В чем разница между быстрым прототипированием на станках с ЧПУ и литьем под давлением для прототипирования?

Когда дело доходит до прототипирования, выделяются два популярных метода: быстрое прототипирование с ЧПУ и литье под давлением. Как поставщик средств быстрого прототипирования с ЧПУ, я лично стал свидетелем уникальных характеристик и применения обоих методов. В этом блоге я углублюсь в различия между этими двумя методами прототипирования, чтобы помочь вам принять обоснованное решение для вашего следующего проекта.

1. Обзор процесса

Быстрое прототипирование с ЧПУ

Быстрое прототипирование с ЧПУ (компьютерное числовое управление) представляет собой субтрактивный производственный процесс. Все начинается с твердого блока материала, который может быть металлом, пластиком, деревом или композитом. В этом процессе используется предварительно запрограммированное компьютерное программное обеспечение для управления движением режущих инструментов. Эти инструменты постепенно удаляют материал из блока, чтобы создать желаемую форму.

Например, если вам нуженПрототип крышки подушки безопасности, станок с ЧПУ будет следовать определенному набору инструкций для резки, сверления и фрезерования материала до тех пор, пока не будет достигнута точная форма крышки подушки безопасности. Этот метод обеспечивает высокую точность и позволяет создавать изделия сложной геометрии с жесткими допусками.

Литье под давлением для прототипирования

Литье под давлением – это процесс литья, при котором расплавленный металл нагнетается в полость формы под высоким давлением. Пресс-форма, также известная как матрица, обычно изготавливается из стали и имеет форму, обратную желаемой детали. Как только расплавленный металл впрыскивается в матрицу, он охлаждается и затвердевает, принимая форму полости.

Например, при созданииПрототип полки шассиСначала изготавливается матрица в соответствии с конструкцией полки шасси. Затем в матрицу впрыскивают расплавленный металл, и после охлаждения прототип полки шасси удаляют. Этот процесс подходит для производства большого количества деталей стабильного качества.

2. Выбор материала

Быстрое прототипирование с ЧПУ

Одним из существенных преимуществ быстрого прототипирования с ЧПУ является широкий диапазон совместимости материалов. Он может работать с различными металлами, включая алюминий, сталь, латунь и титан. В категории пластика обычно используются такие материалы, как АБС-пластик, поликарбонат и нейлон. Такая гибкость позволяет дизайнерам выбирать наиболее подходящий материал на основе требуемых механических свойств прототипа, таких как прочность, долговечность и термостойкость.

Например, если прототип должен выдерживать высокие температуры, можно выбрать термостойкий пластик или жаропрочный сплав. Кроме того, обработка с ЧПУ также может работать с древесиной и композитными материалами, что полезно для создания прототипов с уникальными эстетическими или функциональными требованиями.

Литье под давлением для прототипирования

Литье под давлением в основном используется с такими металлами, как алюминий, цинк и магний. Эти металлы обладают хорошей текучестью в расплавленном состоянии, что важно для равномерного заполнения полости матрицы. Алюминий является популярным выбором из-за его легкого веса, высокого соотношения прочности к весу и хорошей коррозионной стойкости. Цинк часто используется для изготовления более мелких и детализированных деталей из-за его превосходных литейных свойств и более низкой температуры плавления.

Однако варианты материалов при литье под давлением относительно ограничены по сравнению с быстрым прототипированием на станках с ЧПУ. Это может быть недостатком, если для прототипа требуется неметаллический материал или особый сплав, который не подходит для литья под давлением.

3. Точность и терпимость

Быстрое прототипирование с ЧПУ

Быстрое прототипирование с ЧПУ известно своей высокой точностью. Современные станки с ЧПУ могут достигать допусков до ±0,005 дюйма (±0,127 мм) или даже лучше, в зависимости от возможностей станка и обрабатываемого материала. Такой уровень точности делает его идеальным для создания прототипов сложной геометрии и критических размеров.

Например, при производствеПрототип обработки резьбы и сверления с ЧПУСтанок с ЧПУ может точно сверлить отверстия, нарезать резьбу и фрезеровать поверхности в соответствии с точными спецификациями. Возможность с высокой точностью управлять движением режущего инструмента обеспечивает постоянство размеров прототипа и соблюдение необходимых допусков.

Литье под давлением для прототипирования

Хотя литье под давлением позволяет производить детали с хорошей размерной точностью, допуски, как правило, не такие жесткие, как при быстром прототипировании с ЧПУ. Усадка металла при охлаждении и износ штампа с течением времени могут повлиять на размеры детали. Типичные допуски при литье под давлением варьируются от ±0,005 дюйма (±0,127 мм) до ±0,010 дюйма (±0,254 мм), в зависимости от размера и сложности детали.

Однако при крупномасштабном производстве литье под давлением все же может обеспечить приемлемую точность для многих применений. Ключевым моментом является тщательное проектирование штампа и детали, чтобы минимизировать отклонения в размерах.

4. Срок изготовления

Быстрое прототипирование с ЧПУ

Быстрое прототипирование с ЧПУ известно своим относительно коротким временем производства, особенно при мелкосерийном производстве. После завершения проектирования и создания программы ЧПУ процесс обработки может начаться немедленно. Для простых прототипов время производства может составлять всего несколько часов.

Однако для более сложных деталей со сложной геометрией время изготовления может значительно увеличиться. Это связано с тем, что для создания детали станку с ЧПУ необходимо выполнить несколько операций, таких как фрезерование, сверление и токарная обработка. Кроме того, время настройки станка, включая выбор и калибровку инструмента, также может увеличить общее время производства.

Литье под давлением для прототипирования

Литье под давлением занимает больше времени по сравнению с быстрым прототипированием на станках с ЧПУ. Первым шагом является проектирование и изготовление матрицы, что может занять несколько недель или даже месяцев, в зависимости от сложности матрицы. Когда штамп готов, сам процесс литья происходит относительно быстро. Однако, учитывая время, необходимое для изготовления штампа, общее время производства прототипа, отлитого под давлением, обычно больше, чем время изготовления прототипа, обработанного на станке с ЧПУ.

Такое длительное время выполнения заказа может стать недостатком, если вам нужно быстро получить прототип для проверки конструкции или тестирования рынка.

5. Стоимость

Быстрое прототипирование с ЧПУ

Стоимость быстрого прототипирования с ЧПУ зависит от нескольких факторов, включая материал, сложность детали и количество. Для мелкосерийного производства обработка на станке с ЧПУ зачастую более эффективна с точки зрения затрат, поскольку нет необходимости в дорогостоящих инструментах, таких как штампы. Основными составляющими затрат являются стоимость материала, машинное время и труд.

Однако по мере увеличения количества стоимость детали может незначительно снизиться, поскольку каждая деталь обрабатывается индивидуально. Это делает быстрое прототипирование с ЧПУ менее подходящим для крупномасштабного производства.

Литье под давлением для прототипирования

Литье под давлением имеет высокую первоначальную стоимость из-за необходимости проектирования и изготовления штампа. Процесс изготовления штампа включает прецизионную механическую и термическую обработку, что может быть дорогостоящим. Однако при крупносерийном производстве стоимость детали значительно снижается, поскольку матрицу можно использовать для изготовления нескольких деталей.

Поэтому, если вы планируете производить большое количество прототипов или деталей для конечного использования, литье под давлением может оказаться более экономически эффективным вариантом в долгосрочной перспективе.

6. Отделка поверхности

Быстрое прототипирование с ЧПУ

Быстрое прототипирование с ЧПУ позволяет добиться широкого спектра отделки поверхности. Качество поверхности зависит от используемых режущих инструментов, параметров обработки и операций постобработки. Используя режущие инструменты с мелким шагом и соответствующие скорости обработки и подачи, можно получить гладкую поверхность.

Операции постобработки, такие как шлифовка, полировка и анодирование, могут еще больше улучшить качество поверхности. Это позволяет дизайнерам создавать прототипы с качественным внешним видом, что важно для презентации продукта и его тестирования на рынке.

Литье под давлением для прототипирования

Поверхностная обработка отлитых под давлением деталей обычно более шероховатая по сравнению с деталями, обработанными на станках с ЧПУ. Это связано с тем, что расплавленный металл может вызвать дефекты поверхности, такие как пористость и блики, в процессе литья. Однако для улучшения качества поверхности можно использовать операции последующей обработки, такие как дробеструйная очистка, шлифовка и гальваническое покрытие.

Выбор отделки поверхности также зависит от качества поверхности штампа. Хорошо обработанная матрица позволяет производить детали с лучшим внешним видом поверхности, но это также увеличивает стоимость изготовления матрицы.

7. Когда выбирать каждый метод

Быстрое прототипирование с ЧПУ

• Мелкосерийное производство: Если вам нужно всего несколько прототипов для проверки проекта или тестирования концепции, быстрое прототипирование с ЧПУ — отличный выбор. Это позволяет быстро изготавливать детали без необходимости использования дорогостоящей оснастки.
• Сложная геометрия: Если прототип имеет сложную форму, подрезы или мелкие детали, обработка на станке с ЧПУ может легко удовлетворить эти требования.
• Гибкость материала: Если вам необходимо использовать широкий спектр материалов, включая неметаллические, быстрое прототипирование с ЧПУ обеспечивает необходимую гибкость.

Литье под давлением для прототипирования

• Крупносерийное производство: Для крупномасштабного производства прототипов или деталей конечного использования литье под давлением в долгосрочной перспективе более рентабельно. После того, как матрица изготовлена, производство нескольких деталей может быть выполнено быстро и эффективно.
• Хорошие механические свойства: Если прототип требует высокой прочности и хороших механических свойств, эти характеристики могут обеспечить литье металлов под давлением.
• Постоянное качество: Литье под давлением позволяет производить детали стабильного качества, что важно для применений, где требуется однородность.

В заключение, как быстрое прототипирование с ЧПУ, так и литье под давлением для прототипирования имеют свои преимущества и недостатки. Как поставщик быстрого прототипирования с ЧПУ, я понимаю важность выбора правильного метода для вашего проекта. Если вы все еще не уверены, какой метод лучше всего подойдет для вашего прототипа, свяжитесь с нами для консультации. Наша команда экспертов может помочь вам оценить ваши требования и порекомендовать наиболее подходящее решение для прототипирования. Нужен ли вам один прототип или крупномасштабное производство, мы здесь, чтобы поддержать вас на протяжении всего процесса.

Ссылки

• «Производственная инженерия и технологии», Серопа Калпакджян и Стивен Шмид.
• «Справочник по механической обработке с ЧПУ» Марка Альберта
• «Дизайн и технология литья под давлением», Дэвид Кролла