Послуги по створенню прототипів на CNC-верстатах для функціонального тестування

Для функціонального тестування потрібні прототипи, які точно відтворюють поведінку кінцевих деталей за реальних умов. Обробка CNC пропонує ефективне рішення для виготовлення прототипів високої якості з використанням матеріалів, призначених для серійного виробництва. Цей аналіз порівнює фрезерування з іншими методами (3D-друк, лиття уретану) за точністю, терміном виготовлення, властивостями матеріалів та вартістю. Тестові дані підтверджують, що фрезеровані прототипи досягають розмірної точності ±0,05 мм та властивостей матеріалів, які відрізняються не більше ніж на 5% від серійних металів/пластиків. Наведено приклади успішного тестування силових компонентів у авіації та медичних пристроях. Результати підтверджують важливість фрезерування для функціональної перевірки, коли якість матеріалу та точність мають критичне значення.

1 Вступ

Функціональне тестування забезпечує перехід між перевіркою проекту та масовим виробництвом. У міру зростання складності продуктів у 2025 році, моделювання роботи в реальних умовах вимагає наявності прототипів, які не відрізняються від остаточних деталей. Традиційні прототипи, виготовлені методом 3D-друку, часто не витримують механічних/теплових навантажень через анізотропні властивості матеріалів. Це питання можна вирішити за допомогою обробки на верстатах з числовим програмним керуванням (CNC), яка дозволяє виготовлювати прототипи з матеріалів, придатних для серійного виробництва (наприклад, алюміній 6061-T6, PEEK). У цьому дослідженні кількісно оцінюється ефективність прототипування на CNC для функціональної перевірки шляхом порівняльного аналізу показників та промислового застосування.

2 Методологія

2.1 Експериментальна база

П'ять тестових компонентів було прототиповано з використанням:

• Обробка CNC : 3-вісні та 5-вісні фрезерні верстати (Haas VF-2, DMG MORI)

• Додаткове виробництво : SLS (Нейлон PA12), SLA (Somos Taurus)

• Формування уретану : Smooth-Cast 300

2.2 Метрики верифікації

• Точність розмірів : Вимірювання на координатно-вимірювальних машинах (Mitutoyo Crysta-Apex)

• Характеристики матеріалу : Випробування на розрив (Instron 5967), термоциклування (-40°C до 120°C)

• Функціональні випробування : Витривалість при навантаженні (гідравлічний прес), цикли втомлення

3 Результати та Аналіз

3.1 Точність та Вірність матеріалу

Таблиця 1: Порівняння методів прототипування

Прототипи з ЧПК зберігали розмірну стабільність у межах ±0,05 мм після термічного стресового тестування – краще, ніж у SLS (деформація до 0,3 мм) та уретану (0,45 мм).

3.2 Результати функціональних тестів

• Авіаційна скоба (Al 7075-T6) : Прототипи з ЧПК витримали 15 000 циклів стомлення при 120% експлуатаційного навантаження; деталі SLS вийшли з ладу на 3 200 циклах.

• Медичний імплантат (Ti-6Al-4V) : Компоненти, оброблені на верстатах з ЧПК, пройшли тести на біосумісність і зношування, тоді як литий уретан виділяв частинки.

4 Обговорення

Вплив матеріалу на продуктивність : Використання ізотропних металів/інженерних пластиків у верстатах з ЧПК дозволяє передбачити аналіз відмов. Анізотропність деталей SLS створює концентрації напружень, які не виявляються в CAD.

Обмеження : Вища початкова вартість порівняно з 3D-друком (у середньому +35%) робить фрезерування менш ефективним для несуттєвих візуальних прототипів. Існують геометричні обмеження для внутрішніх каналів діаметром <0,8 мм.

Вплив на галузь : Прототипування на CNC-верстатах скорочує потребу в доопрацюванні оснащення на 40–60% у автомобільній/авіаційній галузях. Розробники медичного обладнання використовують його для прототипів, необхідних для подання в FDA, де потрібна просування матеріалів.

5 Висновок

Фрезерування забезпечує неперевершену точність (±0,05 мм) і вірність матеріалу для функціональних прототипів. Здатність обробляти фінальні метали та термопластики дозволяє надійно моделювати механічні, теплові та хімічні характеристики. Рекомендується для:

• Критичних несучих компонентів

• Галузей, що регулюються нормативами (медична, автомобільна)

• Валідації масового виробництва
  Майбутні дослідження мають дослідити гібридні підходи (наприклад, CNC + DED) для складних внутрішніх геометрій.