Что такое быстрое прототипирование?

Быстрое прототипирование, обычно выполняемое с помощью аддитивного производства, позволяет разработчику разрабатывать несколько итераций прототипа без дополнительных затрат или времени, связанных с использованием традиционных методов производства и проектирования.

Какие существуют различные типы быстрого прототипирования?

Верность прототипа, то есть насколько прототип соответствует конечному продукту, варьируется в зависимости от проекта в диапазоне от более низкой до более высокой точности.

Что такое низкоточное прототипирование?

Мы имеем в виду более низкую точность, когда прототип слабо соответствует конечному продукту. Прототип можно использовать для проверки общей подгонки или функционирования без оптимизации конструкции по весу, технологичности или отделке. Прототип также можно использовать для тестирования дизайна только в ключевых областях, представляющих интерес для дизайнера, или для создания уменьшенной версии конечного продукта. Преимущество прототипов с более низкой точностью заключается в том, что их печать обычно занимает гораздо меньше времени.

Что такое высокоточное прототипирование?

Мы говорим о более высокой точности, когда прототип точно соответствует конечному продукту, включая геометрию, допуск и свойства материала. Прототипы с более высокой точностью обычно печатаются дольше и сопряжены с более высокими затратами.

Какова правильная точность для вашего прототипа?

Уровень точности, подходящий для данной итерации проекта, зависит от общих целей проекта, зрелости проекта и интересов дизайнера. Определение надлежащего уровня точности при быстром прототипировании может сэкономить время в процессе проектирования, а также оптимизировать распределение ресурсов.

Для одной итерации различные атрибуты прототипа, такие как геометрия, свойства материала, подгонка и отделка, могут рассматриваться на разных уровнях точности. Эти соображения влияют на общую точность прототипа.

Ознакомьтесь с нашим примером

Каковы наиболее распространенные процессы быстрого прототипирования?

В этом кратком обзоре представлены общие методы аддитивного производства, обычно используемые в процессах быстрого прототипирования.

Быстрое прототипирование обычно использует аддитивное производство для создания тестовых деталей, моделей или сборок. Однако, в зависимости от имеющихся ресурсов и потребностей проектировщика, могут использоваться другие более традиционные производственные процессы, такие как фрезерование, шлифование или литье.

Общие процессы прототипирования можно разделить на пять групп:

• Ванная фотополимеризация

• Сварка в порошковом слое

• Экструзия материала

• Струя

• Струйная обработка связующего

Более подробная информация о каждом процессе приведена ниже. Чтобы получить общее представление об этих процессах быстрого прототипирования, узнайте больше о технологиях аддитивного производства. .

Ватная фотополимеризация

Деталь создается по одному слою за раз с помощью света, преобразующего фотополимерную смолу в твердое тело.

Стереолитография (SLA) позволяет производить детали с очень высокой точностью размеров и сложными деталями. Однако они, как правило, хрупкие, и их механические свойства со временем могут ухудшаться, что делает детали обычно непригодными для функциональных прототипов. Этот процесс лучше всего подходит для быстрого прототипирования геометрии конструкции и проверки концепции интерфейсов деталей. Он также подходит для деталей на ранних стадиях проектирования и когда механические свойства не являются основным направлением проектирования.

Обработка прямого света (DLP) похож на SLA, с основным отличием в уровне детализации и свойствах материала. Детали, изготовленные с использованием DLP, не имеют таких же сложных деталей, как SLA, но имеют аналогичную точность размеров и прочность детали, которая считается равной или большей, чем у традиционных деталей, полученных литьем под давлением. Таким образом, DLP лучше всего подходит для быстрого прототипирования геометрии конструкции и проверки концепции, когда основное внимание при проектировании уделяется общей геометрии, а не конкретным деталям, или когда механические свойства являются приоритетом.

Непрерывная защита от потери данных (CDLP) , как и в случае с DLP, производит детали, которые не имеют того же уровня детализации, что и SLA, но имеют аналогичную точность размеров и прочность, которая считается равной или большей, чем у традиционных деталей, полученных литьем под давлением. Таким образом, CDLP лучше всего подходит для быстрого прототипирования геометрии конструкции и проверки концепции, когда основное внимание при проектировании уделяется общей геометрии, а не конкретным деталям, или когда механические свойства являются приоритетом проектирования.

Слияние в порошковом слое

Технологии сплавления в порошковом слое (PBF) производят твердую деталь с использованием источника тепла, который вызывает плавление путем спекания или плавления между частицами пластикового или металлического порошка, по одному слою за раз. Основные различия в процессах PBF определяются различными источниками энергии (например, лазерами или электронными лучами) и порошками (пластиками или металлами).

При селективном лазерном спекании (SLS) используются термопластичные полимерные материалы в гранулированной форме. Поскольку детали SLS печатаются с использованием многих слоев, между деталями могут возникать небольшие различия. Поэтому SLS может быть менее эффективным для прототипов со сложными деталями или малыми допусками. Гладкая поверхность также может быть достигнута при использовании постобработки. SLS лучше всего подходит для быстрого прототипирования, когда геометрия детали или общая подгонка и функциональность являются приоритетными при проектировании. SLS также может быть полезен для маркетинговых или экспериментальных прототипов, если возможна постобработка.

Селективное лазерное плавление (SLM) и прямое лазерное спекание металлов (DMLS) могут использоваться для широкого спектра металлических материалов и обычно требуют последующей обработки для обработки поверхности. Таким образом, эти процессы лучше всего подходят для быстрого прототипирования, когда свойства материала являются приоритетом при проектировании. Они могут быть рентабельными, если качество детали не имеет значения.

Электронно-лучевая плавка (ЭЛП) , как SLM и DMLS, лучше всего подходит для быстрого прототипирования, когда свойства материала являются приоритетом при проектировании, и может быть рентабельным, если отделка детали не имеет значения. Основное отличие заключается в том, что EBM имеет ограниченное применение материалов (титан или сплавы хрома и кобальта), хотя может быть наиболее подходящим вариантом для специальных отраслей промышленности, где требуются эти материалы, например, в авиации и медицине.

Многоструйный синтез (MJF) очень похож на SLS, но с более коротким временем охлаждения и постобработки, большей точностью и детализацией. Подробное сравнение процессов SLS и MJF можно найти здесь. Как и SLS, MJF лучше всего подходит для быстрого прототипирования, когда геометрия детали или общая подгонка и функциональность являются приоритетом проектирования, а также может использоваться для поддержки более высокого уровня детализации или более жестких допусков, чем SLS.

Моделирование методом наплавления (FDM) — очень универсальный процесс для широкого спектра термопластичных материалов с коротким производственным циклом. Одним из недостатков является то, что размерная точность и разрешение FDM ниже, чем у других процессов аддитивного производства. FDM лучше всего подходит для более раннего этапа прототипирования, когда геометрия детали или общая подгонка и функциональность являются приоритетом проектирования. Он также лучше всего подходит, когда материал конечной детали аналогичен материалу прототипа, но нет необходимости беспокоиться о таких деталях, как функциональное тестирование или тестирование надежности.

Струйная обработка материалов считается одной из самых точных технологий 3D-печати и может использоваться с широким спектром материалов различных цветов и отделки. Однако свойства материала не подходят для функциональных прототипов. Струйную обработку материала лучше всего использовать для быстрого прототипирования, когда геометрия детали или посадка являются приоритетом при проектировании, а прочность детали не требуется. Он также лучше всего подходит, когда не нужно беспокоиться о материальных свойствах, таких как доказательство концепции или маркетинговые прототипы.

Распыление наночастиц (NJP) наносит жидкость, содержащую наночастицы металлов или поддерживающие наночастицы, на модельный лоток в виде чрезвычайно тонких слоев капель. Оболочка сборки подвергается воздействию высоких температур, в результате чего жидкость испаряется, оставляя структуру металлической детали.

Доставка по запросу (DOD) Струйные принтеры для материалов имеют два печатных сопла:одно для нанесения строительных материалов (обычно воскоподобной жидкости), а другое - для растворимого вспомогательного материала. Принтеры DOD наносят материал по точечному пути и используют летучий резак, который обрезает область построения после каждого слоя, чтобы подготовить поверхность для следующего слоя.

Распыление связующего

Детали, изготовленные струйной обработкой связующим, имеют хорошую отделку и форму, хотя и хрупкие. Гидроструйная обработка связующим лучше всего подходит для быстрого прототипирования, когда общая подгонка или геометрия детали являются приоритетом при проектировании и не нужно беспокоиться о свойствах материала, таких как проверка концепции или маркетинговые прототипы.

Каковы преимущества и недостатки быстрого прототипирования?

По сравнению с традиционными методами производства и проектирования, в быстром прототипировании используются современные технологии производства, которые улучшают процесс проектирования, в том числе снижают общую стоимость и время. Но при рассмотрении быстрого прототипирования избегайте ловушек чрезмерного использования, неправильного использования и искажения.

Вот обзор преимуществ и недостатков.

Преимущества быстрого прототипирования

• Предыдущая 3D-визуализация и тестирование

• Больше вариантов дизайна при меньших затратах

• Экономичный инструмент для проектирования продуктов, исследований и разработок

Недостатки быстрого прототипирования

• Чрезмерное использование может не оказать положительного влияния на экономию средств или времени

• Не выгодно на всех этапах процесса прототипирования

Каковы коммерческие применения быстрого прототипирования?

Применение быстрого прототипирования для 3D-дизайна и производства ограничено только творческим потенциалом дизайнера. Их можно использовать на всех этапах проектирования и производства. Ниже приведены наиболее популярные варианты использования.

Подтверждение концепции

Одним из распространенных приложений является доказательство концепции. 3D-прототипы можно создавать быстро и на более ранних этапах процесса проектирования, чтобы оценить жизнеспособность продукта, облегчить обсуждения в команде дизайнеров, вызвать интерес у ключевых заинтересованных сторон (например, маркетинговых и инвестиционных сторон) и сравнить различные варианты дизайна. Основное преимущество, которое быстрые процессы прототипирования обеспечивают для проверки концепции приложений, заключается в сокращении затрат и времени на создание 3D-прототипов.

Оптимизация дизайна

Быстрое прототипирование также является экономичным способом ускорения оптимизации, включая проектирование продукта, исследования и разработки. Команда дизайнеров может оценить общую функциональность продукта или сосредоточиться на ключевых характеристиках (например, геометрии, подгонке, свойствах материала, технологичности) на более ранних этапах процесса проектирования, не неся затрат, связанных с традиционными производственными процессами.

Высокоточные прототипы

Благодаря универсальности процессов и материалов аддитивного производства быстрое прототипирование можно использовать для создания высокоточных прототипов, максимально соответствующих конечному продукту. Это часто позволяет разработчикам демонстрировать функциональные возможности продукта или проводить испытания на надежность с меньшими затратами или быстрее, чем традиционные производственные процессы.

Хотите прототипировать как профессионал? Посмотрите это видео о 3D-печати FDM.

В чем разница между селективным лазерным спеканием (SLS) и 3D-печатью Multi Jet Fusion (MJF)? 3D-прототипирование:обзор 3D-печати прототипов