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Lavorazione di prototipi CNC: tutto quello che devi sapere

Immergiti nella lavorazione di prototipi CNC: un processo preciso che utilizza il controllo computerizzato per prototipi funzionali. Scopri tipi, fasi di produzione, applicazioni e vantaggi.
HITOP / Blog / <a href="https://hitopindustrial.com/it/lavorazione-prototipi-cnc/" title="Lavorazione di prototipi CNC: tutto quello che devi sapere">Lavorazione di prototipi CNC: tutto quello che devi sapere

L’essenziale nella produzione è convertire un’idea in un prodotto tangibile. È qui che entrano in gioco i prototipi. Sono come versioni reali di un'idea che aiutano ingegneri e designer a testare e migliorare le loro creazioni. È interessante notare che esistono vari metodi che è possibile utilizzare per realizzarlo prototipi, E Lavorazione prototipi CNC è speciale. 

Comprensione della lavorazione di prototipi CNC

Lavorazione di prototipi CNC

Come suggerisce il nome, per produrre un prototipo viene utilizzato un CNC (controllo numerico computerizzato). Il processo mira a creare un modello fisico e funzionale che assomigli, si comporti o faccia entrambe le cose come il prodotto finale. I produttori utilizzano questa tecnica per correggere i difetti prima di produrli su scala più ampia. Oltre a contribuire a rimuovere gli errori, riduce anche il costo complessivo.   

Tipi di prototipi

Prototipo visivo

Prodotto utilizzando schiuma, argilla o plastica, questo è un prototipo non funzionale ma ti dà un'idea visiva di come sarà il prodotto. I progettisti utilizzano tali modelli per valutare le prospettive del prodotto. 

Prototipo di prova di concetto

Un prototipo incompleto che funziona ma non è esattamente come il prodotto finale. Fondamentalmente, questo modello aiuta a stabilire l’idea e a valutare se funzionerà bene in condizioni reali. Schiuma, cartone e Stampato in 3D le parti vengono utilizzate per realizzarli. 

Prototipo di presentazione

Prototipo realizzato meticolosamente per scopi di marketing o per dimostrazioni a potenziali investitori. Metallo, vetro, plastica di alta qualità o altro materiali di alta qualità sono usati per realizzare questo prototipo dettagliato. 

Prototipo funzionante

Un prodotto funzionale che funziona esattamente come il prodotto finale. Per realizzarli vengono utilizzati materiali di prima qualità come vetro, metallo o plastica di alta qualità.

Produzione di prototipi CNC

Passaggio 1: ideazione del progetto e generazione di file 3D

  • I progettisti e gli ingegneri del prodotto fanno un brainstorming e disegnano diversi concetti di progettazione. Si concentrano su funzionalità, estetica e producibilità.
  • Il progetto viene tradotto in un modello 3D dettagliato utilizzando il software CAD. Questo modello definisce tutte le dimensioni, le caratteristiche e le tolleranze del prototipo finale.

Passaggio 2: sequenza di produzione e programmazione CNC

  • Gli ingegneri determinano l'ordine ottimale delle operazioni di lavorazione. Considerano il cambio degli utensili, l'efficienza della rimozione del materiale e la riduzione al minimo della corsa della macchina.
  • Sulla base della sequenza, un software specializzato genera istruzioni del codice G. Questi indicano alla macchina CNC come spostare i suoi strumenti, regolare le impostazioni e infine creare il prototipo.

Passaggio 3: produzione (lavorazione)

  • Il materiale scelto (plastica, metallo, legno, ecc.) viene fissato sul basamento della macchina.
  • Diversi utensili da taglio come punte, frese e frese a candela vengono selezionati e scambiati automaticamente durante tutto il processo in base al programma.
  • La macchina CNC segue meticolosamente le istruzioni del codice G, rimuovendo il materiale poco a poco per formare le caratteristiche e le geometrie desiderate del prototipo.

Operazioni di prototipazione CNC

Fresatura

Fresatrice CNC

Fresatura è un processo di produzione di prototipi sottrattivi in cui uno strumento cilindrico rotante con più denti taglienti rimuove il materiale da un blocco solido e crea la forma desiderata. Il processo può essere utilizzato per creare geometrie complesse, contorni, fessure e caratteristiche complesse con materiali come metalli, plastica e legno. 

Macchine utilizzate: Fresatrici a 3, 4 e 5 assi sono comunemente usati.

Applicazioni: Prototipi con dettagli intricati, componenti funzionali e dimensioni precise, come riduttori, unità abitative e componenti elettronici.

Girando

Conosciuta anche come lavorazione al tornio, la tornitura fa ruotare un pezzo cilindrico rispetto a un utensile da taglio stazionario. Lo strumento rimuove il materiale mentre il pezzo gira, modellandolo nella forma desiderata. Può creare alberi, boccole e ingranaggi. Può essere utilizzato anche per la lavorazione ripetitiva di parti identiche.

Macchine utilizzateStrumenti del tornio come i torni a torretta con portautensili per il cambio automatico degli utensili e torni a fantina mobile per la lavorazione di pezzi lunghi e sottili.

Applicazioni: Prototipi per pistoni, cuscinetti, e elementi di fissaggio.

tornio, lavorazione di prototipi CNC

Lavorazione multiasse

Macchina CNC a 5 assi

La lavorazione multiasse utilizza macchine con più di tre assi di movimento. Ciò consente all'utensile da taglio di avvicinarsi al pezzo da varie angolazioni e di affrontare geometrie complesse. Il processo è perfetto per parti complesse con caratteristiche complesse e sottosquadri. 

Macchine: macchine a 4 e 5 assi, con alcune macchine avanzate che arrivano fino a 9 assi.

Applicazioni: Prototipi per stampi, impianti medici e componenti meccanici complessi.

Usi della lavorazione di prototipi CNC in diversi settori

Industria marina

L’industria richiede una produzione su larga scala di trasporti per acqua con artigianato di alta qualità. Ecco perché è necessaria l'automazione con la lavorazione CNC per soddisfare le richieste. Dallo scafo alle rifiniture interne, questi dispositivi sono capaci di fare di tutto. Ad esempio, frese CNC, lavorazione mediante elettroerosionee altre tecniche simili aiutano a progettare e sviluppare parti di barche per la costruzione. 

Industria automobilistica

Prima che un nuovo modello di auto entri in produzione, vengono creati e testati più prototipi. Per creare questi prototipi viene utilizzata la lavorazione CNC, consentendo agli ingegneri di testare il design, la funzionalità e le prestazioni dell'auto. Dalle parti di motori di grandi dimensioni ai piccoli ingranaggi, la lavorazione CNC può fare tutto. Un esempio di ciò è un motore a combustione che utilizza più processi di lavorazione CNC. Ciò può includere la conversione di grandi blocchi metallici in pannelli della carrozzeria del motore o la creazione di pistoni e cilindri. 

Aerospaziale

Si ritiene che i requisiti dell'industria aerospaziale abbiano stimolato la crescita e lo sviluppo del settore CNC. Tuttavia, il primo richiede attrezzature realizzate con particolare attenzione alla sicurezza e all’alta qualità, qualcosa che il CNC può soddisfare. Quindi, ti imbatterai in diversi componenti utilizzati nel settore aerospaziale sviluppati utilizzando CNC, come ad esempio antenne, carrello di atterraggio, molteplice, boccola e altro ancora.

Elettronica 

Nell'industria elettronica sono spesso richieste costruzioni su piccola scala e queste devono essere coerenti. La lavorazione CNC gestisce bene sia le parti interne che quelle esterne nel settore dell'elettronica di consumo. L'involucro in lega metallica degli smartphone è l'esempio lampante. Le fresatrici CNC e i router CNC sono ampiamente utilizzati per costruirli. Altri componenti elettronici che ne traggono vantaggio includono PCB, maschere, alloggiamenti e dissipatori di calore. 

Industria militare e della difesa

I loro bisogni sono simili a quelli di industria aerospaziale e può essere di grande utilità nel dipartimento di ricerca e sviluppo militare. Quest'ultimo è noto per essere utilizzato per la produzione di aerei, veicoli da guerra e molte altre applicazioni. Il motivo per cui lo utilizzano è dovuto alla capacità della macchina CNC di lavorare perfettamente con i materiali più resistenti. 

Industria medica

Per garantire la realizzazione di parti con precisione micro-livello, nel settore medico vengono utilizzate macchine CNC. Dai metalli alla plastica, è possibile utilizzare una varietà di materiali, qualcosa di cui l'industria medica può avvalersi. Ad esempio, il processo di lavorazione CNC può essere utilizzato per tubi per biopsia, portaimpianti, protesi, forbici chirurgiche e altro ancora. Questi richiedono tolleranze severe e dovrebbero essere estremamente accurati e precisi nel funzionamento. 

Industria petrolifera ed energetica

Il suo utilizzo non si limita solo alla produzione di prototipi di oggetti fragili; viene utilizzato anche per prodotti che presentano elevata resistenza fisica, come nel settore petrolifero ed energetico. L'industria ha bisogno di componenti che possano aiutare a estrarre prodotti nelle profondità del nucleo terrestre. Nel settore energetico, aiuta a ridurre l’impatto ambientale negativo. 

Vantaggi della lavorazione di prototipi CNC

Per un produttore, ci sono una serie di vantaggi derivanti dall’utilizzo della lavorazione di prototipi CNC nel processo di produzione. Controlliamo alcuni di loro. 

Ampia gamma di materiali

Queste macchine sono compatibili con numerosi materiali e la parte migliore è che la maggior parte di esse è di lunga durata. Questi possono includere alluminio, acciaio inossidabile, zinco, acciaio, magnesio, titanio, ottone, rame e bronzo. 

Qualità e coerenza

A differenza di altre macchine che si affidano agli esseri umani e alle loro capacità, le macchine CNC funzionano secondo le istruzioni. Non solo, ma possono anche ripetere il processo senza apportare alcuna modifica al prototipo. Ciò aiuta a produrre nuove iterazioni dal prototipo esistente. Ciò significa anche che la stessa macchina può essere utilizzata per produrre i prodotti finali. 

Conveniente

Data la capacità delle macchine CNC di produrre un numero limitato di prototipi, il produttore può verificare come apparirà o funzionerà il prodotto. Questo li aiuta a evitare di perdere denaro poiché possono correggere qualsiasi errore che si verifica in un piccolo lotto.  

Risparmia tempo

Nessuna necessità di realizzare stampi e altri prerequisiti consente di risparmiare tempo con le macchine CNC. Inoltre, i progetti possono essere modificati più velocemente poiché l'unica modifica richiesta avviene nel software CAD e CAM, mentre il resto viene gestito dalla macchina stessa. 

Perché scegliere la lavorazione CNC invece della stampa 3D?

Indubbiamente, le macchine CNC hanno un vantaggio rispetto alla stampa 3D per lo sviluppo di prototipi. Ecco alcuni motivi:

  • Le parti create con la lavorazione CNC sono più precise perché la macchina può mantenere tolleranze più strette.
  • Il processo di costruzione strato per strato in Stampa 3D rende difficile replicare completamente il potenziale grezzo dei materiali tecnici ad alte prestazioni. D'altra parte, la lavorazione CNC preserva la resistenza e la stabilità di questi materiali. 

Preparazione di modelli CAD per la lavorazione di prototipi CNC: alcuni suggerimenti

Puoi sempre migliorare il tuo progetto per la produzione, poiché ciò aumenterà le tue possibilità di realizzare un prototipo di successo. Ecco cosa puoi fare:  

Implementare con attenzione cavità, bordi, fori e pareti.

Le macchine hanno restrizioni e le macchine CNC non sono diverse. Pertanto, si consiglia di ottimizzare con cura le diverse sezioni del modello CAD. 

Profondità e diametro delle cavità: La maggior parte delle frese può tagliare solo tre o quattro volte il loro diametro. Pertanto, per ottenere i migliori risultati, mantenere la profondità della cavità entro questo limite.

Bordi: Prendi in considerazione il diametro dell'utensile da taglio quando il tuo disegno ha degli angoli.

Lavorazione prototipi CNC, modelli CAD

Fori: Le punte da trapano standard hanno dei limiti, quindi fai attenzione alle dimensioni e alla profondità di cui hai bisogno. Se il tuo foro richiede un diametro preciso, considera alesatori e strumenti noiosi.  

Spessore del muro: Le pareti sottili tendono a vibrare e questo può far sì che l'utensile da taglio comprometta la finitura superficiale. Pertanto, mantenere lo spessore della parete ad un minimo di 0,8 mm o superiore.

Seleziona saggiamente il software CAD.

Questa applicazione del CAD ha stimolato lo sviluppo di numerose applicazioni software CAD. Indubbiamente alcuni sono efficaci, mentre altri sono troppo complessi da comprendere e utilizzare. Scegli quindi le applicazioni CAD corrette per il tuo settore specifico. Ad esempio, il software realizzato per l’ingegneria meccanica e la formatura della lamiera potrebbe non funzionare per l’architettura e viceversa. 

Crea una lista di controllo in anticipo

Per i design e le funzionalità che desideri nel prototipo finale, crea una lista di controllo. Ciò ti farà risparmiare tempo e fatica in seguito, quando il progetto richiederà una modifica. 

Realizza semplici disegni

Sebbene sia possibile utilizzare diversi metodi per progettare un prototipo, semplificare i progetti è la strategia migliore per ridurre al minimo il processo di lavorazione. Ad esempio, dividi il disegno in due parti e assemblale in seguito se il disegno è complicato.

Come si scelgono i diversi utensili da taglio nella lavorazione CNC?

Quando si selezionano gli utensili da taglio per la lavorazione CNC, considerare quanto segue:

  • Tipo di materiale: questo è importante poiché i materiali e le geometrie degli utensili variano a seconda del materiale.
  • Proprietà meccaniche del materiale. Quando la velocità di taglio non è ottimale, vengono compromesse sia l’efficienza di taglio che la longevità dell’utensile. Ad esempio, un materiale duro richiederà una velocità di taglio diversa da quella di un materiale morbido. 
  • Efficienza di taglio. Per migliorare l'efficienza dell'utensile, controllarne la velocità di avanzamento e la profondità di taglio. Inoltre, verifica se è in grado di gestire la forza di taglio che applicherai. 
  • Stabilità di taglio. Aiuta a prevenire vibrazioni e risonanze. Per garantire ciò, valutare la rigidità e la stabilità dello strumento.
  • Durata dello strumento: maggiore è la durata di conservazione, minori saranno le possibilità di sostituzione o riparazione. Pertanto, aiuta anche a risparmiare denaro. 
  • Costo: valutare il rapporto costo-prestazioni dell'utensile da taglio. Assicurati che ci sia un equilibrio favorevole tra il prezzo dello strumento e le sue prestazioni. 

Pensieri di addio

CNC Prototype può rivelarsi un investimento di cui non ti pentirai in seguito. Quindi, se hai qualche intenzione di farlo migliorare la tua produzione, allora non pensarci due volte. Questa macchina renderà il tuo viaggio dai pixel ai prototipi facile e utile. E non dimenticare di vedere la tua meta; questa è la considerazione più importante! 

Domande frequenti

Qual è il normale flusso di lavoro per la lavorazione di prototipi CNC?

Il processo prevede 

  • Creazione modello CAD 3D CA3D
  • Programmazione CAM 
  • Configurazione della macchina
  • Processo di lavorazione 
  • Finitura e ispezione

Quanto costa la lavorazione di prototipi CNC?

Il costo della lavorazione del prototipo CNC dipende da diversi fattori, tra cui:

  • Tipo di materiale
  • Costo del lavoro
  • Progettazione di parti 
  • Geometria
  • Precisione e tolleranze 

Quanto tempo ci vuole per creare un prototipo CNC?

Il tempo di consegna dei prototipi CNC può variare da pochi giorni a poche settimane, a seconda della complessità del progetto e del carico di lavoro della macchina.

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