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Imparare tutto sulla prototipazione rapida
Rapid Prototyping (RP) è un termine relativamente nuovo che spiega semplicemente il processo di creazione rapida di prototipi utilizzando processi di produzione avanzati, tentando di valutare visivamente e funzionalmente il design di nuovi prodotti e di ottimizzare continuamente il design. Ingegneri o designer trasformano grandi idee in modelli concettuali realistici che simulano l'aspetto e lo stile di lavoro del prodotto finale e subiscono una serie di convalide prima di passare alla produzione di massa. Un prototipo è la versione originale del prodotto finale, utilizzata per valutare il design, le tecniche di test, analizzare i principi di funzionamento del prodotto, regolare il design, i materiali, le dimensioni, la forma, l'assemblaggio, il colore, la producibilità e la resistenza, evitare tempestivamente il potenziale insidie e migliorare la qualità del prodotto finale. Questo articolo esplora sette metodi di prototipazione attualmente popolari e confronta le caratteristiche dei materiali delle parti prodotte da vari processi. Inoltre, vengono riassunti i fattori chiave che devono essere considerati nei vari processi di produzione. Lo scopo è aiutare i progettisti a scegliere il miglior processo di produzione del prototipo.
Definizione di prototipazione rapida
La prototipazione rapida è il processo di produzione di modelli il più rapidamente possibile per simulare il prodotto finale. Esistono dozzine di metodi di produzione che possono realizzare prototipi, il più impressionante dei quali è la produzione additiva, ovvero la stampa 3D. Tuttavia, la tradizionale lavorazione CNC di produzione sottrattiva può anche produrre prototipi di alta qualità. La stampa 3D e la prototipazione rapida si adattano perfettamente, consentendo la produzione di parti con forme geometriche quasi illimitate, richiedendo solo una stampante e nessun altro strumento. La stampa 3D può produrre parti con proprietà meccaniche molto simili a vari materiali fabbricati con metodi di produzione tradizionali.
7 tipi di processi di produzione di prototipi
Processo | Detto | DESCRIZIONE | FINITURA | ESEMPIO DI MATERIALI |
stereolitografia | SLA | Polimeri fotosensibili polimerizzati al laser | La gamma tipica degli strati additivi è 0.002-0.006 pollici (0.051-0.152 mm) | Come il termoplastico |
Sinterizzazione laser selettiva | SLS | Polvere sinterizzata laser | Gli strati additivi tipici sono di circa 0.004 pollici (0.102 mm) | Come nylon e TPU |
Sinterizzazione laser diretta del metallo | LMD | Polveri metalliche sinterizzate al laser | La gamma tipica degli strati additivi è 0.0008-0.0012 pollici (0.020-0.030 mm) | Come i materiali metallici in lega di ferro in acciaio inossidabile, titanio, cromo, alluminio e cromo-nichel |
Modellazione di deposizione fusa | FDM | Estrusioni fuse | La gamma tipica degli strati additivi è 0.005-0.013 pollici (0.127-0.330 mm) | Come ABS, PC, PC/ABS, PPSU e altra plastica |
PolyJet | PJET | Polimeri fotosensibili UV Cured Jet | La gamma tipica degli strati additivi è 0.0006-0.0012 pollici (0.015-0.030 mm) | Come il PMMA, polimero fotosensibile elastico |
Lavorazione CNC | CNC | Utilizzare fresatrici e torni CNC per rimuovere il materiale in eccesso | Rimuovere il materiale in eccesso (liscio) | La maggior parte delle materie plastiche e dei metalli di livello ingegneristico ha centinaia di materiali |
Colata sotto vuoto | VC | Utilizzare stampi in silicone per realizzare parti in plastica replica | Liscio o con texture selezionata | Termoplastico di livello ingegneristico |
Vantaggi e svantaggi dei diversi metodi di produzione
SLA
SLA: SLA è il metodo di produzione additivo più antico, più popolare e più conveniente ed è il primo metodo di stampa 3D applicato al commercio. È un processo di utilizzo di un laser ultravioletto controllato da computer per polimerizzare strato per strato di resina polimerica fotosensibile liquida e ripetere il processo per produrre parti. Le sezioni trasversali strato per strato derivano da file di progettazione CAD (formato .stl). Vale la pena notare che i file CAD in formato. stl sono diventati il linguaggio informatico predefinito per la maggior parte delle stampanti 3D.
vantaggi: Rispetto ad altri processi additivi, SLA può produrre prototipi e parti di alta qualità con forme geometriche complesse. SLA è veloce, a basso costo e le parti prodotte hanno un'eccellente finitura superficiale e dettagli ottimali, mantenendo tolleranze rigorose. Sono disponibili più librerie di materiali selezionabili, come proprietà ottiche, meccaniche e termiche, per abbinare termoplastiche standard, ingegneristiche e industriali. I prototipi SLA sono generalmente utilizzati per la produzione di prototipi medici, anche per modelli master di colata sottovuoto.
svantaggi: I prototipi di produzione SLA spesso hanno una resistenza insufficiente e non sono adatti per i test in situazioni estreme. Inoltre, i raggi ultravioletti si indeboliscono nel tempo in ambienti umidi.
SLS
SLS: SLS è una tecnologia di stampa 3D per la produzione di prototipi in metallo e plastica. È un processo di creazione di prototipi strato per strato utilizzando materiali in polvere di sinterizzazione e riscaldamento laser ad alta potenza controllati da computer, come nylon o polveri TPU elastiche simili alle materie plastiche di grado ingegneristico. La tecnologia SLS risale agli anni '1980 ed è stata brevettata da Carl Deckard. Simile a molti altri processi di stampa 3D, può produrre parti con forme geometriche complesse, comprese caratteristiche interne, sottosquadri, pareti sottili, ecc., come parti con strutture reticolari interne difficili da ottenere con la lavorazione CNC.
vantaggi: Rispetto a SLA, le parti SLS sono più precise e durevoli e sono adatte per alcuni test funzionali.
svantaggi: La superficie delle parti SLS ha una consistenza granulare o sabbiosa, manca di dettagli fini ed è molto ruvida. La lavorazione secondaria è necessaria per ottenere risultati estetici e i materiali disponibili sono limitati.
LMD
DMLS: LMD è una tecnologia di stampa 3D per la produzione di prototipi in metallo e parti di uso finale, saldando la polvere strato dopo strato fino al completamento della parte. Le parti DMLS possono essere realizzate con la maggior parte dei materiali in lega e, naturalmente, è possibile selezionare gli stessi materiali delle parti finali per produrre prototipi completamente robusti e funzionali.
vantaggi: DMLS è in grado di produrre prototipi in metallo (tipicamente densità del 97%) per test funzionali e può produrre caratteristiche o canali interni che non possono essere realizzati con processi tradizionali. Le proprietà meccaniche delle parti DMLS sono sostanzialmente coerenti con quelle delle parti di produzione tradizionali.
svantaggi: La superficie delle parti DMLS è ruvida e richiede costosi trattamenti successivi. Se DMLS viene utilizzato per produrre più parti metalliche, il costo può essere elevato.
FDM
FDM: Nel processo di stampaggio a deposizione per fusione (FDM), i materiali termoplastici (come ABS, policarbonato o miscela ABS/policarbonato) vengono fusi in un ugello riscaldato dalla stampante, quindi l'ugello si sposta lungo un percorso prestabilito, depositando materiale in resina liquefatta strato dopo strato, creando un prototipo dal basso verso l'alto.
vantaggi: FDM può scegliere tra veri materiali termoplastici, producendo componenti a basso costo e robusti e in grado di eseguire alcuni test funzionali. Naturalmente, questo processo può anche produrre parti con strutture complesse. La tecnologia FDM è facile da usare, si adatta a diversi tipi e colori di plastica nella produzione di una singola parte ed è abbastanza sicura, pulita e priva di inquinamento.
svantaggi: Le parti FDM presentano spesso alcuni fori, resistenza irregolare, scarsa finitura superficiale e evidenti segni di increspatura. Rispetto a SLA o SLS, FDM non è efficiente.
SLM
SLM: SLM è una tecnologia che utilizza laser ad alta potenza per fondere e fondere polveri metalliche per produrre prototipi o parti. Le polveri metalliche comuni includono leghe di titanio, acciaio inossidabile, alluminio e cobalto-cromo, che possono essere utilizzate per produrre parti metalliche di precisione con elevata resistenza, durata e complessità.
vantaggi: Le parti di precisione prodotte da SLM sono ampiamente utilizzate in settori come quello aerospaziale, automobilistico, Difesa nazionale e cure mediche.
Svantaggi: Le parti o i prototipi realizzati con SLM possono essere costosi e devono essere controllati da un macchinista esperto.
POLIGETTO
POLIGETTO: PolyJet utilizza una testina di stampa per spruzzare resina polimerica fotosensibile strato per strato e utilizza materiali polimerizzabili UV per costruire prototipi o parti. Lo strato di resina spruzzato da questo processo può essere molto sottile e può produrre parti con superfici lisce. Le testine di stampa possono essere spruzzate con diversi materiali, consentendo la costruzione di prototipi multimateriale.
vantaggi: Polyjet è conveniente e può essere utilizzato per produrre parti flessibili con strutture complesse, nonché per realizzare prototipi di parti stampate avvolte utilizzando materiali flessibili e rigidi.
svantaggi: Le parti Polyjet non sono sufficientemente resistenti per i test funzionali e possono ingiallire dopo un'esposizione prolungata alla luce.
Lavorazione CNC: Le frese ruotano lungo un percorso prestabilito per tagliare blocchi solidi (o barre) di plastica o metallo, rimuovendo il materiale in eccesso per produrre parti o prototipi, che è un processo di riduzione del materiale. Rispetto agli additivi, le parti lavorate a CNC hanno un'eccellente resistenza e finitura superficiale e sono relativamente complete. La gamma di materiali selezionati è molto ampia, con migliaia di tipi, che possono produrre parti CNC con molteplici funzioni, come resistenza alla trazione, resistenza all'urto, temperatura di deformazione termica, resistenza chimica e biocompatibilità. Buone tolleranze sono adatte per l'assemblaggio e il collaudo funzionale.
vantaggi: Le parti CNC hanno una buona finitura superficiale e tolleranze rigorose, ed è possibile selezionare una varietà di materiali termoplastici e metalli di grado ingegneristico. Rispetto alla stampa 3D, i prototipi possono essere consegnati entro 24 ore a seconda della complessità della parte.
svantaggi: Per alcune parti complesse, la lavorazione CNC può avere alcune limitazioni. Ad esempio, è molto difficile lavorare parti cave a parete sottile e talvolta è necessario capovolgere e fissare il pezzo con dispositivi personalizzati. Pertanto, per la lavorazione di parti con forme geometriche complesse, il costo della lavorazione CNC è relativamente elevato.
Colata sotto vuoto: A rigor di termini, la colata sottovuoto è un processo per la produzione di piccoli lotti di parti. Il processo di antischiuma, miscelazione, preriscaldamento e stampaggio del materiale poliuretanico colato in condizioni di vuoto e l'esecuzione di un processo di stampaggio di indurimento secondario di 2-3 ore in una scatola a temperatura costante a 60 ℃ - 80 ℃.
vantaggi: La replica realizzata tramite fusione sottovuoto può raggiungere la resistenza e la durezza di materie prime come l'ABS, e può anche essere dotata di colori a seconda delle esigenze. Il processo di replica sottovuoto può produrre piccoli lotti di parti in plastica con strutture complesse e spessore delle pareti uniforme che possono soddisfare determinate funzioni e aspetti.
svantaggi: Ogni stampo può produrre fino a 25 copie (a seconda della complessità dello stampo e del materiale di colata); Se le parti richiedono alta qualità (come strutture trasparenti o complesse), è possibile realizzare solo 12 o anche 10 repliche da uno stampo.
Quanto costa la prototipazione rapida?
È difficile rispondere a questa domanda. La prototipazione rapida dipende da una varietà di fattori diversi, con differenze significative nei costi. Ad esempio, se informazioni quali tecnologia di elaborazione, dimensioni, quantità, finitura superficiale, quantità, materiale e trattamento superficiale sono incerte, è difficile valutare quanto costerà produrre un prototipo, che può variare da decine di dollari a migliaia di dollari. Se hai completato la progettazione di un progetto prototipo, non esitare a contattare DDPROTOTYPE, uno dei principali produttori di prototipazione rapida in Cina, per fornirti un preventivo gratuito e fornire gratuitamente suggerimenti costruttivi e soluzioni fattibili per il tuo design.