Prototip oluşturma, bir tasarımın görünümünü ve işlevselliğini değerlendirmeye yardımcı olduğundan, ürün geliştirmedeki en önemli adımlardan biridir. Bu işlemi geleneksel işleme yöntemlerini kullanarak gerçekleştirmek pahalı ve zaman alıcıdır. Bununla birlikte, CNC prototip işleme, prototiplerin ucuza ve nispeten kısa sürede yapılmasını mümkün kılar.
Prototip İşleme Nedir?
Prototip işleme, bir CNC makinesi kullanarak hızlı bir şekilde prototip oluşturmak için kullanılan bir işlemdir. Üretim partisi genellikle küçüktür ve nihai ürünün görsel ve işlevsel bir sunumunu sağlamayı amaçlar. Başka bir deyişle, prototip işleme, dijital bir tasarımın fiziksel olarak nasıl sonuçlanacağını belirler.
Prototip işleme ile üreticilerin tasarım kusurlarını tespit etmesi ve büyük ölçekli üretime başlamadan önce bunları ortadan kaldırması daha kolay hale geliyor. Ürün geliştirmenin bu aşamasında kusurları ortadan kaldırmak, üretimi uygun maliyetli hale getirmeye yardımcı olur.
CNC İşleme Prototipleme Süreçleri İçin Neden İyidir?
Birkaç neden, CNC işlemeyi prototipleme için ideal süreç haline getirir. İlk olarak, bu işlem, iş parçasının ve kesici takımın hareketini denetleyen bilgisayarlı kontrollerin kullanılması nedeniyle yüksek düzeyde doğruluk ve hassasiyet sunar. Bu bilgisayarlı kontroller, tasarımınızın her açısını dikkate alarak oluşturulan prototipin onun kopyası olmasını sağlar.
CNC'nin prototipleme için iyi olmasının bir başka nedeni de hızıdır. Üreticinin ve ürün geliştiricinin toleransların ve kalıbın hazır olması için birkaç ay beklemek zorunda kalacağı Enjeksiyon kalıplama gibi süreçlerden oldukça farklıdır.
CNC sistemi ile prototipleme, nihai ürünün 3B CAD modelini oluşturmak ve onu CAM dosyalarına dönüştürmekle başlar. CAM dosyaları, prototip oluşturma işlemi sırasında CNC makinesinin hareketini kontrol eden G Kodunu içerir.
Farklı CNC Prototip İşlemleri
Üreticiler için farklı prototip CNC işleme operasyonları mevcuttur. Bir tasarım için seçilen özel işlem, genellikle tasarım özellikleri ve kullanılan malzemeler dahil olmak üzere çeşitli faktörlere bağlıdır.
Aşağıda yaygın CNC prototipleme işleme operasyonları bulunmaktadır.
Frezeleme
Bu işlem, bir freze makinesinin yardımıyla bir prototip oluşturmayı içerir. CNC frezeleme işlemi, makine çeşitli geometrilere sahip CNC frezelenmiş bir prototip oluşturmak için malzemeleri bir iş parçasından kestiği için çıkarımsaldır. Freze makinesi, her bir kesme noktası dönerken iş parçası üzerinde farklı şekil ve uzunluklarda keskin kesimler yapan çok noktalı kesici takımlara sahiptir.
İş parçası üzerinde yapılan kesimin derinliği ve türü ile makinenin kullandığı eksenler, tasarımın karmaşıklığına bağlıdır. Daha yüksek kesim hassasiyeti için, freze makinesi ayrıca hareketini geliştiren ek eksenlere sahiptir.
Tornalama
Bu süreç, bir torna aleti ile bir torna makinesi kullanarak prototipler yapmayı içerir. Bu araç, ayrıntılı prototiplerin yanı sıra silindirik özelliklere sahip nihai ürünlerin yapımında kullanım için idealdir. Torna kesme takımı, iş parçası ona yakın dönerken bu işleme işleminde sabittir.
Freze makinesinden farklı olarak torna makinesi, bir çubuk stoğundan malzemeleri çıkarmak için tek noktalı bir kesme aleti kullanarak silindirik parçalar oluşturur. CNC tornalama, bir prototipin dışında doğrusal özellikler ve ayrıca iç kenarlarında yuvalar, dişler ve incelikler oluşturmak için idealdir.
Çok Eksenli İşleme
Bu, geleneksel işlemlerden daha fazla eksen içerdiğinden, karmaşık özelliklere sahip prototipler yapmak için ideal olan daha çok yönlü bir hızlı prototipleme işlemidir. Burada 4 eksenli, 5 eksenli ve 9 eksene kadar makineler var. Ayrıca makinenin dikkate aldığı eksen sayısı ne kadar fazlaysa, yüksek toleransları ve zor makine parçalarını sağlama yeteneği de o kadar yüksektir.
Prototipler İçin CNC İşlemenin Avantajları
Prototipleriniz için CNC işlemini seçip seçmemeyle ilgili olarak, burada
CNC firmaları ile CNC işleme yoluyla prototip yapmanın bazı avantajları bulunmaktadır.
1. Yüksek Doğruluk ve Hassasiyet
CNC işleme, prototiplerin yüksek hassasiyet, toleranslar ve doğrulukla üretilmesini kolaylaştırır. Bu kesinlik ve doğruluk, kesici takımların hareketine yerleştirilen bilgisayarlı kontrolden kaynaklanmaktadır.
İşleme süreci doğru ve kesin olduğundan, üretilen prototipteki hatalar veya kusurlar genellikle tasarımın kendisinden kaynaklanır.
2. Uygun Maliyetli
Hızlı prototipleme için CNC, tek veya küçük partiler halinde gerçekleşir, böylece üretici ürünü görsel ve işlevsel olarak değerlendirebilir. Küçük seri üretim, üreticiyi veya ürün geliştiriciyi mali yıkımdan koruyan bir hataya karşı korumadır. Üretici değerlendirme sırasında bir kusur bulursa, tam ölçekli üretimden sonra bir kusurun tespit edilmesine kıyasla kayıp çok az olacaktır.
3. Tutarlılık ve Tekrarlanabilirlik
CNC prototipleme, yüksek derecede tekrarlanabilirliğe sahiptir. Başka bir deyişle, belirli bir bitmiş ürünün imalatında kullanılan aynı süreç ve tasarımı kullanmak, o ürünün bir kopyasını üretecektir.
Ek olarak, CNC prototipleme makineleri tutarlıdır ve kaç kopya üretilirse üretilsin orijinal tasarımın birebir taklitlerini sunar. Bu, birkaç tekrardan sonra kalıbın değer kaybettiği ve tasarımda küçük değişikliklere neden olduğu enjeksiyon kalıplama gibi diğer prototip oluşturma işlemlerinden oldukça farklıdır.
4. Malzeme Çok Yönlülüğü
3D baskı ve enjeksiyonlu kalıplama gibi imalat ve işleme işlemlerinin çalışabileceği malzeme sayısında bir sınır olsa da, CNC prototipleme daha fazla çok yönlülük sunar. CNC prototipleme ile plastik ve ahşaptan en güçlü metal prototipine kadar çeşitli malzemeleri işlemek mümkün hale gelir.
CNC prototip işleme ile kullanabileceğiniz malzeme seçenekleri arasında PS, LDPE, HDPE, PC, PP, PMMA, POM, PAGF, PCGF, ABS ve Teflon gibi plastikler bulunur.
CNC prototip işleme için ideal metaller ve metal alaşımları arasında alüminyum, çelik, paslanmaz çelik, magnezyum, titanyum, çinko, bakır, bronz ve pirinç bulunur.
5. Zaman Kazandıran Süreç
CNC kullanarak prototip yapmak, kalıp üretimi ve diğer ön koşulları gerektirmediği için zaman kazandıran bir süreçtir. Ayrıca, üreticinin CAD ve CAM dosyalarını değiştirmesi ve CNC makinesini kullanarak prototipi yeniden üretmesi gerektiğinden, tasarımları değiştirmek hızlıdır.
CNC İşleme ile Prototiplemenin Sınırlamaları
CNC İşleme ile prototip oluşturma, prototip üretmenin en iyi yollarından biri olmaya devam ediyor, ancak bu işlemi kullanmanın hala sınırlamaları var. Aşağıda bu sınırlamalardan bazıları verilmiştir;
1. Geometrik Kısıtlamalar
CNC prototipleme sürecinin önemli bir sınırlaması, iç geometriler üzerinde çalışamamasıdır. Bunun başlıca nedeni, makinenin yalnızca dışarıdan çalışmasıdır.
Başka bir deyişle, CNC prototip işleme kullanarak dahili bileşenlere sahip prototipler oluşturmak zor olacaktır. Dahili bileşenlerle prototipler yapmak için, dahili geometrileri üretmede daha iyi olduklarından, içeriden dışarıya doğru çalışan 3B baskı gibi eklemeli üretim süreçlerini kullanmak en iyisidir.
2. Teknik Uzmanlık
Bir CAD dosyası tasarlamak ve ondan bir CAM dosyası oluşturmak teknik bilgi gerektirir. Ek olarak, CNC makinesinin kurulması ve çalıştırılması biraz uzmanlık gerektirir. CNC prototipleme, test prosedürleri bilgisi, yenilikçi yaklaşımlar, deneyim ve yaratıcı vizyon gerektirir.
Ek olarak, CNC işleme yapan her üretici, eğitim almadan CNC prototipleri yapamaz. Bu nedenle, CNC prototip işleme işlerinin prototip oluşturma endüstrisinde uzun yıllara dayanan deneyime sahip WayKen gibi uzmanlara yaptırılması genellikle tavsiye edilir.
3. Eksiltici Üretim Süreci ve Malzeme İsrafı
CNC işleme, prototip oluşturma veya üretim süreci sırasında malzemeleri iş parçasından çıkararak eksiltici bir üretim süreci haline getirir. Sonuç olarak, imalat sürecinde kullanılan malzeme miktarının artması malzeme maliyetini artırır.
Ayrıca, bir prototipin ilk denemede ideal olma olasılığı çok düşük olduğundan, bu durum, malzeme israfına ve ilgili maliyete katkıda bulunur. Ek olarak, üretilen küçük parti prototiplerin tüm teknik gereklilikleri karşılasa bile satılma olasılığı çok düşük olduğundan, yine de malzeme israfı olarak kabul edilir.
4. 3D Baskıdan Daha Fazla Maliyet
CNC prototip işleme sırasında ortaya çıkan malzeme maliyetleri, süreci SLS 3D baskıdan çok daha pahalı hale getirir. Ayrıca, prototip oluşturmada, genellikle maliyet optimizasyonundan çok ayrıntılara odaklanır, bu nedenle fiyatlar bazen çok yüksektir.
Bununla birlikte, prototip hassasiyeti ve doğruluğu daha fazla ve malzeme yelpazesi daha geniş olduğundan, fiyat genellikle buna değer.
CNC Prototip İşleme Uygulamaları
CNC Prototip işleme, her endüstride geniş kabul edilebilirliğe sahip bir prototipleme sürecidir. Ancak, bazı endüstriler bu süreci diğerlerinden daha fazla kullanır; işte bu endüstrilerden bazıları.
Otomotiv Endüstrisi
Otomotiv endüstrisi, yüksek hassasiyete ve sıkı toleranslara sahip parça ve modeller gerektirir. Bu parçalar genellikle frenler ve dişlilerden süspansiyon bileşenlerine ve hatta tekerleklere kadar uzanır. Tüm bu parçalar, araçların güvenliğini sağlamak için çok sıkı toleranslar gerektirir.
Bu endüstri, bu prototipleri yapar ve seri üretimden önce düzgün bir şekilde uymalarını ve işlevlerini yerine getirmelerini sağlamak için araçlara yerleştirir. CNC prototip işleme olmadan, istenen özelliklere tutarlı bir şekilde uyan otomotiv prototipleri geliştirmek zor olacaktır.
Medikal Endüstrisi
Bu endüstri, mikroskobik hassasiyet ve doğruluğa sahip parçalara ve ekipmana ihtiyaç duyar. Tıp endüstrisi ayrıca, metal ve plastikten yapılmış parçalar için gereklilikler ile CNC prototip işleme tarafından sunulan malzeme seçiminde çok yönlülüğün tadını çıkarır.
Ayrıca tıp teknolojisinin gelişmesiyle birlikte en sıkı tolerans gerektiren protezler, biyopsi tüpleri, cerrahi makaslar, implant tutucular vb. parçalara ihtiyaç duyulmaktadır. CNC işleme süreci, bu sektöre yüksek hassasiyet ve doğrulukla yüksek kaliteli fonksiyonel prototipler sağlar.
Havacılık Endüstrisi
Bu endüstri, CNC prototipleme teknolojisini iki ana amaç için kullanır. İlk olarak, yüksek derecede hassasiyet ve doğruluğa sahip parçalar geliştirmek. Diğer bir neden ise, bu parçaların performansını ve havacılık endüstrisindeki diğer yenilikleri işlevsellik açısından test etmek ve bu parçaların bir uçak havadayken arızalanmayacağını garanti etmektir. Genellikle CNC prototip işleme kullanılarak yapılan uçak parçaları arasında manifoldlar, burçlar, hava profilleri vb.
Askeri Sanayi
Araştırma ve geliştirme departmanı (Ar-Ge) bu teknolojiyi çoğunlukla askeri sanayide kullanıyor. Askeri Ar-Ge, savaş araçları, uçak ve diğer parçaları üretmek için CNC prototip işlemeyi kullanır. Kullanılan malzemenin sertliği ne olursa olsun parçaların hızlı üretimini kolaylaştırdığı için bu işleme güveniyorlar.
CNC Prototipleme İçin Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ve İpuçları
CNC prototipleme, üreticilerin seri üretimden önce parçaların gereksinimleri ve hassasiyeti karşılamasını sağlamak için kullandıkları güvenilir bir yöntemdir. Tasarımınızın CNC prototipini yapmak ister misiniz? İşte size bazı ipuçları.
Prototip Karmaşıklığını Azaltın
Karmaşık bir tasarım kulağa iyi bir fikir gibi gelse de genellikle öyle değildir. CNC prototip işlemeyle ilgili dikkat edilmesi gereken bir nokta, karmaşıklık ne kadar yüksekse, CNC işleme maliyetinin de o kadar yüksek olmasıdır. Maliyetin yanı sıra, makineyi birkaç açı ve alttan kesme gerektiren bir tasarım için ayarlamak uzun zaman alıyor ve sonuç olarak geliştirme süresi artıyor.
Bu nedenle, karmaşık bir tasarım, geliştirme süresini artırarak ürününüzü geliştirme maliyetini ve pazara sunma sürenizi artırır.
Varsayılan Toleransları Kullanın
Varsayılan toleranslar, genellikle belirli bir malzemeyle yıllarca çalıştıktan sonra ulaşılan en iyi uygulamadır. Daha sıkı toleranslara ulaşmak, üretim maliyetini etkileyecek özel kesme aletleri ve ek fikstürler gerektirebilir. Ürün prototipiniz için hangi tolerans seviyesinin ideal olacağına tasarımınız üzerinde çalışan deneyimli mühendislerin karar vermesi genellikle en iyisidir.
Tasarlarken Takım Geometrisini Dikkate Alın
Prototip CNC işleme sırasında, işleme prosedürleri dönen bir tarzda çalıştığından, kesici takımların veya işlenenlerin eksenel özelliklerini göz önünde bulundurun. Kesici takımların çoğu sınırlı kesme uzunluklarına sahiptir ve yuvarlaktır. Bu nedenle, takımın geometrisi tüm kesme işlemleri üzerinde etkili olacaktır.
Deneyimli Bir CNC Prototip Üreticisi Kullanın
Daha da önemlisi, deneyimli bir CNC prototipleme uzmanıyla işbirliği yapmalısınız. Yüksek kaliteli prototipler oluşturmak için süreçleri kolaylaştırmaya odaklanabildikleri için. Uzman ayrıca istenen prototip tasarımını üretmek için gereken makineyle işleme sürecinin geometrik kısıtlamalarını da göz önünde bulundurur. Deneyimli bir prototip üreticisi olmadan, CNC işleme kullanarak prototip geliştirmenin avantajlarından yararlanmak zor olacaktır.
CNC İşlenmiş Prototipler ile Enjeksiyon Kalıplama Prototipleri Arasındaki Karşılaştırma
Her iki prototip de nihai ürünün görsel bir temsilini sağlarken, birbirlerinden oldukça farklıdırlar. İşte her iki prototip türü arasında bir karşılaştırma.
Parça Toleransı
Enjeksiyonla kalıplanmış prototipler ± arasında değişen bir parça toleransına sahiptir. 0,1 ila 0,7 mm. Enjeksiyonla kalıplanmış prototiplerle elde edilen düşük tolerans seviyesi, enjeksiyondan sonraki çekmeden kaynaklanmaktadır.
Öte yandan, CNC makine prototipleri, işleme sürecinin hassasiyetinin ve doğruluğunun bir kanıtı olarak ± 0,01 mm'lik çok yüksek bir tolerans düzeyine sahiptir.
Prototip Malzemesi
Enjeksiyon kalıplı prototipler genellikle plastik veya elastomerlerdir. Bunun nedeni, prototipleri oluşturmak için erimiş malzemelerin bir kalıba dönüştürülmesini gerektiren üretim sürecinden kaynaklanmaktadır. Tersine, CNC İşlenmiş prototipler, üretici tarafından seçilen malzemeye bağlı olarak ahşap, plastik veya metal olabilir.
Yüzey Kalitesi
Enjeksiyon kalıplama işlemi kesin olmasına rağmen, üretilen prototiplerde eğrilme, batma izleri, akış çizgileri, kaynak çizgileri, vakumlu atışlar, kısa devreler ve püskürtme gibi küçük kusurlar olabilir. Bu kusurlar, enjeksiyonla kalıplanmış prototiplerin görünümünü olumsuz etkiler.
Öte yandan, CNC ile işlenmiş prototipler, işlem sırasında kullanılan kapsamlı takımlar nedeniyle daha iyi bir yüzey kalitesine sahiptir.
CNC Prototipleme ve 3D Baskı Arasındaki Karşılaştırma
Her ikisi de prototipleme süreçleri olmakla birlikte, hem yöntem hem de sağlanan çözüm açısından birbirlerinden oldukça farklıdırlar. Ayrıca, her iki sürecin de güçlü ve zayıf yönleri ve ideal senaryoları vardır. Ancak, bu makale için burada her iki süreç arasında bir karşılaştırma var;
Malzeme tüketimi
CNC prototip işleme ile karşılaştırıldığında, 3D Baskının malzeme israfı oldukça düşüktür. Bunun nedeni, 3D Printing'in üretim sürecinde yalnızca gerekli malzemeyi kullanmasıdır. Öte yandan, CNC işleme, istenen şekli elde etmek için fazla malzemeleri bir bloktan keser.
Prototipleme Maliyeti
CNC işlemleri 3D baskıdan daha maliyetlidir. Fiyat farkı, bir CNC makinesinin optimum şekilde çalışması için ihtiyaç duyduğu aksesuar sayısından kaynaklanmaktadır. Bu aksesuarlar, fikstürler ve kesme aletlerinden kesme sıvısı dağıtım sistemlerine kadar uzanır.
Ayrıca, CNC prototipleme makinesini edinmenin yüksek maliyeti, makineyle işleme sürecinde üretilen prototiplerin maliyetini etkileyerek onları önemli ölçüde daha pahalı hale getirir.
Desteklenen Malzemeler
CNC işleme, ahşap ve plastikten metallere ve alaşımlara kadar değişen malzemeleri destekler. Öte yandan 3D Baskı, ısınma ve yeniden şekillendirme kolaylığı nedeniyle genellikle termoplastikleri destekler.
Parça Toleransı ve Tokluk
CNC makinelerinin toleransı ±0,01 mm iken, DMLS (Direct Metal Laser Sintering) gibi sonraki seviye 3D baskı teknolojilerinin tolerans seviyesi ±0,1 mm'dir. Ayrıca CNC prototipleme makineleri, 3D Baskı ile üretilenlerden daha tok parçalar üretir.
