ติดตามฉันได้ที่: 
เรียนรู้ทั้งหมดเกี่ยวกับการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว
การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว ( Rapid Prototypingหรือ RP) เป็นคำศัพท์ใหม่ที่ใช้อธิบายกระบวนการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วโดยใช้กระบวนการผลิตขั้นสูง เพื่อประเมินการออกแบบผลิตภัณฑ์ใหม่ทั้งในด้านรูปลักษณ์และการทำงาน และปรับปรุงการออกแบบอย่างต่อเนื่อง วิศวกรหรือนักออกแบบจะเปลี่ยนความคิดที่ดีให้เป็นแบบจำลองเชิงแนวคิดที่สมจริง ซึ่งจำลองรูปลักษณ์และวิธีการทำงานของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย และผ่านการตรวจสอบหลายขั้นตอนก่อนที่จะเริ่มการผลิตจำนวนมาก ต้นแบบคือเวอร์ชันดั้งเดิมของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ใช้ในการประเมินการออกแบบ เทคนิคการทดสอบ วิเคราะห์หลักการทำงานของผลิตภัณฑ์ ปรับการออกแบบ วัสดุ ขนาด รูปร่าง การประกอบ สี ความสามารถในการผลิต และความแข็งแรง หลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นได้ทันท่วงที และปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย บทความนี้จะสำรวจวิธีการสร้างต้นแบบที่ได้รับความนิยมในปัจจุบันเจ็ดวิธี และเปรียบเทียบคุณลักษณะของวัสดุของชิ้นส่วนที่ผลิตด้วยกระบวนการต่างๆ นอกจากนี้ยังสรุปปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณาในกระบวนการผลิตต่างๆ จุดประสงค์คือเพื่อช่วยให้นักออกแบบเลือกกระบวนการผลิตต้นแบบที่ดีที่สุด
ความหมายของการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว
การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วคือกระบวนการผลิตแบบจำลองโดยเร็วที่สุดเพื่อจำลองผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย มีวิธีการผลิตมากมายที่สามารถสร้างต้นแบบได้ วิธีการที่น่าประทับใจที่สุดคือการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ ซึ่งก็คือการพิมพ์ 3 มิติ อย่างไรก็ตาม เครื่องจักรซีเอ็นซีการผลิตแบบหักลบแบบดั้งเดิมยังสามารถสร้างต้นแบบคุณภาพสูงได้ การพิมพ์ 3 มิติและการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วเข้ากันได้อย่างสมบูรณ์แบบ ทำให้สามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีรูปทรงเรขาคณิตได้แทบไม่จำกัด โดยต้องใช้เครื่องพิมพ์เพียงเครื่องเดียวและไม่ต้องใช้เครื่องมืออื่นๆ การพิมพ์ 3 มิติสามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่คล้ายคลึงกับวัสดุต่างๆ ที่ผลิตด้วยวิธีการผลิตแบบดั้งเดิม
กระบวนการผลิตต้นแบบ 7 ประเภท
กระบวนการ | ที่มีชื่อ | DESCRIPTION | เสร็จสิ้น | ตัวอย่างวัสดุ |
สเตอริโอลิโทกราฟี | SLA | โพลิเมอร์ไวแสงที่ผ่านการบ่มด้วยเลเซอร์ | ช่วงชั้นสารเติมแต่งทั่วไปคือ 0.002-0.006 นิ้ว (0.051-0.152 มม.) | เหมือนเทอร์โมพลาสติก |
การเผาเลเซอร์เฉพาะจุด | SLS | ผงเผาด้วยเลเซอร์ | ชั้นสารเติมแต่งทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 0.004 นิ้ว (0.102 มม.) | อย่างไนลอนและทีพียู |
การเผาผนึกด้วยเลเซอร์โลหะโดยตรง | ดีเอ็มแอลเอส | ผงโลหะเผาด้วยเลเซอร์ | ช่วงชั้นสารเติมแต่งทั่วไปคือ 0.0008-0.0012 นิ้ว (0.020-0.030 มม.) | เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม ไททาเนียม โครเมียม อะลูมิเนียม และวัสดุโลหะผสมเหล็กผสมโครเมียมนิกเกิล |
แบบจำลองการสะสมตัวแบบหลอมละลาย | FDM | การอัดขึ้นรูปแบบหลอมรวม | ช่วงชั้นสารเติมแต่งทั่วไปคือ 0.005-0.013 นิ้ว (0.127-0.330 มม.) | เช่น ABS、PC、PC/ABS、PPSU และพลาสติกอื่นๆ |
โพลีเจ็ท | พีเจท | โพลิเมอร์ไวแสง UV Cured Jet | ช่วงชั้นสารเติมแต่งทั่วไปคือ 0.0006-0.0012 นิ้ว (0.015-0.030 มม.) | เช่นเดียวกับ PMMA โพลิเมอร์ที่ไวต่อแสงแบบยืดหยุ่น |
CNC Machining | CNC CNC | ใช้เครื่องกัด CNC และเครื่องกลึงเพื่อขจัดวัสดุส่วนเกิน | นำวัสดุส่วนเกินออก (เรียบ) | พลาสติกและโลหะเกรดวิศวกรรมส่วนใหญ่มีวัสดุหลายร้อยชนิด |
หล่อสุญญากาศ | VC | ใช้แม่พิมพ์ซิลิโคนเพื่อทำชิ้นส่วนพลาสติกจำลอง | เรียบหรือมีพื้นผิวที่เลือก | เทอร์โมพลาสติกเกรดวิศวกรรม |
ข้อดีและข้อเสียของวิธีการผลิตแบบต่างๆ
SLA
SLA : SLA เป็นวิธีการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ (Additive Manufacturing) ที่เก่าแก่ที่สุด เป็นที่นิยมที่สุด และคุ้มค่าที่สุด และเป็นวิธีการพิมพ์ 3 มิติวิธีแรกที่นำมาใช้ในเชิงพาณิชย์ กระบวนการนี้ใช้เลเซอร์อัลตราไวโอเลตที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ในการทำให้เรซินโพลีเมอร์ไวแสงเหลวแข็งตัวทีละชั้น และทำซ้ำกระบวนการนี้เพื่อผลิตชิ้นส่วน แบบตัดขวางของแต่ละชั้นได้มาจากไฟล์ออกแบบ CAD (.stl format) เป็นที่น่าสังเกตว่าไฟล์ CAD ในรูปแบบ .stl ได้กลายเป็นภาษาคอมพิวเตอร์เริ่มต้นสำหรับเครื่องพิมพ์ 3 มิติส่วนใหญ่แล้ว
ข้อดี:เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุอื่นๆ SLA สามารถผลิตต้นแบบและชิ้นส่วนคุณภาพสูงที่มีรูปทรงเรขาคณิตซับซ้อนได้ SLA รวดเร็ว ต้นทุนต่ำ และชิ้นส่วนที่ผลิตได้มีพื้นผิวที่เรียบเนียนและรายละเอียดที่สมบูรณ์แบบ โดยยังคงรักษาค่าความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดไว้ได้ มีไลบรารีวัสดุให้เลือกมากมาย เช่น คุณสมบัติทางแสง ทางกล และทางความร้อน เพื่อให้เข้ากับเทอร์โมพลาสติกมาตรฐาน พลาสติกทางวิศวกรรม และพลาสติกอุตสาหกรรม ต้นแบบ SLA มักใช้ในการผลิตต้นแบบทางการแพทย์ รวมถึงแบบจำลองแม่พิมพ์สำหรับการหล่อแบบสุญญากาศ
ข้อเสีย:ชิ้นงานต้นแบบที่ผลิตด้วยเทคโนโลยี SLA มักมีความแข็งแรงไม่เพียงพอและไม่เหมาะสำหรับการทดสอบในสภาวะสุดขั้ว นอกจากนี้ รังสีอัลตราไวโอเลตจะอ่อนประสิทธิภาพลงเมื่อเวลาผ่านไปในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง
SLS
SLS: SLS เป็นเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติสำหรับการผลิตชิ้นงานต้นแบบจากโลหะและพลาสติก เป็นกระบวนการสร้างชิ้นงานต้นแบบทีละชั้นโดยใช้ความร้อนจากเลเซอร์กำลังสูงที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ และการเผาผนึกวัสดุผง เช่น ผงไนลอนหรือผง TPU ที่ยืดหยุ่นได้คล้ายกับพลาสติกเกรดวิศวกรรม เทคโนโลยี SLS มีต้นกำเนิดมาจากช่วงทศวรรษ 1980 และได้รับการจดสิทธิบัตรโดย Carl Deckard เช่นเดียวกับกระบวนการพิมพ์ 3 มิติอื่นๆ อีกมากมาย เทคโนโลยีนี้สามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน รวมถึงคุณสมบัติภายใน ร่องลึก ผนังบาง ฯลฯ เช่น ชิ้นส่วนที่มีโครงสร้างตาข่ายภายในซึ่งยากต่อการสร้างด้วยเครื่องจักร CNC
ข้อดี:เมื่อเทียบกับ SLA ชิ้นส่วนที่ผลิตด้วย SLS มีความแม่นยำและทนทานกว่า และเหมาะสำหรับการทดสอบการทำงานบางอย่าง
ข้อเสีย:พื้นผิวของชิ้นส่วนที่ผลิตด้วยเทคโนโลยี SLS มีลักษณะเป็นเม็ดหรือเหมือนทราย ขาดรายละเอียดที่คมชัด และหยาบมาก จำเป็นต้องมีการตกแต่งเพิ่มเติมเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่สวยงาม และวัสดุที่มีให้เลือกใช้ก็มีจำกัด
ดีเอ็มแอลเอส
DMLS: DMLSเป็นเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติสำหรับการผลิตต้นแบบโลหะและชิ้นส่วนใช้งานจริง โดยการเชื่อมผงโลหะทีละชั้นจนกว่าชิ้นส่วนจะเสร็จสมบูรณ์ ชิ้นส่วน DMLS สามารถทำจากวัสดุโลหะผสมส่วนใหญ่ได้ และแน่นอนว่าสามารถเลือกใช้วัสดุเดียวกับชิ้นส่วนสุดท้ายเพื่อผลิตต้นแบบที่มีความแข็งแรงและใช้งานได้จริง
ข้อดี:เทคโนโลยี DMLS สามารถผลิตชิ้นงานต้นแบบโลหะ (โดยทั่วไปมีความหนาแน่น 97%) สำหรับการทดสอบการใช้งาน และสามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีโครงสร้างภายในหรือช่องต่างๆ ที่ไม่สามารถทำได้ด้วยกระบวนการผลิตแบบดั้งเดิม คุณสมบัติทางกลของชิ้นส่วนที่ผลิตด้วยเทคโนโลยี DMLS นั้นโดยพื้นฐานแล้วสอดคล้องกับชิ้นส่วนที่ผลิตด้วยกระบวนการผลิตแบบดั้งเดิม
ข้อเสีย:พื้นผิวของชิ้นส่วนที่ผลิตด้วยเทคโนโลยี DMLS จะหยาบและต้องใช้กระบวนการตกแต่งหลังการผลิตที่มีค่าใช้จ่ายสูง หากใช้เทคโนโลยี DMLS ในการผลิตชิ้นส่วนโลหะหลายชิ้น ต้นทุนอาจสูงมาก
FDM
FDM:ในกระบวนการขึ้นรูปด้วยการหลอมละลาย (FDM) วัสดุเทอร์โมพลาสติก (เช่น ABS, โพลีคาร์บอเนต หรือส่วนผสมของ ABS/โพลีคาร์บอเนต) จะถูกหลอมละลายในหัวฉีดที่ได้รับความร้อนจากเครื่องพิมพ์ จากนั้นหัวฉีดจะเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางที่กำหนด โดยวางวัสดุเรซินเหลวทีละชั้น สร้างต้นแบบจากล่างขึ้นบน
ข้อดี:เทคโนโลยี FDM สามารถเลือกใช้วัสดุเทอร์โมพลาสติกแท้ได้ ทำให้ได้ชิ้นส่วนที่มีต้นทุนต่ำ แข็งแรงทนทาน และสามารถทำการทดสอบการทำงานได้ แน่นอนว่ากระบวนการนี้ยังสามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีโครงสร้างซับซ้อนได้อีกด้วย เทคโนโลยี FDM ใช้งานง่าย รองรับพลาสติกหลายประเภทและหลายสีในการผลิตชิ้นส่วนเดียว และมีความปลอดภัย สะอาด และปราศจากมลพิษ
ข้อเสีย:ชิ้นส่วนที่ผลิตด้วยเทคโนโลยี FDM มักมีรูพรุน ความแข็งแรงไม่สม่ำเสมอ ผิวงานไม่เรียบ และมีรอยคลื่นที่เห็นได้ชัด เมื่อเทียบกับ SLA หรือ SLS แล้ว FDM มีประสิทธิภาพต่ำกว่า
SLM
SLM: SLM เป็นเทคโนโลยีที่ใช้เลเซอร์กำลังสูงในการหลอมและเชื่อมต่อผงโลหะเพื่อผลิตต้นแบบหรือชิ้นส่วน ผงโลหะที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ ไทเทเนียม สแตนเลส อลูมิเนียม และโลหะผสมโคบอลต์โครเมียม ซึ่งสามารถนำมาใช้ผลิตชิ้นส่วนโลหะที่มีความแม่นยำสูง มีความแข็งแรง ทนทาน และซับซ้อน
ข้อดี:ชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูงที่ผลิตด้วยเทคโนโลยี SLM ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การบินและอวกาศ ยานยนต์การป้องกันประเทศ และการแพทย์
ข้อเสีย : ชิ้นส่วนหรือต้นแบบที่ผลิตด้วยเทคโนโลยี SLM อาจมีราคาแพงและต้องควบคุมโดยช่างเครื่องที่มีทักษะ
โพลีเจ็ท
โพลีเจ็ท:เทคโนโลยีโพลีเจ็ทใช้หัวพิมพ์พ่นเรซินโพลีเมอร์ไวแสงทีละชั้น และใช้วัสดุที่แข็งตัวได้ด้วยรังสียูวีในการสร้างต้นแบบหรือชิ้นส่วน ชั้นเรซินที่พ่นด้วยกระบวนการนี้สามารถบางมากและสามารถสร้างชิ้นส่วนที่มีพื้นผิวเรียบได้ หัวพิมพ์สามารถพ่นด้วยวัสดุที่แตกต่างกันได้ ทำให้สามารถสร้างต้นแบบหลายวัสดุได้
ข้อดี:เทคโนโลยี Polyjet มีราคาไม่แพงและสามารถใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่มีความยืดหยุ่นและมีโครงสร้างซับซ้อน รวมถึงการสร้างต้นแบบชิ้นส่วนขึ้นรูปห่อหุ้มโดยใช้วัสดุที่มีความยืดหยุ่นและแข็งได้
ข้อเสีย:ชิ้นส่วนที่ผลิตจากโพลีเจ็ทมีความแข็งแรงไม่เพียงพอสำหรับการทดสอบการใช้งาน และอาจเปลี่ยนเป็นสีเหลืองหลังจากสัมผัสกับแสงเป็นเวลานาน
การตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC:ใบมีดจะหมุนไปตามเส้นทางที่กำหนดเพื่อตัดบล็อก (หรือแท่ง) ของพลาสติกหรือโลหะ โดยกำจัดวัสดุส่วนเกินออกเพื่อผลิตชิ้นส่วนหรือต้นแบบ ซึ่งเป็นกระบวนการลดปริมาณวัสดุ เมื่อเทียบกับการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ ชิ้นส่วนที่ผลิตด้วยเครื่อง CNC มีความแข็งแรงและผิวสำเร็จที่ดีเยี่ยม และค่อนข้างสมบูรณ์ วัสดุที่เลือกใช้มีหลากหลายมาก มีหลายพันชนิด ทำให้สามารถผลิตชิ้นส่วน CNC ที่มีคุณสมบัติหลากหลาย เช่น ความแข็งแรงดึง ความต้านทานแรงกระแทก อุณหภูมิการเสียรูปจากความร้อน ความต้านทานต่อสารเคมี และความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ค่าความคลาดเคลื่อนที่ดีเหมาะสมสำหรับการประกอบและการทดสอบการทำงาน
ข้อดี:ชิ้นส่วนที่ผลิตด้วยเครื่อง CNC มีพื้นผิวเรียบเนียนและมีความคลาดเคลื่อนที่แม่นยำสูง และสามารถเลือกใช้วัสดุเทอร์โมพลาสติกและโลหะเกรดวิศวกรรมได้หลากหลายชนิด เมื่อเทียบกับการพิมพ์ 3 มิติแล้ว สามารถส่งมอบชิ้นงานต้นแบบได้ภายใน 24 ชั่วโมง ขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของชิ้นส่วน
ข้อเสีย:สำหรับชิ้นส่วนที่ซับซ้อนบางประเภท การตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC อาจมีข้อจำกัดอยู่บ้าง ตัวอย่างเช่น การตัดเฉือนชิ้นส่วนกลวงที่มีผนังบางทำได้ยากมาก และบางครั้งจำเป็นต้องพลิกชิ้นงานและยึดชิ้นงานด้วยอุปกรณ์จับยึดแบบพิเศษ ดังนั้น สำหรับการตัดเฉือนชิ้นส่วนที่มีรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน ต้นทุนของการตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC จึงค่อนข้างสูง
การหล่อแบบสุญญากาศ:โดยทั่วไปแล้ว การหล่อแบบสุญญากาศเป็นกระบวนการผลิตชิ้นส่วนจำนวนน้อย กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการไล่ฟองอากาศ การผสม การอุ่นล่วงหน้า และการขึ้นรูปวัสดุโพลียูรีเทนที่เทลงไปภายใต้สภาวะสุญญากาศ และทำการขึ้นรูปเพื่อบ่มครั้งที่สองเป็นเวลา 2-3 ชั่วโมงในกล่องควบคุมอุณหภูมิคงที่ที่ 60 ℃ – 80 ℃
ข้อดี:ชิ้นงานจำลองที่ผลิตด้วยกระบวนการหล่อแบบสุญญากาศสามารถมีความแข็งแรงและความแข็งเทียบเท่ากับวัสดุตั้งต้น เช่น ABS และยังสามารถเติมสีได้ตามความต้องการ กระบวนการหล่อแบบสุญญากาศสามารถผลิตชิ้นส่วนพลาสติกจำนวนน้อยที่มีโครงสร้างซับซ้อนและความหนาของผนังสม่ำเสมอ ซึ่งสามารถตอบสนองฟังก์ชันและรูปลักษณ์ที่ต้องการได้
ข้อเสีย:แม่พิมพ์แต่ละอันสามารถผลิตได้สูงสุด 25 ชิ้น (ขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของแม่พิมพ์และวัสดุที่ใช้หล่อ) หากชิ้นส่วนต้องการคุณภาพสูง (เช่น ชิ้นส่วนโปร่งใสหรือโครงสร้างที่ซับซ้อน) จะสามารถผลิตได้เพียง 12 หรือ 10 ชิ้นจากแม่พิมพ์เดียวเท่านั้น
การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วมีค่าใช้จ่ายเท่าไร?
คำถามนี้ยากที่จะตอบ การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ หลายประการ โดยมีต้นทุนที่แตกต่างกันอย่างมาก ตัวอย่างเช่น หากข้อมูลต่างๆ เช่น เทคโนโลยีการประมวลผล ขนาด ปริมาณ พื้นผิวสำเร็จ ปริมาณ วัสดุ และการเตรียมพื้นผิวไม่แน่นอน ก็เป็นการยากที่จะประเมินว่าการผลิตต้นแบบต้องใช้ต้นทุนเท่าใด ซึ่งอาจมีราคาตั้งแต่หลักสิบดอลลาร์ไปจนถึง หลายพันดอลลาร์ หากคุณออกแบบโครงการต้นแบบเสร็จแล้ว โปรดติดต่อ DDPROTOTYPE ซึ่งเป็นผู้ผลิตต้นแบบอย่างรวดเร็วอันดับต้น ๆ ของจีน เพื่อให้ใบเสนอราคาฟรีและให้คำแนะนำที่สร้างสรรค์และวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้สำหรับการออกแบบของคุณฟรี
