Создайте выигрывающий прототип: Пошаговое руководство для быстрой разработки продукта

При разработке продукта изготовление физического прототипа может помочь вам с исследованием, тестированием, финансированием и многим другим. И благодаря провайдерам услуг быстрого прототипирования вроде 3ERP, легко сделать доступный прототип за короткий срок.

Однако некоторые компании откладывают прототипирование просто потому, что не знают, с чего начать; они не знают, какие технологии или материалы использовать, или не знают, с каким партнером по прототипированию работать.

К счастью, изготовление прототипа с партнером вроде 3ERP — просто и безболезненно. Это руководство рассматривает основы того, как сделать прототип, и анализирует две широкие категории прототипов: концептуальные модели и функциональные прототипы. Оно также дает обзор того, как работает процесс быстрого прототипирования на производственном объекте прототипирования.

Что такое быстрое прототипирование?

Прототип — это модель, черновик, макет или ранняя версия физического продукта, созданная до производства, а быстрое прототипирование — процесс разработки прототипа в кратчайшем возможном времени.

Существуют разные причины, почему компаниям может понадобиться разработать прототип, и разные технологии могут быть использованы для его построения: в 3ERP мы фокусируемся на фрезеровке с ЧПУ, 3D-печати, формовке, литье и листовой металлообработке, и некоторые прототипы требуют комбинации процессов, если они содержат множество компонентов.

Быстрое прототипирование помогает компаниям вывести свой продукт на рынок быстрее. Строя прототип быстро, компания может ускорить процессы вроде рыночного исследования и механического тестирования, в которых прототипы обычно требуются, и дойти до финальных стадий разработки продукта скорее, а не позже.

Концептуальные модели

Фокус: Визуальная привлекательность, коммуникация базовых идей, наименьшая возможная стоимость

Типичные процессы: 3D-печать, фрезеровка с ЧПУ, вакуумное литье, листовая металлообработка, другие

Многие прототипы строятся для обеспечения визуальной или эстетической функции. Прототипы такого рода не нужно, чтобы они работали, но они должны давать точное визуальное впечатление конечного продукта.

Прототип, построенный для визуальных целей, может называться концептуальной моделью, демонстрационным прототипом или looks-like прототипом. Он может использоваться для демонстрации будущего продукта потенциальным инвесторам, или для проведения рыночного исследования на потенциальных клиентах. Он также может использоваться для передачи идей другим внутренним отделам в компании.

Поскольку концептуальные модели не должны быть функциональными, можно использовать определенные производственные процессы, которые могут не использоваться для производства конечных деталей. Фокус просто на изготовлении хорошо выглядящего прототипа по наименьшей возможной цене.

По этой причине 3D-печать иногда используется для концептуальных моделей: напечатанные детали могут быть недостаточно прочными для конечного использования, но их можно быстро сделать с высоким визуальным стандартом. Вакуумное литье также в основном используется для низкопрочных, визуально привлекательных прототипов. Тем не менее, фрезеровка с ЧПУ и листовая металлообработка часто могут быть дешевле и/или более подходящи для определенных проектов, и существует большая степень гибкости.

Компании также могут использовать дешевле материалы для своей концептуальной модели, так как материал не должен выдерживать силы или выполнять механическую функцию. Однако, чтобы сохранить впечатляющий вид — чтобы дешевый пластик выглядел металлически, например — может применяться профессиональная поверхностная отделка.

Пример концептуальной модели

Функциональные прототипы

Фокус: Валидация, механическое тестирование, предпроизводство

Типичные процессы: Фрезеровка с ЧПУ, литье под давлением, листовая металлообработка, другие

Прототипы также могут быть функциональными, а не просто визуальными. Функциональные прототипы обычно строятся для валидации физических аспектов продукта — выбора материала, например — или для выполнения механического тестирования. Они также могут использоваться для демонстрации функции продукта внутреннему персоналу, клиентам, инвесторам и т.д.

Если используется для тестирования, функциональный прототип может мало заботиться об эстетике. Например, функциональные прототипы могут быть неокрашенными, неотделёнными или лишенными определенных особенностей и деталей. Однако позднестадийные или предпроизводственные прототипы могут содержать как функциональные, так и эстетические особенности, чтобы быть максимально близкими к конечному продукту.

Функциональные прототипы, проходящие механическое тестирование, обычно должны быть сделаны с использованием материалов и процессов, близких к используемым в производстве, иначе тестирование не будет полезным.

Если прототип также должен пройти составной металлический тест, то выбор производственного материала критичен. Производственные процессы вроде фрезеровки с ЧПУ и литья под давлением часто используются для функциональных прототипов, так как 3D-напечатанные детали часто не имеют необходимой прочности и не отражают производственную деталь в терминах механической производительности.

Для не-демонстрационных функциональных прототипов поверхностные отделки нужны только если они вносят вклад в функцию продукта, а покраска, нанесение брендинга и т.д. могут быть опущены.

Пример функционального прототипа

Процесс быстрого прототипирования

В 3ERP процесс быстрого прототипирования начинается, когда мы финализировали заказ и получили всю необходимую информацию и цифровые файлы.

Что происходит дальше, в конечном счете зависит от выбранного производственного процесса, который зависит от вида прототипа (концептуальная модель vs функциональный), требуемого материала и количества единиц. Каждый случай разный, и мы можем работать с клиентом для определения лучшего подхода для каждого заказа быстрого прототипирования.

Независимо от процесса, прототипы подлежат процедурам контроля качества и затем получают любые необходимые этапы постобработки, как удаление поддерживающего материала и применение любых желаемых методов поверхностной отделки, таких как анодирование или покраска.

Прототипы затем отправляются клиенту как можно скорее, чтобы они могли продолжить разработку продукта.

Ниже приведен обзор разных процессов, которые мы используем для быстрого прототипирования.

Фрезеровка с ЧПУ

Для прототипов фрезеровкой с ЧПУ мы можем быстро начать, получив правильные материалы и отправив цифровой файл на станок с ЧПУ для фрезерования, токарной обработки, ЭРО и т.д.

Фрезеровка с ЧПУ хороша для быстрого прототипирования, потому что это одноэтапный процесс: инструментальное оснащение не требуется; сырье входит, а прототип выходит. Это делает процесс очень быстрым, кроме производства прототипов высокого качества с высоким уровнем детализации.

Механическая обработка также материально универсальна. Процесс подходит для высокопроизводительных металлов и пластиков, и механически обработанные детали могут проходить различные методы поверхностной отделки.

3D-печать

3D-печать, слой за слоем аддитивный процесс, часто используется для концептуальных моделей, но редко для функциональных прототипов.

Однако есть разные формы 3D-печати для рассмотрения: FDM, SLS и SLA для пластиковых деталей, SLM и DMLS для металлических деталей. Металлические процессы аддитивного производства могут производить высокопрочные детали с хорошей механической производительностью и поэтому могут использоваться для функциональных прототипов.

Преимущества 3D-печати включают сложные геометрии, низкие затраты и быстрые сроки. Она наиболее подходит для единичных прототипов, а не партий.

Вакуумное литье

Вакуумное литье, также называемое литьем полиуретаном, — дешевая альтернатива литью под давлением, которая намного более доступна, чем литье под давлением в малых количествах. Поэтому оно подходит для быстрого прототипирования, несмотря на низкую механическую производительность деталей.

Процесс в основном используется для концептуальных моделей, так как он производит высококачественную шероховатость поверхности, сравнимую или превосходящую литье под давлением.

Литье под давлением

Если прототипы делаются литьем под давлением, нам нужно сначала сделать форму, и это требует некоторой сложной CAD-конструкции с нашей стороны, где мы делаем инвертированную версию прототипа с необходимыми разъемными линиями, впускными каналами и т.д.

После того как мы построили эту металлическую форму, быстрым инструментальным оснащением с центром фрезеровки с ЧПУ, мы можем начать делать пластиковые литые прототипы.

Из-за этого дополнительного этапа производства литье под давлением действительно экономично только когда требуется большое количество прототипов (см. Соображения экономии масштаба ниже). Однако у него много преимуществ: отличная шероховатость поверхности, хорошая прочность и сходство с конечными деталями.

Листовая металлообработка

Прототипы из листового металла можно делать из разнообразных металлов с короткими сроками. Эти прототипы часто похожи на конечные детали и могут использоваться для тестирования.

Листовая металлообработка подходит для специфических продуктов вроде кронштейнов, корпусов и панелей и обычно не используется взаимозаменяемо с другими металлическими производственными процессами.

Соображения экономии масштаба

Выбор производственного процесса часто зависит от количества требуемых единиц. Иногда необходимо идти на компромисс и выбрать другой процесс, если количество единиц не имеет экономического смысла.

Хотя есть много исключений, эта таблица дает приблизительное представление о количестве единиц, подходящих для определенных процессов. (Листовая металлообработка исключена, так как детали и прототипы из листового металла обычно проектируются специально для листовых процессов.)

	Металлические прототипы	Пластиковые прототипы
Фрезеровка с ЧПУ	1–100	1–100
3D-печать	1–10	1–10
Литье под давлением	100+	100+
Вакуумное литье	n/a	1–100
Литье металлов	100+	n/a

Как сделать прототип, шаг за шагом

Концептуализировать

Первый этап изготовления прототипа, перед его проектированием, — решение о том, что требуется. Этот этап может включать рыночное исследование и мозговой штурм потенциальных требований.

Проектировать

Если только не нужен грубый ручной макет, требуется CAD-софт для проектирования прототипа. CAD позволяет точное повторение и легкую модификацию, и файлы могут быть конвертированы в машиночитаемый формат для мгновенного производства. Тем, у кого нет опыта проектирования, могут потребоваться профессиональные услуги продуктового дизайна.

Выбрать материал, технологию, отделку

Материал, технология и поверхностная отделка должны учитываться с самого начала, так как эти факторы будут информировать CAD-дизайн. Однако финальные выборы можно сделать после этапа проектирования.

Построить

Работоспособный CAD-файл и список материалов, технологий и поверхностных отделок должны быть отправлены специалисту по прототипированию, который может затем начать изготовление прототипа.

Прототипировать снова

После того как прототип выполнил свою цель, может понадобиться разработать другой, в зависимости от текущей стадии временной шкалы разработки продукта. Например, концептуальная модель, однажды провалидированная, может смениться механическим прототипом.

3ERP — специалист по быстрому прототипированию и работал с широким спектром клиентов во многих отраслях. Свяжитесь для бесплатной котировки.