快速原型(新指南)

你需要知道的一切

介绍

快速原型技术的出现使制造业发生了革命性的变化。快速原型技术是一系列制造技术的总称,这些制造技术可以快速、低成本地制造原型和部件。这一领域在过去几十年里发展迅速,随着增材制造、数控加工、注射成型和真空铸造等方法变得更加廉价和容易获得,快速成型已经成为所有行业产品开发中不可或缺的一部分。

在下面的指南中,我们将涵盖不同的快速原型技术和应用的每个方面,展示不同的过程、优势和常见的应用。无论您是在为自己的生产计划寻找正确的快速原型方法,还是只是想了解更多有关各种可用技术的信息,我们的快速原型指南都能帮助您做出明智的决定,选择您所冒险的原型路径。

准备开始?让我们跳。

表的内容

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,快速原型的最大优势之一是,它允许你在现实世界中实现设计概念。在开发大规模生产的产品或部件时,创建实体原型的能力是过程中的关键部分。快速原型设计为机械测试提供了一种负担得起的快速迭代设计的方法,并确保尺寸符合设计师的意图。

2.降低生产成本和时间-快速成型也可以大大降低整体生产成本。例如,增材制造技术消除了对模具、图案和特殊工具的需求,这些通常都非常昂贵。此外,使用快速原型技术可以让你优化和修复设计中的任何潜在缺陷,然后再进行批量生产。

在制造业,时间等于金钱,所以你会很高兴听到快速成型也减少了产品开发过程所需的时间。通过快速原型,你可以快速迭代你的设计,并确保它以一种高效的方式为大规模生产做好准备。

3.快速的改变-快速原型设计不仅能让你的设计理念更有生命力(就像我们之前提到的),还能让设计师和工程师在突发奇想的情况下快速更改他们的产品或部件。假设你创建了一个零件的原型。一旦你拥有了它,你就会突然意识到你可以对它进行修复或优化,以降低大规模生产成本或改善用户体验。通过3D打印或CNC加工等快速原型技术,您可以修改或修复设计,并在关键时刻进行迭代。比起在批量生产过程中意识到错误所在(这可能会影响生产时间和成本),快速原型制作能够让你无需投入太多金钱或时间便能够轻松改变设计。

4.定制-快速成型也使开发高度可定制的部件和产品,以满足个人需求成为可能。由于不需要使用这些制造技术的工具或过程,因此个性化和重复您的模型很容易,而且成本相对较低。

当使用传统的制造技术时,即使设计上的微小变化也会改变整个生产过程。但有了3D打印或数控加工等快速成型方法,这些改变可以在不影响整个制造过程的情况下实现。这对公司和消费者来说都是一个很大的好处,因为零部件可以得到高度个性化的触摸。

5.减少设计缺陷-通过增材制造等快速原型制造流程,您能够实际生产一个部件或产品,并确保没有设计缺陷。通过使用与生产最终产品类似的塑料或金属材料,您可以进行物理测试,以查看性能和部件强度是否符合您的要求。这允许公司和制造商在产品开发的早期阶段发现缺陷或功能问题,节省了不可估量的时间和金钱。

类型的原型


有许多术语用来描述各种类型的原型。特别是快速原型,你会发现有许多风格可供选择,每一种都是量身定制的,以满足不同的生产需求。以下是快速原型领域术语的简要概述。

1.看起来像原型-“外观原型”是一个主要的美学部分。这种原型注重复制产品的外观和可用性,重视视觉而不是功能。一个外观类似的原型可以用来给客户创造一种对产品的印象,从而影响购买决定和最终产品在市场上的反响。虽然这种风格的原型可以用几乎任何材料创建,但FDM 3D打印技术已经成为一种越来越受欢迎的技术,因为它能够以负担得起的价格创建复杂的几何形状

2.就像原型-“工作类原型”——更广为人知的是功能原型——是用来展示你的部件或产品的核心功能和机械性能。除了物理对象本身,通常还会使用开发板和其他电子元件来演示原型如何在最终形式下工作。

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.前期制作原型-最后但并非最不重要的是预生产原型,你可能会猜到这是一个接近于复制最终产品的原型。这种类型的原型的生产过程通常与将用于大规模生产的生产过程相同或相似。这就是CNC加工和注塑成型成为快速成型技术的时候。预生产原型的目的是在进入最终生产阶段之前识别和解决任何潜在的问题。使用这种型号的样机,您可以检查所有规格并申请必要的认证。由于这是大规模生产前的最后一步,大多数工程师和制造商利用这个机会来确保设计是为制造而优化的。为了保证一个成功的生产流程,你应该考虑很多因素,包括制造、定价、可用性、运输、用户体验、可持续性等等。

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!

增材制造(3D打印技术)


被广泛认为是最流行的快速原型技术,添加剂制造(通常被称为3D打印)在过去十年中取得了巨大的进步。这项技术在许多方面都取得了进步,现在比以往任何时候都更便宜、更容易获得。

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.熔融沉积建模(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。

如果您需要尽快生产功能性塑料原型,FDM 3D打印是一个非常实惠和可行的选择。这种特殊的快速成型工艺与传统制造中使用的一系列热塑性材料兼容,如ABS、尼龙、PLA、TPU/TPE、PET、PC、PEEK等。

FDM 3D打印是用热塑性材料生产定制部件或原型的最具成本效益的方法之一。当使用快速原型服务时,这个过程通常提供极短的交付时间,只有几天。而且,由于CAD模型是一层一层地建立起来的,几乎没有材料浪费。

FDM 3D打印的好处是显而易见的,但也有一些您可能没有意识到的局限性。首先,与其他3D打印工艺相比,FDM提供了低尺寸精度和较差的表面分辨率。所以,如果你有一个零件有复杂的或复杂的细节,你可能想要寻找其他的选择。分层过程也会导致一些问题。这是因为FDM部件有可见的分层线,需要后期处理。逐层加工还使零件具有固有的各向异性,这意味着在某些方向上大大降低了零件的强度。

因此,FDM 3D打印是一种很好的快速原型技术,当你需要快速生产一个原型并且价格合理时可以使用。如果你有一个功能原型或一个细节复杂的部件,可能会有一个更合适的流程。

2.立体刻录(SLA)-另一种日益流行的3D打印技术是立体光刻(SLA)。它使用高功率激光固化一个3D模型——也是一层一层的过程——从一桶树脂。众所周知,SLA 3D打印机可以快速产生高分辨率的打印,这使得它在视觉模型和原型以及医疗和牙科模型中越来越受欢迎。

市场上有广泛的应用重点树脂材料,每一个工程以满足不同的标准的部分要求。

SLA 3D打印的好处是丰富的,特别是当你需要一个高度现实的原型或模型。它提供了高精度和超高分辨率,用精细的激光束产生难以置信的薄层。与大多数其他快速原型技术相比,它也更容易生产复杂的原型。

表面质量是使用SLA 3D打印的主要卖点。用这种技术打印的零件通常有一个平滑的完成和伟大的层分辨率。有了SLA,设计师可以原型和生产极小的零件或专业级精度的大零件。

通过快速原型服务使用SLA 3D打印的其他好处包括较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也有缺点,特别是那些需要机械测试或大规模运行的应用程序。尽管用这种方法生产的原型具有令人难以置信的表面质量,但它们往往也很脆弱,不适合进行机械测试。与其他快速原型技术相比,SLA 3D打印由于后处理和构建量的限制,速度相对较慢,因此无法实现大量原型的可行性生产。

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)是一种利用高功率激光将粉末材料烧结成零件或原型的快速成型技术。SLS机器配备了脉冲激光,通过扫描从CAD模型生成的横截面选择性地熔化粉末材料。使用充满粉末的降低床,在前一层材料制备后应用一层新的材料。

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。

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3D打印_RAPID原型技术

在我们继续之前,先简要回顾一下上述方法的优点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,SLS或DMLS是可行的。

尽管3D打印被许多人认为是快速原型的明星明星,还有其他的过程,你可以利用你的优势。根据零件的设计和应用,你可能会发现数控加工、注射成型或真空铸造更有价值。让我们来看看这三种制造方法是如何工作的,以及它们在快速原型制作应用程序中的优势。



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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,数控加工可以根据应用和要求的部分更有利。与3D打印不同,3D打印是一种添加剂技术,数控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。

大多数专业的快速成型服务供应商都有3轴、4轴和5轴数控机床。三轴机床可以在x, y, z轴上横向移动,而更先进的五轴机床可以翻转零件,加工材料的两边。在某些情况下,增材制造和数控加工可以串联使用来生产原型。

数控加工的主要优点是材料限制很少。这种快速成型技术适用于广泛的工程级塑料和金属,包括铝、黄铜、铜、钢和钛。你也可以使用木材、泡沫塑料和玻璃纤维等材料

数控加工也有一些缺点。这些机器的操作成本通常很高,需要熟练的操作人员来确保整个过程的顺利进行。同样,通过使用快速原型服务,您可以轻松克服这些障碍。也有一定的设计局限性,零件只能和材料基材一样大。此外,数控加工无法实现增材制造等技术所能实现的某些复杂性。

总而言之,数控加工是一种极好的快速成型技术,当你需要小型到中型零件运行时,既一致又高度精确。它特别适用于金属或透明PMMA的功能部件的原型,提供高重复性和先进的机械性能。



注塑3 erp万博娱乐网

注塑_RAPID原型技术

尽管有些人认为这是一种比3D打印更传统的制造技术,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。

注射成型的一个优点是,您可以生产具有详细特征和复杂几何形状的原型。在注塑过程中施加的高压使得在设计中添加复杂的细节成为可能。它还可以制造出其他传统制造技术无法制造的复杂形状。

需要一些时间设计和生产一个可行的模具对于注射成型,但成型过程是非常快速和高效的,使您能够在短时间跨度内快速原型大量的零件。因此,注射成型也可以是非常划算的。

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测试的功能原型或大批量生产,那么注射成型可能是您的最佳选择。缺点之一是设计防错模具的复杂性,这需要很多设计考虑。幸运的是,您可以使用快速原型服务来帮助设计和优化您的模具,然后再投入生产。



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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。

真空铸造模具可以重复使用少量的时间(大约20次或更多),使其成为小批量成型的理想工具。采用真空铸造生产的零件具有高度的柔韧性和刚性,并可制成各种颜色和树脂材料,如ABS、POM、Elastomers、Nylon等。

真空铸造创建具有特殊机械性能的部件,这是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、轮廓和纹理的零件。这使得真空铸造在创造丰富多彩的产品和营销材料方面很有价值

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。