¿Cuánto cuesta el mecanizado CNC de prototipos?

Si está considerando la posibilidad de fabricar un prototipo de pieza mecanizada por CNC para su proyecto, hay algunas cosas que debe entender en relación con los costos. Estas son una planificación financiera eficaz, una toma de decisiones informada durante el desarrollo del producto y la asignación de recursos. El costo promedio de un prototipo mecanizado oscila entre $50 y $500. Una sección transversal grande puede costar hasta $1000. Esto depende del costo de las materias primas, el mecanizado, el posprocesamiento y los costos generales. Este artículo brindará consejos valiosos para minimizar los gastos y guiar al fabricante para estimar correctamente el costo de las piezas mecanizadas por CNC de prototipos.

¿Qué es el mecanizado de prototipos?

Es un proceso de creación rápida de piezas de prueba de productos mediante máquinas CNC. Se trata de una producción de bajo volumen. Su finalidad es proporcionar prototipos de prueba visuales y funcionales del producto final. Esto ayuda a determinar el resultado físico de un diseño digital.

Definición de mecanizado rápido de prototipos

El prototipado rápido es un proceso ágil para la producción de piezas o ensamblajes mediante mecanizado de alta precisión utilizando diseños asistidos por ordenador (CAD). El desarrollo del prototipo se realiza mediante fabricación aditiva o impresión 3D. Con este método, los diseñadores pueden desarrollar el prototipo directamente en el software CAD a partir de modelos digitales con mayor rapidez. Esto facilita la modificación rápida y frecuente del diseño tras las pruebas funcionales de los prototipos, basándose en resultados de pruebas reales.

Tolerancias en el mecanizado CNC de prototipos

La tolerancia de mecanizado es la cantidad total de variación de una dimensión específica con respecto a un valor de referencia. Esta variación es aceptable y se expresa en límites superior e inferior. Una tolerancia de mecanizado CNC de prototipo estándar es de 0.13 mm o +/- 0.005 pulgadas. Esto significa que ninguna característica de una pieza, como longitud, ancho, diámetro o grosor, debe superar este número en los prototipos de prueba funcional.

Pros y contras de los servicios de prototipos CNC

Las ventajas y desventajas del desarrollo de prototipos CNC son las siguientes:

Ventajas

• proceso digital

Al ser un elemento digital se eliminan todo tipo de riesgos de error humano. Este proceso envía instrucciones digitalmente con software CAD a las herramientas de corte para el desarrollo del porotipo. Los diseños digitales tienen modificaciones fáciles y los diseñadores tienen que modificar el archivo en las piezas de prueba del producto.

• Calidad y consistencia del producto

El desarrollo de prototipos mediante mecanizado tiene una baja fidelidad a los diseños debido al mecanizado de alta tolerancia. La calidad del producto no cambia con la repetibilidad. Esta característica es importante cuando se trata del desarrollo iterativo de porotipos y cuando la pieza final debe fabricarse con la misma máquina.

• Amplia variedad para la selección de materiales.

El mecanizado de prototipos tiene una variedad de opciones de materiales a diferencia de la impresión 3D. Estas opciones incluyen materiales más resistentes, duraderos y confiables.

• Proximidad a la parte final

Las máquinas de prototipos pueden crear piezas muy parecidas a las piezas finales, algo que resulta casi imposible con otras opciones de mecanizado. El mismo material utilizado en el mecanizado de prototipos puede generar el mismo producto final con las mismas características y propiedades que los prototipos de prueba funcionales.

Desventajas

También existen algunas limitaciones en el mecanizado de prototipos.

Costoso

El mecanizado de prototipos es una técnica costosa. Los talleres requieren una gran cantidad de maquinaria, lo que requiere una gran inversión. Si la rentabilidad es una preocupación importante, la mayoría de los fabricantes no consideran esta opción.

Limitaciones geométricas

Las estructuras elaboradas no se adaptan al mecanizado de prototipos. Sin embargo, las máquinas CNC de 4 y 5 ejes ofrecen cierta flexibilidad, pero aún no es suficiente.

Desperdicio de materiales

El mecanizado de prototipos es un método sustractivo. El material sobrante se corta de la pieza y termina como virutas o material de desecho. Esto aumenta los costos de material.

Factores que afectan los costos del mecanizado CNC

Hay algunos factores que influyen en los costos del mecanizado CNC.

Complejidad del diseño

El diseño de la pieza puede afectar en gran medida el costo. Los diseños simples son más económicos de construir que los diseños complejos porque los diseños simples son más rápidos de mecanizar. Si un diseño tiene socavaduras, tamaños de orificios y muchos detalles, aumenta el tiempo de mecanizado.

Tolerancias

El mecanizado CNC es uno de los procesos de mecanizado de alta tolerancia en la actualidad. Pero esto no significa necesariamente que el conjunto siempre requiera el mayor grado de precisión. Una tolerancia más estricta puede resultar en un aumento del costo del proceso de mecanizado CNC. Esto también aumenta los tiempos de producción. El costo del mecanizado CNC puede aumentar al doble entre una tolerancia de +/-0.03 y +/-0.005, donde una es aproximada y la otra es estándar, respectivamente.

Selección de materiales:

La elección del material puede afectar el costo total del mecanizado CNC. El costo de la materia prima no se puede modificar, pero siempre se prefiere un menor costo de producción. Por ejemplo, el plástico es más económico que el metal. Por lo tanto, el plástico es la opción más común en la producción de bajo volumen. El ABS, el POM, el PC y el PA son materiales comunes. Entre los metales, la aleación de aluminio es un material rentable. El costo de la aleación de titanio suele ser más elevado que el del aluminio.

¿Por qué los prototipos CNC de una sola pieza cuestan más?

Un prototipo CNC de una sola pieza suele tener un coste unitario más elevado porque el trabajo de configuración no se puede compartir. Incluso para una pieza pequeña, el proveedor debe revisar el archivo CAD, comprobar el dibujo, crear las trayectorias de las herramientas, preparar las herramientas, configurar la máquina, mecanizar la primera pieza, desbarbar los bordes e inspeccionar las dimensiones clave.

El coste no se limita al material y al tiempo de corte. También puede incluir:

• Revisión de CAD y planos
• programación CAM
• Configuración de herramientas y dispositivos
• Verificación de la primera parte
• desbarbado
• Inspección dimensional
• Tolerancia y comunicación material

Si la pieza tiene tolerancias ajustadas, paredes delgadas o cavidades profundas, el riesgo es mayor. Es posible que el taller deba reducir la velocidad de corte y realizar controles adicionales para evitar el desperdicio.

Pero a veces es necesario un prototipo rápido. Permite comprobar el ajuste, el tamaño, la función y el ensamblaje antes de fabricar más piezas. Si el diseño está casi finalizado, solicitar 3, 5 o 10 piezas puede reducir el coste unitario, ya que se puede reutilizar la misma configuración. Este es el siguiente paso lógico hacia el mecanizado CNC de lotes pequeños.

Elección de acabado

Los procedimientos de posprocesamiento también pueden aumentar el costo total del proyecto, pero existen opciones que no requieren procedimientos de posprocesamiento. Los procedimientos de acabado se llevan a cabo normalmente para mejorar diferentes características de las piezas de prueba del producto, como propiedades funcionales como durabilidad, suavidad o cualidades estéticas.

Qué enviar para obtener un presupuesto preciso para un prototipo CNC

Los proveedores de fabricación, especialmente los que ofrecen servicios personalizados, trabajan con planos técnicos y muestras. Si solo reciben una idea general, es posible que tengan que estimar el material, la tolerancia, el acabado, el nivel de inspección y la cantidad. Esto puede ocasionar cambios de precio posteriormente.

Una buena solicitud de presupuesto debe responder a dos preguntas:

¿Qué aspecto tiene el prototipo?

¿Qué necesita probar el prototipo?

Paso 1: Comparta el archivo CAD 3D

El archivo CAD 3D muestra la forma completa del prototipo. Los archivos STEP o STP se utilizan habitualmente para el mecanizado CNC de prototipos porque ayudan a los ingenieros a comprobar la geometría con claridad.

Un archivo CAD ayuda al proveedor a revisar:

• Acceso a herramientas
• paredes delgadas
• Bolsillos profundos
• Socavaciones
• Necesidades de mecanizado por múltiples caras
• Posibles rutas de mecanizado de 3, 4 o 5 ejes

Sin un archivo 3D claro, el presupuesto puede tardar más o ser menos preciso.

Paso 2: Añadir un dibujo 2D con tolerancias clave

Un modelo 3D muestra la forma, pero un dibujo 2D muestra la intención del diseño. El dibujo debe indicar las dimensiones que realmente afectan a la función.

Entre los puntos importantes a destacar se incluyen:

• Posición del agujero
• Tamaño de hilo
• Planitud
• Rugosidad de la superficie
• Áreas de ajuste a presión
• Caras de sellado
• Superficies de contacto
• Requisitos de GD&T

No todas las dimensiones requieren una tolerancia estricta. Si todas las características se marcan con demasiada precisión, el presupuesto podría ser más elevado de lo necesario. Marque únicamente las dimensiones críticas que afecten al ajuste, el movimiento, el sellado, la resistencia o el montaje.

Paso 3: Confirmar el material, la cantidad y el acabado de la superficie.

Durante la selección de materiales para la creación de prototipos, muchos compradores se enfrentan a preguntas prácticas. Pueden tener un presupuesto definido, pero aún así desconocer cuál es el material más adecuado. También pueden preguntarse si existe un material equivalente que cumpla con los mismos requisitos de prueba a un menor costo o con un plazo de entrega más corto.

Esto supone un verdadero reto, ya que los distintos prototipos tienen diferentes propósitos de prueba. Un prototipo visual, un prototipo de ajuste y un prototipo funcional pueden no requerir el mismo material, tolerancia o acabado superficial. Por ejemplo, algunas piezas solo necesitan comprobar su forma y el espacio de montaje, mientras que otras deben probar su resistencia, desgaste, sellado, resistencia al calor o el rendimiento del producto final.

Si te encuentras con dificultades en este paso, la solución más directa es consultar con tu proveedor de fabricación. Los proveedores de mecanizado CNC con experiencia suelen comprender cómo la calidad del material, la maquinabilidad, el tratamiento superficial, el coste y el plazo de entrega influyen en los resultados del prototipo. Sus sugerencias suelen ser más prácticas que elegir un material basándose únicamente en una ficha técnica.

Para proyectos de prototipado, Tuofa CNC Machining puede ayudarle a revisar la selección de materiales, sugerir posibles materiales equivalentes y adaptar el acabado superficial al propósito de prueba específico de la pieza. Con casi 20 años de experiencia en mecanizado a medida, Tuofa ha ayudado a clientes de diversos sectores a convertir ideas de diseño iniciales en prototipos mecanizados funcionales.

Paso 4: Explicar la función y las necesidades de inspección.

Una solicitud de presupuesto útil debe explicar qué necesita probar el prototipo. Dos piezas de aspecto similar pueden tener requisitos de mecanizado diferentes.

El proveedor debe saber si la pieza se utiliza para:

• Comprobación visual
• La prueba de ajuste
• Prueba de montaje
• Prueba de carga
• Prueba de sellado
• Ajuste deslizante o móvil
• Resistencia al calor
• Revisión del cliente

Antes de elaborar un presupuesto, es importante definir claramente las necesidades de inspección. Los prototipos iniciales pueden requerir únicamente comprobaciones básicas. Las piezas con tolerancias estrictas pueden necesitar inspección con máquina de medición por coordenadas (CMM), certificados de materiales, inspección del primer artículo o un informe dimensional.

Paso 5: Mantenga la versión del archivo clara.

Los diseños de prototipos suelen cambiar rápidamente. Para evitar cotizar o mecanizar la versión incorrecta, cada archivo debe tener un número de revisión o una fecha claros.

Antes de enviar la solicitud de cotización, verifique lo siguiente:

• Se incluye el archivo CAD más reciente.
• Se incluye el último dibujo en 2D.
• El material está actualizado.
• La cantidad es correcta
• Se eliminan las versiones antiguas.
• Los cambios de diseño se indican claramente.

Un pequeño cambio en la posición del orificio, el espesor de la pared, la profundidad de la rosca o el tipo de material puede afectar el tiempo y el costo del mecanizado. Un control preciso de los archivos ayuda al proveedor a cotizar la versión correcta y evitar retrasos.

Pasos para desarrollar un prototipo

Hay algunos pasos involucrados en el desarrollo de un prototipo.

Visión del producto

La parte más importante de cualquier proyecto es el propósito del mismo. Sin conocerlo, es imposible saber qué desean los usuarios, el riesgo que implica el proyecto en su conjunto y la brecha que el producto llena entre el usuario y sus necesidades.

Modelo de creatina por CAD

Se utiliza software CAD para crear una réplica tridimensional del diseño de las piezas de prueba del producto.

Desarrollo de prototipos físicos

El objetivo principal del desarrollo de prototipos es obtener información sobre lo que funciona para los usuarios. Existen varios tipos de prototipos para elegir:

1. Baja fidelidad: básica o maquetas.
2. Alta fidelidad: porotipo de prueba altamente funcional.
3. Datos en vivo: en forma de código y utiliza datos en vivo.
4. Viabilidad: probar una característica específica de un producto. 

Los porotipos se pueden construir mediante impresión 3D, lo que resulta una opción rentable. Otra opción es el mecanizado CNC, que permite crear prototipos de alta funcionalidad para pruebas.

Pruebas de prototipos y evaluación de resultados

La prueba del prototipo puede proporcionar información sobre la respuesta del usuario y ayuda a recopilar comentarios.

Prototipo listo para producción

Una vez probado y verificado el diseño, está listo para producirse en masa.

¿Cuánto cuesta el mecanizado de prototipos?

El costo de mecanizado de prototipos tiene varios factores a considerar, como por ejemplo:

Estimación del costo del prototipo

• Costos de materiales y maquinaria

El costo del material implica una lista de cantidades que incluye los suministros y la cantidad de materia prima necesaria. Se incluirá la cantidad de máquinas y herramientas que se utilizarán.

• Valoración Laboral

El costo de la mano de obra varía según la pieza de prueba de cada producto. Algunas requieren mano de obra altamente calificada, pero otras pueden realizarse con mano de obra medianamente calificada. A veces, también se requiere capacitación antes de comenzar el proyecto, que se incluiría en el costo de la mano de obra. Esto incluye el trabajo para producir las piezas, ensamblarlas y trabajarlas.

Estimación de riesgos

Todos los riesgos relacionados con el desarrollo de porotipos deben abordarse antes de comenzar el proyecto. Algunos riesgos requieren modificaciones en el modelo que se realizarían antes de la implantación del proyecto. Y hay algunos riesgos que requieren precauciones necesarias, como kits, máscaras, etc., que se incluirán en el costo. Por lo tanto, la estimación de riesgos también es importante.

• Profit

Las ganancias deben incluirse en el costo de desarrollo del prototipo. Esto se utilizará para enviar la factura a los clientes.

Plazos de entrega en el mecanizado CNC de prototipos

El plazo de entrega suele ser de unos pocos días a varias semanas, según la geometría y la complejidad de las piezas. El plazo de entrega también se ve afectado por el servicio de mecanizado CNC seleccionado.

Consejos para reducir el coste del prototipado rápido

Hay algunos consejos para reducir el coste del prototipado rápido.

• Optimización del diseño mediante la elección de diseños de prototipos simples y fáciles.
• Solicite una cantidad pequeña de lotes para probar y validar el diseño antes de una producción a gran escala.
• Utilice material compatible que sea rentable y esté fácilmente disponible para evitar costos de envío.
• Ahorre en el procedimiento de posprocesamiento eligiendo el material adecuado

Costo del prototipo vs costo de producción

El desarrollo de prototipos tiene un costo total menor. Siempre se encarga en lotes pequeños y se produce en volúmenes reducidos. Pero esto implica un mecanizado de alta tolerancia, que a veces puede resultar costoso si el diseño es complejo. El costo de producción es rentable cuando se requieren productos de alta calidad para los mercados masivos.

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