Wie stellt man am besten einen Prototyp aus Metall her?

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

Dieser Artikel erörtert die Bedeutung von Metallprototypen und betrachtet Situationen, in denen Metallprototypen gegenüber Kunststoffprototypen vorteilhaft sind.

Außerdem werden verschiedene effektive Methoden zur Erstellung von Metallprototypen erörtert:CNC-Bearbeitung, 3D-Druck (additive Fertigung), Blechumformung, Gießen und Strangpressen. 3ERP hat die Fähigkeit, 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 Modell oder ein grober Entwurf eines Teils. Prototypen werden lange vor Beginn der Fertigung gebaut, sodass Designer das Teil testen und entwickeln können.

Abhängig vom Herstellungsverfahren, das für das Prototyping verwendet wird, können Prototypen aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden.

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

Obwohl Metall häufig für Vorproduktionsprototypen verwendet wird – fortschrittliche 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 beidem bevorzugt werden.

Warum einen Metallprototyp anstelle eines Kunststoffprototyps herstellen?

In einigen Situationen können Ingenieure Kunststoffprototypen für Teile erstellen, die schließlich aus Metall hergestellt werden.

Dies kann viele Gründe haben. Zum einen haben viele Prototypen keine funktionelle oder mechanische Rolle, daher spielt es keine Rolle, ob sie bestimmte Eigenschaften wie Festigkeit, Duktilität und Leitfähigkeit besitzen.

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

Aber einige Prototypen tun spezielle Funktionen haben.

Funktionsprototypen, Hybridprototypen und Vorserienprototypen müssen alle eine Art von Rolle übernehmen, was bestimmte Materialeigenschaften erfordern kann. Metall ist oft der beste Anbieter dieser Eigenschaften.

Und selbst nicht funktionsfähige Prototypen können von Metall profitieren. Optisch aussehende Prototypen, die verwendet werden, um ein Konzept zu demonstrieren, sehen oft besser aus, wenn sie aus Metall hergestellt sind – insbesondere, wenn das Teil auch aus Metall in Massenproduktion hergestellt wird.

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

Der Bau eines Metallprototyps hat auch wichtige langfristige Kostenvorteile.

Wenn das Teil schließlich in Massenproduktion aus Metall hergestellt wird, ist es relativ einfach, einen Metallprototyp in ein fertiges Metallprodukt zu verwandeln. Andererseits kann ein 3D-gedruckter Kunststoffprototyp nicht einfach in ein Produktionsteil aus Metall umgewandelt werden.

Vorteile von Metallprototypen:

• Bessere mechanische/funktionelle Leistung
• Genauere Tests
• Bessere Ästhetik
• Höhere Chance auf Investoreninteresse
• Einfacher Übergang zur Produktion

Was ist die beste Methode, um Ihre Metallprototypen herzustellen?

Aufgrund ihrer Geometrie, Toleranz oder Menge eignen sich einige Metallprototypen möglicherweise nur für einen Herstellungsprozess, z. B. CNC-Bearbeitung oder 3D-Druck.

Die meisten Teile können jedoch mit einer Reihe verschiedener Methoden hergestellt werden.

In diesem Fall müssen wir herausfinden, welche Methode die beste ist – sowohl im Hinblick auf das beste mechanische Ergebnis als auch auf die Minimierung von Kosten und Herstellungszeit. Hier sind einige kurze Einführungen in einige gängige Techniken zur Herstellung von Metallprototypen:

Prototypen für die Metallbearbeitung

Die CNC-Bearbeitung ist ein ziemlich erschwingliches Mittel zur Erstellung von Metallprototypen.

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

Die maschinelle Bearbeitung ist ein nützliches Prototyping-Tool, da digitale CAD-Designs zwischen Prototypen leicht geändert werden können, was zu einem effizienten Arbeitsablauf führt. Es ist auch einfach, Duplikate zu erstellen oder das Design 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-bearbeitete Prototypen sind ziemlich erschwinglich, da sie keine Werkzeuge benötigen und daher keine Mindestbestellmenge haben. Aufgrund der subtraktiven Natur des Prozesses gibt es jedoch etwas Materialverschwendung.

Hinsichtlich der Gestaltungsfreiheit bieten 4-Achsen- und 5-Achsen-CNC-Maschinen eine außergewöhnliche Flexibilität für die Erstellung komplexer Teile mit detaillierten Merkmalen.

Vorteile:

Niedrige Kosten,  Designfreiheit, Materialauswahl

Nachteile:

Etwas Materialverschwendung

Hier sind einige Beispiele für Prototypen der Metallbearbeitung, die von 3ERP erstellt wurden. Dies soll Ihnen nur eine ungefähre Vorstellung davon geben, welche Arten von Teilen für die CNC-Bearbeitung geeignet sind.

Metall-3D-Druck-Prototypen

Der 3D-Druck ist eine weitere ziemlich erschwingliche Möglichkeit, Metallprototypen zu erstellen, obwohl Maschinen für die additive Fertigung aus Metall viel teurer sind als FDM-3D-Drucker, die nur Kunststoffe drucken.

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

Wie die CNC-Bearbeitung verwendet der 3D-Druck digitale Designs als Eingabe, was schnelle Änderungen am Design ermöglicht.

Aber einer der größten Vorteile des Metall-3D-Drucks ist die geometrische Flexibilität. 3D-gedruckte Metallprototypen können sehr komplexe Merkmale aufweisen, einschließlich komplexer Innenabschnitte, da sie Schicht für Schicht aufgebaut und nicht aus einem festen Block herausgeschnitten werden.

Metallprototypen haben möglicherweise eine weniger beeindruckende Oberflächenbeschaffenheit als andere Formen von Metallprototypen, obwohl eine gute Oberflächenbehandlung dieses Problem mildern kann.

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

Vorteile:

Niedrige Kosten, Freiheit beim Design

Nachteile:

Festigkeit des Teils, Materialauswahl

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

Prototypen aus Blech

Die Blechbearbeitung ist eine Gruppe von Prozessen, die sich mit dem Schneiden, Verformen und Zusammenfügen von Metallblechen befassen. Es wird verwendet, um funktionale Gegenstände wie Halterungen, Gehäuse und Industrieteile herzustellen.

Bei Blechprojekten kann es sich lohnen, einen funktionsfähigen Metallprototyp mit den gleichen Blechtechniken zu erstellen, die während der Produktion verwendet werden.

Blechumformprozesse umfassen Laserschneiden, Stanzen, Biegen, Drehen und Schweißen.

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

Ein Prototyp einer rechtwinkligen Halterung mit Löchern kann beispielsweise drei separate Maschinen erfordern:einen Laserschneider, eine Bremse und eine Stanzmaschine, 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, Bereich der Herstellungsprozesse

Nachteile:

Erforderliche Zeit, eingeschränkte Gestaltungsfreiheit

Prototypen aus Metallguss

Beim Gießen wird flüssiges Metall in eine Form gegossen, um ein Teil zu formen.

Metallguss wird normalerweise nicht als Prototyping-Prozess betrachtet, da er spezielle Ausrüstung erfordert und die Herstellung einer Form ein mühsamer und teurer Prozess ist. Es ist daher wirtschaftlich nicht machbar, eine Form für nur ein oder zwei Prototypen zu erstellen.

Aber es gibt spezielle Möglichkeiten, Metallprototypen durch Gießen herzustellen.

Beim Feinguss können wir zum Beispiel einen 3D-Drucker verwenden, um ein Wachsmodell zu erstellen, und dieses Modell kann dann verwendet werden, um eine erschwingliche Form zum Gießen von Metallprototypen zu erstellen.

Beim Druckguss können wir die Werkzeugkosten auf verschiedene Weise reduzieren. Eine Methode besteht darin, eine einfache Form zu erstellen und dann nach feine Merkmale hinzuzufügen Gießen mit einer CNC-Maschine. (Diese Methode funktioniert nur bei kleinen Mengen; die Nachbearbeitung von Tausenden von Teilen würde zu lange dauern.)

Prototypen aus Gussmetall sind relativ teuer, aber die Werkzeuge können für die Brückenproduktion beibehalten werden, wodurch der Kunde langfristig Geld sparen kann.

Vorteile:

Extrem starke Teile, Produktionsqualität

Nachteile:

Erfordert teure Werkzeuge, Spezialausrüstung erforderlich

Metallextrusions-Prototypen

Die Metallextrusion ist eine weitere Metallbearbeitungstechnik, die normalerweise nicht als Prototyping-Prozess betrachtet wird.

Während des Extrusionsprozesses wird Material durch eine geformte Öffnung in einer Matrize gedrückt, wodurch ein längliches Teil mit einem gleichmäßigen Querschnitt entsteht.

Die meisten Extrusionsunternehmen bearbeiten nur großvolumige Produktionsaufträge, und einmalige Prototypen sind ihre Zeit nicht wert.

Es lohnt sich jedoch manchmal, die Metallextrusion für das Metall-Prototyping zu verwenden, und 3ERP ist einer der wenigen Anbieter solcher Dienstleistungen.

Die Extrusion wird fast ausschließlich bei Aluminiumlegierungen durchgeführt und ist ein geeignetes Verfahren für einfache Teile wie Metallstangen, Halterungen und Verbindungen.

Das Verfahren eignet sich zum Testen und für Vorproduktionsprototypen, bei denen der Extrusionsmetallprototyp das endgültige Teil genau nachahmt. Es wird nicht für Teile empfohlen, die mit einer anderen Technik hergestellt werden.

Vorteile:

Produktionsqualität

Nachteile:

Begrenzte Auswahl an Materialien

3ERP hat eine starke Lieferkette für die meisten Herstellungsprozesse aufgebaut, und wir haben auch die Fähigkeit, mehrere Prozesse zu kombinieren. Wir können daher die beste Lösung für Ihre Metallprototypen anbieten. Kontaktieren Sie 3ERP noch heute für ein kostenloses Angebot