem CNC permitem que os fabricantes prototipem um suporte de metal em funcionamento ou uma parte do motor sujeita a testes de durabilidade. Uma vez validado, os mesmos caminhos de usinagem podem ser dimensionados para produção para corridas limitadas, enquanto as ferramentas para a produção em massa ficaram on -line. Essa continuidade maximiza o tempo de mercado e a confiabilidade da produção.

Conclusão

Apesar do aumento de novas tecnologias de fabricação, a usinagem do CNC continua a desempenhar um papel insubstituível na prototipagem rápida - especialmente quando a precisão, a repetibilidade e a versatilidade material são fundamentais. Sua capacidade de preencher a lacuna entre conceito e produção com velocidade e precisão garante que os engenheiros e os desenvolvedores de produtos possam dar vida a protótipos confiáveis. À medida que as demandas por qualidade e eficiência crescem, a usinagem do CNC permanece não apenas relevante, mas essencial para a prototipagem de alta precisão no cenário competitivo de hoje.