Prototipe CNC: Keuntungan dan Keterbatasan yang Perlu Anda Ketahui
Apa itu pemesinan CNC?
Pemesinan CNC (Computer Numerical Control) adalah proses manufaktur di mana input komputer digunakan untuk mengontrol alat pemesinan seperti bor dan bubut. Ini digunakan di banyak industri untuk berbagai prototipe dan bagian akhir.
Proses dimulai dengan desain 3D digital, yang dibuat menggunakan perangkat lunak CAD, yang dapat diterjemahkan oleh komputer menjadi serangkaian instruksi ke alat pemotong mesin. Instruksi ini dikenal sebagai G-code. Setelah G-code dikirim ke mesin, sangat sedikit supervisi manual yang dibutuhkan, karena mesin tahu kapan dan di mana memotong dan melakukan pemesinan secara otonom. Ini menghasilkan penghematan waktu dan biaya yang signifikan dibandingkan dengan pemesinan tradisional, di mana mesin terampil memotong benda kerja menggunakan alat pemotong yang dioperasikan secara manual.
Pemesinan adalah proses subtraktif, yang berarti peralatan menghilangkan material yang ada daripada memperkenalkan material baru. Berbeda dengan manufaktur aditif, di mana printer 3D menyetorkan material berlapis untuk membentuk objek, pemesinan CNC melibatkan memotong bagian-bagian dari blok yang tidak berbentuk yang dikenal sebagai “benda kerja.” Material berlebih dibuang atau didaur ulang, akhirnya meninggalkan bagian yang selesai. Mesin CNC yang lebih kompleks, yang memiliki lebih banyak sumbu, mampu memotong benda kerja dengan cara yang lebih kompleks, menghasilkan bagian dengan geometri yang lebih rumit.
Pemesinan CNC adalah proses manufaktur yang banyak digunakan berkat serbagunannya, akurasi, konsistensi dan rentang material yang kompatibel: meski legium aluminium adalah material paling umum untuk pemesinan, banyak logam dan plastik lainnya juga dapat digunakan.
Apakah pemesinan CNC baik untuk prototipe?
Meski banyak orang sekarang menganggap pencetakan 3D sebagai bentuk prototipe cepat yang dominan, pemesinan CNC juga merupakan proses penting untuk membuat bagian prototipe. Untuk memahami mengapa, bermanfaat untuk mempertimbangkan bentuk berbeda yang dapat diambil prototipe, dan untuk mempertimbangkan mengapa prototipe ini ada.
Prototipe dapat memiliki banyak fungsi berbeda. Pada level paling dasar, mereka bertindak sebagai placeholders atau props — representasi longgar dari bagian akhir yang digunakan untuk menyampaikan informasi visual tentang bagaimana bagian akhir akan terlihat atau berperilaku. looks-like prototypes ini dapat digunakan untuk memandu proses R&D atau memberikan bukti konsep. Jika dibuat dengan standar estetika yang tinggi, mereka juga dapat digunakan untuk mempresentasikan produk baru kepada investor potensial. Prototipe semacam ini dapat sangat penting, tetapi mereka tidak harus dibuat menggunakan peralatan profesional kelas tinggi: mereka dapat dibuat tangan atau dicetak dengan printer 3D desktop kelas rendah.
Beberapa prototipe, namun, digunakan untuk lebih dari sekadar representasi visual. Bergantung pada tahap pengembangan produk, perusahaan mungkin perlu membuat engineering prototypes atau production prototypes: prototipe yang tidak hanya terlihat seperti bagian akhir, tetapi juga berfungsi seperti itu, bertindak sebagai pengganti yang mendekati hal yang sebenarnya. Sementara pencetakan 3D mungkin opsi yang bagus untuk prototipe looks-like, pemesinan CNC sering kali lebih disukai untuk prototipe fungsional ini yang memerlukan kekuatan, stabilitas mekanis atau karakteristik lainnya yang tidak disediakan oleh proses aditif. Akhirnya, tidak banyak bagian akhir yang dibuat dengan printer 3D.
Pemesinan CNC dapat menjadi pilihan yang baik untuk prototipe, tetapi kesesuaiannya tergantung pada sifat prototipe. Untuk tujuan apa prototipe akan digunakan? Dari material apa akan dibuat? Dan dari material apa bagian akhir akan dibuat? Pertanyaan-pertanyaan ini dan lainnya pada akhirnya akan memandu pengguna ke metode prototipe yang paling sesuai.
CNC Machined Aluminum Prototype
Keuntungan prototipe dengan pemesinan CNC
Ada banyak alasan mengapa perusahaan mungkin menggunakan pemesinan CNC untuk membuat prototipe, termasuk kecepatan produksi, kualitas bagian, opsi material dan kemiripan dengan bagian akhir.
Dari file ke prototipe
Salah satu keuntungan terbesar pemesinan CNC adalah elemen “CNC”. Karena pemesinan CNC adalah proses digital yang membuat bagian dari file komputer, insinyur tahu bahwa prototipe yang diproses akan cocok dengan desain 3D digital, dan bahwa desain digital yang sama nantinya dapat digunakan untuk membuat bagian akhir dengan dimensi yang identik. Tingkat keberulangan sangat tinggi.
Selanjutnya, menggunakan desain 3D digital memungkinkan perubahan yang cepat dan presisi. Jika prototipe yang diproses menunjukkan cacat fisik yang berasal dari desain yang buruk, insinyur dapat kembali ke perangkat lunak CAD untuk membuat perubahan yang sesuai untuk prototipe berikutnya. Versi berbeda dapat dibandingkan berdampingan, dan perangkat lunak simulasi bahkan dapat digunakan untuk menguji secara preventif bagaimana bagian akan berprestasi di dunia nyata.
3D CAD file
Prototype done by 5 axis CNC Machining
Kualitas dan konsistensi
Komputer tidak sempurna, tetapi mesin yang dikontrol komputer cenderung berfungsi persis seperti yang diharapkan — kecuali jika rusak. Sementara banyak proses prototipe bergantung pada keterampilan manusia (dan oleh karena itu rentan terhadap kesalahan manusia), mesin CNC mengikuti instruksi mereka hingga fraksi milimeter.
Penting, mereka juga dapat melakukannya berulang kali. Meski sebuah perusahaan mungkin hanya membuat satu prototipe, mesin CNC dapat, jika diperlukan, menjalankan pekerjaan yang sama sekali kedua kali dengan deviasi minimal dari yang pertama. Ini sangat berguna untuk mengembangkan iterasi baru dari prototipe, dan untuk beralih ke produksi dengan mesin yang sama. (Proses manual sangat penting, tetapi lebih mudah untuk menjamin konsistensi dengan mesin otomatis.)
Rentang material kuat
Jika prototipe tidak memiliki tujuan mekanis, mungkin cocok untuk pencetakan 3D, yang — meski tidak dikenal untuk menghasilkan bagian yang kuat — sangat murah dan dapat dilakukan dalam waktu singkat. Namun, untuk sebagian besar proses pencetakan 3D, opsi material lebih sempit dibandingkan dengan pemesinan.
Pemesinan CNC tidak hanya menawarkan rentang material yang kompatibel, ia juga menawarkan beberapa material yang sangat kuat dan awet, termasuk berbagai macam logam. Memungkinkan untuk mencetak 3D dengan logam juga, tetapi tidak dengan printer FDM kelas rendah.
Material pemesinan CNC umum meliputi:
| Logam | Plastik |
| Aluminium | ABS |
| Baja | PC |
| Baja karat | PP |
| Magnesium | PS |
| Titanium | POM |
| Seng | PMMA |
| Messing | PAGF30 |
| Bramas | PCGF30 |
| Tembaga | Teflon |
| LDPE |
| HDPE |
Kemiripan dengan bagian akhir
Keuntungan utama lainnya menggunakan pemesinan CNC untuk prototipe adalah kemampuan untuk membuat prototipe yang mirip dengan bagian akhir. Karena pusat pemesinan sepenuhnya mampu memproduksi bagian akhir serta prototipe, memungkinkan untuk membuat prototipe yang dekat dengan produk akhir — sebuah perwira yang jarang mungkin dengan pencetakan 3D atau metode lainnya.
Sebagian dari ini adalah karena material. Banyak logam teknik sangat mudah diproses, yang memungkinkan insinyur untuk membuat prototipe dari bahan yang sama (atau mirip) yang akan mereka gunakan untuk bagian akhir. Namun, kualitas proses itu sendiri juga merupakan faktor: bagian yang diproses kuat dan tidak menunjukkan kelemahan di sepanjang sumbu tertentu seperti bagian yang dicetak, sementara proses pemesinan itu sendiri bahkan dapat digunakan untuk mereplikasi proses lain seperti forming logam tipis.
Selanjutnya, membuat prototipe yang dekat dalam penampilan dan perilaku dengan bagian akhir membuat lebih mudah untuk beralih ke produksi jembatan, karena ada kurang banyak perubahan signifikan yang harus dilakukan.
Kekurangan prototipe dengan pemesinan CNC
Meski memiliki keuntungan, pemesinan CNC memiliki keterbatasan tertentu sebagai metode prototipe, yang mungkin menyebabkan perusahaan menyukai pendekatan alternatif.
Lebih mahal daripada pencetakan 3D
Salah satu kelemahan yang jelas dari pemesinan CNC prototipe adalah biaya prosesnya. Pusat pemesinan adalah mesin besar yang memerlukan daya yang signifikan dan supervisi manusia yang lebih besar daripada printer 3D. Logam yang dapat diproses juga datang dengan titik harga yang lebih tinggi daripada bahan cetak umum seperti PLA.
Ini adalah salah satu alasan utama mengapa insinyur mungkin memilih proses prototipe alternatif, meski mereka berniat menggunakan pemesinan untuk bagian akhir mereka. Pengembangan bisa menguras sumber daya, dan bisa dipahami jika perusahaan perlu memotong setiap biaya selama tahap (awal) prototipe.
Beberapa keterbatasan geometri
Pusat pemesinan 4-sumbu dan 5-sumbu menawarkan derajat fleksibilitas geometri yang besar, bahkan mesin-mesin ini memiliki keterbatasan mereka. Untuk struktur rumit dengan geometri internal yang kompleks, proses manufaktur aditif mungkin lebih cocok, karena mereka tidak terbatas oleh sudut alat pemotong.
Ingatlah, namun, bahwa prototipe yang dicetak 3D bisa menyesatkan: desain 3D digital yang keluar sempurna dari printer 3D mungkin tidak dapat diproduksi menggunakan peralatan produksi yang dipilih, apakah itu pusat pemesinan, peralatan injection molding atau sesuatu yang lain. Fleksibilitas geometri untuk prototipe hanya berguna jika fleksibilitas itu dapat direplikasi pada bagian akhir.
Sisa material
Karena pemesinan CNC adalah proses subtraktif, ia memerlukan lebih banyak material daripada yang sebenarnya masuk ke dalam bagian. Sebagian material dipotong dan berakhir sebagai irisan logam atau plastik, yang kemudian harus dibuang. Ini berbeda dari proses prototipe aditif, yang tidak menghasilkan sisa material kecuali jika cetakan gagal dan harus diulang.
Menggunakan pemesinan sebagai proses prototipe dapat menimbulkan biaya material yang lebih tinggi karena penggunaan material yang lebih besar dan pemborosan. Namun, irisan sering kali dapat didaur ulang, jadi dampak lingkungan proses tidak harus parah. (Menjual material sisa yang dapat didaur ulang juga dapat membantu merebut kembali beberapa biaya material.)
Meterial Removed from Solid Block
Rapid tooling: Prototipe cetakan injeksi melalui pemesinan CNC
Kami telah melihat bagaimana pemesinan CNC dapat menjadi proses prototipe yang baik. Namun pemesinan juga dapat digunakan secara tidak langsung untuk membuat prototipe cetakan injeksi.
Dengan memesin tooling atau cetakan CNC, perusahaan mendapatkan cara yang lebih hemat biaya untuk membuat aparatur yang diperlukan untuk injection molding. Tooling yang diproses CNC ini dapat dibuat lebih cepat daripada tooling tradisional, dan oleh karena itu adalah pintasan ke prototipe cetak. (Untuk bagian cetak akhir setelah tahap prototipe, metode tooling tradisional dapat digunakan.)
Menggunakan proses rapid tooling jauh lebih hemat biaya saat memesan volume besar bagian cetak, karena biaya tooling yang diproses jauh lebih mahal untuk dibuat daripada bagian resin cetak itu sendiri. Dan meskipun volume besar mungkin tidak terlalu diinginkan selama tahap prototipe, prototipe cetak asli akan lebih mewakili bagian cetak daripada, misalnya, alternatif yang dicetak 3D.
Hubungi 3ERP untuk menemukan apakah pemesinan CNC adalah proses prototipe terbaik untuk proyek Anda.
