Dowiedz się wszystkiego o szybkim prototypowaniu

Dowiedz się wszystkiego o szybkim prototypowaniu

Rapid Prototyping (RP) to stosunkowo nowy termin, który po prostu wyjaśnia proces szybkiego tworzenia prototypów przy użyciu zaawansowanych procesów produkcyjnych, próbując wizualnie i funkcjonalnie ocenić projekt nowych produktów i stale optymalizować projekt. Inżynierowie lub projektanci przekształcają świetne pomysły w realistyczne modele koncepcyjne, które symulują wygląd i styl pracy produktu końcowego, a następnie przechodzą szereg walidacji przed przejściem do masowej produkcji. Prototyp to oryginalna wersja produktu końcowego, używana do oceny projektu, technik testowania, analizy zasad działania produktu, dostosowania projektu, materiałów, wymiarów, kształtu, montażu, koloru, możliwości produkcyjnych i wytrzymałości, terminowego uniknięcia potencjalnego pułapki i poprawić jakość produktu końcowego. W tym artykule omówiono siedem obecnie popularnych metod prototypowania i porównano właściwości materiałowe części wytwarzanych różnymi procesami. Ponadto podsumowano kluczowe czynniki, które należy wziąć pod uwagę w różnych procesach produkcyjnych. Celem jest pomoc projektantom w wyborze najlepszego procesu produkcji prototypów.

Definicja szybkiego prototypowania

Szybkie prototypowanie to proces tworzenia modeli tak szybko, jak to możliwe, aby symulować produkt końcowy. Istnieją dziesiątki metod wytwarzania, za pomocą których można tworzyć prototypy, z których najbardziej imponująca jest produkcja addytywna, czyli druk 3D. Jednak tradycyjna obróbka subtraktywna CNC może również wytwarzać wysokiej jakości prototypy. Druk 3D i szybkie prototypowanie pasują idealnie, umożliwiając produkcję części o niemal nieograniczonych kształtach geometrycznych, wymagając tylko jednej drukarki i żadnych innych narzędzi. Druk 3D może wytwarzać części o właściwościach mechanicznych, które są bardzo podobne do różnych materiałów wytwarzanych przy użyciu tradycyjnych metod produkcji.

Szybkie prototypowanie

7 typów procesów wytwarzania prototypów

Przetwarzanie

O imieniu

OPIS

WYKOŃCZENIA

PRZYKŁADOWE MATERIAŁY

Stereolitografia

SLA

Laserowo utwardzane światłoczułe polimery

Typowy zakres warstw dodatków wynosi 0.002-0.006 cala (0.051-0.152 mm)

Jak termoplastyczny

Selektywne spiekanie laserowe

SLS

Laserowo spiekany proszek

Typowe warstwy dodatków mają grubość około 0.004 cala (0.102 mm)

Podobnie jak nylon i TPU

Bezpośrednie spiekanie laserowe metali

DMLS

Proszki metalowe spiekane laserowo

Typowy zakres warstw dodatków wynosi 0.0008-0.0012 cala (0.020-0.030 mm)

Podobnie jak stal nierdzewna, tytan, chrom, aluminium i chromowo-niklowo-żelazowe materiały metalowe

Modelowanie osadzania stopionego

FDM

Wytłoczenia stapiane

Typowy zakres warstw dodatków wynosi 0.005-0.013 cala (0.127-0.330 mm)

Jak ABS, PC, PC/ABS, PPSU i inne tworzywa sztuczne

PoliJet

PJET

Światłoczułe polimery utwardzane promieniami UV

Typowy zakres warstw dodatków wynosi 0.0006-0.0012 cala (0.015-0.030 mm)

Podobnie jak PMMA, elastyczny, światłoczuły polimer

Obróbka CNC

CNC

Użyj frezarek i tokarek CNC, aby usunąć nadmiar materiału

Usuń nadmiar materiału (gładko)

Większość tworzyw sztucznych i metali klasy inżynierskiej składa się z setek materiałów

Odlewanie próżniowe

VC

Użyj silikonowych form do wykonania replik plastikowych części

Gładkie lub o wybranej fakturze

Tworzywo termoplastyczne klasy inżynierskiej

Zalety i wady różnych metod wytwarzania

SLA

SLA: SLA jest najstarszą, najpopularniejszą i najbardziej opłacalną metodą wytwarzania przyrostowego i pierwszą metodą druku 3D zastosowaną w handlu. Jest to proces polegający na użyciu sterowanego komputerowo lasera ultrafioletowego do utwardzania ciekłej światłoczułej żywicy polimerowej warstwa po warstwie i powtarzania procesu w celu wytworzenia części. Przekroje poprzeczne warstwa po warstwie pochodzą z plików projektowych CAD (format .stl). Warto zauważyć, że pliki CAD w formacie .stl stały się domyślnym językiem komputerowym dla większości drukarek 3D.

Szybkie prototypowanie SLA

Zalety: W porównaniu z innymi procesami addytywnymi, SLA może wytwarzać wysokiej jakości prototypy i części o skomplikowanych kształtach geometrycznych. SLA jest szybka, tania, a produkowane części mają doskonałe wykończenie powierzchni i optymalne szczegóły, zachowując ścisłe tolerancje. Istnieje wiele bibliotek materiałów do wyboru, takich jak właściwości optyczne, mechaniczne i termiczne, które pasują do standardowych, inżynierskich i przemysłowych tworzyw termoplastycznych. Prototypy SLA są zwykle wykorzystywane do wytwarzania prototypów medycznych, również do odlewania próżniowego modeli wzorcowych.

Niedogodności: Prototypy produkcyjne SLA często mają niewystarczającą wytrzymałość i nie nadają się do testowania w sytuacjach ekstremalnych. Ponadto promienie ultrafioletowe osłabiają się z czasem w wilgotnym środowisku.

SLS

SLS: SLS to technologia druku 3D służąca do wytwarzania prototypów metalowych i plastikowych. Jest to proces tworzenia prototypów warstwa po warstwie przy użyciu sterowanego komputerowo, wysokoenergetycznego ogrzewania laserowego i spiekania materiałów proszkowych, takich jak nylon lub elastyczne proszki TPU, podobne do tworzyw sztucznych klasy inżynierskiej. Technologia SLS sięga lat 1980-tych i została opatentowana przez Carla Deckarda. Podobnie jak w przypadku wielu innych procesów drukowania 3D, może wytwarzać części o złożonych kształtach geometrycznych, w tym elementy wewnętrzne, podcięcia, cienkie ściany itp., takie jak części z wewnętrzną strukturą kratową, które są trudne do uzyskania za pomocą obróbki CNC.

Szybkie prototypowanie SLS

Zalety: W porównaniu do SLA, części SLS są dokładniejsze i trwalsze oraz nadają się do niektórych testów funkcjonalnych.

Niedogodności: Powierzchnia części SLS ma teksturę ziarnistą lub piaskową, pozbawioną drobnych szczegółów i jest bardzo szorstka. Aby uzyskać efekt estetyczny, wymagana jest wtórna obróbka, a dostępne materiały są ograniczone.

DMLS

DMLS: DMLS to technologia druku 3D do produkcji metalowych prototypów i części do zastosowań końcowych, spawanie proszku warstwa po warstwie, aż do ukończenia części. Części DMLS mogą być wykonane z większości materiałów stopowych i oczywiście można wybrać te same materiały, co części końcowe, aby wyprodukować prototypy o pełnej wytrzymałości i funkcjonalności.

Szybkie prototypowanie DMLS

Zalety: DMLS może wytwarzać metalowe prototypy (zwykle o gęstości 97%) do testów funkcjonalnych, a także może wytwarzać wewnętrzne elementy lub kanały, których nie można osiągnąć tradycyjnymi procesami. Właściwości mechaniczne części DMLS są w zasadzie zgodne z właściwościami tradycyjnych części produkcyjnych.

Niedogodności: Powierzchnia części DMLS jest szorstka i wymaga kosztownej obróbki końcowej. Jeśli DMLS jest używany do produkcji wielu części metalowych, koszt może być wysoki.

FDM

FDM: W procesie formowania ze stopu (FDM) materiały termoplastyczne (takie jak ABS, poliwęglan lub mieszanka ABS/poliwęglan) są topione w dyszy ogrzewanej przez drukarkę, a następnie dysza porusza się po ustalonej ścieżce, układając upłynniony materiał żywiczny warstwa po warstwie, tworząc prototyp od dołu do góry.

Szybkie prototypowanie FDM

Zalety: FDM może wybierać spośród oryginalnych materiałów termoplastycznych, wytwarzając komponenty, które są niedrogie i solidne oraz zdolne do przeprowadzenia niektórych testów funkcjonalnych. Oczywiście ten proces może również wytwarzać części o złożonej strukturze. Technologia FDM jest łatwa w użyciu, uwzględnia różne rodzaje i kolory plastiku w produkcji pojedynczej części, jest bezpieczna, czysta i wolna od zanieczyszczeń.

Niedogodności: Części FDM często mają dziury, nierówną wytrzymałość, słabe wykończenie powierzchni i widoczne zmarszczki. W porównaniu do SLA lub SLS, FDM nie jest wydajne.

SLM

SLM: SLM to technologia wykorzystująca lasery dużej mocy do topienia i stapiania proszków metali w celu wytworzenia prototypów lub części. Popularne proszki metali obejmują stopy tytanu, stali nierdzewnej, aluminium i chromu kobaltowego, które można wykorzystać do produkcji precyzyjnych części metalowych o wysokiej wytrzymałości, trwałości i złożoności.

Szybkie prototypowanie SLM

Zalety: Precyzyjne części produkowane przez SLM znajdują szerokie zastosowanie w branżach takich jak lotnictwo, motoryzacja, Obrona narodowa i opieka medyczna.

Wady: Części lub prototypy wykonane metodą SLM mogą być drogie i muszą być kontrolowane przez wykwalifikowanego mechanika.

POLYJET

POLIJET: Firma PolyJet wykorzystuje głowicę drukującą do natryskiwania światłoczułej żywicy polimerowej warstwa po warstwie oraz wykorzystuje materiały utwardzane promieniowaniem UV do budowy prototypów lub części. Warstwa żywicy natryskiwana w tym procesie może być bardzo cienka i umożliwia wytwarzanie części o gładkich powierzchniach. Głowice drukujące mogą być natryskiwane różnymi materiałami, co pozwala na budowę wielomateriałowych prototypów.

Szybkie prototypowanie POLYJET

Zalety: Polyjet jest przystępny cenowo i może być używany do produkcji elastycznych części o złożonej strukturze, a także do wykonywania prototypów owiniętych formowanych części przy użyciu elastycznych i sztywnych materiałów.

Niedogodności: Części Polyjet nie są wystarczająco wytrzymałe do testów funkcjonalnych i mogą żółknąć po długotrwałym wystawieniu na działanie światła.

obróbka CNC: Frezy obracają się wzdłuż ustalonej ścieżki, aby ciąć pełne bloki (lub pręty) z tworzywa sztucznego lub metalu, usuwając nadmiar materiału w celu wytworzenia części lub prototypów, co jest procesem redukcji materiału. W porównaniu z dodatkami, części obrabiane CNC mają doskonałą wytrzymałość i wykończenie powierzchni oraz są stosunkowo kompletne. Zakres wybranych materiałów jest bardzo szeroki, z tysiącami typów, które mogą wytwarzać części CNC o wielu funkcjach, takich jak wytrzymałość na rozciąganie, udarność, temperatura odkształcenia termicznego, odporność chemiczna i biokompatybilność. Dobre tolerancje są odpowiednie do montażu i testów funkcjonalnych.

Obróbka CNC

Zalety: Części CNC mają dobre wykończenie powierzchni i ścisłe tolerancje, a także można wybrać różnorodne tworzywa termoplastyczne i metale klasy inżynierskiej. W porównaniu do druku 3D, prototypy mogą być dostarczone w ciągu 24 godzin, w zależności od złożoności części.

Niedogodności: W przypadku niektórych skomplikowanych części obróbka CNC może mieć pewne ograniczenia. Na przykład bardzo trudno jest obrabiać wydrążone cienkościenne części, a czasami konieczne jest odwrócenie przedmiotu obrabianego i zamocowanie go za pomocą niestandardowych mocowań. Dlatego w przypadku obróbki części o skomplikowanych kształtach geometrycznych koszt obróbki CNC jest stosunkowo wysoki.

Odlewanie próżniowe: Ściśle mówiąc, odlewanie próżniowe to proces wytwarzania małych partii części. Proces odpieniania, mieszania, wstępnego podgrzewania i formowania wylanego materiału poliuretanowego w warunkach próżni oraz przeprowadzania 2-3 godzinnego procesu wtórnego utwardzania formowania w skrzynce o stałej temperaturze 60 ℃ – 80 ℃.

Odlewanie próżniowe

Zalety: Replika wykonana metodą odlewania próżniowego może osiągnąć wytrzymałość i twardość surowców takich jak ABS, a także może być doposażona w kolory zgodnie z wymaganiami. Proces replikacji próżniowej może wytwarzać małe partie części z tworzyw sztucznych o złożonej strukturze i jednolitej grubości ścianek, które mogą spełniać określone funkcje i wygląd.

Niedogodności: Każda forma może wyprodukować do 25 kopii (w zależności od złożoności formy i materiału odlewniczego); Jeśli części wymagają wysokiej jakości (np. przezroczyste lub skomplikowane struktury), z jednej formy można wykonać tylko 12, a nawet 10 replik.

Ile kosztuje szybkie prototypowanie?

Trudno odpowiedzieć na to pytanie. Szybkie prototypowanie zależy od wielu różnych czynników, przy znacznych różnicach w kosztach. Na przykład, jeśli informacje takie jak technologia przetwarzania, rozmiar, ilość, wykończenie powierzchni, ilość, materiał i wykończenie powierzchni są niepewne, trudno jest oszacować, ile będzie kosztować wyprodukowanie prototypu, który może wynosić od kilkudziesięciu dolarów do tysiące dolarów. Jeśli ukończyłeś projekt prototypu, skontaktuj się z DDPROTOTYPE, wiodącym producentem szybkiego prototypowania w Chinach, aby bezpłatnie otrzymać bezpłatną wycenę i przedstawić konstruktywne sugestie i wykonalne rozwiązania dla Twojego projektu.