Следуйте за мной на: 
Узнайте все о быстром прототипировании
Быстрое прототипирование (RP) — это относительно новый термин, который просто описывает процесс быстрого создания прототипов с использованием передовых производственных процессов, направленный на визуальную и функциональную оценку дизайна новых продуктов и постоянную оптимизацию конструкции. Инженеры или дизайнеры преобразуют отличные идеи в реалистичные концептуальные модели, имитирующие внешний вид и функциональность конечного продукта, и проходят ряд проверок перед переходом к серийному производству. Прототип — это оригинальная версия конечного продукта, используемая для оценки дизайна, методов тестирования, анализа принципов работы продукта, корректировки дизайна, материалов, размеров, формы, сборки, цвета, технологичности и прочности, своевременного предотвращения потенциальных проблем и повышения качества конечного продукта. В данной статье рассматриваются семь популярных в настоящее время методов прототипирования и сравниваются характеристики материалов деталей, изготовленных различными способами. Кроме того, обобщаются ключевые факторы, которые необходимо учитывать при различных производственных процессах. Цель — помочь дизайнерам выбрать оптимальный процесс изготовления прототипа.
Определение быстрого прототипирования
Быстрое прототипирование — это процесс максимально быстрого создания моделей для имитации конечного продукта. Существуют десятки производственных методов, позволяющих создавать прототипы, наиболее впечатляющим из которых является аддитивное производство, а именно 3D-печать. Тем не менее, традиционное субтрактивное производство с ЧПУ также может производить высококачественные прототипы. 3D-печать и быстрое прототипирование идеально сочетаются друг с другом, позволяя изготавливать детали практически неограниченной геометрической формы, требуя только одного принтера и никаких других инструментов. С помощью 3D-печати можно производить детали с механическими свойствами, очень похожими на различные материалы, изготовленные с использованием традиционных методов производства.
7 типов процессов изготовления прототипов
Разработка | Названный | ОПИСАНИЕ | ОТДЕЛКА | ПРИМЕРЫ МАТЕРИАЛОВ |
стереолитографии | SLA | Фоточувствительные полимеры, отверждаемые лазером | Типичный диапазон аддитивных слоев составляет 0.002–0.006 дюйма (0.051–0.152 мм). | Как термопласт |
Селективное лазерное спекание | SLS | Спеченный лазером порошок | Типичные аддитивные слои составляют около 0.004 дюйма (0.102 мм). | Как нейлон и ТПУ |
Прямое лазерное спекание металлов | ДМЛС | Металлические порошки, спеченные лазером | Типичный диапазон аддитивных слоев составляет 0.0008–0.0012 дюйма (0.020–0.030 мм). | Например, металлические материалы из нержавеющей стали, титана, хрома, алюминия и хрома, никеля и железа. |
Моделирование сплавленного осаждения | FDM | Плавленые экструзии | Типичный диапазон аддитивных слоев составляет 0.005–0.013 дюйма (0.127–0.330 мм). | Например, ABS, PC, PC/ABS, PPSU и другой пластик. |
ПолиДжет | ПЖЕТ | Струйные фоточувствительные полимеры УФ-отверждения | Типичный диапазон аддитивных слоев составляет 0.0006–0.0012 дюйма (0.015–0.030 мм). | Подобно ПММА, эластичный светочувствительный полимер |
Обработка CNC | ЧПУ | Используйте фрезерные и токарные станки с ЧПУ для удаления лишнего материала | Удалите лишний материал (гладкий) | Большинство технических пластмасс и металлов имеют сотни материалов. |
Вакуумное литье | VC | Используйте силиконовые формы для изготовления пластиковых деталей. | Гладкая или с выбранной текстурой | Инженерный термопласт |
Преимущества и недостатки различных методов производства
SLA
SLA : SLA — это самый старый, самый популярный и самый экономически эффективный метод аддитивного производства, а также первый метод 3D-печати, примененный в коммерческой сфере. Это процесс послойного отверждения жидкой фоточувствительной полимерной смолы с помощью управляемого компьютером ультрафиолетового лазера, который затем повторяется для изготовления деталей. Послойные поперечные сечения создаются на основе файлов САПР (формат .stl). Стоит отметить, что файлы САПР в формате .stl стали языком программирования по умолчанию для большинства 3D-принтеров.
Преимущества: По сравнению с другими аддитивными процессами, SLA позволяет производить высококачественные прототипы и детали сложной геометрической формы. SLA — это быстрый и недорогой процесс, а изготовленные детали обладают превосходной чистотой поверхности и оптимальной детализацией, при этом соблюдаются строгие допуски. Доступны различные библиотеки материалов, обладающие оптическими, механическими и термическими свойствами, что позволяет подобрать материал, соответствующий стандартным, конструкционным и промышленным термопластам. Прототипы, изготовленные методом SLA, обычно используются для производства медицинских прототипов, а также для создания мастер-моделей методом вакуумного литья.
Недостатки: прототипы, изготовленные методом SLA-печати, часто обладают недостаточной прочностью и не подходят для испытаний в экстремальных условиях. Кроме того, ультрафиолетовые лучи со временем ослабевают во влажной среде.
SLS
SLS: SLS — это технология 3D-печати для изготовления металлических и пластиковых прототипов. Это процесс послойного создания прототипов с использованием управляемого компьютером мощного лазера для нагрева и спекания порошковых материалов, таких как нейлон или эластичные порошки ТПУ, аналогичные конструкционным пластикам. Технология SLS появилась в 1980-х годах и была запатентована Карлом Декардом. Как и многие другие процессы 3D-печати, она позволяет изготавливать детали сложной геометрической формы, включая внутренние элементы, подрезы, тонкие стенки и т. д., например, детали с внутренними решетчатыми структурами, которые трудно получить с помощью станков с ЧПУ.
Преимущества: По сравнению с SLA, детали, изготовленные методом SLS, более точны и долговечны, а также подходят для некоторых функциональных испытаний.
Недостатки: Поверхность деталей, изготовленных методом SLS, имеет зернистую или песчаную текстуру, лишена мелких деталей и очень шероховатая. Для достижения эстетичных результатов требуется дополнительная обработка, а доступные материалы ограничены.
ДМЛС
DMLS: DMLS — это технология 3D-печати для изготовления металлических прототипов и деталей конечного использования, при которой порошок сваривается слой за слоем до получения готовой детали. Детали, изготовленные методом DMLS, могут быть выполнены из большинства сплавов, и, конечно же, для производства прочных и функциональных прототипов могут быть выбраны те же материалы, что и для готовых деталей.
Преимущества: Технология DMLS позволяет изготавливать металлические прототипы (обычно с плотностью 97%) для функционального тестирования, а также создавать внутренние элементы или каналы, которые невозможно получить традиционными методами. Механические свойства деталей, изготовленных методом DMLS, в основном соответствуют свойствам деталей, изготовленных традиционными методами.
Недостатки: Поверхность деталей, изготовленных методом DMLS, шероховатая и требует дорогостоящей постобработки. Если DMLS используется для изготовления деталей из нескольких металлов, стоимость может быть высокой.
FDM
FDM: В процессе формования методом послойного наплавления (FDM) термопластичные материалы (такие как ABS, поликарбонат или смесь ABS/поликарбоната) расплавляются в сопле, нагреваемом принтером, после чего сопло перемещается по заданной траектории, послойно нанося жидкий полимерный материал, создавая прототип снизу вверх.
Преимущества: Технология FDM позволяет использовать настоящие термопластичные материалы, создавая недорогие и прочные компоненты, пригодные для функционального тестирования. Конечно, этот процесс также позволяет изготавливать детали со сложной структурой. Технология FDM проста в использовании, позволяет работать с различными типами и цветами пластика при изготовлении одной детали, а также является безопасной, чистой и экологически чистой.
Недостатки: детали, изготовленные методом FDM, часто имеют отверстия, неравномерную прочность, плохое качество поверхности и заметные волнообразные дефекты. По сравнению с SLA или SLS, FDM менее эффективен.
SLM
SLM: SLM — это технология, использующая мощные лазеры для плавления и сплавления металлических порошков с целью изготовления прототипов или деталей. К распространенным металлическим порошкам относятся титан, нержавеющая сталь, алюминий и кобальто-хромовые сплавы, которые могут использоваться для изготовления прецизионных металлических деталей с высокой прочностью, долговечностью и сложностью.
Преимущества: Прецизионные детали, изготовленные методом SLM, широко используются в таких отраслях, как аэрокосмическая, автомобильная, оборонная и медицинская промышленность.
Минусы : Детали или прототипы, изготовленные методом SLM, могут быть дорогостоящими и требуют квалифицированного токаря для контроля качества.
ПОЛИДЖЕТ
POLYJET: Технология PolyJet использует печатающую головку для послойного распыления фоточувствительной полимерной смолы, а также УФ-отверждаемые материалы для создания прототипов или деталей. Слой смолы, распыляемый этим методом, может быть очень тонким, что позволяет получать детали с гладкой поверхностью. На печатающие головки можно распылять различные материалы, что позволяет создавать прототипы из нескольких материалов.
Преимущества: Технология Polyjet доступна по цене и может использоваться для изготовления гибких деталей со сложной структурой, а также для создания прототипов формованных деталей с обмоткой из гибких и жестких материалов.
Недостатки: Детали, изготовленные методом Polyjet, недостаточно прочны для функциональных испытаний и могут пожелтеть после длительного воздействия света.
Обработка на станках с ЧПУ: режущие инструменты вращаются по заданной траектории, разрезая твердые блоки (или бруски) из пластика или металла, удаляя излишки материала для изготовления деталей или прототипов, что представляет собой процесс уменьшения объема материала. По сравнению с аддитивными технологиями, детали, обработанные на станках с ЧПУ, обладают превосходной прочностью и качеством поверхности, а также относительно широким спектром возможностей. Выбор материалов очень широк, насчитывая тысячи типов, что позволяет изготавливать детали с ЧПУ, обладающие множеством функций, таких как прочность на растяжение, ударопрочность, температура термической деформации, химическая стойкость и биосовместимость. Хорошие допуски делают их пригодными для сборки и функционального тестирования.
Преимущества: Детали, изготовленные на станках с ЧПУ, имеют хорошее качество поверхности и строгие допуски, а также позволяют использовать различные конструкционные термопласты и металлы. По сравнению с 3D-печатью, прототипы могут быть изготовлены в течение 24 часов в зависимости от сложности детали.
Недостатки: Для некоторых сложных деталей обработка на станках с ЧПУ может иметь определенные ограничения. Например, обработка полых тонкостенных деталей очень сложна, и иногда необходимо переворачивать и фиксировать заготовку с помощью специальных приспособлений. Поэтому для обработки деталей со сложной геометрической формой стоимость обработки на станках с ЧПУ относительно высока.
Вакуумное литье: Строго говоря, вакуумное литье — это процесс изготовления небольших партий деталей. Он включает в себя удаление пены, смешивание, предварительный нагрев и формование заливаемого полиуретанового материала в вакуумных условиях, а также проведение вторичного процесса отверждения в течение 2-3 часов в камере с постоянной температурой 60–80 ℃.
Преимущества: Копии, изготовленные методом вакуумного литья, могут достигать прочности и твердости таких материалов, как ABS-пластик, а также могут быть окрашены в соответствии с требованиями. Процесс вакуумного литья позволяет производить небольшие партии пластиковых деталей со сложной структурой и равномерной толщиной стенок, отвечающих определенным функциональным и внешним требованиям.
Недостатки: Из одной формы можно изготовить до 25 копий (в зависимости от сложности формы и материала для литья); если детали требуют высокого качества (например, прозрачные или со сложной структурой), из одной формы можно изготовить только 12 или даже 10 копий.
Сколько стоит быстрое прототипирование?
На этот вопрос трудно ответить. Быстрое прототипирование зависит от множества различных факторов со значительными различиями в стоимости. Например, если такая информация, как технология обработки, размер, количество, отделка поверхности, количество, материал и обработка поверхности, является неопределенной, трудно оценить, сколько будет стоить изготовление прототипа, которая может варьироваться от десятков долларов до тысячи долларов. Если вы завершили проектирование прототипа проекта, вы можете связаться с DDPROTOTYPE, ведущим производителем быстрого прототипирования в Китае, чтобы предоставить вам бесплатное предложение и бесплатно предоставить конструктивные предложения и возможные решения для вашего проекта.
