Følg mig på: 
Lær alt om hurtig prototyping
Rapid Prototyping (RP) er et relativt nyt udtryk, der simpelthen forklarer processen med hurtigt at skabe prototyper ved hjælp af avancerede fremstillingsprocesser, hvor man forsøger at visuelt og funktionelt evaluere designet af nye produkter og løbende optimere designet. Ingeniører eller designere omdanner gode ideer til realistiske konceptuelle modeller, der simulerer udseendet og arbejdsstilen af det endelige produkt og gennemgår en række valideringer, før de går videre til masseproduktion. En prototype er den originale version af det endelige produkt, der bruges til at evaluere design, testteknikker, analysere produktets arbejdsprincipper, justere design, materialer, dimensioner, form, samling, farve, fremstillingsevne og styrke, rettidigt undgå potentielle faldgruber og forbedre kvaliteten af det endelige produkt. Denne artikel udforsker syv aktuelt populære prototypemetoder og sammenligner materialegenskaberne for dele, der fremstilles ved forskellige processer. Derudover opsummeres de vigtigste faktorer, der skal overvejes i forskellige fremstillingsprocesser. Formålet er at hjælpe designere med at vælge den bedste prototypefremstillingsproces.
Definition af hurtig prototyping
Hurtig prototyping er processen med at producere modeller så hurtigt som muligt for at simulere det endelige produkt. Der er snesevis af fremstillingsmetoder, der kan lave prototyper, hvoraf den mest imponerende er additiv fremstilling, nemlig 3D-print. Traditionel subtraktiv fremstilling CNC-bearbejdning kan dog også producere prototyper af høj kvalitet. 3D-print og hurtig prototyping passer perfekt, hvilket muliggør fremstilling af dele med næsten ubegrænsede geometriske former, der kun kræver én printer og ingen andre værktøjer. 3D-print kan producere dele med mekaniske egenskaber, der minder meget om forskellige materialer fremstillet ved hjælp af traditionelle fremstillingsmetoder.
7 typer af prototype fremstillingsprocesser
Proces | Som hedder | BESKRIVELSE | SLUTTE | EKSEMPEL MATERIALER |
stereolitografi | SLA | Laserhærdede lysfølsomme polymerer | Typisk additivlag er 0.002-0.006 tommer (0.051-0.152 mm) | Som termoplast |
Selektiv lasersintering | SLS | Lasersintret pulver | Typiske additivlag er omkring 0.004 tommer (0.102 mm) | Som nylon og TPU |
Direkte metallasersintring | DMLS | Lasersintrede metalpulvere | Typisk område for additivlag er 0.0008-0.0012 tommer (0.020-0.030 mm) | Ligesom rustfrit stål, titanium, krom, aluminium og krom nikkel jernlegering metalmaterialer |
Smeltet deponeringsmodellering | FDM | Sammensmeltede ekstruderinger | Typisk område for additivlag er 0.005-0.013 tommer (0.127-0.330 mm) | Ligesom ABS, PC, PC/ABS, PPSU og andet plastik |
PolyJet | PJET | UV-hærdede jet-lysfølsomme polymerer | Typiske additivlag er 0.0006-0.0012 tommer (0.015-0.030 mm) | Ligesom PMMA, elastisk lysfølsom polymer |
CNC Machining | CNC | Brug CNC fræsemaskiner og drejebænke til at fjerne overskydende materiale | Fjern overskydende materiale (glat) | Det meste af plast og metaller af teknisk kvalitet har hundredvis af materialer |
Vakuumstøbning | VC | Brug silikoneforme til at lave replika plastdele | Glat eller med valgt tekstur | Termoplast i teknisk kvalitet |
Fordele og ulemper ved forskellige fremstillingsmetoder
SLA
SLA : SLA er den ældste, mest populære og mest omkostningseffektive additive fremstillingsmetode, og det er den første 3D-printmetode, der er anvendt i handelen. Det er en proces, hvor man bruger en computerstyret ultraviolet laser til at hærde flydende lysfølsom polymerharpiks lag for lag og gentager processen for at fremstille dele. Lag-for-lag-tværsnittene er afledt af CAD-designfiler (.stl-format). Det er værd at bemærke, at CAD-filer i .stl-format er blevet standardcomputersproget for de fleste 3D-printere.
Fordele: Sammenlignet med andre additive processer kan SLA producere prototyper og dele af høj kvalitet med komplekse geometriske former. SLA er hurtig, billig, og de fremstillede dele har en fremragende overfladefinish og optimale detaljer, samtidig med at de opretholder strenge tolerancer. Der findes flere valgbare materialebiblioteker, såsom optiske, mekaniske og termiske egenskaber, der matcher standard-, tekniske og industrielle termoplasttyper. SLA-prototyper bruges typisk til fremstilling af medicinske prototyper, samt til vakuumstøbte mastermodeller.
Ulemper: Prototyper til fremstilling af SLA har ofte utilstrækkelig styrke og er ikke egnede til test i ekstreme situationer. Derudover svækkes ultraviolette stråler over tid i fugtige miljøer.
SLS
SLS: SLS er en 3D-printteknologi til fremstilling af metal- og plastprototyper. Det er en proces, hvor man skaber prototyper lag for lag ved hjælp af computerstyrede højtydende laseropvarmnings- og sintringspulvermaterialer, såsom nylon eller elastiske TPU-pulvere, der ligner plast af teknisk kvalitet. SLS-teknologien kan spores tilbage til 1980'erne og blev patenteret af Carl Deckard. Ligesom mange andre 3D-printprocesser kan den fremstille dele med komplekse geometriske former, herunder interne funktioner, underskæringer, tynde vægge osv., såsom dele med interne gitterstrukturer, der er vanskelige at opnå ved CNC-bearbejdning.
Fordele: Sammenlignet med SLA er SLS-dele mere præcise og holdbare og er velegnede til visse funktionstests.
Ulemper: Overfladen på SLS-dele har en kornet eller sandet tekstur, mangler fine detaljer og er meget ru. Sekundær bearbejdning er nødvendig for at opnå æstetiske resultater, og de tilgængelige materialer er begrænsede.
DMLS
DMLS: DMLS er en 3D-printteknologi til fremstilling af metalprototyper og slutbrugsdele, hvor pulver svejses lag for lag, indtil delen er færdig. DMLS-dele kan fremstilles af de fleste legeringsmaterialer, og selvfølgelig kan de samme materialer som de færdige dele vælges for at producere prototyper med fuld styrke og funktionelle egenskaber.
Fordele: DMLS kan fremstille metalprototyper (typisk 97 % densitet) til funktionstestning og kan fremstille interne funktioner eller kanaler, der ikke kan opnås ved traditionelle processer. De mekaniske egenskaber ved DMLS-dele er grundlæggende i overensstemmelse med traditionelle fremstillingsdele.
Ulemper: Overfladen på DMLS-dele er ru og kræver dyr efterbehandling. Hvis DMLS bruges til at fremstille flere metaldele, kan omkostningerne være høje.
FDM
FDM: I processen med smelteaflejringsstøbning (FDM) smeltes termoplastiske materialer (såsom ABS, polycarbonat eller en blanding af ABS/polycarbonat) i en dyse, der opvarmes af printeren, og derefter bevæger dysen sig langs en fastlagt bane og lægger flydende harpiksmateriale lag for lag og skaber en prototype fra bund til top.
Fordele: FDM kan vælge mellem ægte termoplastiske materialer og producere komponenter, der er billige og robuste, og som kan udføre funktionstest. Denne proces kan naturligvis også producere dele med komplekse strukturer. FDM-teknologien er nem at bruge, understøtter forskellige typer og farver af plast i fremstillingen af en enkelt del og er sikker, ren og forureningsfri nok.
Ulemper: FDM-dele har ofte huller, ujævn styrke, dårlig overfladefinish og tydelige bølgemærker. Sammenlignet med SLA eller SLS er FDM ikke effektivt.
SLM
SLM: SLM er en teknologi, der bruger højtydende lasere til at smelte og sammensmelte metalpulver for at producere prototyper eller dele. Almindelige metalpulvere omfatter titanium, rustfrit stål, aluminium og koboltkromlegeringer, som kan bruges til at fremstille præcisionsmetaldele med høj styrke, holdbarhed og kompleksitet.
Fordele: Præcisionsdele fremstillet af SLM anvendes i vid udstrækning i industrier som luftfart, bilindustrien, det nationale forsvar og medicinsk behandling.
Ulemper : SLM-fremstillede dele eller prototyper kan være dyre og skal kontrolleres af en dygtig maskinarbejder.
POLYJET
POLYJET: PolyJet bruger et printhoved til at sprøjte lysfølsom polymerharpiks lag for lag og bruger UV-hærdende materialer til at bygge prototyper eller dele. Harpikslaget, der sprøjtes ved denne proces, kan være meget tyndt og kan producere dele med glatte overflader. Printhoveder kan sprøjtes med forskellige materialer, hvilket muliggør konstruktion af prototyper med flere materialer.
Fordele: Polyjet er overkommelig i pris og kan bruges til at fremstille fleksible dele med komplekse strukturer, samt til at lave prototyper af indpakkede støbte dele ved hjælp af fleksible og stive materialer.
Ulemper: Polyjet-dele er ikke stærke nok til funktionstest og kan blive gule efter langvarig lyseksponering.
CNC-bearbejdning: Fræserne roterer langs en fast bane for at skære massive blokke (eller stænger) af plast eller metal, fjerne overskydende materiale for at producere dele eller prototyper, hvilket er en materialebesparende proces. Sammenlignet med tilsætningsstoffer har CNC-bearbejdede dele fremragende styrke og overfladefinish og er relativt komplette. Udvalget af valgte materialer er meget bredt med tusindvis af typer, der kan producere CNC-dele med flere funktioner, såsom trækstyrke, slagfasthed, termisk deformationstemperatur, kemisk resistens og biokompatibilitet. Gode tolerancer er velegnede til montering og funktionstestning.
Fordele: CNC-dele har god overfladefinish og strenge tolerancer, og der kan vælges en række forskellige termoplaster og metaller af teknisk kvalitet. Sammenlignet med 3D-printning kan prototyper leveres inden for 24 timer afhængigt af delens kompleksitet.
Ulemper: For nogle komplekse dele kan CNC-bearbejdning have visse begrænsninger. For eksempel er det meget vanskeligt at bearbejde hule tyndvæggede dele, og nogle gange er det nødvendigt at vende og fiksere emnet med specialfremstillede fiksturer. Derfor er omkostningerne ved CNC-bearbejdning relativt høje til bearbejdning af dele med komplekse geometriske former.
Vakuumstøbning: Strengt taget er vakuumstøbning en proces til fremstilling af små partier af dele. Processen med at afskumme, blande, forvarme og støbe det hældte polyurethanmateriale under vakuumforhold og udføre en 2-3 timers sekundær hærdningsstøbningsproces i en kasse med konstant temperatur ved 60 ℃ - 80 ℃.
Fordele: Replikaen fremstillet ved vakuumstøbning kan opnå samme styrke og hårdhed som råmaterialer som ABS og kan også udstyres med farver efter behov. Vakuumreplikaprocessen kan producere små partier af plastdele med komplekse strukturer og ensartet vægtykkelse, der kan opfylde bestemte funktioner og udseender.
Ulemper: Hver form kan producere op til 25 kopier (afhængigt af formens og støbematerialets kompleksitet); Hvis delene kræver høj kvalitet (såsom transparente eller komplekse strukturer), kan der kun laves 12 eller endda 10 replikaer fra én form.
Hvor meget koster hurtig prototyping?
Dette spørgsmål er svært at besvare. Hurtig prototyping afhænger af en række forskellige faktorer med betydelige forskelle i omkostninger. For eksempel, hvis information som forarbejdningsteknologi, størrelse, mængde, overfladefinish, mængde, materiale og overfladebehandling er usikker, er det svært at vurdere, hvor meget det vil koste at fremstille en prototype, som kan variere fra titusvis af dollars til tusindvis af dollars. Hvis du har gennemført designet af et prototypeprojekt, er du velkommen til at kontakte DDPROTOTYPE, en topproducent af hurtige prototyper i Kina, for at give dig et gratis tilbud og give konstruktive forslag og gennemførlige løsninger til dit design gratis.
