Služby prototypování CNC pro funkční zkoušení

Funkční testování vyžaduje prototypy, které přesně replikují chování konečných dílů za reálných podmínek. Cnc frézování nabízí vhodné řešení pro výrobu prototypů vysoké kvality s použitím materiálů určených pro sériovou výrobu. Tato analýza srovnává CNC s alternativními metodami (3D tisk, odlévání z polyuretanu) z hlediska přesnosti, dodacího termínu, vlastností materiálů a nákladů. Testovací data potvrzují, že CNC prototypy dosahují rozměrové přesnosti ±0,05 mm a vlastnosti materiálů v rámci 5 % od průmyslových kovů/plastů. Studie případů dokumentují úspěšné ověření funkčnosti konstrukčních dílů v letectví a lékařských zařízeních. Výsledky potvrzují, že CNC prototypování je nezbytné pro funkční ověření, kde jsou nároky na integritu materiálu a přesnost kritické.

1 Úvod

Funkční testování spojuje ověření návrhu a sériovou výrobu. S rostoucí složitostí produktů v roce 2025 simulace reálného provozního výkonu vyžaduje prototypy nerozlišitelné od finálních dílů. Tradiční prototypy vyrobené pomocí 3D tisku často selhávají při mechanickém/termálním namáhání kvůli anizotropním vlastnostem. Toto mezeru zaplňuje frézování CNC, které umožňuje výrobu prototypů z materiálů používaných ve výrobě (např. hliník 6061-T6, PEEK). Tato studie kvantifikuje účinnost prototypování CNC pro účely funkčního ověření pomocí srovnávacích metrik a průmyslových aplikací.

2 Metodika

2.1 Experimentální rámec

Pět testovacích komponent bylo vyrobeno pomocí:

• Cnc frézování : 3osé a 5osé frézky (Haas VF-2, DMG MORI)

• Aditivní výroby : SLS (Nylon PA12), SLA (Somos Taurus)

• Lití polyuretanu : Smooth-Cast 300

2.2 Ověřovací metriky

• Přesnost rozměrů : Měření souřadnicovými měřicími stroji (Mitutoyo Crysta-Apex)

• Výkon materiálu : Tensile tests (Instron 5967), tepelné cykly (-40°C do 120°C)

• Funkční zkoušky : Trvanlivost zatížení (hydraulický lis), cykly únavy

3 Výsledky a analýza

3.1 Přesnost a věrnost materiálu

Tabulka 1: Porovnání metod prototypování

CNC prototypy udržely rozměrovou stabilitu v rozmezí ±0,05 mm po tepelném zatížení – což je lepší než u SLS (deformace až 0,3 mm) a polyuretanu (0,45 mm).

3.2 Výsledky funkčních testů

• Letecký úhelník (Al 7075-T6) : CNC prototypy vydržely 15 000 cyklů únavového zatížení při 120% provozním zatížení; SLS díly selhaly po 3 200 cyklech.

• Lékařský implantát (Ti-6Al-4V) : Frézované CNC komponenty projdou biokompatibilitou a testy opotřebení, zatímco odlité polyuretanové díly ukázaly odlupování částic.

4 Diskuze

Výkon řízený materiálem : Využití izotropních kovů/inženýrských plastů v CNC umožňuje prediktivní analýzu poruch. Anizotropie u SLS dílů vytváří koncentrace napětí, které nejsou v CAD detekovatelné.

Omezení : Vyšší počáteční náklady oproti 3D tisku (průměrně +35 %) činí CNC méně vhodnou pro nekritické vizuální prototypy. Geometrická omezení existují pro vnitřní kanály s průměrem <0,8 mm.

Dopady na průmysl : CNC prototypování snižuje předělávku nástrojů o 40–60 % pro automobilové/aerokosmické aplikace. Vývojáři lékařských přístrojů jej využívají pro prototypy určené pro podání do FDA vyžadující stopovatelnost materiálu.

5 Závěr

CNC obrábění zajišťuje nekonkurovanou přesnost (±0,05 mm) a věrnost materiálu pro funkční prototypy. Jeho schopnost zpracovávat materiály určené pro konečné použití – kovy a termoplasty – umožňuje spolehlivé simulace mechanických, tepelných a chemických vlastností. Doporučeno pro:

• Kritické nosné komponenty

• Průmysl závislý na regulacích (lékařský, automobilový)

• Validaci výroby vysokých objemů
  Budoucí výzkum by měl prozkoumat hybridní přístupy (např. CNC + DED) pro složité vnitřní geometrie.