CNC prototipavimo paslaugos funkcionalumo testavimui

Funkcinis testavimas reikalauja prototipų, kurie tiksliai atkurtų galutinių detalių elgesį realiomis sąlygomis. CNC talpyba pasiūlo veiksmingą sprendimą aukštos kokybės prototipams gaminti naudojant galutinės produkcijos medžiagas. Ši analizė palygina CNC su kitomis metodais (3D spausdintuvu, uretano liejimu) pagal tikslumą, pristatymo laiką, medžiagos savybes ir kainą. Testavimo duomenys patvirtina, kad CNC prototipai pasiekia ±0,05 mm matmenų tikslumą ir medžiagos savybes, kurios yra 5 % nuo pramoninių lygio metalų/plastikų. Atvejų tyrimai parodo sėkmingą apkrovą laikančių komponentų patvirtinimą aviacijoje ir medicinos įrenginiuose. Rezultatai rodo, kad CNC prototipavimas yra kritiškai svarbus funkcionalumo patvirtinimui, kai medžiagos vientisumas ir tikslumas yra privalomi.

1 Įvadas

Funkcinis testavimas jungia dizaino patvirtinimą ir masinę gamybą. Didėjant produkto sudėtingumui 2025 m., realaus pasaulio naudojimo imitavimas reikalauja prototipų, kurie būtų nesiskiriantys nuo galutinių detalių. Tradiciniai 3D spausdinti prototipai dažnai neatsako į mechaninį/termalinį krūvį dėl anizotropinių savybių. CNC apdirbimas išspręndžia šią problemą, nes leidžia gaminti prototipus iš pramonės lygio medžiagų (pvz., 6061-T6 aliuminio, PEEK). Šis tyrimas kiekybiškai įvertina CNC prototipavimo veiksmingumą funkcinei patikrai naudojant palyginamuosius rodiklius ir pramones taikymus.

2 Metodika

2.1 Eksperimentinė struktūra

Penkios testavimo detalės buvo sukurtos naudojant:

• CNC talpyba : 3 ašių ir 5 ašių frezavimo stakles (Haas VF-2, DMG MORI)

• Adityvinė gamyba : SLS (Nylon PA12), SLA (Somos Taurus)

• Poliuretano liejimas : Smooth-Cast 300

2.2 Patvirtinimo rodikliai

• Matmenų tikslumas : CMM matavimus (Mitutoyo Crysta-Apex)

• Medžiagos našumas : Įtempimo bandymai (Instron 5967), terminis ciklininkas (-40°C iki 120°C)

• Funkcinis testavimas : apkrovos ištvermė (hidraulinis presas), nuovargio ciklai

3 Rezultatai ir analizė

3.1 Tikslumas ir medžiagos tikrumas

1 lentelė: Prototipavimo metodų palyginimas

CNC prototipai išlaikė dimensinę stabilumą ±0,05 mm po terminio streso testavimo – geriau nei SLS (išlinkimas iki 0,3 mm) ir poliuretanas (0,45 mm).

3.2 Funkciniai testavimo rezultatai

• Aviacijos skersininkas (Al 7075-T6) : CNC prototipai išlaikė 15 000 apkrovos ciklų esant 120 % eksploatacinės apkrovos; SLS detalės sugedo po 3 200 ciklų.

• Medicininis implantas (Ti-6Al-4V) : CNC apdirbtos detalės išlaikė biologinio suderinamumo ir nubrozdinimo testus, o liejimo poliuretano detalėse buvo pastebėti dalelių atsiskyrimas.

4 Aptarimas

Medžiagos sąlygotos našumo savybės : CNC naudojant izotropines metalines/inžinerines plastikas leidžia atlikti prognozuojamą gedimų analizę. SLS dalių anizotropija sukuria įtampų koncentracijas, kurios nėra aptinkamos CAD.

Ribotumai : Aukštesnė pradinė kaina lyginant su 3D spausdintuvu (vid. +35 %) verčia CNC mažiau tinkamą naudoti neesminiams vizualiniams prototipams. Geometriniai apribojimai taikomi vidinėms kameroms <0,8 mm skersmens.

Pramonės implikacijos : CNC prototipavimas sumažina įrankių perdirbimą 40–60% automobilių/avialinėms aplikacijoms. Medicinos prietaisų kūrėjai jį naudoja FDA pateikimo prototipams, kuriems reikia medžiagos sekamumo.

5 Išvados

CNC apdirbimas suteikia nepaprastą tikslumą (±0,05 mm) ir medžiagos tikrumą funkciniams prototipams. Jo gebėjimas apdoroti galutinius metalus ir termoplastikus leidžia patikimai modeliuoti mechaninę, terminę ir cheminę našumą. Rekomenduojama naudoti:

• Kritiškai apkraunamiems komponentams

• Reguliavimo priklausomiems sektoriams (medicina, automobiliai)

• Didesnių apimčių gamybos validavimui
  Ateities tyrimai turėtų nagrinėti hibridines technologijas (pvz., CNC + DED) sudėtingoms vidinėms geometrijoms.