Theo tôi trên: 
Tìm hiểu tất cả về tạo mẫu nhanh
Tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping - RP) là một thuật ngữ tương đối mới, đơn giản mô tả quá trình tạo ra các nguyên mẫu một cách nhanh chóng bằng cách sử dụng các quy trình sản xuất tiên tiến, nhằm đánh giá trực quan và chức năng của thiết kế sản phẩm mới và liên tục tối ưu hóa thiết kế. Các kỹ sư hoặc nhà thiết kế biến những ý tưởng tuyệt vời thành các mô hình khái niệm thực tế mô phỏng hình thức và cách thức hoạt động của sản phẩm cuối cùng, và trải qua một loạt các bước kiểm định trước khi tiến tới sản xuất hàng loạt. Nguyên mẫu là phiên bản gốc của sản phẩm cuối cùng, được sử dụng để đánh giá thiết kế, thử nghiệm kỹ thuật, phân tích nguyên lý hoạt động của sản phẩm, điều chỉnh thiết kế, vật liệu, kích thước, hình dạng, lắp ráp, màu sắc, khả năng sản xuất và độ bền, kịp thời tránh các lỗi tiềm ẩn và cải thiện chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Bài viết này khám phá bảy phương pháp tạo mẫu phổ biến hiện nay và so sánh các đặc tính vật liệu của các bộ phận được sản xuất bằng các quy trình khác nhau. Ngoài ra, các yếu tố chính cần được xem xét trong các quy trình sản xuất khác nhau cũng được tóm tắt. Mục đích là để giúp các nhà thiết kế lựa chọn quy trình sản xuất nguyên mẫu tốt nhất.
Định nghĩa tạo mẫu nhanh
Tạo mẫu nhanh là quá trình sản xuất mô hình càng nhanh càng tốt để mô phỏng sản phẩm cuối cùng. Có hàng chục phương pháp sản xuất có thể tạo ra các nguyên mẫu, trong đó ấn tượng nhất là sản xuất phụ gia, cụ thể là in 3D. Tuy nhiên, gia công CNC sản xuất trừ truyền thống cũng có thể tạo ra các nguyên mẫu chất lượng cao. In 3D và tạo mẫu nhanh hoàn toàn phù hợp, cho phép sản xuất các bộ phận có hình dạng hình học gần như không giới hạn, chỉ cần một máy in và không có công cụ nào khác. In 3D có thể tạo ra các bộ phận có đặc tính cơ học rất giống với các vật liệu khác nhau được sản xuất bằng phương pháp sản xuất truyền thống.
7 loại quy trình sản xuất nguyên mẫu
Quy trình | Được đặt theo tên | MÔ TẢ | FINISH | TÀI LIỆU VÍ DỤ |
Ảnh lập thể | SLA | Polyme cảm quang được xử lý bằng laser | Phạm vi lớp phụ gia điển hình là 0.002-0.006 inch (0.051-0.152 mm) | Giống như nhựa nhiệt dẻo |
Thiêu kết laser chọn lọc | SLS | Laser thiêu kết bột | Các lớp phụ gia điển hình là khoảng 0.004 inch (0.102 mm) | Giống như nylon và TPU |
Trực tiếp kim loại Laser thiêu kết | DML | Laser thiêu kết bột kim loại | Phạm vi lớp phụ gia điển hình là 0.0008-0.0012 inch (0.020-0.030 mm) | Giống như vật liệu kim loại hợp kim sắt thép không gỉ, titan, crom, nhôm và crom niken |
mô hình hoá sự lắng đọng hợp nhất | FDM | ép đùn hợp nhất | Phạm vi lớp phụ gia điển hình là 0.005-0.013 inch (0.127-0.330 mm) | Giống như ABS、PC、PC/ABS、PPSU và các loại nhựa khác |
PolyJet | PJET | Polyme cảm quang phản lực được xử lý bằng tia cực tím | Phạm vi lớp phụ gia điển hình là 0.0006-0.0012 inch (0.015-0.030 mm) | Giống như PMMA, polymer cảm quang đàn hồi |
Cơ khí CNC | CNC | Sử dụng máy phay và máy tiện CNC để loại bỏ vật liệu thừa | Loại bỏ vật liệu dư thừa (làm mịn) | Hầu hết các loại nhựa và kim loại cấp kỹ thuật, có hàng trăm loại vật liệu |
Đúc chân không | VC | Sử dụng khuôn silicon để tạo các bộ phận bằng nhựa sao chép | Làm mịn hoặc với kết cấu đã chọn | Nhựa nhiệt dẻo cấp kỹ thuật |
Ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp sản xuất khác nhau
SLA
SLA : SLA là phương pháp sản xuất bồi đắp lâu đời nhất, phổ biến nhất và tiết kiệm chi phí nhất, đồng thời là phương pháp in 3D đầu tiên được ứng dụng thương mại. Đó là một quy trình sử dụng tia laser cực tím được điều khiển bằng máy tính để làm cứng nhựa polymer quang nhạy dạng lỏng từng lớp một, và lặp lại quy trình để sản xuất các bộ phận. Các mặt cắt ngang từng lớp được tạo ra từ các tệp thiết kế CAD (.stl). Điều đáng chú ý là các tệp CAD ở định dạng .stl đã trở thành ngôn ngữ máy tính mặc định cho hầu hết các máy in 3D.
Ưu điểm: So với các quy trình in 3D khác, SLA có thể sản xuất các nguyên mẫu và bộ phận chất lượng cao với hình dạng hình học phức tạp. SLA nhanh, chi phí thấp, và các bộ phận được sản xuất có bề mặt hoàn thiện tuyệt vời và chi tiết tối ưu, duy trì dung sai nghiêm ngặt. Có nhiều thư viện vật liệu có thể lựa chọn, chẳng hạn như các đặc tính quang học, cơ học và nhiệt, để phù hợp với các loại nhựa nhiệt dẻo tiêu chuẩn, kỹ thuật và công nghiệp. Các nguyên mẫu SLA thường được sử dụng để sản xuất các nguyên mẫu y tế, cũng như để đúc khuôn chân không.
Nhược điểm: Các nguyên mẫu được sản xuất bằng công nghệ SLA thường có độ bền không đủ và không phù hợp để thử nghiệm trong các điều kiện khắc nghiệt. Ngoài ra, tia cực tím sẽ làm suy yếu độ bền theo thời gian trong môi trường ẩm ướt.
SLS
SLS: SLS là công nghệ in 3D dùng để sản xuất các nguyên mẫu bằng kim loại và nhựa. Đó là một quy trình tạo ra các nguyên mẫu từng lớp một bằng cách sử dụng tia laser công suất cao được điều khiển bằng máy tính để nung nóng và thiêu kết các vật liệu dạng bột, chẳng hạn như bột nylon hoặc bột TPU đàn hồi tương tự như nhựa kỹ thuật. Công nghệ SLS có nguồn gốc từ những năm 1980 và được Carl Deckard cấp bằng sáng chế. Tương tự như nhiều quy trình in 3D khác, nó có thể sản xuất các bộ phận có hình dạng hình học phức tạp, bao gồm các chi tiết bên trong, các đường cắt lõm, thành mỏng, v.v., chẳng hạn như các bộ phận có cấu trúc lưới bên trong khó có thể đạt được bằng gia công CNC.
Ưu điểm: So với SLA, các bộ phận SLS chính xác và bền hơn, đồng thời phù hợp cho một số thử nghiệm chức năng.
Nhược điểm: Bề mặt của các bộ phận được in bằng công nghệ SLS có kết cấu dạng hạt hoặc cát, thiếu các chi tiết tinh tế và rất thô ráp. Cần phải gia công lại để đạt được kết quả thẩm mỹ, và vật liệu có sẵn cũng hạn chế.
DML
DMLS: DMLS là công nghệ in 3D dùng để sản xuất các nguyên mẫu kim loại và các bộ phận sử dụng cuối cùng, bằng cách hàn từng lớp bột kim loại cho đến khi hoàn thành sản phẩm. Các bộ phận DMLS có thể được làm từ hầu hết các vật liệu hợp kim, và tất nhiên, có thể lựa chọn cùng loại vật liệu với các bộ phận cuối cùng để tạo ra các nguyên mẫu có độ bền và chức năng đầy đủ.
Ưu điểm: Công nghệ DMLS có thể sản xuất các nguyên mẫu kim loại (thường đạt mật độ 97%) để thử nghiệm chức năng, và có thể sản xuất các chi tiết hoặc kênh bên trong mà các quy trình truyền thống không thể thực hiện được. Các đặc tính cơ học của các bộ phận được sản xuất bằng công nghệ DMLS về cơ bản tương đồng với các bộ phận được sản xuất bằng phương pháp truyền thống.
Nhược điểm: Bề mặt của các chi tiết được sản xuất bằng công nghệ DMLS thô ráp và đòi hỏi quá trình xử lý sau sản xuất tốn kém. Nếu sử dụng DMLS để sản xuất nhiều chi tiết kim loại, chi phí có thể rất cao.
FDM
FDM: Trong quy trình đúc lắng đọng nóng chảy (FDM), các vật liệu nhựa nhiệt dẻo (như ABS, polycarbonate hoặc hỗn hợp ABS/polycarbonate) được làm nóng chảy trong vòi phun bởi máy in, sau đó vòi phun di chuyển dọc theo một đường dẫn đã được thiết lập, đặt vật liệu nhựa lỏng từng lớp một, tạo ra nguyên mẫu từ dưới lên trên.
Ưu điểm: Công nghệ FDM cho phép lựa chọn các vật liệu nhựa nhiệt dẻo chính hãng, sản xuất các linh kiện có chi phí thấp, bền chắc và có khả năng thực hiện một số thử nghiệm chức năng. Tất nhiên, quy trình này cũng có thể sản xuất các bộ phận có cấu trúc phức tạp. Công nghệ FDM dễ sử dụng, phù hợp với nhiều loại và màu sắc nhựa khác nhau trong quá trình sản xuất một chi tiết duy nhất, đồng thời an toàn, sạch sẽ và không gây ô nhiễm.
Nhược điểm: Các bộ phận được in bằng công nghệ FDM thường có một số lỗ hổng, độ bền không đồng đều, bề mặt hoàn thiện kém và các vết gợn sóng rõ ràng. So với SLA hoặc SLS, FDM không hiệu quả.
SLM
SLM: SLM là công nghệ sử dụng tia laser công suất cao để nung chảy và kết hợp các loại bột kim loại nhằm tạo ra các nguyên mẫu hoặc các bộ phận. Các loại bột kim loại phổ biến bao gồm titan, thép không gỉ, nhôm và hợp kim coban crom, có thể được sử dụng để sản xuất các bộ phận kim loại chính xác với độ bền, độ chắc chắn và độ phức tạp cao.
Ưu điểm: Các bộ phận chính xác được sản xuất bằng công nghệ SLM được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ, ô tô, quốc phòng và y tế.
Nhược điểm : Các bộ phận hoặc nguyên mẫu được sản xuất bằng công nghệ SLM có thể đắt tiền và cần được kiểm soát bởi một thợ máy lành nghề.
POLYJET
POLYJET: Công nghệ PolyJet sử dụng đầu in để phun từng lớp nhựa polymer nhạy sáng, và sử dụng vật liệu đóng rắn bằng tia cực tím để chế tạo nguyên mẫu hoặc các bộ phận. Lớp nhựa được phun bằng quy trình này có thể rất mỏng và tạo ra các bộ phận có bề mặt nhẵn. Đầu in có thể được phun bằng các vật liệu khác nhau, cho phép chế tạo các nguyên mẫu đa vật liệu.
Ưu điểm: Polyjet có giá cả phải chăng và có thể được sử dụng để sản xuất các bộ phận linh hoạt với cấu trúc phức tạp, cũng như để tạo mẫu thử nghiệm các bộ phận được đúc bọc bằng vật liệu linh hoạt và cứng.
Nhược điểm: Các bộ phận làm từ Polyjet không đủ bền để thử nghiệm chức năng và có thể bị ố vàng sau khi tiếp xúc lâu dài với ánh sáng.
Gia công CNC: Dao cắt quay theo một đường dẫn định sẵn để cắt các khối (hoặc thanh) nhựa hoặc kim loại rắn, loại bỏ vật liệu thừa để tạo ra các bộ phận hoặc nguyên mẫu, đây là một quy trình giảm thiểu vật liệu. So với các phương pháp gia công bổ sung, các bộ phận được gia công CNC có độ bền và độ hoàn thiện bề mặt tuyệt vời, và tương đối hoàn chỉnh. Phạm vi vật liệu được lựa chọn rất rộng, với hàng ngàn loại, có thể sản xuất các bộ phận CNC với nhiều chức năng, chẳng hạn như độ bền kéo, khả năng chống va đập, nhiệt độ biến dạng, khả năng kháng hóa chất và khả năng tương thích sinh học. Dung sai tốt phù hợp cho việc lắp ráp và thử nghiệm chức năng.
Ưu điểm: Các bộ phận được gia công CNC có bề mặt hoàn thiện tốt và dung sai nghiêm ngặt, đồng thời có thể lựa chọn nhiều loại nhựa nhiệt dẻo và kim loại kỹ thuật. So với in 3D, nguyên mẫu có thể được giao trong vòng 24 giờ tùy thuộc vào độ phức tạp của bộ phận.
Nhược điểm: Đối với một số chi tiết phức tạp, gia công CNC có thể có một số hạn chế. Ví dụ, rất khó gia công các chi tiết rỗng có thành mỏng, và đôi khi cần phải lật ngược và cố định phôi bằng các đồ gá chuyên dụng. Do đó, đối với việc gia công các chi tiết có hình dạng hình học phức tạp, chi phí gia công CNC tương đối cao.
Đúc chân không: Nói một cách chính xác, đúc chân không là một quy trình sản xuất các lô nhỏ linh kiện. Quy trình bao gồm khử bọt, trộn, làm nóng sơ bộ và tạo hình vật liệu polyurethane đã đổ dưới điều kiện chân không, sau đó tiến hành quá trình tạo hình và đóng rắn thứ cấp trong 2-3 giờ trong hộp giữ nhiệt độ ổn định ở 60 ℃ – 80 ℃.
Ưu điểm: Bản sao được tạo ra bằng phương pháp đúc chân không có thể đạt được độ bền và độ cứng của vật liệu thô như ABS, đồng thời có thể được tô màu theo yêu cầu. Quy trình sao chép chân không có thể sản xuất các lô nhỏ các bộ phận nhựa có cấu trúc phức tạp và độ dày thành đồng nhất, đáp ứng được các chức năng và hình thức nhất định.
Nhược điểm: Mỗi khuôn có thể sản xuất tối đa 25 bản sao (tùy thuộc vào độ phức tạp của khuôn và vật liệu đúc); Nếu các bộ phận yêu cầu chất lượng cao (như trong suốt hoặc cấu trúc phức tạp), chỉ có thể tạo ra 12 hoặc thậm chí 10 bản sao từ một khuôn.
Chi phí tạo mẫu nhanh bao nhiêu?
Câu hỏi này rất khó trả lời. Tạo mẫu nhanh phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, với sự khác biệt đáng kể về chi phí. Ví dụ: nếu thông tin như công nghệ xử lý, kích thước, số lượng, bề mặt hoàn thiện, số lượng, vật liệu và xử lý bề mặt không chắc chắn, thì rất khó để đánh giá chi phí sản xuất một nguyên mẫu là bao nhiêu, có thể dao động từ hàng chục đô la đến hàng ngàn đô la. Nếu bạn đã hoàn thành việc thiết kế một dự án nguyên mẫu, hãy liên hệ với DDPROTOTYPE, nhà sản xuất nguyên mẫu nhanh hàng đầu tại Trung Quốc, để cung cấp cho bạn báo giá miễn phí và cung cấp miễn phí các đề xuất mang tính xây dựng và giải pháp khả thi cho thiết kế của bạn.
