Kövess engem: 
Mindent megtudhat a gyors prototípuskészítésről
A gyors prototípusgyártás (RP) egy viszonylag új kifejezés, amely egyszerűen leírja a prototípusok gyors létrehozásának folyamatát fejlett gyártási folyamatok segítségével, megpróbálva vizuálisan és funkcionálisan értékelni az új termékek tervét, és folyamatosan optimalizálni a tervet. A mérnökök vagy tervezők a nagyszerű ötleteket valósághű koncepciómodellekké alakítják, amelyek szimulálják a végtermék megjelenését és működési stílusát, és egy sor validáción esnek át, mielőtt a tömeggyártás felé haladnának. A prototípus a végtermék eredeti változata, amelyet a tervezés, a tesztelési technikák értékelésére, a termék működési elveinek elemzésére, a tervezés, az anyagok, a méretek, az alak, az összeszerelés, a szín, a gyárthatóság és a szilárdság módosítására, a lehetséges buktatók időben történő elkerülésére és a végtermék minőségének javítására használnak. Ez a cikk hét jelenleg népszerű prototípusgyártási módszert vizsgál, és összehasonlítja a különböző eljárásokkal gyártott alkatrészek anyagjellemzőit. Ezenkívül összefoglalja a különböző gyártási folyamatok során figyelembe veendő kulcsfontosságú tényezőket. A cél, hogy segítsen a tervezőknek a legjobb prototípusgyártási folyamat kiválasztásában.
A gyors prototípus definíciója
A gyors prototípuskészítés a modellek lehető leggyorsabb elkészítésének folyamata a végtermék szimulációja érdekében. Több tucat gyártási módszerrel lehet prototípusokat készíteni, ezek közül a leglenyűgözőbb az additív gyártás, nevezetesen a 3D nyomtatás. A hagyományos szubtraktív gyártású CNC-megmunkálás azonban kiváló minőségű prototípusokat is képes előállítani. A 3D nyomtatás és a gyors prototípuskészítés tökéletesen illeszkedik, lehetővé téve szinte korlátlan geometriai alakzatú alkatrészek gyártását, csak egy nyomtatót és más eszközöket nem igényel. A 3D nyomtatással olyan alkatrészeket lehet előállítani, amelyek mechanikai tulajdonságai nagyon hasonlóak a hagyományos gyártási módszerekkel előállított különféle anyagokhoz.
7 féle prototípus gyártási folyamat
folyamat | Nevezett | LEÍRÁS | BEFEJEZ | PÉLDA ANYAGOK |
Sztereolitográfia | SLA | Lézerrel térhálósított fényérzékeny polimerek | A tipikus adalékréteg-tartomány 0.002-0.006 hüvelyk (0.051-0.152 mm) | Mint a hőre lágyuló |
Szelektív lézeres szinterezés | SLS | Lézerrel szinterezett por | A tipikus adalékrétegek körülbelül 0.004 hüvelyk (0.102 mm) | Mint a nylon és a TPU |
Közvetlen fém lézeres szinterezés | DMLS | Lézerrel szinterezett fémporok | A tipikus adalékréteg-tartomány 0.0008-0.0012 hüvelyk (0.020-0.030 mm) | Mint a rozsdamentes acél, a titán, a króm, az alumínium és a króm-nikkel-vas ötvözet fémanyagok |
Fúvott elhelyezés modellezése | FDM | Olvasztott extrudálások | A tipikus adalékréteg-tartomány 0.005-0.013 hüvelyk (0.127-0.330 mm) | Mint ABS, PC, PC/ABS, PPSU és más műanyag |
PolyJet | PJET | UV-re keményedő fényérzékeny polimerek | A tipikus adalékréteg-tartomány 0.0006-0.0012 hüvelyk (0.015-0.030 mm) | A PMMA-hoz hasonlóan rugalmas fényérzékeny polimer |
CNC megmunkálás | CNC | Használjon CNC marógépeket és esztergagépeket a felesleges anyag eltávolításához | Távolítsa el a felesleges anyagot (sima) | A legtöbb műszaki minőségű műanyag és fém több száz anyagból áll |
Vákuumöntés | VC | Használjon szilikon formákat a műanyag alkatrészek másolatának elkészítéséhez | Sima vagy kiválasztott textúrájú | Műszaki minőségű hőre lágyuló műanyag |
A különböző gyártási módszerek előnyei és hátrányai
SLA
SLA : Az SLA a legrégebbi, legnépszerűbb és legköltséghatékonyabb additív gyártási módszer, és ez az első 3D nyomtatási módszer, amelyet a kereskedelemben alkalmaztak. Ez egy olyan eljárás, amelynek során számítógéppel vezérelt ultraibolya lézerrel rétegenként kikeményítik a folyékony, fényérzékeny polimer gyantát, majd ezt a folyamatot megismétlik az alkatrészek gyártásához. A rétegenkénti keresztmetszetek CAD tervfájlokból (.stl formátum) származnak. Érdemes megjegyezni, hogy az .stl formátumú CAD fájlok a legtöbb 3D nyomtató alapértelmezett számítógépes nyelvévé váltak.
Előnyök: Más additív eljárásokkal összehasonlítva az SLA kiváló minőségű prototípusokat és összetett geometriai alakú alkatrészeket képes előállítani. Az SLA gyors, olcsó, és a gyártott alkatrészek kiváló felületi minőséggel és optimális részletességgel rendelkeznek, szigorú tűréshatárok betartásával. Több választható anyagkönyvtár áll rendelkezésre, például optikai, mechanikai és termikus tulajdonságok, hogy illeszkedjenek a szabványos, mérnöki és ipari hőre lágyuló műanyagokhoz. Az SLA prototípusokat jellemzően orvosi prototípusok gyártására, valamint vákuumöntéses mestermodellekhez használják.
Hátrányok: Az SLA gyártási prototípusok gyakran nem elég szilárdak, és nem alkalmasak extrém helyzetekben történő tesztelésre. Ezenkívül az ultraibolya sugarak nedves környezetben idővel gyengülnek.
SLS
SLS: Az SLS egy 3D nyomtatási technológia fém és műanyag prototípusok gyártásához. Ez egy olyan eljárás, amelynek során prototípusokat rétegről rétegre hoznak létre számítógéppel vezérelt nagy teljesítményű lézerfűtés és szinterelés segítségével, poranyagokból, például nejlonból vagy rugalmas TPU porokból, amelyek hasonlóak a műszaki minőségű műanyagokhoz. Az SLS technológia az 1980-as évekre vezethető vissza, és Carl Deckard szabadalmaztatta. Sok más 3D nyomtatási eljáráshoz hasonlóan ez a technológia is képes összetett geometriai alakú alkatrészek gyártására, beleértve a belső jellemzőket, alámetszéseket, vékony falakat stb., például olyan alkatrészeket, amelyek belső rácsszerkezete nehezen érhető el CNC megmunkálással.
Előnyök: Az SLA-hoz képest az SLS alkatrészek pontosabbak és tartósabbak, és alkalmasak bizonyos funkcionális tesztekhez.
Hátrányok: Az SLS alkatrészek felülete szemcsés vagy homokos textúrájú, hiányoznak belőle a finom részletek, és nagyon érdes. Az esztétikai eredmény eléréséhez másodlagos megmunkálásra van szükség, és a rendelkezésre álló anyagok korlátozottak.
DMLS
DMLS: A DMLS egy 3D nyomtatási technológia fém prototípusok és végfelhasználói alkatrészek gyártásához, rétegről rétegre hegesztve a port, amíg az alkatrész el nem készül. A DMLS alkatrészek a legtöbb ötvözetből készülhetnek, és természetesen ugyanazok az anyagok választhatók ki, mint a végső alkatrészek, a teljes szilárdságú és funkcionális prototípusok előállításához.
Előnyök: A DMLS képes fém prototípusok (jellemzően 97%-os sűrűségű) gyártására funkcionális teszteléshez, valamint olyan belső jellemzők vagy csatornák gyártására, amelyeket a hagyományos eljárásokkal nem lehet megvalósítani. A DMLS alkatrészek mechanikai tulajdonságai alapvetően megegyeznek a hagyományos gyártási alkatrészek tulajdonságaival.
Hátrányok: A DMLS alkatrészek felülete érdes és költséges utókezelést igényel. Ha a DMLS-t több fém alkatrész gyártásához használják, a költségek magasak lehetnek.
FDM
FDM: Az olvadéklerakódásos öntés (FDM) során a hőre lágyuló anyagokat (például ABS-t, polikarbonátot vagy ABS/polikarbonát keveréket) a nyomtató által melegített fúvókában megolvasztják, majd a fúvóka egy meghatározott pályán mozog, rétegről rétegre lerakva a cseppfolyósított gyantaanyagot, alulról felfelé létrehozva a prototípust.
Előnyök: Az FDM eljárás valódi hőre lágyuló anyagok közül választhat, így alacsony költségű és robusztus alkatrészeket állíthat elő, amelyek alkalmasak bizonyos funkcionális vizsgálatok elvégzésére. Természetesen ez az eljárás összetett szerkezetű alkatrészek előállítására is alkalmas. Az FDM technológia könnyen használható, egyetlen alkatrész gyártása során különböző típusú és színű műanyagokat is képes befogadni, valamint biztonságos, tiszta és kellően szennyezésmentes.
Hátrányok: Az FDM alkatrészek gyakran furatosak, egyenetlen a szilárdságuk, gyenge a felületi kidolgozásuk és szembetűnő hullámnyomok vannak rajtuk. Az SLA-hoz vagy az SLS-hez képest az FDM nem hatékony.
SLM
SLM: Az SLM egy olyan technológia, amely nagy teljesítményű lézereket használ fémporok olvasztására és összeolvasztására prototípusok vagy alkatrészek előállításához. A gyakori fémporok közé tartozik a titán, a rozsdamentes acél, az alumínium és a kobalt-króm ötvözetek, amelyek nagy szilárdságú, tartós és összetett precíziós fém alkatrészek gyártására használhatók.
Előnyök: Az SLM által gyártott precíziós alkatrészeket széles körben használják olyan iparágakban, mint a repülőgépipar, az autóipar, a nemzetvédelem és az orvostudomány.
Hátrányok : Az SLM-mel készült alkatrészek vagy prototípusok drágák lehetnek, és képzett gépésznek kell őket irányítania.
POLYJET
POLYJET: A PolyJet nyomtatófejet használ a fényérzékeny polimer gyanta rétegenkénti permetezésére, és UV-fényre keményedő anyagokból prototípusokat vagy alkatrészeket épít. Az ezzel az eljárással permetezett gyantaréteg nagyon vékony lehet, és sima felületű alkatrészeket hozhat létre. A nyomtatófejekre különböző anyagok permetezhetők, ami lehetővé teszi több anyagból álló prototípusok építését.
Előnyök: A Polyjet megfizethető, és használható összetett szerkezetű rugalmas alkatrészek gyártásához, valamint rugalmas és merev anyagok felhasználásával csomagolt fröccsöntött alkatrészek prototípusainak elkészítéséhez.
Hátrányok: A Polyjet alkatrészek nem elég erősek a funkcionális teszteléshez, és hosszú távú fényhatásnak való kitettség után sárgulhatnak.
CNC megmunkálás: A vágógépek egy meghatározott pályán forognak, hogy tömör műanyag vagy fém tömböket (vagy rudakat) vágjanak, eltávolítva a felesleges anyagot alkatrészek vagy prototípusok előállításához, ami egy anyagcsökkentési folyamat. Az adalékanyagokkal összehasonlítva a CNC-megmunkált alkatrészek kiváló szilárdsággal és felületkezeléssel rendelkeznek, és viszonylag teljesek. A kiválasztott anyagok köre nagyon széles, több ezer típussal, amelyekkel több funkcióval rendelkező CNC alkatrészeket lehet előállítani, mint például szakítószilárdság, ütésállóság, hődeformációs hőmérséklet, kémiai ellenállás és biokompatibilitás. A jó tűrések alkalmasak az összeszereléshez és a funkcionális teszteléshez.
Előnyök: A CNC alkatrészek jó felületkezeléssel és szigorú tűréshatárokkal rendelkeznek, valamint számos mérnöki minőségű hőre lágyuló műanyag és fém választható. A 3D nyomtatással összehasonlítva a prototípusok az alkatrész összetettségétől függően 24 órán belül leszállíthatók.
Hátrányok: Egyes összetett alkatrészek esetében a CNC megmunkálásnak lehetnek korlátai. Például nagyon nehéz üreges, vékony falú alkatrészeket megmunkálni, és néha meg kell fordítani és egyedi rögzítésekkel rögzíteni a munkadarabot. Ezért az összetett geometriai alakú alkatrészek megmunkálásához a CNC megmunkálás költsége viszonylag magas.
Vákuumöntés: Szigorúan véve a vákuumöntés egy olyan eljárás, amely kis tételekben gyárt alkatrészeket. A folyamat magában foglalja a poliuretán anyag habtalanítását, keverését, előmelegítését és vákuum alatti formázását, majd egy 2-3 órás másodlagos kikeményedési formázási folyamatot állandó hőmérsékletű dobozban 60 ℃ és 80 ℃ között.
Előnyök: A vákuumöntéssel készült replika elérheti az olyan nyersanyagok szilárdságát és keménységét, mint az ABS, és igény szerint színezhető is. A vákuumöntéssel készült replika kis tételekben összetett szerkezetű és egyenletes falvastagságú műanyag alkatrészeket lehet előállítani, amelyek bizonyos funkciókat és megjelenést képesek kielégíteni.
Hátrányok: Minden egyes öntőforma akár 25 másolatot is képes előállítani (a forma bonyolultságától és az öntőanyagtól függően); Ha az alkatrészek magas minőséget igényelnek (például átlátszó vagy összetett szerkezetek), akkor egy öntőformából csak 12 vagy akár 10 másolat is elkészíthető.
Mennyibe kerül a prototípus gyors elkészítése?
Erre a kérdésre nehéz válaszolni. A gyors prototípuskészítés számos különböző tényezőtől függ, amelyek jelentős költségkülönbségekkel járnak. Például, ha az olyan információk, mint a feldolgozási technológia, a méret, a mennyiség, a felületkezelés, a mennyiség, az anyag és a felületkezelés bizonytalanok, nehéz felmérni, hogy mennyibe kerül egy prototípus gyártása, amely több tíz dollártól több ezer dollárt. Ha befejezte egy prototípus-projekt tervezését, nyugodtan forduljon a DDPROTOTYPE-hoz, egy vezető gyors prototípus-gyártóhoz Kínában, hogy ingyenes árajánlatot adjon, valamint konstruktív javaslatokat és megvalósítható megoldásokat adjon a tervezéshez.
