Выбор оптимального метода быстрого прототипирования для превосходной разработки продукта

«Быстрое прототипирование» (RP) относится к быстрому изготовлению физических продуктов с использованием компьютерного проектирования (CAD) на этапе проектирования жизненного цикла продукта. Его можно использовать на протяжении всего процесса дизайна, от создания концепции до финального тестирования. Эффективное быстрое прототипирование помогает инженерам избегать потенциальных подводных камней на ранней стадии, улучшает общее качество продукта и ускоряет время выхода на рынок. Быстрое прототипирование также может быстро воспроизводить сложную геометрию непосредственно из CAD-файла без необходимости в оснащении.

Существует два типа прототипов: низкой точности (low fidelity) и высокой точности (high fidelity). Прототипы низкой точности — грубые макеты, используемые на ранних стадиях цикла дизайна для помощи дизайнерам и инженерам в понимании формы и функции концепции, позволяя им быстро улучшать дизайны. Прототипы высокой точности — почти точные представления финального дизайна, используемые для валидации производительности, внешнего вида и эргономики продукта.

Быстрое прототипирование — одно из главных преимуществ аддитивных технологий, но трудно знать, какой тип 3D-печати использовать. Чтобы облегчить давление выбора процесса быстрого прототипирования для данного продукта, мы разобрали шесть наиболее распространенных методов.

Слоевое накладное моделирование (FDM)

Во время слоевого накладного моделирования (FDM) нагретая печатающая сопла расплавляет термопластичный материал, такой как поликарбонат или ABS, внутри своего барабана и затем экструдирует жидкий материал, слой за слоем, заданным траекторией. FDM существует уже много лет и является одной из самых распространенных технологий прототипирования, потому что это легко, безопасно в использовании и может производить относительно прочные детали при умеренной или низкой цене.

К сожалению, FDM не известно своей структурной целостностью. Процесс часто производит пористые детали с неравномерной прочностью и ограниченной способностью к функциональному тестированию. FDM также медленнее стереолитографии или селективного лазерного спекания. Тем не менее, инженеры должны рассматривать FDM как жизнеспособный вариант на стадии разработки продукта, так как он предоставляет экономически эффективное средство для быстрого прототипирования.

Стереолитография (SLA)

Стереолитография (SLA) — проверенная временем выбор для быстрого прототипирования многих дизайнерских и инженерных команд. В этом процессе компьютерно-контролируемый УФ-лазер прослеживает каждый 2D-срез детали на строительной платформе, отверждая жидкую фотореактивную смолу. Каждый завершенный слой приклеивается к следующему, и процесс повторяется до формирования полной детали. Это быстро, доступно и широко доступно. SLA-прототипы обычно используются для медицинских устройств и моделей.

Поскольку SLA не требует инженерных смол, прототипы, сделанные этим процессом, склонны быть слабее и непригодными для напряженного тестирования. Более того, УФ может деградировать со временем и при воздействии влажности. Однако детали SLA имеют намного лучшее качество поверхности, чем FDM, благодаря более высокому разрешению лазера и уменьшенному появлению линий слоев. Инженерам стоит рассматривать прототипирование с SLA для ограниченного использования деталей со сложными дизайнами или более высокими требованиями к поверхности.

Цифровой световой синтез (DLS)

Digital Light Synthesis (DLS) от Carbon использует фотохимический процесс для построения деталей. Луч проецируется через окно, проницаемое для кислорода, в ванну УФ-отверждаемой смолы. Затем цифровое устройство проецирует последовательность УФ-изображений в смолу, деталь твердеет слой за слоем, и полная деталь формируется. Напечатанная деталь закаляется в конвекционной печи, и приложение тепла дает DLS-деталям их исключительные механические свойства.

Этот процесс идеален для разработки высокоточных прототипов и мелких изотропных деталей, потому что процесс печати непрерывен. DLS-детали по прочности и механическим свойствам похожи на детали, произведенные литьем под давлением. DLS также совместим с широкой вариативностью промышленных материалов, делая его идеальным для множественных итераций деталей.

Однако DLS не лучший процесс прототипирования для печати деталей больше ладони, и инженерам может потребоваться пересмотреть их дизайны для учета поддерживающих структур этого процесса. Также это обычно дороже других доступных процессов прототипирования и не имеет большого объема печати.

Селективное лазерное спекание (SLS)

Селективное лазерное спекание (SLS) использует мощный компьютерно-контролируемый лазер для спекания множественных слоев порошкового материала, обычно на основе нейлона, в твердое тело. Помимо нейлона, SLS совместим с эластомерными порошками TPU, механически похожими на термопласты. Этот процесс быстрого прототипирования особенно хорошо подходит для создания деталей автомобильного оборудования.

Прототипы, построенные с SLS, более прочные, долговечные и подходящие для функционального тестирования, чем те, построенные с SLA. Этот процесс также более универсален, чем SLA, так как он может выполняться с широкой вариативностью материалов, сохраняя при этом равномерную прочность. Однако SLS-детали пористы, менее детализированные, дороже и дольше производятся.

Multi Jet Fusion (HP MJF)

Multi Jet Fusion (HP MJF) — порошковая кроватная технология, строящая 2D-поперечные сечения с использованием струйных головок для нанесения агента спекания на слой порошка, который затем спекан инфракрасной лампой. Детали затем извлекаются из коробки сборки и продуваются для удаления излишков порошка.

HP MJF быстр, примерно на три дня быстрее в среднем, чем SLS. Этот процесс может производить функциональные, химически стойкие и высокоплотные прототипы за один день. Это делает его идеальным для герметичных применений, оболочек и других прототипов со сложными сборками. Прототипы также могут быть сделаны в полном цвете, позволяя дизайнерам тестировать эстетику продукта. Однако HP MJF можно использовать только с нейлоном PA12 и не обещает высокой точности при создании мелких элементов.

PolyJet

Во время процесса PolyJet печатающая головка распыляет слой фотореактивной смолы на гелевую матрицу и затем отверждает смолу под ультрафиолетовым светом. Это производит ультратонкие и невероятно гладкие слои материала, которые могут дать вашему прототипу превосходное качество поверхности. Кроме того, печатающая головка может извергать капли разных материалов, позволяя создавать многослойные прототипы в одной печати.

Однако PolyJet разделяет многие уязвимости SLA. Прототипы, построенные этим процессом, не очень прочны и могут деградировать из-за УФ-чувствительности. Тем не менее, если инженеры ищут процесс быстрого прототипирования, совместимый с многими материалами и дающий элегантную, высокорезолюционную печать, PolyJet может быть подходящим вариантом.

Строить лучшие прототипы с экспертным советом

Выбор лучшего процесса быстрого прототипирования может показаться ошеломляющим. Балансируя бюджетные ограничения, временные рамки, физические требования и другие критические факторы, инженеры могут начать сужать круг поиска процесса быстрого прототипирования, лучшего для их проекта. Партнерство с экспертным производственным партнером может помочь гарантировать, что вы делаете правильный выбор.

Если вы ищете правильного партнера для оптимизации не только вашего процесса быстрого прототипирования, но каждой фазы вашего производственного проекта, обратитесь к Fast Radius. Наша команда экспертов приносит годы опыта и может поднять ваши операции от концепции к доставке, гарантируя, что вы получите продукт беспрецедентного качества. Свяжитесь с нами сегодня для получения расчета стоимости.

Для дополнительной информации об аддитивных производственных процессах, которые мы предлагаем, и том, что можно построить с каждым, изучите связанные статьи в нашем ресурсном центре.

Готовы приступить к производству деталей с Fast Radius?

Начните расчет стоимости