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Usinagem de protótipos CNC: tudo o que você precisa saber

Mergulhe na usinagem de protótipos CNC – um processo preciso que usa controle de computador para protótipos funcionais. Descubra tipos, etapas de produção, aplicações e benefícios.
HITOP / Blogue / <a href="https://hitopindustrial.com/pt/usinagem-de-prototipo-cnc/" title="Usinagem de protótipos CNC: tudo o que você precisa saber">Usinagem de protótipos CNC: tudo o que você precisa saber

O essencial na produção é converter uma ideia em um produto tangível. É aqui que entram os protótipos. São como versões reais de uma ideia que ajudam engenheiros e designers a testar e melhorar suas criações. É interessante notar que existem vários métodos que você pode usar para fazer protótipos, e Usinagem de protótipo CNC é especial. 

Compreendendo a usinagem de protótipos CNC

Usinagem de protótipo CNC

Como o nome sugere, um CNC (controle numérico computadorizado) é usado para produzir um protótipo. O processo visa criar um modelo físico e funcional que se pareça, se comporte ou faça as duas coisas como o produto final. Os fabricantes usam essa técnica para corrigir falhas antes de produzi-las em maior escala. Além de ajudar a remover erros, também reduz o custo geral.   

Tipos de protótipos

Protótipo Visual

Fabricado em espuma, argila ou plástico, este é um protótipo não funcional, mas dá uma ideia visual de como será o produto. Os designers usam esses modelos para avaliar as perspectivas do produto. 

Protótipo de Prova de Conceito

Um protótipo incompleto que funciona, mas não é exatamente igual ao produto final. Basicamente, este modelo ajuda a estabelecer a ideia e avaliar se ela terá um bom desempenho em condições reais. Espuma, papelão e Impresso em 3D peças são usadas para fazê-los. 

Protótipo de Apresentação

Protótipo meticulosamente criado para fins de marketing ou para demonstração a potenciais investidores. Metal, vidro, plástico de alta qualidade ou outros materiais de alta qualidade são usados para fazer este protótipo detalhado. 

Protótipo funcional

Um produto funcional que funciona exatamente como o produto final. Para fabricá-los, são utilizados materiais de qualidade premium, como vidro, metal ou plástico de alta qualidade.

Produção de protótipos CNC

Etapa 1: Idealização do projeto e geração de arquivos 3D

  • Designers e engenheiros de produto fazem brainstorming e esboçam diferentes conceitos de design. Eles se concentram na funcionalidade, estética e capacidade de fabricação.
  • O design é traduzido em um modelo 3D detalhado usando software CAD. Este modelo define todas as dimensões, características e tolerâncias do protótipo final.

Etapa 2: Sequência de Produção e Programação CNC

  • Os engenheiros determinam a ordem ideal das operações de usinagem. Eles consideram as trocas de ferramentas, a eficiência de remoção de material e a minimização do deslocamento da máquina.
  • Com base na sequência, um software especializado gera instruções em código G. Eles informam à máquina CNC como mover suas ferramentas, ajustar as configurações e, por fim, criar o protótipo.

Etapa 3: Produção (Usinagem)

  • O material escolhido (plástico, metal, madeira, etc.) é fixado na base da máquina.
  • Diferentes ferramentas de corte como brocas, fresas e fresas de topo são selecionadas e trocadas automaticamente ao longo do processo com base no programa.
  • A máquina CNC segue meticulosamente as instruções do código G, removendo o material aos poucos para formar as características e geometrias desejadas do protótipo.

Operações de prototipagem CNC

Fresagem

Fresadora CNC

Fresagem é um processo de fabricação de protótipo subtrativo onde uma ferramenta cilíndrica rotativa com vários dentes cortantes remove material de um bloco sólido e cria a forma desejada. O processo pode ser usado para criar geometrias complexas, contornos, ranhuras e recursos complexos com materiais como metais, plásticos e madeira. 

Máquinas usadas: Fresadoras de 3, 4 e 5 eixos são comumente usados.

Formulários: Protótipos com detalhes intrincados, componentes funcionais e dimensões precisas, como caixas de engrenagens, unidades de carcaça e componentes eletrônicos.

Girando

Também conhecido como usinagem em torno, o torneamento gira uma peça cilíndrica contra uma ferramenta de corte estacionária. A ferramenta remove material à medida que a peça gira, moldando-a no formato desejado. Ele pode criar eixos, buchas e engrenagens. Também pode ser usado para usinagem repetitiva de peças idênticas.

Máquinas usadasFerramentas de torno como tornos tipo torre com porta-ferramentas para troca automática de ferramentas e tornos tipo suíço para usinagem de peças longas e delgadas.

Formulários: Protótipos para pistões, rolamentos e fixadores.

torno, usinagem de protótipo CNC

Usinagem Multi-Eixos

Máquina CNC de 5 eixos

A usinagem multieixos utiliza máquinas com mais de três eixos de movimento. Isso permite que a ferramenta de corte se aproxime da peça de vários ângulos e lide com geometrias complexas. O processo é perfeito para peças complexas com recursos e recortes complexos. 

Máquinas: Máquinas de 4 e 5 eixos, com algumas máquinas avançadas chegando até 9 eixos.

Formulários: Protótipos para moldes, implantes médicos e componentes mecânicos complexos.

Usos da usinagem de protótipos CNC em diferentes indústrias

Indústria Marinha

A indústria exige fabricação em larga escala de transporte aquático com artesanato de alta qualidade. É por isso que a automação com usinagem CNC é necessária para atender às demandas. Do casco aos acabamentos internos, esses dispositivos são capazes de fazer tudo. Por exemplo, fresas CNC, Usinagem por descarga elétricae outras técnicas ajudam a projetar e desenvolver peças de barcos para construção. 

Indústria automobilística

Antes de um novo modelo de carro entrar em produção, vários protótipos são criados e testados. A usinagem CNC é usada para criar esses protótipos, permitindo que os engenheiros testem o design, a funcionalidade e o desempenho do carro. De grandes peças de motor a pequenas engrenagens, a usinagem CNC pode fazer tudo. Um exemplo disso é um motor de combustão que utiliza múltiplos processos de usinagem CNC. Isto pode incluir a conversão de grandes blocos metálicos em painéis de carroceria de motor ou a criação de pistões e cilindros. 

Aeroespacial

Acredita-se que as exigências da indústria aeroespacial estimularam o crescimento e o desenvolvimento da indústria CNC. Porém, o primeiro exige equipamentos feitos com foco na segurança e na alta qualidade, algo que o CNC pode cumprir. Assim, você encontrará diversos componentes utilizados na indústria aeroespacial que são desenvolvidos em CNC, como antenas, trem de pouso, variedades, bucha e muito mais.

Eletrônicos 

A construção em pequena escala é frequentemente procurada na indústria eletrónica e deve ser consistente. A usinagem CNC lida bem com peças internas e externas na indústria de eletrônicos de consumo. A carcaça de liga metálica dos smartphones é o principal exemplo. Fresadoras CNC e roteadores CNC são amplamente utilizados para construí-los. Outros componentes eletrônicos beneficiados incluem PCBs, gabaritos, caixas e dissipadores de calor. 

Indústria Militar e de Defesa

Suas necessidades são semelhantes às dos indústria aeroespacial e pode ser de grande utilidade no departamento militar de P&D. Este último é conhecido por ser utilizado na fabricação de aeronaves, veículos de guerra e muitas outras aplicações. A razão pela qual o utilizam é devido à capacidade da máquina CNC de trabalhar perfeitamente com os materiais mais resistentes. 

Indústria Médica

Para garantir a fabricação de peças com precisão de micronível, máquinas CNC são utilizadas na indústria médica. De metais a plásticos, uma variedade de materiais pode ser usada, algo que a indústria médica pode utilizar. Por exemplo, o processo de usinagem CNC pode ser usado para tubos de biópsia, porta-implantes, próteses, tesouras cirúrgicas e muito mais. Eles exigem tolerâncias rígidas e devem ter funções altamente precisas e precisas. 

Indústria de petróleo e energia

Seu uso não se restringe apenas à produção de protótipos de itens frágeis; também é utilizado para produtos de alta resistência física, como no setor de petróleo e energia. A indústria precisa de peças que possam ajudar a extrair produtos nas profundezas do núcleo da Terra. No setor energético, ajuda a reduzir o impacto ambiental adverso. 

Vantagens da usinagem de protótipo CNC

Para um fabricante, há uma série de benefícios em usar a usinagem de protótipos CNC no processo de fabricação. Vamos verificar alguns deles. 

Ampla gama de materiais

Essas máquinas são compatíveis com diversos materiais e o melhor é que a maioria delas tem longa durabilidade. Estes podem incluir alumínio, aço inoxidável, zinco, aço, magnésio, titânio, latão, cobre e bronze. 

Qualidade e Consistência

Ao contrário de outras máquinas que dependem de humanos e de suas habilidades, as máquinas CNC funcionam conforme as instruções. Além disso, eles também podem repetir o processo sem fazer nenhuma alteração no protótipo. Isso ajuda a fabricar novas iterações a partir do protótipo existente. Isto também significa que a mesma máquina pode ser utilizada para produzir os produtos finais. 

Acessível

Dada a capacidade das máquinas CNC de produzir um pequeno número de protótipos, o fabricante pode verificar a aparência ou o funcionamento do produto. Isso os ajuda a evitar a perda de dinheiro, pois podem corrigir qualquer erro que surja em um pequeno lote.  

Poupa tempo

Não há necessidade de fazer moldes e outros pré-requisitos, economizando tempo com máquinas CNC. Além disso, os projetos podem ser modificados mais rapidamente, pois a única modificação necessária é no software CAD e CAM, e o restante é feito pela própria máquina. 

Por que escolher a usinagem CNC em vez da impressão 3D?

Sem dúvida, as máquinas CNC têm uma vantagem sobre a impressão 3D para o desenvolvimento de protótipos. Aqui estão algumas razões do porquê:

  • As peças criadas com usinagem CNC são mais precisas porque a máquina pode manter tolerâncias mais estreitas.
  • O processo de construção camada por camada em impressao 3D torna difícil replicar totalmente o potencial bruto de materiais de engenharia de alto desempenho. Por outro lado, a usinagem CNC preserva a resistência e estabilidade desses materiais. 

Preparando modelos CAD para usinagem de protótipos CNC: algumas dicas

Você sempre pode melhorar seu design para fabricação, pois isso aumentará suas chances de fazer um protótipo bem-sucedido. Aqui está o que você pode fazer:  

Implemente cavidades, bordas, furos e paredes com cuidado.

As máquinas têm restrições e as máquinas CNC não são diferentes. Portanto, sugere-se que você otimize as diferentes seções do seu modelo CAD com cuidado. 

Profundidade e diâmetro das cavidades: A maioria das fresas de topo só consegue cortar três a quatro vezes o seu diâmetro. Portanto, para melhores resultados, mantenha a profundidade da cavidade dentro deste limite.

Arestas: Leve em consideração o diâmetro da ferramenta de corte quando seu projeto tiver cantos.

Usinagem de protótipos CNC, modelos CAD

Buracos: As brocas padrão têm limitações, portanto, esteja atento ao tamanho e à profundidade necessários. Se o seu furo exigir um diâmetro preciso, considere alargadores e ferramentas de mandrilamento.  

Espessura da parede: Paredes finas tendem a vibrar e isso pode fazer com que a ferramenta de corte comprometa o acabamento superficial. Portanto, mantenha a espessura da parede no mínimo 0,8 mm ou superior.

Selecione o software CAD com sabedoria.

Esta aplicação de CAD estimulou o desenvolvimento de vários aplicativos de software CAD. Sem dúvida, alguns são eficazes, enquanto outros são demasiado complexos para serem compreendidos e operados. Portanto, escolha os aplicativos CAD corretos para o seu setor específico. Por exemplo, o software feito para engenharia mecânica e conformação de chapas metálicas pode não funcionar para arquitetura e vice-versa. 

Crie uma lista de verificação com antecedência

Para designs e recursos que você deseja no protótipo final, crie uma lista de verificação. Isso economizará tempo e esforço posteriormente, quando o projeto exigir uma modificação. 

Faça desenhos simples

Embora vários métodos possam ser utilizados para projetar um protótipo, simplificar os projetos é a melhor estratégia para minimizar o processo de usinagem. Por exemplo, divida o desenho em duas partes e monte-as posteriormente se o projeto for complicado.

Como você escolhe diferentes ferramentas de corte na usinagem CNC?

Ao selecionar ferramentas de corte para usinagem CNC, considere o seguinte:

  • Tipo de material: Isto é importante porque os materiais e geometrias da ferramenta variam dependendo do material.
  • Propriedades mecânicas do material. Quando a velocidade de corte não é ideal, tanto a eficiência de corte quanto a longevidade da ferramenta ficam comprometidas. Por exemplo, um material duro exigirá uma velocidade de corte diferente daquela de um material macio. 
  • Eficiência de corte. Para aumentar a eficiência da ferramenta, verifique o avanço e a profundidade de corte. Além disso, veja se ele aguenta a força de corte que você aplicará. 
  • Estabilidade de corte. Ajuda a prevenir vibrações e ressonâncias. Para garantir isso, avalie a rigidez e estabilidade da ferramenta.
  • Vida útil da ferramenta: Quanto maior a vida útil, menores serão as chances de substituição ou reparo. Assim, também ajuda a economizar dinheiro. 
  • Custo: Avalie a relação custo-desempenho da ferramenta de corte. Certifique-se de que existe um equilíbrio favorável entre o preço da ferramenta e o seu desempenho. 

Pensamentos de despedida

O Protótipo CNC pode ser um investimento do qual você não se arrependerá mais tarde. Então, se você tem planos de aprimore sua fabricação, então não pense duas vezes. Esta máquina tornará sua jornada dos pixels aos protótipos fácil e valiosa. E não se esqueça de ver o seu objetivo; essa é a consideração mais importante! 

Perguntas frequentes

Qual é o fluxo de trabalho normal para usinagem de protótipos CNC?

O processo envolve 

  • 3D CACriação de modelo CAD 3D
  • Programação CAM 
  • Configuração da máquina
  • Processo de usinagem 
  • Acabamento e inspeção

Quanto custa a usinagem de protótipo CNC?

O custo da usinagem de protótipos CNC depende de vários fatores, incluindo:

  • Tipo de material
  • Custo do trabalho
  • Projeto de peça 
  • Geometria
  • Precisão e tolerâncias 

Quanto tempo leva para criar um protótipo CNC?

O tempo de resposta para protótipos CNC pode variar de alguns dias a algumas semanas, dependendo da complexidade do projeto e da carga de trabalho da máquina.

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