快速原型设计(新指南)

你需要知道的一切

介绍

通过快速原型的出现,制造世界已经彻底改变了一系列制造技术,可以以快速且经济高效地制造原型和部件的一系列制造技术。这座空间在过去的几十年中已经增长了,并且作为添加剂制造,CNC加工,注塑和真空铸件等方法变得更加实惠,并且可以快速的原型设计已成为所有行业产品开发的一个组成部分。

在以下指南中,我们将介绍不同快速原型技术和应用的各个方面,展示了不同的过程,优点和常用应用。Whether you’re looking for the right rapid prototyping method for your own production plans, or simply want to learn more about the various technologies available to you, our Rapid Prototyping Guide has everything to help you make an informed decision on which prototyping path you venture down.

准备开始?让我们跳进去。

表中的内容

第1部分

什么是快速的原型设计?


在几乎每个行业,快速原型设计正在改变制造商正在接近产品设计和生产的方式。快速原型设计的最准确定义可以说明如下:

快速原型设计由用于采用3D模型的一系列生产技术组成,并快速制造物理部件或组件的比例模型。

最受欢迎的快速原型形式称为添加剂制造(也称为3D打印)。有许多3D打印技术,每个3D打印技术与不同的材料兼容,并提供明显的好处。能够快速原型设计的其他技术包括CNC加工,注塑和真空铸造。


你为什么要使用快速原型?


1.为生活带来设计观念- 首先,最重要的是快速原型制作的最大优点之一是它允许您在物理世界中实现设计概念。在开发批量生产的产品或部分时,创建物理原型的能力是该过程的重要部分。快速原型设计提供了一种实惠且快速的方式来迭代您的机械测试,并确保尺寸与设计者的意图相匹配。

2.降低生产成本和时间- 快速原型设计也可以大大降低整体生产成本。例如,添加剂制造技术消除了对模具,图案和特殊工具的需求,这些工具通常昂贵。此外,使用快速原型技术将允许您在为大规模生产中发送设计之前优化和修复设计中的任何潜在缺陷。

在制造业世界中,时间等于金钱,所以你很高兴听到快速的原型制作也会减少产品开发过程所需的时间。通过快速原型设计,您可以快速迭代您的设计,并确保它准备以较效的方式进行大规模生产。

3.快速变化- 不仅快速原型设计有助于将您的设计概念带到生命(如前所述,它还使设计人员和工程师能够对其产品或突发事件的产品进行快速更改。假设您创建了零件的原型。一旦你把它放在手里,你突然意识到你可以修理或优化以降低批量生产成本或提高用户的体验。利用快速原型技术,如3D打印或CNC加工,您可以修改或修复设计,并将其迭代在时间内。而不是实现错误在批量生产过程中的错误,这可能会阻止生产时间和成本,快速的原型设计使您的设计变得简单,而无需投资过多的金钱或时间。

4.定制- 快速原型设计还可以开发满足个人需求的高度可定制的零件和产品。由于这些制造技术不需要工具或过程,因此个性化和重申您的模型很容易且相对便宜。

在使用传统制造技术时,甚至设计的微小变化也会改变整个生产过程。但是,对于像3D打印或CNC加工等快速原型设计方法,可以在不影响整体制造过程的情况下实现这些变化。这对于公司和消费者来说,这是一个主要的好处,因为部件可以获得高度个性化的触摸。

5.减少设计缺陷- 具有快速原型设计过程,如添加剂制造,您可以物理生产部件或产品,并确保没有设计缺陷。通过使用类似于用于生产最终产品的塑料或金属材料,您可以进行物理测试,看看属性和部件是否满足您的要求。这允许公司和制造商在产品开发阶段的早期阶段发现缺陷或功能问题,节省了无法估量的时间和金钱。

原型的类型


有许多术语用于表征各种类型的原型。特别是快速原型设计,您会发现有许多风格可供选择,每个风格都量身定制,以满足不同的生产需求。以下简要概述了包含快速原型世界的术语。

1.看起来像原型- “外观原型”是主要的审美部分。这种原型专注于复制产品的外观和可用性,从而对功能进行效用。一个类似的原型可用于创建感知或为客户提供第一印象,影响购买决定以及如何在市场上收到最终产品。虽然这种样式的原型可以在几乎任何材料中创建,但由于能够以实惠的价格创建复杂的几何形状,FDM 3D打印技术已经成为一种越来越流行的技术

2.类似的原型- 被称为功能原型的“类似样的原型” - 旨在展示您的部件或产品的核心功能和机械能力。除了物理对象本身外,还可以使用开发板和其他电子元件来展示原型如何以最终形式工作。

这种类型的原型不一定要炫耀产品的视觉质量,有时可以看起来像电汇意大利面或临时对象。但那没关系。这里的主要目的是测试您设计的功能。因此,当您设计类似于样品的原型时,您选择的材料与制造过程一样重要。选择类似于将用于大规模生产的机械性能的材料非常重要。因此,在这些情况下可能使用注塑成型,CNC加工,真空铸造或工业级3D打印。

3.混合原型- 混合原型是将视觉方面和机械方面结合到一个产品中的原型。这种类型的原型在精炼产品的美学和形式时非常有用,同时还测试了电子产品的功能和放置。使用像CNC加工或3D打印这样的快速原型设计技术,您可以创建混合原型,复制产品的美学和机械值。

4.生产预生产原型- 最后但并非最不重要的是生产预生产的原型,您可能猜测是一个接近复制最终产品的原型。这种类型的原型通常用制造过程产生,该制造过程与将用于批量生产的相同或相似。这是CNC加工和注塑成为转向快速原型技术的时候。在进入最终的生产阶段之前,预生产原型的目的是识别和解决任何潜在的问题。使用此类原型,您可以检查所有规格并申请必要的认证。由于这是批量生产前的最后一步,因此大多数工程师和制造商都使用这个机会确保设计优化为制造。为了保证成功的生产工作流程,您应该考虑一些因素,包括制造,定价,可用性,运输,用户体验,可持续性等。

第2部分

在以下部分中,我们将向您展示最流行的快速原型技术,如何获取原型,如何找到快速的原型设计以及如何从服务提供商申请引用。让我们开始吧!

添加剂制造(3D打印技术)


被广泛认可为最流行的快速原型技术,添加剂制造(更常见的是3D打印)在过去十年中取得了巨大的进步。该技术以多种方式推出,现在比以往任何时候都更实惠和可访问。

有一个不同的范围3D打印用于快速原型应用的过程,一个略有不同于另一个。因此,了解最常用的3D印刷形式以及他们必须提供的东西非常重要。

1.融合沉积建模(FDM)- 最流行的3D打印形式是融合沉积建模(FDM),其通过将熔化的热塑性股线沉积通过加热的喷嘴,构建对象层逐层。这一过程在工业和消费者市场上存在存在。虽然在廉价的台式FDM 3D打印机上可以迭代美化的原型,但工业机器提供了改进的机械性能,更大的打印功能和更高的打印分辨率。

如果您需要尽可能快地生产功能塑料原型,FDM 3D打印是一个非常实惠和可行的选择。这种特殊的快速原型工艺与传统制造中使用的热塑性材料阵列相容,例如ABS,尼龙,PLA,TPU / TPU / TPE,PEEK,PEEK等。

FDM 3D打印是生产热塑性材料的定制部件或原型的最具成本效益的方法之一。使用快速原型设计时,此过程通常只提供几天的极短的交货时间。而且,由于CAD模型一次构建一层,因此存在近零材料浪费。

FDM 3D打印的好处非常明显,但您也可能意识到了一些局限性。对于初学者,与其他3D打印过程相比,FDM提供低维度精度和表面分辨率差。因此,如果您有一个具有复杂或复杂的细节的部分,则可能需要搜索另一个选项。分层过程也会导致一些问题。那是因为FDM部件具有需要后处理的可见分层线。逐层过程也使部件固有地各向异性,意味着大大降低了某些方向的部分的强度。

因此,FDM 3D打印是一种良好的快速原型技术,用于快速和以实惠的价格生产原型。如果您有功能原型或具有复杂细节的零件,那么那里可能更合适。

2.立体刻录(SLA)- 另一种越来越流行的3D打印技术形式是立体化(SLA)。它使用高功率激光器凝固3D模型 - 在层逐层过程中 - 从树脂的VAT中进行替换。已知SLA 3D打印机以快速的速率产生高分辨率打印,使视觉模型和原型以及医疗和牙科型号越来越流行。

市场上有广泛的应用聚焦树脂材料,各种型材以符合不同部分要求的标准。

SLA 3D打印的好处是丰富的,特别是当您需要高度现实的原型或型号时。它提供高精度和卓越的分辨率,产生具有精细激光束的薄层薄层。与大多数其他快速原型技术相比,产生复杂和复杂的原型也更容易。

表面质量是使用SLA 3D打印的主要销售点。采用该技术印刷的部件通常具有光滑的光洁度和大层分辨率。使用SLA,设计师可以使用专业级精度原型并产生极小的部件或更大的零件。

通过快速原型设备使用SLA 3D打印的其他优点包括低的交货时间和成本。

但是当涉及到快速原型应用程序时,SLA还有缺点,特别是那些需要机械测试或大批量运行的应用程序。虽然用这种方法生产的原型运动了令人难以置信的表面质量,但它们也易于脆弱,使它们不适合机械测试。与其他快速原型技术相比,由于后处理和构建体积限制,SLA 3D打印相对缓慢,因此可行的产生大量原型是不可能的。

4.选择性激光烧结(SLS)/直接金属激光烧结(DML)- 选择性激光烧结(SLS)是一种快速原型技术,它利用高功率激光器将粉末材料烧结成零件或原型。SLS机器配备有脉冲激光器,该脉冲激光器通过扫描从CAD模型产生的横截面来选择性地熔化粉末材料。使用填充有粉末的下层床,在制造前一层后施加新的材料层。

虽然SLS 3D打印用于生产塑料原型,但用于金属生产的术语是直接金属激光烧结(DML)。考虑了SLS的子集,DML也使用高功率密度激光器,而是将金属粉末熔化在一起而不是塑料。

对SLS也有一些缺点,其中最大的是表面有时是多孔的并且粗糙。用SLS印刷的塑料部件也面临着热变形的问题,这可能会导致缩小和翘曲。但是,这些是通过使用专业的快速原型制作服务可以克服的问题。

3D印刷3erp.万博娱乐网

3D打印_RAPID原型技术

在我们继续前进之前,这是一个简短的回顾上述的优势3D打印流程。

如果您有沉重的时间和成本限制,并且可以满足于缺乏高分辨率表面质量和某些机械性能的物理原型,FDM 3D打印可能是您的最佳选择。

如果原型的视觉组件对您很重要,并且您不介意在手上有更脆弱的部分,然后SLA 3D打印优于FDM。
最后,如果您需要3D打印具有原始表面质量和足够的机械性能的塑料或金属原型,则SLS或DMLS就是途径。

虽然许多人认为3D打印是快速原型的明星名人,但还有其他方法可以用它来利用您的优势。根据零件设计和应用,您可以在CNC加工,注塑或真空铸造中找到更多值。让我们来看看这三种制造方法如何工作以及它们在快速原型应用中存在的优势。



CNC加工3erp.万博娱乐网

CNC加工_RAPID原型技术

如我们所提到的,快速的原型制作不仅限于3D打印。实际上,CNC加工取决于零件的应用和要求,可以更有利。与3D打印不同,这是一种添加剂技术,CNC加工是一种减法制造技术,意味着它使用切削刀具在固体塑料块或金属材料块中切开以产生原型或部分。

这个流程利用CAD或CAM文件中的数字指令使用各种切割和钻孔工具切割所需的部件。对于需要不同种类的切割的更复杂原型,可以将多个工具自动交换到加工头上。

大多数专业的快速原型制作服务提供商有3个,4档和5轴数控机床。3轴机器能够在X,Y和Z轴上横向移动,而更先进的5轴机器能够在零件上翻转并加工材料的两侧。在某些情况下,可以在串联中使用添加剂制造和CNC加工以产生原型。

CNC加工的主要优点是材料限制很少。这种快速的原型技术与各种工程级塑料和金属相容,包括铝,黄铜,铜,钢和钛。您还可以使用木材,泡沫和玻璃纤维等材料

CNC加工也有一些缺点。这些机器通常是相当昂贵的操作,并且需要熟练的操作员以确保该过程顺利进行。再次,通过使用快速的原型设计,您可以轻松克服这些障碍。还有一些设计限制,因为该部分只能与材料基板一样大。此外,CNC加工不能达到像添加剂制造罐中的技术的某些复杂性。

总而言之,CNC加工是一种优秀的快速原型技术,可以使用,当您需要一致且高度准确的零件的小型零件运行时。它对于金属或透明PMMA的原型功能部件特别有用,可提供高可重复性和先进的机械性能。



注塑成型3erp.万博娱乐网

注塑成型_RAPID原型技术

虽然有关3D打印相比,有些人认为是一种更传统的制造技术,注塑和快速工具也可用于某些快速的原型制作应用。由于其高可重复性和快速周转,这是大型生产的理想选择。这注塑成型过程从模具或模具的设计开始,它们分成两半。一旦生产了模具,通常通过CNC加工用硬化钢或铝,它为注塑成型。

现在是有趣的部分......首先,颗粒形式的热固性(环氧树脂)或热塑性材料,并被送入加热筒中。一旦达到所需的温度,熔融材料将用力注入模具中,其中施加极高的压力以在冷却过程开始之前固化部分。一旦冷却过程完成,就打开模具,并且部分被弹出。这个过程可以重复数千次,使其成为大批量生产的转向选项。

注塑成型的一个优点是您可以生产具有详细特征和复杂几何形状的原型。在注塑过程中应用的高压使得可以将复杂的细节添加到设计中。它还可以产生复杂和复杂的形状,这些形状将被认为是不可能与其他传统的制造技术不可能。

需要一些时间设计并生产可行的模具用于注塑成型,但模塑过程非常快速,有效,使您能够在短时间内快速原型原型大量部件。因此,注塑也可以非常成本效益。

使注射成型对快速原型设计的另一个好处是增强的强度,可以添加到零件中。例如,填充材料可用于模具中以减少成型后的部分密度并增加强度。与3D打印相比,注塑部件的强度远远优越。也可以在一部分中使用材料的混合物,这可以利用以增加强度,减轻重量,实现其他机械性能。并且,为了使其关闭,注塑成型具有很少的物质废物,因为使用的每一位材料都可以在过程中重复使用。

如果您的快速原型应用程序需要可以测试或大批量生产的功能原型,注射成型可能是您的最佳选择。其中一个缺点是设计防守模具的复杂性,这需要大量的设计考虑因素。值得庆幸的是,您可以使用快速的原型设备服务来帮助设计和优化模具,然后才能在生产中进行生产。



3D印刷3erp.万博娱乐网

真空铸造_RAPID原型技术

真空铸造是另一个快速和经济高效的快速原型技术而且,如注塑成型涉及使用模具。该方法通过将两件式硅酮模具置于真空室中来开始。然后,将原料混合并倒入模具中,其中部件在真空室内固化。然后将铸件固化在烤箱内,并且模具被释放出现完成部分。

真空铸造模具可以减少少时(大约20个或更多),使其成为低卷原型的理想。用真空铸造生产的部件可具有高度的柔韧性和刚性,并且可以用各种颜色和树脂材料制成,例如ABS,POM,弹性体,尼龙等。

真空铸造创建具有卓越机械性能的部件,这是适用于功能原型的理想选择。它还能够创建具有高精度和视觉细节,图案,尺寸,配置文件和纹理的零件。这使真空铸造有价值的创造色彩缤纷的产品和营销材料

尽管这一过程的多功能性和速度,但也有一些缺点是真空铸造。例如,每个真空成型模具的价格使其比用于大容量制作的注塑成型更昂贵。同样,后处理和整理成本有时可能是昂贵的并且增加生产时间。真空铸造也存在某些复杂的无晶碱不能成功繁殖以及3D打印或CNC加工。