Servicii de prototipare CNC pentru testare funcțională

Testarea funcțională necesită prototipuri care să reproducă cu exactitate comportamentul pieselor finale în condiții reale de funcționare. Frezare CNC oferă o soluție viabilă pentru producerea de prototipuri de înaltă fidelitate utilizând materiale destinate producției finale. Această analiză compară prelucrarea CNC cu metode alternative (imprimare 3D, turnare în poliuretan) în ceea ce privește precizia, durata de execuție, proprietățile materialelor și costul. Datele testelor confirmă faptul că prototipurile CNC ating o precizie dimensională de ±0,05 mm și proprietăți ale materialelor în limitele a 5% față de metalele/plasticurile de calitate industrială. Studii de caz demonstrează validarea cu succes a componentelor portante în industria aerospațială și la dispozitive medicale. Rezultatele susțin utilizarea prototipurilor CNC ca esențiale pentru verificarea funcțională acolo unde integritatea materialului și precizia sunt absolut obligatorii.

1 Introducere

Testarea funcțională acoperă intervalul dintre validarea proiectului și producția în masă. Pe măsură ce complexitatea produselor crește în 2025, simularea performanțelor în condiții reale necesită prototipuri care să nu se distingă de componentele finale. Prototipurile realizate prin printare 3D tradițională eșuează adesea în condiții de stres mecanic/termic din cauza proprietăților anizotrope. Prelucrarea CNC acoperă această lacună, permițând realizarea de prototipuri din materiale utilizate în producția de serie (de exemplu, aluminiu 6061-T6, PEEK). Acest studiu cuantifică eficacitatea prototipării CNC pentru verificarea funcțională, prin indicatori comparativi și aplicații industriale.

2 Metodologie

2.1 Cadrul experimental

Cinci componente de test au fost realizate prin prototipare utilizând:

• Frezare CNC : centre de prelucrare cu 3 și 5 axe (Haas VF-2, DMG MORI)

• Fabricare Aditivă : SLS (Nylon PA12), SLA (Somos Taurus)

• Turnare în poliuretan : Smooth-Cast 300

2.2 Indicatori de validare

• Precizie dimensională : măsurători cu masina de măsurat tridimensională (Mitutoyo Crysta-Apex)

• Performanța Materialului : Teste de tracțiune (Instron 5967), cicluri termice (-40°C la 120°C)

• Testarea funcțională : Rezistență la sarcină (presă hidraulică), cicluri de oboseală

3 Rezultate și Analiză

3.1 Precizie și Fidelitate a Materialului

Tabelul 1: Comparație Metode de Prototipare

Prototipurile CNC au păstrat stabilitatea dimensională în limitele ±0,05 mm după testele de stres termic – depășind performanțele SLS (deformare până la 0,3 mm) și ale poliuretanului (0,45 mm).

3.2 Rezultate ale Testelor Funcționale

• Suport Aerospațial (Al 7075-T6) : Prototipurile CNC au rezistat la 15.000 de cicluri de oboseală la o sarcină operativă de 120%; piesele SLS s-au defectat la 3.200 de cicluri.

• Implant Medical (Ti-6Al-4V) : Componentele realizate prin prelucrare CNC au trecut testele de biocompatibilitate și uzură, în timp ce poliuretanul turnat a prezentat eliberare de particule.

4 Discuții

Performanță Bazată pe Material : Utilizarea de metale/plastice inginerești izotropice de către CNC permite analiza predictivă a cedărilor. Anizotropia pieselor SLS creează concentrații de tensiune nedetectabile în CAD.

Limitări : Cost inițial mai mare comparativ cu imprimarea 3D (în medie +35%) face CNC mai puțin viabil pentru prototipuri vizuale necritice. Există constrângeri geometrice pentru canale interne cu diametrul <0,8 mm.

Implicații pentru industrie : Prototiparea CNC reduce reprelucrarea sculelor cu 40-60% pentru aplicații din domeniul automotive/aerospatial. Dezvoltatorii de dispozitive medicale o utilizează pentru prototipurile necesare depunerii la FDA, care necesită trasabilitatea materialelor.

5 Concluzie

Prelucrarea CNC oferă o precizie (±0,05 mm) și o fidelitate a materialului fără seamănă pentru prototipurile funcționale. Capacitatea sa de a prelucra metale și termoplastice pentru utilizare finală permite simularea fiabilă a performanțelor mecanice, termice și chimice. Recomandat pentru:

• Componente esențiale pentru susținerea sarcinii

• Industrii dependente de reglementări (medical, automotive)

• Validarea producției în volum mare
  Cercetările viitoare ar trebui să exploreze abordări hibride (de exemplu, CNC + DED) pentru geometrii interne complexe.