Prototypowanie modeli 3D przed wdrożeniem do produkcji

Prototypowanie bryły w styrodurze

Kiedy stosuje się prototypowanie w procesie produkcji CNC

Prototypowanie często stosuje się w sytuacji kiedy produkt docelowy ma być wykonany z drogich materiałów, jednak żeby ocenić czy jest on dobrze zaprojektowany często można użyć tańszych zamienników do procesu prototypowania. Niewątpliwie prototypowanie to proces, który pomoże wdrożyć wartościowy i uzasadniony ekonomicznie produkt, jednak należy poświęcić na niego trochę czasu i pieniędzy co z pewnością zaowocuje przy wdrożeniu go do produkcji oraz użytkowaniu.

Jeżeli potrzebujesz pomocy – zadzwoń lub napisz do nas!

Od koncepcji do cyfrowego modelu 3D

Projektowanie każdego produktu rozpoczyna się od koncepcji projektowej. Najlepiej na tym etapie poświęcić trochę czasu planując możliwości produkcyjne, łatwość produkcji oraz budżet całego procesu. Im bardziej szczegółowo przeanalizowany będzie proces produkcji tym mniej problemów będziemy mieli w kolejnych etapach prototypowania detalu.

Projektowanie produkcji w procesie frezowania CNC

Słusznym jest projektowanie produkcji w procesie frezowania CNC, tak aby jak najwięcej pracy wykonała sterowana cyfrowo frezarka, pozostawiając jak najmniej pracy w innych, najlepiej zautomatyzowanych procesach technologicznych.

Projektując produkty do prototypowania technikami skrawania przy użyciu frezarek CNC należy wziąć pod uwagę możliwości zamocowania detalu w czasie obróbki, naddatku materiału który należy uwzględnić podczas obróbki skrawaniem, ilości i wielkości narzędzi – frezów czy możliwości technicznych frezarki CNC. Ten etap projektowania produktu jest szczególnie ważny, gdyż jeśli go pominiemy to może się okazać, że w trakcie obróbki frezowania CNC będzie trzeba stosować większe i droższe narzędzia niż to jest konieczne, a czasami może się okazać że dany produkt w ogóle nie jest technicznie możliwy do wdrożenia. Na tym etapie dobrze jest się skonsultować z projektantem CAM lub operatorem frezarki CNC lub firmą, która się specjalizuje w takich usługach.

Jeśli koncepcja produktu jest już przeanalizowana pod względem produkcji to możemy wykonać cyfrowy model 3D. Często modele 3D wykonuje się już na samym początku procesu projektowego bez wykonywania szkiców czy rysunków, co też jest dobrym rozwiązaniem gdyż posiadając taki model w formie cyfrowej łatwiej jest go analizować pod względem możliwości i optymalizacji produkcji. Gotowy model należy przygotować do kolejnych procesów prototypowania w formatach takich jak obj, step, stl, igs.

Druk 3d jako jeden z procesów weryfikacji prototypu

Jeżeli wdrażany produkt lub komponent jest częścią większego systemu lub należy przed uruchomieniem produkcji sprawdzić czy jest dobrze zaprojektowany i spełnia swoje zadanie lub czy posiada prawidłowe proporcje i właściwą ergonomię to dobrym i ekonomicznym rozwiązaniem jest wykonanie wydruków 3d. Obiekt można wydrukować z tych samych plików, które zostały sporządzone do frezowania CNC, więc nie potrzeba już zlecać żadnych dodatkowych prac. Należy wybrać tylko filament – materiał o właściwościach które nas interesują oraz wydrukować. Niewątpliwą zaletą druku 3D jest szybkie przygotowanie wydruku, ogranicza się to do kilku ustawień drukarki i można już drukować. Weryfikacja wydrukowanego modelu może sprawić, że już na tym etapie odkryjemy, że należy wprowadzić korekty modelu lub zmienić projekt.

Prototypowy druk 3D

Prototypowy druk 3D pomaga lepiej przeanalizować projekt niż na szkicach czy ekranie komputera. Nie zawsze jednak druk 3D pozwoli nam znaleźć odpowiedzi na wszystkie pytania. Będą przypadki kiedy nie uda nam się wykonać druku próbnego ze względu na same ograniczenia drukarek 3D, najczęściej jest to wielkość wydruku. Dzięki wydrukom 3D możemy zaoszczędzić sporo czasu i pieniędzy na projektowaniu obróbek CAM oraz wykonywaniu frezowania CNC kiedy jeszcze nie wiemy czy model będzie spełniał nasze oczekiwania.

Większość drukarek 3D posiada małe pole robocze i ogranicza się ono do kilkudziesięciu centymetrów w każdej osi, więc często nie uda nam się wykonać modeli o większych gabarytach. Są oczywiście duże profesjonalne drukarki 3D ale wydruki wielkogabarytowe mogą się okazać nie ekonomiczne i niestety nie będziemy mogli skorzystać z tej formy prototypowania.

Przygotowanie obróbki CAM na podstawie projektów CAD

Zakładając, że posiadamy wykonany model 3D w odpowiednim formacie, możemy przejść do kolejnego procesu jakim jest wykonanie obróbek CAM – czyli zaprojektowanie doboru odpowiednich narzędzi frezujących oraz ścieżek po jakich mają się one poruszać obrabiają przygotowany cyfrowo model. To w tym procesie planowana jest cała praca frezarki CNC, mocowanie materiału w trakcie procesu produkcji oraz kolejne wykonywanie obróbek skrawaniem. Jeśli poprzednie etapy pracy projektowej na etapie projektu były prawidłowo wykonane to wszystko powinno pójść w miarę sprawnie.

Zdarza się jednak, że na tym etapie projektant CAM może zasugerować korekty modelu gdyż może okazać się że przy obecnej geometrii produktu zachodzi konieczność zakupu droższych narzędzi lub część geometrii w ogóle nie jest możliwa do wykonania techniką frezowania CNC. W takim przypadku najlepiej cofnąć się do etapu projektowania i wprowadzić korekty do modelu produktu.

Model testowy oraz weryfikacja jego wykonania

Po wykonaniu modelu testowego można przystąpić do jego analizy aby zweryfikować czy jest on prawidłowo wykonany i czy spełnia nasze oczekiwania. W każdym przypadku analiza będzie się opierała na innych faktorach, ale najczęściej analizie poddaje się:

• zgodność wymiarów z projektem, szczególnie jeśli komponent jest elementem większej całości,
• złożoność procesu produkcyjnego, oraz możliwości optymalizacji,
• czas obróbki oraz dobór narzędzi (jeśli nie udało się tego zrobić wcześniej),
• możliwości wykonania kolejnych elementów procesu produkcji takich jak szlifowanie czy lakierowanie, ,
• ciężaru produktu,
• wartości estetyczne – jeśli będzie to produkt wzornictwa przemysłowego gdzie estetyka będzie oceniana przez odbiorców produktu,
• optymalizację zużycia materiału i naddatku materiału do wykonania każdego komponentu,
• możliwości pakowania produktu końcowego,
• wartości użytkowe produktu oraz ergonomię jego wykonania,

Wdrożenie do produkcji frezowanie CNC

Jeśli produkt spełnia założone oczekiwania można wdrażać go do produkcji. Zdarza się jednak, że w trakcie analizy prototypu uda się udoskonalić produkt czy wprowadzić małe zmiany, które często przekładają się na znaczne skrócenie czasu obróbki frezowania CNC, lub też użycia tańszych i bardziej zoptymalizowanych narzędzi. Najważniejsze jest jednak, że model testowy w skali 1:1 pozwala określić czy projekt spełnia wszystkie pokładane w nim oczekiwania zarówno użytkownika końcowego jak i możliwości produkcyjnych.

Dysponując prototypem mamy możliwość przetestowania produktu zanim przystąpimy do uruchomienia produkcji. Dobrze zaplanowany proces prototypowania pozwoli sprawnie uzyskać gotowy komponent lub cały produkt oraz zaplanować optymalną produkcję.

Autor: Marcin Juzwa

Projektant form przemysłowych i mebli. Od lat śledzący najnowsze trendy we wzornictwie przemysłowym, motoryzacji, architekturze. Pasjonat różnych technologii wytwarzania. Rozwija firmę produkcyjną, w oparciu o techniki obróbki skrawaniem oraz pomaga w optymalizacji procesów frezowania CNC swoim klientom.