Быстрое прототипирование — это типичный ранний этап в процессе разработки продукта. Это быстрый и надежный итеративный подход, включающий использование ЧПУ-обработки или 3D-компьютерного моделирования (CAD) для изготовления физической детали или сборки. Основная задача команды дизайнеров или инженеров на этапе быстрого прототипирования — тестирование удобства использования, чтобы убедиться, что деталь выполняет назначение дизайна. Такой дизайн обычно называется минимально жизнеспособным продуктом (MVP), потому что он включает в себя необходимые функции для проведения тестов и сбора отзывов.
Роль быстрого прототипирования в индивидуальной обработке
Прототипирование с помощью 3D-печати
Быстрое прототипирование имеет решающее значение для продвижения продуктов через строгие этапы валидации в процессе разработки перед массовым производством. Этот производственный процесс позволяет инженерам и дизайнерам создавать прототипы из цифровых моделей, созданных в CAD-программах, быстрее и выполнять эффективные и непрерывные изменения дизайна на основе реальных тестов и отзывов. Технология RP позволяет создавать прототипы высокой точности с дизайном, максимально приближенным к предполагаемой финальной детали. В отличие от этого, прототипы с низкой точностью создают образец с существенными отличиями от конечного продукта.
В отличие от традиционной субтрактивной обработки, быстрое прототипирование с использованием 3D-печати обеспечивает неограниченную свободу формы в индивидуальной обработке. Оно предлагает впечатляющую скорость на этом этапе разработки продукта, позволяя вашим индивидуальным продуктам быстрее выйти на рынок. Более того, технология RP снижает затраты на индивидуальную обработку, поскольку командам разработки не обязательно инвестировать в инструменты или производственное оборудование, необходимое для серии деталей.
Кроме того, маломасштабное и более доступное производство, включая литье под давлением с алюминиевыми формами, ЧПУ-обработку или 3D-печать, может удовлетворить требования производства быстрого прототипирования при значительно меньших затратах.
Преимущества процессов быстрого прототипирования
преимущества быстрого прототипирования
Быстрое прототипирование предоставляет широкие преимущества при создании и внедрении новых продуктов на постоянно растущий рынок потребителей. Ниже перечислены их основные преимущества:
Эффективное донесение идеи
Физические модели стимулируют дизайнеров и инженеров обсуждать свои концепции с коллегами, клиентами и заказчиками, передавая идеи способами, недоступными при визуализации на экране. Быстрое прототипирование помогает разработчикам продукта собирать ясную и действенную обратную связь от пользователей, чтобы полностью понять их потребности и оптимизировать дизайн в соответствии с ожиданиями.
Экономия времени и затрат
Технология 3D-печати не требует дорогого инструментария и настройки. Она может использовать одно и то же оборудование для производства различных геометрий. Более того, внутреннее быстрое прототипирование предотвращает высокие затраты и сроки, связанные с аутсорсингом.
Итерации дизайна и мгновенное внедрение изменений
Как правило, дизайн — это итеративный процесс, требующий многочисленных раундов тестирования, оценки и улучшения, прежде чем достичь готового продукта. Быстрое прототипирование с помощью 3D-печати обеспечивает необходимую гибкость для более быстрого производства более реалистичных прототипов и мгновенного внедрения изменений, что повышает эффективность этого важного процесса проб и ошибок.
Легкое воплощение концепций и их исследование
Быстрое прототипирование способствует превращению начальных идей дизайна в низкорисковые концептуальные исследования, очень похожие на реальные продукты, за короткое время. Оно помогает дизайнерам выйти за рамки виртуальной визуализации, облегчая понимание того, как выглядит и ощущается дизайн, а также сравнение концепций.
Тщательное тестирование и устранение дефектов дизайна
Раннее обнаружение и исправление дефектов проектирования могут помочь вам избежать дорогостоящих изменений в проекте и инструментарии в долгосрочной перспективе. Инженеры по продукту могут тщательно тестировать прототипы, которые выглядят и функционируют как конечные продукты, используя процессы быстрого прототипирования. Это снижает риски проблем с удобством использования и производительностью перед переходом к производству.
Сравнение процессов прототипирования
Процесс быстрого прототипирования
Инженеры и дизайнеры продуктов используют различные процессы быстрого производства в процессе проектирования. Эти процессы используют разные инструменты прототипирования для достижения желаемых результатов. Вот наиболее распространённые процессы:
Лазерное селективное спекание (SLS)
Этот автоматизированный процесс включает использование управляемого компьютером лазера CO2 для прорисовки на горячем слое порошка на основе нейлона снизу, где он сплавляется в твердое тело. Ролик наносит новый слой порошка на слой после каждого цикла, повторяя процесс.
SLS использует либо эластомерные порошки TPU, либо жесткий нейлон, похожий на инженерные термопласты. Поэтому изделия, изготовленные с помощью SLS, обладают высокой точностью и большей прочностью. Однако они часто имеют грубую поверхность и недостаточную детализацию. SLS подходит для массового производства и долговечных деталей с сложной геометрией.
Процесс SLS создает более прочные и точные прототипы и детали промышленного качества, чем SLA. Он способен производить сложные детали для функциональных испытаний. Однако у этого процесса ограничен выбор смол, и его изделия часто имеют зернистую или песчаную текстуру.
Стереолитография (SLA)
стереолитография SLA прототипирование
Стереолитография (SLA) прототипирование
SLA — это распространённая техника прототипирования, использующая управляемый компьютером лазер для создания изделий в бассейне фотополимерной смолы, затвердевающей под воздействием ультрафиолетового света. Лазер наносит и затвердевает поперечное сечение дизайна изделия на поверхности жидкой смолы. Затем затвердевший слой опускается ниже поверхности жидкой смолы, и процесс повторяется.
Каждый новый слой соединяется с нижележащим. Этот цикл продолжается до завершения изделия. Эта технология широко используется в различных отраслях благодаря универсальности материалов, высокой разрешающей способности и точности.
В отличие от других технологий прототипирования, SLA лучше подходит для изготовления деталей с сложными особенностями и отличной поверхностью для сложных дизайнов, косметических прототипов и концептуальных моделей. Кроме того, технология доступна у нескольких поставщиков и предлагает конкурентоспособные цены.
Однако прототипы, изготовленные с помощью SLA, могут быть менее прочными, чем изделия из инженерных смол. Поэтому детали, созданные с помощью SLA, имеют ограниченное применение для функциональных испытаний. Аналогично, детали, изготовленные с помощью SLA, требуют минимального воздействия ультрафиолета и влажности для предотвращения деградации, несмотря на цикл UV для затвердевания внешней поверхности.
Моделирование методом послойного наплавления (FDM)
Этот процесс быстрого прототипирования создает готовые прототипы методом экструзии, при котором термопластичный материал расплавляется и затвердевает слоями. В качестве материалов обычно используют поликарбонат, ABS и ABS/поликарбонат. Прототипы FDM обычно прочнее, чем при использовании связующего напыления, поскольку используют реальные термопласты. Поэтому их применение для функциональных испытаний может быть ограничено.
Детали, произведённые методом FDM, имеют умеренную цену и относительно высокую прочность, что делает их подходящими для функциональных испытаний. Процесс FDM создает изделия со сложной геометрией. Поверхность FDM-деталей часто имеет заметный рябой эффект. В отличие от SLA или SLS, FDM — более медленный аддитивный процесс с ограниченной пригодностью для функциональных испытаний.
Литье под давлением
Быстрое литье под давлением
Быстрое литьё под давлением
Быстрое литьё под давлением включает впрыск термопластичных смол в форму. Однако процесс является быстрым благодаря технологии, используемой для создания формы. В отличие от традиционной стали, используемой в производственных формах, формы, используемые в быстром литье под давлением, обычно изготавливаются из алюминия.
Изделия, полученные методом литья, обычно прочные и имеют отличную отделку. Как стандартный производственный процесс для пластиковых изделий, он предлагает неотъемлемые преимущества для прототипирования в том же процессе. Этот процесс совместим практически с любым инженерным пластиком или жидким силиконовым каучуком. Следовательно, ограничения по материалам прототипирования не ограничивают возможности проектировщиков продукции.
Изделия, полученные методом литья, могут быть изготовлены из широкого спектра инженерных смол. Эти детали часто имеют отличную поверхность. Однако быстрое литьё под давлением включает начальные затраты на оснастку, которые не применимы к другим процессам прототипирования или ЧПУ-обработке. Поэтому лучше провести один или несколько раундов быстрого прототипирования для подтверждения посадки и функции перед переходом к литью под давлением.
Прямое лазерное спекание металлов
Прямое лазерное спекание металлов — это еще одна технология аддитивного производства, подходящая для быстрого прототипирования. Эксперты по производству используют этот процесс для создания металлических прототипов и функциональных готовых деталей. Он использует лазерную систему, которая воздействует на поверхность атомизированного металлического порошка, сваривая его в твердую структуру. Лезвие распределяет новый слой порошка после каждого слоя и повторяет процедуру.
DMLS совместимо с большинством сплавов. Следовательно, он позволяет создавать прототипы с полной прочностью и функциональностью из того же сырья, что и производственные компоненты. С учетом производительности, DMLS имеет потенциал для перехода к литью под давлением, если потребуется увеличить объем производства.
DMLS производит прочные прототипы из различных металлов, подходящие для функциональных испытаний. Кроме того, возможно проектировать внутренние особенности и проходы, которые сложно отлить, поскольку процесс строит компоненты слой за слоем.
Минусом является то, что стоимость производства деталей DMLS может увеличиться, если вы делаете более нескольких деталей. Поверхности деталей DMLS немного шероховатые из-за порошкового происхождения процесса. Кроме того, процесс занимает много времени и требует дорогостоящей постобработки.
Бункерное напыление
Бункерное напыление — это быстрый метод изготовления, позволяющий одновременно производить один или несколько деталей. Однако детали, изготовленные этим процессом, не такие прочные, как детали SLS. Бункерное напыление работает как SLS, используя порошковую кровлю для слоя прототипов. Метод использует промышленную печатную головку для выборочного нанесения жидкого связующего агента на тонкий слой порошковых частиц для создания уникальных деталей и инструментов.
Этот порошковый процесс прототипирования популярен благодаря своей высокой скорости, меньшим затратам на производство сложных геометрий и высокой объемной производительности. Он совместим с порошковыми материалами, такими как песок, металлы, керамика и композиты.
Эта технология прототипирования использует экономичные материалы. Быстрое производство обеспечивает низкую стоимость за деталь. Следовательно, она идеально подходит для точного и масштабируемого массового производства небольших, точных деталей. Однако большинство деталей, созданных методом бункерного напыления, требуют постобработки, что влияет на сроки производства. Процесс обеспечивает относительно низкое разрешение по сравнению с другими аддитивными процессами.
Выбор правильного процесса быстрого прототипирования
Быстрое прототипирование методом ЧПУ металлов
Выбор правильного процесса быстрого прототипирования имеет важное значение для успешной разработки продукта. Более того, процессы быстрого прототипирования предлагают различные преимущества и ограничения. Следовательно, правильный выбор зависит от определенных факторов, включая:
Сложность прототипа
Анализ сложности дизайна прототипа — важный аспект при выборе подходящего процесса прототипирования. Некоторые процессы быстрого прототипирования, такие как SLA и SLS, идеально подходят для обработки сложных геометрий, в то время как другие лучше подходят для более простых дизайнов или особенностей. Аналогично, выбирайте процесс, который точно имитирует детали вашего прототипа.
Требования к материалам
Определение необходимого материала для конечного продукта важно для выбора процесса прототипирования, совместимого с такими материалами. SLA обладает широким диапазоном совместимости материалов, за ним следуют SLS и ЧПУ-обработка. Следовательно, необходимо убедиться в совместимости выбранного материала с требуемыми свойствами прототипа, поскольку некоторые процессы ограничены определенными материалами.
XTJ является ведущим производителем OEM, который занимается предоставлением комплексных решений по изготовлению деталей из обработки алюминия 6061 от прототипа до производства. Мы гордимся тем, что являемся компанией с системой менеджмента качества, сертифицированной по ISO 9001, и стремимся создавать ценность в каждом клиентском взаимодействии. Мы достигаем этого через сотрудничество, инновации, улучшение процессов и исключительное мастерство.lication: Автомобильная промышленность, Велосипеды и мотоциклы, Двери и окна, Мебель, Бытовая техника, Газовые счетчики, Электроинструменты, LED-освещение, Детали медицинских инструментов и т.д.
Скорость прототипирования
Процессы прототипирования демонстрируют разную скорость, некоторые предлагают более быстрые сроки выполнения, чем другие. Было бы полезно оценить скорость, с которой должны быть готовы прототипы, чтобы выбрать подходящий процесс. Изучите графики проекта, чтобы определить подходящий быстрый процесс прототипирования, соответствующий вашему графику.
Доступное оборудование и экспертиза
Рассмотрите необходимую экспертизу и наличие оборудования в вашем предприятии или у производственных партнеров при выборе процесса прототипирования. Убедитесь, что выбранный процесс прототипирования соответствует экспертизе и ресурсам вашей организации для обеспечения оптимальной реализации.
Требования к постобработке
Определите любые дополнительные процедуры обработки, которые могут потребоваться для прототипов. Некоторые процессы быстрого прототипирования могут требовать вторичных процессов, таких как отверждение, покраска или полировка, для достижения желаемых результатов. Также стоит учитывать необходимое время и ресурсы для этапов постобработки.
Быстрое прототипирование для различных применений
прототип из алюминия с высокой точностью CNC
Прототип из алюминия с высокой точностью CNC
Быстрое прототипирование является основой этапов разработки продукта в различных отраслях. Производители в архитектуре, археологии, моделировании, аэрокосмической и медицинской промышленности используют быстрое прототипирование для различных целей благодаря его универсальности. Вот типичные области применения быстрого прототипирования в секторах:
Концептуальные модели прототипов
Быстрые и экономичные концептуальные модели прототипов идеально подходят для предоставления идей или концепций коллегам. Эти прототипы позволяют дизайнерам продуктов проверять свои идеи и предположения, исследуя начальную концепцию и демонстрируя ее актуальность клиентам или инвесторам. Это помогает понять и утвердить развитие продукта, создавая коммуникацию вокруг него.
Функциональные и рабочие прототипы
Полностью функциональные прототипы имеют решающее значение для получения качественных прототипов, соответствующих вашим требованиям к дизайну, и могут имитировать функциональность и производительность ваших конечных деталей. Эти прототипы помогают экономить затраты и время. Более того, быстрое прототипирование доказывает, что функциональный прототип экономически целесообразен.
Визуальные презентационные прототипы
Визуальные презентационные прототипы часто служат идеальными образцами для выставок. Эти прототипы ощущаются как настоящий физический продукт. Поэтому дизайнеры и инженеры используют их для захвата рыночных возможностей, получения крупных заказов и соответствующих инвестиций.
Малосерийное производство
Быстрое прототипирование позволяет быстро производить детали в количестве от одного до нескольких тысяч. Процессы быстрого прототипирования, такие как 3D-печать, литье под давлением малых объемов, CNC-прототипирование и быстрое изготовление инструментов, помогают удовлетворить потребности малых серийных выпусков.
Проверка дизайна и инженерных решений
Концептуальные модели и функциональные прототипы идеально подходят для проверки вашего дизайна и инженерных решений. Вы можете создавать прототипы из предполагаемого материала, цвета, отделки, размера, прочности и долговечности, как у конечного продукта. Правильный метод прототипирования с учетом ключевых элементов производимости, функциональности и жизнеспособности имеет решающее значение в быстром прототипировании.
Проблемы и решения в быстром прототипировании
при обработке быстрого прототипа
XTJ Быстрый прототип
Быстрое прототипирование, важный процесс в разработке продукта, сталкивается с проблемами и ограничениями. Ниже мы рассмотрим некоторые распространённые проблемы быстрого прототипирования и способы их решения:
Выбор материалов
Одной из проблем быстрого прототипирования является выбор идеального материала, который представляет конечную деталь. Однако для этого необходимо использовать материалы, которые максимально имитируют свойства материала конечного производства. Более того, достижения в области 3D-печати предлагают различные материалы с несколькими тепловыми, механическими и оптическими свойствами.
Точность и разрешение
Специалисты по производству иногда сталкиваются с трудностями в достижении точности и разрешения прототипов, особенно при работе со сложной геометрией. Однако современные технологии 3D-печати, такие как SLA или SLS, обеспечивают высокое разрешение по сравнению с традиционными методами, такими как FDM. В результате рекомендуется регулярно калибровать и обслуживать оборудование для печати, чтобы обеспечить оптимальную точность.
Скорость прототипирования
Часто бывает трудно или практически невозможно согласовать скорость создания прототипов с графиком проекта. Это может быть связано с сложностями в дизайне или просто с простоями. Лучше использовать такие процессы быстрого прототипирования, как 3D-печать, литьё под давлением или ЧПУ-обработка, чтобы соответствовать срокам и требованиям проекта.
Стоимость прототипирования
Использование высококачественных исходных материалов или передовых технологий может увеличить стоимость процесса быстрого прототипирования. Однако, с учетом практических затрат, можно сбалансировать качество материалов и требования к точности при быстром прототипировании. Полезно рассматривать альтернативные материалы, соответствующие потребностям проекта, и оптимизировать дизайн продукта для экономически эффективного производства.
Контроль качества
Обеспечение качества и надежности прототипа может быть сложной задачей при использовании различных методов быстрого прототипирования. Поэтому рекомендуется строгий контроль качества, такой как инспекции, тестирование и валидация. Также важно регулярно пересматривать и совершенствовать процессы контроля качества на основе обратной связи и собранных данных.
Заключение
Технология быстрого прототипирования является одной из самых быстрорастущих технологий производства в последнее время. Она позволяет команде разработки оценить сложности дизайнерских идей, которые трудно увидеть на инженерных чертежах, и проверить их концепцию. Эта технология эффективна на ранних этапах разработки продукта, поскольку помогает создать концептуальную модель или внести изменения в детали перед переходом к массовому производству. В этой статье рассмотрены все аспекты быстрого прототипирования, необходимые для успешной реализации проекта.
XTJ является ведущим производителем OEM, который занимается предоставлением комплексных решений по изготовлению деталей из обработки алюминия 6061 от прототипа до производства. Мы гордимся тем, что являемся компанией с системой менеджмента качества, сертифицированной по ISO 9001, и стремимся создавать ценность в каждом клиентском взаимодействии. Мы достигаем этого через сотрудничество, инновации, улучшение процессов и исключительное мастерство.lication: Автомобильная промышленность, Велосипеды и мотоциклы, Двери и окна, Мебель, Бытовая техника, Газовые счетчики, Электроинструменты, LED-освещение, Детали медицинских инструментов и т.д.
