CNC加工プロトタイプの材料要件: 完全なガイド

製品開発に関与している場合, CNC加工プロトタイプに適した素材を選択することは、メイクまたはブレイクの決定であることを知っています. 選択した素材は、すべてに影響します (機械加工の難易度) コストとリードタイムのプロトタイプパフォーマンス. しかし、非常に多くのオプションが利用可能です, どの素材があなたのプロジェクトの特定のニーズを満たしているかをどのように知ることができますか? このガイドで, CNC加工プロトタイプの主要な材料要件を分析します, 製品の製品と一致する情報に基づいた選択をするのを手伝う (機能), 外観 (外観), パフォーマンスの目標.

CNC加工プロトタイプ資料の理解

特定の要件に飛び込む前に, CNCプロトタイプにとって、材料の選択がこれほど重要な理由を明確にしましょう. 大量生産とは異なり, 主にコストとスケーラビリティのために材料が選択されることが多い場合, プロトタイプ資料は、複数の要因のバランスをとる必要があります: 機械加工が簡単でなければなりません (開発のタイムラインを短くするため), 最終製品のプロパティを正確に表します (信頼できるテスト用), そして時々、生産資料のルックアンドフィールを模倣します (利害関係者のプレゼンテーション用).

CNCの機械加工 - 固体ブロックから材料を除去する減算的な製造プロセス - 幅広い材料で機能します, しかし、すべての材料がすべてのアプリケーションに等しく適しているわけではありません. 重要なのは、素材の特性をプロトタイプの使用意図と一致させることです, それがデザインコンセプトを検証しているかどうか, 構造的完全性のテスト, または、最終製品の外観を示します.

一般的なプロトタイプタイプの材料要件

さまざまな製品にはさまざまなニーズがあります, そして、あなたのプロトタイプ資料はそれを反映する必要があります. 最も一般的なタイプのCNC機械加工プロトタイプの材料要件を調べてみましょう.

1. 従来の製品プロトタイプ: 容易さと美学のバランス

ほとんどの標準プロトタイプ、特に開発の初期段階のプロトタイプの場合 - 腹筋 (アクリロニトリルブタジエンスチレン) 頼りになる素材です. 従来のプロトタイプのコア要件を満たしている理由は次のとおりです:

加工性: ABSは比較的柔らかいです (海岸dの硬度 60-70) マシンはきれいです, 過度のツール摩耗なしで滑らかなエッジを生成します. これにより、処理が速くなります, プロトタイプのターンアラウンド時間を短縮します.
仕上げ品質: 機械加工後, ABSはよく磨く高品質の表面仕上げを達成できます, 視覚的なプロトタイプに理想的にします.
費用対効果: ABSは、エンジニアリンググレードのプラスチックに比べて手頃な価格です, 複数のバージョンが必要になる可能性のある反復プロトタイピングに最適なものにします.
汎用性: さまざまな色があります, 基本的な色の表現で十分な場合、即時の塗装や仕上げの必要性を排除する.

Prototype Manufacturers Associationの調査では、ABSがほぼ使用されていることがわかりました。 65% 初期概念プロトタイプの, これらの重要な領域でのバランスの取れたパフォーマンスのおかげです.

2. 高温耐性プロトタイプ: 熱の課題に耐えます

製品が高温環境で実行する必要がある場合 - エンジンコンポーネントを考えてください, 産業機械, またはキッチンアプライアンス - あなたのプロトタイプ材料は、変形や強さを失うことなく、高温に耐えなければなりません. 一番の材料の選択とその要件はそうです:

材料	温度抵抗	加工性	結合性	キーアプリケーション
エポキシ樹脂	最大150°C (302°F)	良い	いいえ	電気絶縁体, ヒートシールド
ベークライト	最大180°C (356°F)	公平	いいえ	電気コンポーネント, ハンドル
黒いPC	最大120°C (248°F)	良い	はい	耐熱性エンクロージャー
PA (ナイロン)	最大100〜150°C (212-302°F)	良い	いいえ	高温ギア, ブッシング

これらの材料のうち3つの重要な要件 (エポキシ樹脂, ベークライト, とPA) 効果的に結合できないことです. これは、これらの材料から作られたプロトタイプを単一のピースとして機械加工する必要があることを意味します, 設計上の考慮事項に影響します:

モノリシック建設のための設計: アセンブリが必要な複雑なジオメトリを避けてください, 接着された関節は熱ストレスの下で失敗するため.
ツールパスの最適化: 小さな断片を組み合わせることができないため、材料廃棄物を最小限に抑えるための機械加工経路を計画する.
厚さの考慮事項: 高温での構造的完全性に十分な壁の厚さを確保する.

黒いPCは、接着できる唯一の熱耐性オプションとして際立っています, 中程度の温度抵抗を必要とする複雑なアセンブリにより多くの設計柔軟性を提供する.

3. 耐摩耗性のプロトタイプ: 耐久性テストのための材料

摩擦や繰り返しの接触を経験する製品 - ギアのように, ベアリング, またはスライドメカニズム - 耐久性を正確にテストするために、耐摩耗性の材料から作られたプロトタイプをご覧ください. 主なオプションはです:

ポン (ポリオキシメチレン / 酢酸): 低摩擦係数と優れた摩耗抵抗で知られる, POMは可動部品に最適です. テスト中に摩擦誘発摩耗を減らす滑らかな表面仕上げがあります.
PA (ナイロン): 特に繊維で補強する場合, ナイロンは良好な耐摩耗性を提供し、中程度の負荷を処理できます, 長期的な摩耗をシミュレートする必要があるプロトタイプに適しています.

両方の資料は重要な要件を共有しています: 確実に結合することはできません. これはつまり:

全体的な機械加工要件: プロトタイプは、単一のブロックから機械加工する必要があります, より大きな材料在庫が必要になる場合があります.
シンプルさを設計します: 単一ピースの機械加工を困難にするアンダーカットや内部機能を避けてください.
耐性制御: これらの材料は、水分吸収のためにわずかな寸法の変化をもたらす可能性があります, したがって、機械加工許容範囲はこの特性を説明する必要があります.

4. 高タフネスプロトタイプ: 耐衝撃性のための材料

耐衝撃性を実証する必要があるプロトタイプ, 柔軟性, または、スポーツ用品など、ストレス下での耐久性, 保護ケース, または自動車コンポーネント - タフネスが高い材料を再記録します. 一番の選択肢はそうです:

PA (ナイロン): 優れたタフネスと耐衝撃性を提供します, 特に寒い気温で, さまざまな環境でテストされたプロトタイプに適しています.
pp (ポリプロピレン): その柔軟性で知られています, 耐薬品性, 壊れずに繰り返し曲げに耐える能力.

彼らの耐摩耗性のカウンターパートのように, これらの材料を効果的に結合することはできません, 全体的な処理が必要です. これにより、特定の要件が作成されます:

柔軟性のニーズに基づく材料選択: PPはPAよりも柔軟性が高くなります, PAは低温でより良い衝撃強度を提供します.
柔軟な材料のための機械加工に関する考慮事項: 両方の材料は、機械加工後に少し「バックバック」することができます, したがって、正確な寸法を達成するために、ツールパスと切断パラメーターを調整する必要があります.
アライメントのテスト: プロトタイプの素材の靭性は、正確な衝撃テスト結果を確保するために、できるだけ密接に最終的な生産資料と一致する必要があります.

5. 透明なプロトタイプ: 光学的透明度のための材料

製品がレンズなど、透明性に依存している場合, ディスプレイカバー, または照明器具 - あなたのプロトタイプは、光学特性を正確に複製する必要があります. CNC加工プロトタイプ用の主要な透明な材料です:

PMMA (アクリル): 優れた光学的透明度を提供します (92% 光伝達) ガラスよりも機械加工する方が簡単です, 視覚的なプロトタイプに理想的にします.
透明な腹筋: PMMAよりも優れた耐衝撃性を提供しますが、明確さはわずかに低くなります (85-90% 光伝達).
透明なPC (ポリカーボネート): 明確さを組み合わせます (89% 光伝達) 耐衝撃性が高い, 透明性と耐久性の両方を必要とするプロトタイプに適しています.

これらの材料の重要な要件は、希望する光学効果を達成するためにマシン後の研磨が必要なことです:

表面仕上げの準備: 機械加工マークは慎重に磨く必要があります, プログレッシブグリッツから 400 に 2000 ガラスのような仕上げを達成するため.
機械加工パラメーター: 鋭利なツールと飼料速度が遅いため、余分な磨き時間を必要とする表面の傷を最小限に抑える.
処理予防策: これらの素材は引っ掻く傾向があります, そのため、処理中にクリーンルームの状態とソフトハンドリングツールをお勧めします.

CNCプロトタイプの表面処理要件

表面処理が適切に考慮されない場合、最良の材料の選択でさえ不足する可能性があります. 右の表面仕上げは外観を強化するだけでなく、機能を改善することもできます, 耐摩耗性の増加や摩擦の減少など. 一般的な表面処理要件には含まれます:

1. スプレー (絵画) オプション

プロトタイプスプレーは、生産の意図に合わせて多用途の仕上げオプションを提供します:

光沢のある仕上げ: デザインの詳細を強調し、インジェクション成形部品を模倣する高光電表面を提供します. オレンジ色の皮のテクスチャを避けるために、慎重な表面準備が必要です.
マット仕上げ: まぶしさを減らし、小さな表面の欠陥を隠します, 外観がテストに続発する機能的プロトタイプに最適.
サンディテクスチャー: グリップが改善された触覚表面を作成します, ハンドルまたは制御面に適しています.
透明/半透明のコーティング: 保護層を追加しながら、天然素材の色を強化または保護する.
蛍光コーティング: 高い視認性を必要とするプロトタイプに役立ちます, 安全装置など.
ラバーオイル仕上げ: ソフトを提供します, ゴムのような感触, 多くの場合、家電やハンドヘルドデバイスに使用されます.

2. 他の表面処理

電気めっき: 金属層を追加します (クロム, ニッケル, 金) 装飾目的のためまたは導電率を向上させるため, 接着を確保するために正確な表面調製が必要です.
フロスティング: マットを作成します, 透明な材料の非反射面, 多くの場合、光ディフューザーまたはプライバシーコンポーネントに使用されます.
シルクスクリーニングとパッド印刷: テキストを適用します, ロゴ, またはグラフィックス, きれいに必要です, 適切なインク接着のためのオイルフリーの表面.

各表面処理には、特定の材料互換性要件があります. 例えば, 一部のプラスチックでは、塗装する前に入門書が必要です, 電気を導くことができる材料で電気めっきが最適に機能しますが (または、そうするように扱われています).

プロトタイプの成功における材料選択の役割

適切な材料を選択することは、技術的要件を満たすだけではありません。製品開発のタイムラインとコスト効率に直接影響します. 材料の選択が重要な理由は次のとおりです:

リスク削減: 適切なプロトタイプ資料を使用すると、設計上の欠陥を早期に特定することができます, 費用のかかるカビの変更を後で回避します. 例えば, 間違った材料で耐熱性のプロトタイプをテストすると、高温でのみ現れる潜在的な変形の問題を見逃す可能性があります.
開発速度: 迅速に機械加工し、最小限の後処理を必要とする材料は、反復サイクルを短くすることができます, 製品をより速く市場に出す.
利害関係者の信頼: 最終製品の外観とパフォーマンスを正確に表すプロトタイプは、投資家から承認を得る可能性が高くなります, デザイナー, エンドユーザー.

業界データはこれをサポートしています: 製品開発チームの調査では、アプリケーションがマッチしたプロトタイプ資料を使用して、市場までの時間を平均して短縮することがわかりました。 22% 一般的な資料を使用しているものと比較してください.

Yigu Technologyの視点

Yiguテクノロジーで, 材料の選択は、効果的なCNCプロトタイプの機械加工の基礎であると信じています. 材料を機能的な要件に一致させることにより、耐熱性に関係なく, 透明性, またはタフネス - 私たちは、クライアントが自信を持ってデザインを検証するのを助けます. 私たちの 98.5% 利回り率は、物質的な専門知識へのコミットメントを反映しています, プロトタイプが生産パフォーマンスを正確に予測するようにしながら、開発サイクルを加速します.