Der beste Weg, um einen Metallprototyp herzustellen

Metallprototypen sind für Unternehmen in vielen Branchen wichtig, von der Luft- und Raumfahrt bis zur Elektronik, da ein effizienter Metallprototyp zu einem besseren Endprodukt führen kann.

In diesem Artikel wird die Bedeutung metallischer Prototypen erörtert und die Situationen untersucht, in denen metallisches Prototyping dem Kunststoff-Prototyping vorzuziehen ist.

Darüber hinaus werden verschiedene effektive Methoden zur Herstellung von Metallprototypen diskutiert: CNC-Bearbeitung, 3D-Druck (Additive Manufacturing), Blechumformung, Spritzguss und Extrusion. AIXI ist in der Lage, mehrere Prozesse zu kombinieren und die beste Lösung für Ihre Anforderungen an Metallprototypen anzubieten.

Was ist ein Metallprototyp?

In der Fertigungswelt ist ein Prototyp ein Mock-up oder ein Entwurf eines Teils. Prototypen werden lange vor Produktionsbeginn gebaut, sodass Designer das Teil testen und entwickeln können.

Je nach Herstellungsverfahren für das Prototyping können Prototypen aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden.

Metallprototypen sind Prototypen, die mit einer Metallfertigungstechnik wie CNC-Bearbeitung, Gießen oder Blechumformung hergestellt werden. Sie können aus Aluminium, Stahl oder einem anderen vom Ingenieurteam ausgewählten Material bestehen.

Während Metall oft für Vorserienprototypen verwendet wird – fortgeschrittene Prototypen, die das endgültige Teil genau nachahmen – kann es auch für Prototypen im Frühstadium verwendet werden.

Metall kann aus funktionellen oder ästhetischen Gründen oder aus beiden vorzuziehen sein.

Warum einen Metallprototyp anstelle eines Kunststoffprototyps herstellen?

In manchen Situationen können Ingenieure Kunststoffprototypen für Teile erstellen, die schließlich aus Metall bestehen.

Dies kann aus einer Reihe von Gründen passieren. Einerseits spielen viele Prototypen keine funktionale oder mechanische Rolle, daher spielt es keine Rolle, ob sie bestimmte Eigenschaften wie Festigkeit, Duktilität und Leitfähigkeit aufweisen.

Und wenn die Materialeigenschaften eines Prototyps nicht wichtig sind, ist es sinnvoll, den Prototyp aus einem billigen und leicht verfügbaren Material zu erstellen. Kunststoff ist in vielen Fällen die günstigste Variante.

Einige Prototypen haben jedoch spezielle Funktionen.

Funktionsprototypen, Hybridprototypen und Vorserienprototypen müssen alle eine bestimmte Rolle erfüllen, die möglicherweise spezielle Hardwareeigenschaften erfordert. Metall ist oft der beste Lieferant dieser Eigenschaften.

Und auch nicht funktionsfähige Prototypen können von Metall profitieren. Ähnliche Prototypen, die zur Demonstration eines Konzepts dienen, sehen oft besser aus, wenn sie aus Metall gefertigt sind, insbesondere wenn das Teil auch in Serie aus Metall hergestellt wird.

Metall-Prototyping kann daher die Chancen auf frühzeitige Investitionen und kommerziellen Erfolg erhöhen.

Der Bau eines Prototyps aus Metall bietet auch langfristig erhebliche finanzielle Vorteile.

Wenn das Teil schließlich aus Metall in Massenproduktion hergestellt wird, ist es relativ einfach, einen Metallprototyp in ein fertiges Metallprodukt zu verwandeln. Im Gegensatz dazu kann ein 3D-gedruckter Kunststoff-Prototyp nicht ohne weiteres in ein Metallfertigungsteil umgewandelt werden.

Vorteile metallischer Prototypen:

Bessere mechanische / funktionelle Leistung
Genauere Tests
Bessere Ästhetik
Mehr Chancen auf Investoreninteresse
Einfachere Umstellung auf Produktion

Was ist die beste Methode zur Herstellung Ihrer Metallprototypen?

Aufgrund ihrer Geometrie, Toleranz oder Menge sind einige Metallprototypen möglicherweise nur für einen einzigen Herstellungsprozess geeignet, wie zum Beispiel CNC-Bearbeitung oder 3D-Druck.

Die meisten Teile können jedoch mit einer Reihe unterschiedlicher Verfahren hergestellt werden.

In diesem Fall gilt es herauszufinden, welche Methode die beste ist – im Hinblick auf das beste mechanische Ergebnis sowie die Reduzierung der Kosten und der Herstellungszeit auf ein Minimum. Hier sind einige kurze Einführungen in einige gängige Techniken zur Herstellung von Metallprototypen.

Prototypen für die Metallbearbeitung

Die CNC-Bearbeitung ist eine ziemlich kostengünstige Möglichkeit, Metallprototypen zu erstellen.

Eine CNC-Maschine verwendet Computeranweisungen, um ein Metallschneidwerkzeug zu führen, das präzise Materialabschnitte von einem Metallblock entfernt.

Die maschinelle Bearbeitung ist ein nützliches Prototyping-Tool, da digitale CAD-Designs leicht zwischen Prototypen geändert werden können, was zu einem effizienten Workflow führt. Es ist auch einfach, das Design zu duplizieren oder an andere Parteien zu verteilen.

Das Verfahren ist auch mit einer Reihe von Metallen kompatibel, obwohl bestimmte Aluminiumsorten möglicherweise die beste Kombination aus Wert und Bearbeitbarkeit bieten.

CNC-gefräste Prototypen sind recht günstig, da sie keine Werkzeuge benötigen und daher keine Mindestbestellmenge haben. Aufgrund der subtraktiven Natur des Verfahrens gibt es jedoch eine gewisse Materialverschwendung.

In Bezug auf die Gestaltungsfreiheit bieten 4-Achs- und 5-Achs-CNC-Maschinen eine außergewöhnliche Flexibilität, um komplexe Teile mit detaillierten Eigenschaften zu erstellen.

Vorteile:
Niedrige Kosten, Designfreiheit, Materialauswahl

Die Unannehmlichkeiten:
Etwas Materialverschwendung

Hier sind einige Beispiele von Metallbearbeitungsprototypen, die von AIXI hergestellt wurden. Dies soll Ihnen nur eine grobe Vorstellung davon geben, welche Arten von Teilen für die CNC-Bearbeitung geeignet sind.

3D-Druck-Prototypen aus Metall

Der 3D-Druck ist eine weitere recht kostengünstige Möglichkeit, Metallprototypen herzustellen, obwohl additive Fertigungsmaschinen für Metall viel teurer sind als FDM-3D-Drucker, die nur Kunststoffe drucken.

3D-gedruckte Metallprototypen können mit AM-Technologien wie dem selektiven Laserschmelzen (SLM) und dem direkten Metall-Lasersintern (DMLS) hergestellt werden.

Wie bei der CNC-Bearbeitung verwendet der 3D-Druck digitale Designs als Eingabe, die schnelle Designänderungen ermöglicht.

Einer der größten Vorteile des Metall-3D-Drucks ist jedoch die geometrische Flexibilität. 3D-gedruckte Metallprototypen können sehr komplexe Eigenschaften aufweisen, einschließlich komplizierter Innenabschnitte, da sie Schicht für Schicht aufgebaut und nicht aus einem massiven Block geschnitten werden.

Metallprototypen können eine weniger beeindruckende Oberflächenbeschaffenheit aufweisen als andere Formen von Metallprototypen, obwohl eine gute Oberflächenbehandlung dieses Problem lindern kann.

Mehrere Metalle sind als AM-Pulver erhältlich, aber die Optionen sind weniger vielfältig als bei anderen Verfahren.

Vorteile:
Geringe Kosten, Gestaltungsfreiheit

Die Unannehmlichkeiten:
Bauteilfestigkeit, Materialauswahl

Aufgrund der Hinterschneidungen und internen Kanäle sind dies typische Teile, für die Sie keine besseren Möglichkeiten als den 3D-Druck haben.

Blechprototypen

Die Blechfertigung ist eine Gruppe von Prozessen im Zusammenhang mit dem Schneiden, Umformen und Fügen von Blechen. Es wird verwendet, um funktionale Gegenstände wie Halterungen, Gehäuse und Industrieteile herzustellen.

Bei Blechprojekten kann es von Vorteil sein, einen funktionierenden Metallprototyp mit den gleichen Blechtechniken zu erstellen, die während der Produktion verwendet werden.

Zu den Blechumformprozessen gehören Laserschneiden, Stanzen, Biegen, Strangpressen und Schweißen.

Blechprototypen sind garantiert stabil und von hoher Qualität. Sie können jedoch teurer sein als die Alternativen, wenn mehrere Umformprozesse erforderlich sind.

Ein Prototyp einer rechtwinkligen Halterung mit Löchern könnte beispielsweise drei separate Maschinen erfordern: einen Laserschneider, eine Bremse und eine Stanzpresse, während ein ähnlicher Prototyp nur mit einer CNC-Maschine oder einem 3D-Drucker hergestellt werden könnte.

Die Blechfertigung kann besonders nützlich sein, wenn mehrere Kopien des Prototyps benötigt werden.

Vorteile:
Produktionsqualität, Vielfalt der Herstellungsverfahren

Die Unannehmlichkeiten:
Zeitaufwand, eingeschränkte Gestaltungsfreiheit

Prototypen aus Metallextrusion

Die Metallextrusion ist eine weitere Metallbearbeitungstechnik, die im Allgemeinen nicht als Prototyping-Prozess angesehen wird.

Beim Extrusionsprozess wird Material durch eine profilierte Öffnung in einer Matrize gepresst, wodurch ein langgestrecktes Teil mit gleichmäßigem Querschnitt entsteht.

Die meisten Extrusionsunternehmen verarbeiten nur Großserienaufträge, und einmalige Prototypen sind ihre Zeit nicht wert.

Manchmal ist es jedoch interessant, Metallextrusion für das Prototyping von Metallen einzusetzen, und AIXI ist einer der wenigen Anbieter solcher Dienstleistungen.

Das Strangpressen wird fast ausschließlich auf Aluminiumlegierungen durchgeführt und ist ein geeignetes Verfahren für einfache Teile wie Metallstangen, Halterungen und Dichtungen.

Das Verfahren eignet sich für Test- und Vorserienprototypen, bei denen der Prototyp aus Extrusionsmetall das endgültige Teil genau nachahmt. Es wird nicht für Teile empfohlen, die mit einer anderen Technik hergestellt werden.

Vorteile:
Bauqualität

Die Unannehmlichkeiten:
Begrenzte Auswahl an Materialien