Что такое быстрое прототипирование?

Без быстрого прототипирования, которое позволяет операторам и инженерам станков с ЧПУ преобразовывать масштабную модель в физический, осязаемый продукт, Microsoft, возможно, не будет так взволнована — или быстро — демонстрировать свою новейшую игровую консоль. «Объявленная самой мощной игровой консолью из когда-либо существовавших, она предназначена для игр в разрешении 4K в гостиной», — сообщает All3DP.

Возможно, путь к успеху был бы намного длиннее, если бы не такая удивительная инновация, как быстрое прототипирование.

Почему быстрое прототипирование так важно для таких брендов, как Microsoft, и множества других, более мелких производителей? Что означает быстрое прототипирование для машинистов и инженеров?

Если вы спросите Тома Чи, то поймете, что нет предела совершенству, поскольку быстрое прототипирование предлагает быстрые решения для светлого будущего. Последствия быстрого прототипирования потенциально меняют правила игры (понимаете?) как для предпринимателей, так и для крупных корпораций, таких как Microsoft, в отношении серьезной экономии времени и денег.

Итак, что такое быстрое прототипирование? Почему существует такой толчок к более широкой интеграции его в машиностроение и машиностроение?

Понимание этого процесса имеет решающее значение для расширения возможностей превращения наших проектов в продукты быстрее, чем когда-либо прежде. Ознакомьтесь со следующей информацией и представьте, как быстрое создание прототипа может помочь преобразовать ваш бизнес и, возможно, увеличить прибыль.

Что такое быстрое прототипирование?

Рискуя упростить сложный процесс, быстрое прототипирование определяется как «быстрое создание полномасштабной модели. Слово «прототип» происходит от латинских слов proto (оригинал) и typus (модель).

Под творением мы не подразумеваем абстрактное творение. Скорее быстрый прототип представляет собой осязаемое физическое творение, которое можно держать в руках.

Существуют различные типы быстрого прототипирования, при этом современные тенденции следуют аддитивному производству и 3D-печати. Тем не менее субтрактивное быстрое прототипирование по-прежнему остается основной движущей силой и часто лучше подходит для определенных типов проектов и продуктов.

Независимо от того, используете ли вы аддитивное, субтрактивное или их сочетание, факт заключается в том, что быстрое прототипирование позволяет дизайнерам воплощать свои модели в жизнь. «Это часто делается с помощью сложного автоматизированного проектирования или другого программного обеспечения для сборки, а физически реализуется с помощью 3D-принтеров», как определено Techopedia.

Команда британской 3D Creation Lab объясняет:«Улучшения в области 3D Rapid Prototyping позволяют быстрее и дешевле создавать прототипы и модели за счет сокращения рабочей силы и дорогостоящих инструментов, что позволяет компаниям и изобретателям выводить свои продукты и проекты на рынок быстрее, чем конкуренты. ”

Учитывая все возможности продукта, которые может предложить быстрое прототипирование, следует предположить, что где-то есть недостаток.

Как что-то такое инновационное может не сопровождаться одной или двумя ловушками?

Оказывается, нельзя.

Несмотря на все плюсы, быстрое прототипирование имеет несколько минусов, не последним из которых является потенциальная возможность сокращения рабочей силы, тем самым сокращая количество рабочих мест, доступных для станков с ЧПУ.

Однако в книге «Будущее быстрого прототипирования» Сорен Петерсен, доктор философии по исследованиям в области дизайна. и автор книги Прибыль от дизайна предсказывает следующее:

Преимущества многочисленны и продолжают поднимать планку во всех отраслях. Но ради баланса мы взвесим обе стороны медали.

За и против

Мы рассмотрели плюсы быстрого прототипирования, но напомню, что они сводятся к скорости и стоимости. APT Mold утверждает, что быстрому прототипированию также присущи качество обслуживания и удовлетворенности клиентов:

Преимущество на рынке… какой бизнес этого не хочет?

Конечно, это преимущество имеет свою цену, и эта цена представляет собой недостатки быстрого прототипирования. В целом, у быстрого прототипирования есть три основных недостатка.

Туннельное зрение

К сожалению, легко запутаться и упустить из виду весь проект, сосредоточившись на одном прототипе. Ловушка здесь заключается в том, что разработчики продукта могут упустить решение, которое могло бы оказаться лучшим в долгосрочной перспективе, слишком сосредоточившись на имеющемся прототипе (буквально).

Случай ошибочной идентификации

Прототипы в руках не того клиента могут быть ошибочно приняты за готовый продукт и несправедливо или поспешно оценены как таковые. Обратная сторона этого возникает, когда прототип предпочтительнее конечного продукта. Ни один из этих случаев не является полезным для инженеров и машинистов, стоящих за этими прототипами.

Разнообразие — это приправа к жизни

Однако быстрое прототипирование ограничивает количество имеющихся у вас вариантов, и его лучше использовать для более простых проектов.

Однако, как показывают следующие пять брендов, несмотря на эти потенциальные ловушки, быстрое прототипирование остается эффективным средством для достижения очень прибыльной цели.

Пять брендов, представляющих мастерство быстрого прототипирования

Хотя эти пять компаний, конечно, не единственные, кто использует быстрое прототипирование для себя, каждая из них является иллюстрацией того, что этот процесс может сделать для продуктов бренда… и итоговых результатов.

Пробуждение

Конечно, имя не нарицательное, тем не менее Brightwake — это исследовательская и проектная фирма, которая спасает жизни, спасая кровь. Или, точнее, повторное использование крови, которая в противном случае была бы потеряна.

Hemosep — фирменный аппарат компании, способный перерабатывать кровь, потерянную во время операции. Для создания Hemosep компания Brightwake использовала 3D-печать в качестве быстрого процесса прототипирования. Сообщается, что это сократило производственный процесс на 96%. Можно с уверенностью предположить, что финансовая экономия была столь же значительной.

Фендер

Любители музыки сразу узнают бренд Fender как производителя инструментов, который предпочитают как музыканты-любители, так и легенды рока, такие как Джими Хендрикс.

Чтобы ускорить и без того быстрый процесс быстрого прототипирования, Fender приобрела промышленные 3D-принтеры Stratasys и теперь создает свои собственные прототипы, вплоть до ручек на усилителях. Время на создание этих прототипов сократилось примерно с двух недель до суток. Можно с уверенностью предположить, что более короткое время выполнения заказа означает более высокую норму прибыли.

Форд

Даже крупные производители автомобилей, такие как Ford, должны быть осторожны, когда речь идет о бюджете. Быстрое создание прототипов сделало «Форд» жестче и сделало бренд еще более жестким, сэкономив компании миллионы долларов как на пластиковых, так и на металлических прототипах.

3D-печать также доказала свою экономию времени, так как процесс создания прототипов занимает считанные часы, что позволяет инженерам Ford решить, будет ли фактическое производство выгодным или нет.

Это всего лишь несколько компаний, которые используют быстрое прототипирование в дизайне своих продуктов. В число других входят крупные бренды, такие как BMW, Lamborghini, Valero и Volkswagen.

Локхид Мартин

Высокоскоростное прототипирование с ЧПУ имеет решающее значение для разработки продуктов в Lockheed Martin, глобальном корпоративном гиганте, приверженном передовым технологиям в аэрокосмической, оборонной и оборонной областях, который утверждает:«Мы расширяем границы аддитивных технологий и привлекаем инженеров-конструкторов к заводской цех, чтобы слой за слоем производить детали, которые раньше невозможно было изготовить».

Эпсон

Использование быстрой обработки с ЧПУ позволило японской корпорации Seiko Epson удовлетворить потребительский спрос на более легкие и удобные умные очки с дополненной реальностью (AR) Moverio.

«В случае с предшественником у нас было много запросов от пользователей относительно веса и размера, поэтому мы поставили перед собой цели разработки — повысить комфорт и сделать умные очки более компактными и легкими», — именно здесь на помощь пришли высокоскоростные прототипы с ЧПУ. Кадзуя Камакура (Kazuya Kamakura), старший сотрудник отдела управления бизнесом HMD, отдел операций с визуальными продуктами, Epson.

Эти бренды иллюстрируют возможности передового производства, но когда дело доходит до быстрого прототипирования, что лучше:субтрактивное или аддитивное?

Приветствие субтрактивному быстрому прототипированию

Здесь, в Datron, мы приветствуем субтрактивное быстрое прототипирование за его зависимость от эффективных процессов обработки. В отличие от других вариантов быстрого прототипирования, субтрактивное быстрое прототипирование позволяет создавать прототипы материалов для конечного использования с более высокой структурной целостностью.

Процесс субтрактивного быстрого фрезерования прототипов удаляет меньшие куски материала из большего, оставляя твердый или неповрежденный кусок. Аддитивное быстрое прототипирование, с другой стороны, создает слои материалов, в результате чего конечный результат не является структурно прочным.

Почему это важно?

Кроме того, фрезерование обеспечивает более широкий диапазон отделки поверхности по сравнению со «ступенчатой ​​​​обработкой», связанной с аддитивным быстрым прототипированием. Использование высокоскоростного фрезерного станка с числовым программным управлением (ЧПУ) позволяет создавать прототипы с повторяемостью, идеально подходящей для материалов конечного использования.

«Одним из основных преимуществ субтрактивного производства является возможность превратить чрезвычайно тонкий кусок пластика в живой шарнир. Такой процесс просто пока невозможен для 3D-принтера», — утверждают в Creative Mechanisms. «Усовершенствованные станки с ЧПУ используют несколько инструментов и выполняют резку как минимум по трем осям (x, y и z), что сводит к минимуму необходимость переворачивания блока разработчиками».

В конечном счете, «это подходящий выбор для деталей, используемых в мелкосерийном и крупносерийном производстве, для получения определенной отделки или получения определенных механических свойств».

Конечно, мы не могли бы поддерживать проекты по субтрактивному быстрому прототипированию без подходящего оборудования.

Чего ожидать от высокоскоростной обработки с ЧПУ

Высокоскоростные станки с ЧПУ являются идеальной альтернативой для инженеров, когда 3D-принтеры терпят неудачу, и они, как правило, терпят неудачу из-за материала, используемого для конкретного прототипа. В настоящее время инженеры не могут печатать на 3D-принтере такие металлы, как алюминий.

Другие преимущества высокоскоростной обработки с ЧПУ включают возможность производить более мелкие детали, такие как обработка электронных корпусов, с использованием режущих инструментов с максимальным диаметром 0,50 дюйма в зависимости от возросшего спроса. Эти станки теперь оснащены шпинделями со скоростью вращения 60 000 об/мин, что обеспечивает более высокие подачи и быструю резку без ущерба для важнейших компонентов. В сочетании с оптимизированной оснасткой эти станки улучшают эвакуацию стружки, снижая нагрев и обеспечивая более чистое резание.

С точки зрения эксплуатации, пожалуй, лучшая часть высокоскоростных станков с ЧПУ — это удобный сенсорный экран, который позволяет любому, кто может пользоваться мобильным телефоном, управлять станком.

Изучение существующих станков с ЧПУ

Исторически сложилось так, что станки с ЧПУ необходимо было модернизировать для существующих инструментов; однако по мере развития технологий новые станки разрабатывались исключительно для целей ЧПУ. Примеры модернизированных машин включают токарные и фрезерные станки. В обоих случаях встроенные механизмы станка заменены на высокоточные детали и новые крепления исполнительных механизмов.

К новым станкам с ЧПУ относятся 3D-принтеры, лазерные резаки с ЧПУ, плазменные резаки с ЧПУ, фрезерные станки, машины для захвата и размещения, а также маршрутизаторы.

3D-принтер

Подобно лазерному резаку или фрезерному станку с ЧПУ, для 3D-принтеров требуется пластиковый экструдер, который проталкивает горячий пластик через небольшое отверстие, наслаивая материал до тех пор, пока не будет построен прототип.

Лазерный резак с ЧПУ

Идеально подходящие для резки металла, пластика и дерева, лазерные станки с ЧПУ используют лазеры, специально предназначенные для требуемого материала.

Плазменный резак с ЧПУ

Плазменные резаки оснащены плазменным резаком, который идеально подходит для резки двумерных фигур в листовом металле.

Фрезерный станок с ЧПУ

Когда-то фрезерные станки, созданные специально для ЧПУ, были доступны только в огромных размерах, сегодня они занимают меньше места и могут включать механизм автоматической подачи, встроенные устройства смены инструмента и электрические датчики для обеспечения тщательного контроля для безопасной резки.

Подбор и установка машины

Машины для захвата и размещения, оснащенные множеством небольших насадок, быстро перемещают электрические компоненты, помещая их в печатные платы, необходимые для персональных устройств, таких как телефоны и планшеты.

Маршрутизатор

Созданные для больших объемов работ, фрезерные станки работают с такими материалами, как пластик, листовой металл и дерево, используя 3-осевую установку, что упрощает резку профилей и трехмерную рельефную обработку. Для более сложных форм лучше всего подходят 4-, 5- или 6-осевые станки.

Быстрое прототипирование повышает квалификацию инженеров и операторов ЧПУ

Как инженер или оператор станков с ЧПУ, что означает для вас быстрое прототипирование в целом в долгосрочной перспективе?

Во-первых, вы на правильном пути.

В настоящее время «глобальная индустрия производства прототипов оценивается примерно в 12 миллиардов долларов, но с 2010 по 2015 год наблюдается быстрый рост более чем на 22,6% в год», согласно Robotics Business Review, при этом производство прототипов «ожидается, что к 2020 году стоимость производства прототипов достигнет 20 миллиардов долларов». . Прогнозы на следующие 15–20 лет предсказывают рост до отметки в 40 млрд долларов США, поскольку непрерывные технологические инновации подпитывают отрасль и рынки, которые от них зависят".

Прогноз рабочих мест превосходен; «Различные услуги ЧПУ пользуются таким высоким спросом, что люди, прошедшие подготовку в области точной обработки, входят в пятерку самых востребованных сотрудников в Соединенных Штатах».

Другими словами, вперед и вверх!

Отрасли, в которых следует следить за потенциалом быстрого прототипирования

Одним из преимуществ жизни в обществе, которое продолжает раздвигать границы традиционного уровня смертности, является спрос на инновационные медицинские товары. На данный момент более 98 % слуховых аппаратов, производимых по всему миру, распечатываются на 3D-принтере, что позволяет значительно сэкономить время, деньги и повысить точность при производстве каждой уникальной модели таким способом.

И хорошие новости для производства ЧПУ продолжаются:быстрое прототипирование делает возможным производство оригинальных персональных медицинских устройств, предназначенных для облегчения болезней и недомоганий, которые когда-то считались неизлечимыми.

Другие отрасли, которые пользуются преимуществами быстрого прототипирования, особенно с помощью производства с ЧПУ, включают авиацию и робототехнику.

Фактически, Robotics Business Review утверждает, что:

Эволюция передового производства продолжается с захватывающими новостями о том, что армия США и Lockheed Martin сотрудничают в разработке методов быстрого прототипирования, «используя биопроизводство и самосборку для создания строительных блоков новых материалов, которые могут применяться в оборонных оптических технологиях и защитных покрытиях».

Армия США потратила десять миллионов долларов на финансирование проекта «Самостоятельная сборка наноструктур для перестраиваемых материалов», предназначенного для рассмотрения возможностей интеграции биопроизводства инновационных материалов для нужд обороны.

Мелисса Роудс, старший менеджер по исследованиям Lockheed Martin и руководитель проекта, объяснила:«Клетки эффективно создают все виды материалов, например, шелк паука или переливающиеся крылья бабочки».

Мы уже видели, что аддитивное и субтрактивное быстрое прототипирование может сделать для передового производства. Это последнее партнерство, без сомнения, откроет новые горизонты для разработки продуктов, которые еще предстоит вообразить.

Итак, что такое быстрое прототипирование? С нашей точки зрения, это самый быстрый путь вперед.

Если вы хотите внедрить быстрое прототипирование в свой промышленный цех или инновационную лабораторию, начните общение с нами сегодня.