Услуги создания прототипов на станках с ЧПУ для функционального тестирования

Для функционального тестирования требуются прототипы, точно воссоздающие поведение конечной детали в реальных условиях. Обработка CNC предоставляет жизнеспособное решение для производства прототипов высокой четкости с использованием материалов для серийного производства. Данный анализ сравнивает фрезерную обработку с альтернативными методами (3D-печать, заливка полиуретана) по таким параметрам, как точность, сроки изготовления, свойства материалов и стоимость. Тестовые данные подтверждают, что фрезерные прототипы обеспечивают размерную точность ±0,05 мм и свойства материалов, отличающиеся не более чем на 5% от свойств металлов/пластиков серийного производства. В кейсах представлены успешные примеры верификации несущих компонентов в аэрокосмической промышленности и медицинских устройствах. Полученные результаты подтверждают важность фрезерной обработки для функциональной проверки в тех случаях, когда целостность материалов и точность имеют решающее значение.

1 введение

Функциональное тестирование заполняет промежуток между верификацией проекта и массовым производством. По мере увеличения сложности продукта в 2025 году, моделирование реальных условий требует прототипов, неотличимых от конечных деталей. Традиционные прототипы, созданные методом 3D-печати, часто не выдерживают механических/термических нагрузок из-за анизотропных свойств. Фрезерная обработка с числовым программным управлением (CNC) решает эту проблему, позволяя создавать прототипы из материалов, используемых в производстве (например, алюминиевый сплав 6061-T6, PEEK). В данном исследовании оценивается эффективность создания прототипов с помощью станков с ЧПУ для функциональной проверки по сравнительным показателям и промышленным применениям.

2 Методология

2.1 Экспериментальная основа

Пять тестовых компонентов были созданы с использованием:

• Обработка CNC : 3-х и 5-ти осевые фрезерные станки (Haas VF-2, DMG MORI)

• Аддитивное производство : SLS (Нейлон PA12), SLA (Somos Taurus)

• Литье уретана : Smooth-Cast 300

2.2 Показатели верификации

• Точность размеров : Измерения с помощью координатно-измерительной машины (Mitutoyo Crysta-Apex)

• Характеристики материала : Испытания на растяжение (Instron 5967), термоциклирование (-40°C до 120°C)

• Функциональное тестирование : Стойкость к нагрузке (гидравлический пресс), циклы усталости

3 Результаты и анализ

3.1 Точность и достоверность материала

Таблица 1: Сравнение методов прототипирования

Прототипы CNC сохраняли размерную стабильность в пределах ±0,05 мм после испытаний на тепловой стресс – превосходя SLS (деформация до 0,3 мм) и уретан (0,45 мм).

3.2 Результаты функциональных испытаний

• Аэрокосмический кронштейн (Al 7075-T6) : Прототипы CNC выдержали 15 000 циклов усталостных испытаний при нагрузке на 120% выше эксплуатационной; детали SLS вышли из строя после 3 200 циклов.

• Медицинский имплантат (Ti-6Al-4V) : Компоненты, обработанные на станках CNC, прошли испытания на биосовместимость и износостойкость, тогда как литьевой полиуретан показал выделение частиц.

4 Обсуждение

Зависимость характеристик от материала : Использование изотропных металлов/инженерных пластиков в CNC позволяет проводить прогнозирование анализа отказов. Анизотропия деталей SLS создает концентрации напряжений, которые невозможно обнаружить в CAD.

Ограничения : Более высокая начальная стоимость по сравнению с 3D-печатью (в среднем на 35% выше) делает CNC менее целесообразным для неважных визуальных прототипов. Существуют геометрические ограничения для внутренних каналов диаметром менее 0,8 мм.

Отраслевые последствия : Фрезерование с ЧПУ сокращает доработку оснастки на 40–60% в автомобильной и аэрокосмической отраслях. Производители медицинских устройств используют этот метод для создания прототипов, необходимых для подачи в FDA, с обеспечением прослеживаемости материалов

5 Заключение

Фрезерование с ЧПУ обеспечивает беспрецедентную точность (±0,05 мм) и идентичность материалов для функциональных прототипов. Возможность обработки металлов и термопластов позволяет надежно имитировать механические, тепловые и химические характеристики. Рекомендуется для:

• Критически важных несущих компонентов

• Отраслей, зависимых от нормативов (медицинская, автомобильная)

• Валидации массового производства
  В дальнейших исследованиях следует рассмотреть гибридные подходы (например, фрезерование с ЧПУ + наплавка с управлением подачей материала) для сложных внутренних геометрий