Что такое быстрое прототипирование? |
22 февраля 2021 г.
Появление новых технологий, таких как трехмерное автоматизированное проектирование, 3D-печать и методы изготовления аддитивных слоев, сделали возможным быстрое прототипирование. Быстрое прототипирование позволило разработчикам продуктов создавать и тестировать прототипы, прежде чем приступить к этапу производства. В этой статье мы представляем обзор того, что такое быстрое прототипирование, различные методы, которые можно использовать в процессе быстрого прототипирования, и почему быстрое прототипирование выгодно.
Что такое быстрое прототипирование?
Быстрое прототипирование относится к группе методов, которые можно использовать для быстрого и экономичного создания прототипов. Процесс включает в себя создание 3D-модели детали или продукта с помощью программного обеспечения для трехмерного автоматизированного проектирования (САПР), а затем конструирование детали с помощью различных методов 3D-печати, также называемых аддитивным производством слоев. Автомобильная промышленность была первой, кто применил быстрое прототипирование для создания деталей и масштабных моделей, но многие другие отрасли, такие как медицинская и аэрокосмическая, с тех пор начали использовать этот процесс.
Хотя прототипы могут быть точными копиями запланированного продукта, это не обязательно. Уровень точности будет зависеть от того, чего дизайнер продукта пытается достичь с помощью прототипа. Это означает, что прототипы могут варьироваться от низкокачественных продуктов до дизайнеры продукта разрабатывают быстро протестировать более широкую концепцию для высокоточных прототипов, которые должны выглядеть и функционировать так же, как проектируемый конечный продукт.
Какие существуют типы методов быстрого прототипирования?
В быстром прототипировании используется несколько различных методов аддитивного производства, каждый из которых предлагает разные преимущества. Некоторые методы, например, позволяют создавать более сложные прототипы, хорошо подходящие для промышленных условий, в то время как другие методы позволяют производить менее совершенные детали, но при этом более рентабельны. Разработчики постоянно внедряют новые технологии аддитивного производства. Тем не менее, вот семь методов, которые дизайнеры продуктов в настоящее время используют для быстрого прототипирования:
Стереолитография (SLA): SLA была первым успешным коммерческим методом 3D-печати, быстрым и доступным. Техника быстрого прототипирования включает в себя ванну со светочувствительной жидкостью, которая затвердевает один слой за раз при контакте с управляемым компьютером УФ-светом. Этот метод позволяет производить прочные изделия с гладкой поверхностью.
Селективное лазерное спекание (SLS): SLS — это метод, в котором используется мощный лазер для спекания порошкообразного материала, обычно нейлона или полиамида. Лазер нацеливается на определенные точки в пространстве, как определено 3D-моделью, где он затем связывает материал, образуя твердую структуру. Поверхностная обработка этих видов деталей грубая, а это означает, что для их завершения требуется второй процесс. Эти продукты также не так прочны, как детали с SLA-печатью.
Моделирование методом наплавления (FDM): FDM — это недорогой метод, который используется большинством непромышленных настольных 3D-принтеров для печати деталей. Процесс включает экструзию расплавленных термопластичных нитей из наконечника печатающего сопла на платформу слоями. Компьютерная программа осаждения инструктирует, как происходит наслоение жидкого пластика, чтобы эти слои в конечном итоге сформировали трехмерную деталь на основе цифровой модели. Хотя FDM раньше производил некачественные продукты, он быстро улучшился и теперь является надежной технологией для быстрой и дешевой печати деталей.
Селективное лазерное плавление (SLM): SLM, также известное как лазерное плавление в порошковом слое (LPBF), представляет собой метод, в котором для сплавления металлических порошков используется лазер высокой плотности. В процессе плавки лазер расплавляет металлический порошок — обычно титан, алюминий, нержавеющую сталь или кобальт-хромовые сплавы — слой за слоем, формируя прототип. Аэрокосмическая, автомобильная и медицинская отрасли часто используют SLM, так как он производит сложные и высокопрочные детали. Однако это дорогостоящий метод, требующий участия квалифицированных инженеров.
Производство ламинированных объектов (LOM): LOM — это система быстрого прототипирования, которая склеивает вместе тонкие слои бумаги с клеевым покрытием, пластика или металла и аккуратно разрезает эти слои с помощью лазерного резака или другого режущего устройства для создания 3D-модели. Это технология, которая позволяет производить менее сложные и сложные детали, чем SLS или SMS, но она дешевле и не требует специализированных инженеров или специально контролируемых сред.
Цифровая обработка света (DLP): DLP — это метод быстрого прототипирования, при котором детали создаются с помощью DLP-проектора, который проецирует изображение 3D-модели на чан с жидким полимером. Этот процесс также происходит послойно: рабочая пластина движется вниз по мере того, как каждый открытый жидкий полимер затвердевает, а затем выставляет на свет следующий слой жидкости. Хотя DLP быстрее и дешевле, чем SLA, этот метод может потребовать структур поддержки. Вариант этого метода называется непрерывным производством интерфейса жидкости (CLIP), в котором не используется наслоение, а вместо этого создается деталь в непрерывном непрерывном процессе.
Распыление связующего: это относительно новый метод быстрого прототипирования, который хорошо подходит для крупносерийного массового производства. Детали, однако, не такие прочные, как созданные с использованием техники SLS. Струйное распыление связующего включает форсунки, распыляющие микрокапли на горизонтальный слой порошка. Валик уплотняет каждый слой, после чего на него наносится новый слой порошка, а затем процесс начинается снова с распылением форсунками нового слоя. После завершения этого процесса деталь становится полуфабрикатом, и ее нужно отправить в печь, чтобы металлический порошок сплавился.
Зачем использовать быстрое прототипирование?
Быстрое прототипирование позволяет разработчикам продуктов создавать прототипы быстро и с минимальными затратами, поскольку включает автоматизированные процессы, для работы которых не требуется много персонала или инструментов. Как быстрое прототипирование использует автоматизированное проектирование (CAD) Для создания 3D-моделей деталей этот процесс также является точным, что снижает потери материала и позволяет разработчикам продукции визуализировать и тестировать детали. Возможность получить лучшее представление о том, как выглядит деталь или продукт и как они работают, позволяет вносить изменения на ранних этапах проектирования и производственного процесса и решать все проблемы до начала массового производства.
Помимо устранения потенциальных проблем с дизайном, быстрое прототипирование также помогает дизайнерам продуктов представлять продукты членам совета директоров, чтобы они могли лучше понять, что именно они одобряют. Кроме того, быстрое прототипирование также позволяет дизайнерам продуктов получать информацию и отзывы от клиентов, что может быть полезно при принятии решений об изменениях и улучшениях дизайна. Это означает, что клиенты могут быть вовлечены в процесс проектирования, так как внесение нескольких изменений в дизайн с помощью быстрого прототипирования происходит быстро и экономически эффективно.