Быстрое прототипирование: подход к разработке современных продуктов

«Быстрое прототипирование позволяет быстро изготавливать индивидуальные 2D- или 3D-модели и сборки, что позволяет осуществлять мелкосерийное производство и тестирование перед окончательным производством».

На практике многие команды используют прототип на станке с ЧПУ Создание функциональных прототипов с жесткими допусками и качественной обработкой поверхности. Быстрое прототипирование — это мелкосерийный процесс. изготовление прототипов процесс которая преобразует проект, выполненный в САПР, в физическую деталь с Короткие сроки выполнения. Это позволяет инженерам протестировать конструкцию, выявить возможности для улучшения и внести изменения до запуска в производство.

В этом руководстве объясняются основы быстрого прототипирования, его области применения и то, как 3D-печать способствует разработке прототипов. Также рассматриваются шаги, которые инженеры предпринимают для перехода от первоначальной концепции к проверенному проекту с использованием различных методов производства.

 

Что такое быстрое прототипирование и его значение?

Быстрое прототипирование

В конкурентном мире организации должны проявлять творческий подход и как можно скорее выводить на рынок новые продукты. Таким образом, это улучшает дизайн, позволяя командам быстро завершать циклы. 

Проверка и доработка проектов 

Быстрое производство позволяет заранее протестировать конструкцию продукта на предмет его формы, соответствия и функциональности. Это раннее тестирование помогает выявить проблемы, возникшие в конечном продукте, и таким образом устранить их. Кроме того, это гарантирует соответствие продукта техническим характеристикам и бизнес-задачам, повышая вероятность его успеха на рынке. 

Включение прототипирования в процессы разработки организаций может повысить качество и пригодность продуктов на рынке и, таким образом, повысить производительность и удовлетворенность пользователей.

Быстрое прототипирование за три простых шага

Быстрое прототипирование увеличивает скорость разработки продукта, поскольку оно влечет за собой разработку моделей, которые можно быстро изготовить. Этот итерационный процесс весьма эффективен для тонкой настройки конструкции доступным способом. 

Создавай 

Целью этапа создания является реализация концепции дизайна прототипа. Сначала нарисуйте эскиз, а затем нарисуйте концепцию дизайна. Воплотите эти идеи в точную 2D- или 3D-модель с помощью программного обеспечения CAM/CAD. Выберите подходящие материалы для разработки прототипа. Затем используйте оптимальные процессы для сборки прототипа. 

Оценивать 

Далее следует оценка дизайна. Процесс оценки прототипа определяет, насколько разработанный прототип соответствует требованиям дизайна и требованиям пользователей. Этот процесс включает функциональное тестирование, тестирование производительности и удобства использования в реальных условиях. Собираются данные от заинтересованных сторон для выявления текущих проблем и возможностей для улучшения. Цель состоит в том, чтобы убедиться, что прототип решает поставленную задачу в соответствии с проектом. Процесс доработки прототипа перед началом массового производства полезен для минимизации рисков или, по крайней мере, уменьшения их влияния и экономии средств. Он также обеспечивает успешный запуск продукта. 

Совершенствовать 

Этап усовершенствования прототипа направлен на улучшение разработанного прототипа на основе отзывов и результатов тестирования. Он включает в себя внесение некоторых изменений, которые могут повысить удобство использования, эффективность и результативность перед запуском в серийное производство.

 

Отличие быстрого прототипирования от 3D-печати

Хотя быстрое прототипирование и 3D-печать — термины, используемые в одном и том же контексте, они разные. Прототипирование включает в себя несколько процессов, используемых при разработке физической модели на основе компьютерной модели. С другой стороны, аддитивное производство — это широкая категория, а 3D-печать — это метод, который предполагает создание объектов послойно. Хотя 3D-печать получила признание благодаря своей эффективности при создании прототипов, это лишь один из инструментов, которые можно использовать для быстрого прототипирования. 

Эволюция 3D-печати  

Вначале 3D-печать в основном использовалась для быстрого изготовления прототипов. Однако по мере развития технологии появилась возможность производить высококачественные детали, которые можно было использовать непосредственно в приложениях. Однако это еще не исключило использование 3D-печати для прототипирования, поскольку некоторые методы более дорогие. Крайне важно различать технологию (3D-печать) и приложение (быстрое прототипирование), чтобы выбрать лучшую стратегию. 

 

Три типа быстрого прототипирования

Быстрое прототипирование можно разделить на три основных типа:

1. Прототипы низкой точности 

Первые и базовые прототипы — это прототипы низкой точности, которые включают бумажные макеты и простые каркасы. Они наиболее полезны на ранних стадиях процесса проектирования, когда основное внимание уделяется узнаваемости дизайна, а не его специфике. Эти прототипы помогают генерировать первые концепции, быстро находя и оценивая их. Что касается конкретной информации о создании этих прототипов, возможно, потребуется поискать информацию об инструментах и ​​стратегиях создания каркасов. 

2. Прототипы средней детализации 

По сравнению с прототипами низкой точности, прототипы средней точности содержат больше всего взаимодействий и некоторые визуальные эффекты. Этот уровень точности сегодня часто используется при быстром прототипировании из-за доступных инструментов и систем проектирования. Таким образом, используя Figma, дизайнеры могут создавать эти прототипы с помощью доступных ресурсов и систем проектирования. Таким образом, можно опробовать важные взаимодействия и рабочие процессы, не вдаваясь в детали реализации. 

3. Высокоточные прототипы 

Реалистичные прототипы точны и почти похожи на реальный продукт. Это могут быть либо модели UX, которые будут тестироваться пользователями, либо полностью закодированные приложения, предназначенные для доставки пользователям или разработчикам. Создать высококачественный прототип проще и быстрее, если библиотека дизайна содержит интерактивные функции. Предположим, вас интересуют лучшие практики создания высокореалистичных прототипов. В таком случае лучше поискать статьи и материалы, посвященные современным подходам к прототипированию.

 

Что такое метод быстрого прототипирования для металлов? 

Быстрое прототипирование на основе металла — идеальный вариант для быстрого создания прототипов деталей, отвечающих требованиям точности и прочности. Такие прототипы, вероятно, будут подвергаться тепловым или механическим нагрузкам, особенно в таких областях, как тяжёлое машиностроение и аэрокосмическая промышленность.

Литье металла, обработка листового металла, 3D-печать и обработка на станках с ЧПУ — основные подходы, используемые производителями для создания металлических прототипов. Как показано ниже, каждый из них занимает особое место в индустрии прототипирования. Эти подходы являются частью более широкого спектра методов металлического прототипирования, каждый из которых подходит для различных конструктивных и эксплуатационных требований.

• Прототипы для литья металла

Прототипы, изготовленные методом литья металла, предпочтительны для сложных форм, которые трудно изготовить с помощью 3D-печати или станков с ЧПУ, особенно если материал плохо поддается механической обработке. Поскольку расплавленный металл заливается в форму, легко создать практически любую сложную геометрическую форму.

Преимущества

• Сильный и прочный
• Экономичное
• Универсальность – множество металлических сплавов
• Подходит для сложных внутренних геометрий

Ограничения

• Высокая начальная инвестиционная стоимость
• Отходы материалов:
• Требуется высокая квалификация

Прототип из литого металла

Качество поверхности может быть не самым лучшим, но его можно улучшить с помощью дополнительных процессов, таких как покраска и нанесение покрытия.

• Прототипы листового металла

Изготовление деталей из листового металла для прототипирования — это метод создания деталей из тонких металлических листов, широко используемый в различных областях. прототипирование листового металла для корпусов и кронштейнов.

Прототипирование листового металла

Лучшие поставщики услуг по изготовлению изделий из листового металла могут разработать любой прототип из листового металла в соответствии с требованиями заказчика к допускам, отделке поверхности, объемам и т. д.

Преимущества

• Быстрый поворот
• Экономически эффективные тонкостенные детали для быстрого прототипирования
• Многие виды металлов

Ограничения

• Ограничение толщины
• Такие проблемы, как отдача
• Не подходит для сложных изгибов

Обработка металлических прототипов на станках с ЧПУ

Технология обработки на станках с ЧПУ — это не менее привлекательный вариант для быстрого прототипирования, благодаря высокой скорости, низкой стоимости и превосходному качеству поверхности. Процесс обработки на станках с ЧПУ для прототипирования Это не менее привлекательный вариант, отличающийся высокой скоростью, низкой стоимостью и превосходным качеством обработки поверхности.

CNC-обработка 

Преимущества

• Жесткие допуски и точность размеров
• Возможность создания выточек и других сложных геометрических форм
• Превосходная отделка поверхности
• Обрабатывается широкий спектр марок металлов

Ограничения

• Высокий уровень отходов материала
• Требует много времени, особенно для сложных деталей
• Дорого для сложных деталей

3D-печать металлических прототипов

Там, где традиционные методы обработки металлов не позволяют изготовить прототипы, производители могут использовать прямое лазерное спекание металлов (DMLS), селективную лазерную плавку (SLM) и другие методы 3D-печати металлами. Материалы, которые невозможно обработать другими методами, можно печатать послойно для создания сложных деталей методом быстрого прототипирования.

3D печать металлом

Преимущества

• Крепления и инструменты не требуются
• Минимальные потери материала
• Возможно одновременное производство нескольких деталей
• Возможность создания сложных внутренних геометрических форм

Ограничения

• Часто необходима постобработка
• Высокие затраты на оборудование и сырье
• Для более крупных деталей требуется больше времени

Литье под давлением металла (MIM)

MIM involves feedstock preparation, injection molding, debinding and sintering. Dedicated tooling and process development mean that it should be evaluated separately from routes used for a few rapidly changing prototypes.

MIM is typically considered when a small, complex metal-part design is stable and repeat demand can justify tooling. CNC machining or metal additive manufacturing may be more suitable for early iterations.

For a stable design moving into repeat metal-part production, review our Услуги MIM alongside CNC machining or metal 3D printing.

Преимущества

• Can combine detailed features in a small metal component, subject to a drawing-specific design review.
• Near-net-shape production may reduce machining for suitable geometries.
• Repeat production can be planned after tooling and process validation.
• Economics depend on tooling investment, annual demand and secondary operations.

Ограничения

• Tooling investment, design changes, binder removal and sintering behavior must be assessed before selecting this route.

Быстрое прототипирование на основе пластика

Когда главными приоритетами быстрого прототипирования являются экономичность и скорость, пластиковые детали часто оказываются лучшим выбором. Производители потребительских, медицинских и электронных товаров обычно создают свои функциональные прототипы из пластика.

В зависимости от уровня детализации, отделки поверхности или прочности, необходимых для прототипа, доступны такие варианты, как 3D-печать PolyJet, моделирование методом послойного наплавления (FDM), селективное лазерное спекание (SLS) и стереолитография (SLA).

• Быстрое литье

Быстрое литье под давлением использует высокое давление для вдавливания термопластичных смол в форму. Это быстрый процесс, который включает в себя следующие этапы:

• Проектирование с использованием программного обеспечения САПР
• Производство пресс-форм
• Выбор материала смолы
• литье под давлением
• Охлаждение
• Постобработка

Преимущества

• Скорость и эффективность
• Экономически эффективно (для малых и средних объемов)
• Универсальность материалов
• Быстрая реакция на рынок

Ограничения

• Высокая начальная стоимость
• Дорогостоящие модификации дизайна
• Первоначальное время выполнения заказа долгое

• 3D-печать PolyJet

Данная технология предполагает напыление тонких слоев фотополимерной смолы высокого разрешения. Смола удерживается специальной гелевой матрицей, которая удаляется после завершения процесса.

Схема процесса 3D-печати PolyJet

PolyJet используется для тонкостенных деталей сложной формы и доступен в различных цветах. Его недостатком является низкая прочность и непригодность для функциональных испытаний.

Преимущества

• Превосходная отделка поверхности
• Многоцветный и многоматериальный
• Минимальная постобработка

Ограничения

• Плохие механические свойства
• Детали могут изнашиваться быстрее
• Не подходит для функциональных частей

• Плавленое моделирование осаждения (FDM)

Моделирование расплавленных отложений

Проще говоря, FDM подразумевает создание трёхмерной детали из множества слоёв термопластичного материала. Этот метод быстрого прототипирования подходит для различных материалов и относительно доступен. Его сложность заключается в низком качестве поверхности и ограниченной прочности по оси Z.

Преимущества

• Множество вариантов термопластичных материалов
• Минимальная постобработка
• Большие объемы

Ограничения

• Видимые линии слоев
• Необходимость в опорных структурах
• Проблемы усадки и деформации

 

 

Когда использовать быстрое прототипирование?

Быстрое прототипирование следует использовать, когда необходима обратная связь по концепции или элементу дизайна. Лучше всего использовать его, когда вы хотите протестировать ключевой экран или сценарий на ранней стадии, и не бойтесь, если результат окажется не очень удачным. Этот метод относительно неформальный и требует минимальной предварительной подготовки. Однако он имеет несколько важных этапов. Эта техника наиболее полезна, когда необходимо разработать систему, которая, вероятно, будет часто изменяться на основе отзывов пользователей. Она помогает гарантировать, что результат будет приемлемым для пользователя и прибыльным для бизнеса. На этом этапе необходимо определить четкую концепцию. рабочий процесс разработки прототипа помогает командам быстрее проводить итерации и сокращать циклы редизайна.

 

Методы быстрого прототипирования для разработки продуктов?

Чтобы получить реалистичные ответы, макеты должны быть максимально реалистичными. Что касается рекомендаций, то предлагается избегать различий между ними и реальным продуктом, чтобы избежать предвзятости в отзывах. Это означает разработку интерактивных моделей с точными данными и графикой, даже если они поддельные. 

Высокоточные прототипы разрабатываются так, чтобы быть очень близкими к реальному продукту. Это подразумевает адекватное планирование взаимодействия и использования путей пользователями. Эти реалистичные прототипы требуют навыков разработки программного обеспечения и пользовательского опыта (UX). Обычно они строятся оперативно, а не в плановом порядке. 

Иногда возможно разработать полноценный прототип, но это может оказаться чрезмерным или слишком затратным. Wireframes предлагают решение в виде простых взаимодействий и процессов между пользователем и веб-сайтом. Менеджеры по продукту создают эти упрощенные проекты, которые можно использовать для первого тестирования с пользователями. Они помогают определить основные параметры, необходимые для разработки рабочего прототипа, что, в свою очередь, упрощает создание прототипа. 

Кликабельные или фасадные прототипы доступны для чего-то среднего между каркасами и функциональными макетами. Хотя эти проекты не полностью основаны на данных, они позволяют пользователям собирать отзывы по различным аспектам. Их можно быстро разработать с помощью инструментов дизайна и UX, предоставляющих данные о действиях и предпочтениях пользователей. 

Также под быстрым прототипированием можно понимать создание нескольких прототипов, которые в дальнейшем будут одновременно тестироваться и оцениваться. Такой подход позволяет командам одновременно сравнивать разные версии и определять, какая версия хорошо принята пользователями.

 

Каковы преимущества быстрого прототипирования?

Как уже упоминалось выше, быстрое прототипирование имеет множество преимуществ, главным образом в двух областях. Во-первых, оно гарантирует соответствие продукта или компонента проектной спецификации, поскольку на этом этапе можно оценить способность пользователей понимать продукт или компонент, а также его характеристики и функциональность. Это помогает улучшить дизайн до начала крупномасштабного производства.

Во-вторых, это снижает производственные затраты, поскольку не требует оснастки, как в массовом производстве. Такие процессы, как 3D-печать, обработка на станках с ЧПУ и быстрое прототипирование из алюминия, обычно используются для мелкосерийного производства и небольших партий. В заключение следует отметить, что стоимость деталей для прототипирования Зависит от таких факторов, как производственный процесс, материал, сложность детали и количество.

Как и в любой другой деятельности, существует множество способов прототипирования, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Описанные выше методы являются наиболее распространенными, и в зависимости от уровня технологий дизайнер должен выбрать наиболее подходящий для проекта. Это предполагает выявление преимуществ и недостатков различных методов прототипирования. Таким образом, учитывая описание каждого метода и характеристики материала, который можно определить, можно принять решение.

В руководстве по принятию решений также рассматриваются некоторые факторы, которые следует учитывать при выборе метода прототипирования. Цель состоит в том, чтобы помочь найти оптимальное решение для использования прототипов в процессах разработки.

 

Сравнение быстрых производственных процессов

Ниже представлены некоторые процессы быстрого производства и их отличия. Эти процессы широко применяются в таких отраслях, как... автомобильное прототипирование и аэрокосмическое прототипирование.

SLA (стереолитография) 

SLA быстрое производство

Стереолитография (SLA) предполагает использование лазера для отверждения фотополимеров и разработки прототипов из одного слоя. Этот метод обеспечивает прочность в диапазоне от 2,500 до 10,000 17.2 фунтов на квадратный дюйм (от 68.9 до 0.002 МПа). Стандартная толщина слоя составляет от 0.006 до 0.051 дюйма или от 0.152 до XNUMX миллиметра в ширину. SLA является наиболее точным и обычно используется с фотополимерами, подобными термопластам. 

SLS (селективное лазерное спекание) 

Детали прототипа SLS

Селективное лазерное спекание (SLS) использует лазер для плавления порошковых материалов. Прочность выпускаемых деталей варьируется от 5,300 до 11,300 фунтов на квадратный дюйм или от 36.5 до 77.9 МПа. Слои добавок обычно имеют толщину 0.004 дюйма (0.102 мм). SLS часто применяется к материалам из нейлона и ТПУ с хорошими механическими характеристиками и длительным сроком службы. 

DMLS (прямое лазерное спекание металла) 

DMLS-прототипирование

Прямое лазерное спекание металлов (DMLS) — это процесс плавления металлического порошка с помощью лазера. Этот процесс приводит к высокой прочности в диапазоне от 37,700 190,000 до 0.0008 0.0012 фунтов на квадратный дюйм. Толщина слоя обычно составляет от 0.020 до 0.030 дюйма (от XNUMX до XNUMX мм). DMLS идеально подходит для производства металлических деталей, таких как нержавеющая сталь, титан, хром, алюминий и инконель, и используется для производства прочных и высокопроизводительных деталей. 

FDM (плавленое моделирование осаждения) 

Плавленое моделирование осаждения

Моделирование наплавленным осаждением (FDM) — это процесс послойной экструзии термопластических материалов. Это приводит к изготовлению деталей с прочностью от 5,200 до 9,800 фунтов на квадратный дюйм (от 35.9 до 67.6 МПа). Толщина слоя варьируется от 0.005 до 0.013 дюйма (от 0.127 до 0.330 мм). Материалами, наиболее часто используемыми для FDM, являются ABS, PC, PC/ABS и PPSU. Этот метод широко используется благодаря своей эффективности и экономической эффективности по сравнению с другими методами. 

MJF (многоструйный синтез) 

Прототип многоструйного термоядерного синтеза (MJF)

Multi Jet Fusion (MJF) применяет струйную матрицу для избирательного плавления нейлонового порошка. Созданные детали имеют прочность примерно 6,960 фунтов на квадратный дюйм (48 МПа). Толщина слоя колеблется от 0.0035 до 0.008 дюйма (от 0.089 до 0.203 мм). MJF часто ассоциируется с мелкими деталями и хорошими механическими свойствами конечной детали, обычно изготовленной из черного нейлона 12. 

ПЭТ (ПолиДжет)  

PJET-прототипирование

В технологии PolyJet используются фотополимеры, отверждаемые УФ-излучением. Компоненты, изготовленные с помощью этого процесса, имеют предел прочности на разрыв от 7200 до 8750 фунтов на квадратный дюйм или от 49 до 6 МПа. Слои добавок обычно составляют от 60 до 3 дюймов (от 0.0006 до 0 мм). PolyJet создает очень точные прототипы из таких материалов, как акриловые и эластомерные фотополимеры.  

ЧПУ (обработка с числовым программным управлением) 

Быстрое прототипирование с ЧПУ предполагает создание деталей с помощью фрезерных и токарных станков с числовым программным управлением. Развиваемая прочность варьируется от 3,000 до 20,000 20.7 фунтов на квадратный дюйм (от 137.9 до XNUMX МПа). Этот субтрактивный метод производства позволяет получать точные и высококачественные изделия. Он используется во многих товарах и инженерном уровне. пластиковые прототипы.

ИМ (литье под давлением) 

IM — это процесс, в котором для формования деталей используются алюминиевые инструменты. В результате этого процесса создаются детали с прочностью от 3,100 до 20,000 21.4 фунтов на квадратный дюйм (от 137.9 до XNUMX МПа). Формованные детали также могут иметь гладкую поверхность или выбранную текстуру. Литье под давлением является гибким и может обрабатывать такие материалы, как товарный и инженерный термопласт, металлы и жидкий силиконовый каучук.

 

Преимущества и недостатки быстрого прототипирования

Плюсы

Ускоряет тестирование дизайна

Быстрое прототипирование — это метод создания модели детали в натуральную величину за короткое время; следовательно, дизайн можно оценить. Этот быстрый цикл помогает быстро реагировать на проблемы проектирования и соответствующие решения. 

Поддерживает множество изменений дизайна

Это позволяет часто менять конструкцию с небольшим влиянием на затраты. Это делает проект прогрессивным и, таким образом, помогает улучшить его в последующих циклах. 

Сокращение затрат

С точки зрения производства, быстрое прототипирование обходится дешевле, поскольку не требует форм и инструментов. Таким образом, он становится доступным методом генерации идей и первым этапом тестирования идей на рынке или в окружающей среде. 

Сокращает время вывода на рынок

Это связано с тем, что относительно быстрое создание прототипов полезно для общей разработки продукта. Это означает, что продукты можно разрабатывать и выводить на рынок быстрее, что является конкурентным преимуществом. 

Повышает точность проектирования

Быстрое прототипирование полезно для тонкой настройки продукта, поскольку на прототипах проводятся испытания. Это помогает прийти к намеченному дизайну и ожиданиям пользователей относительно конечного продукта. 

Минусы

Может привести к более высоким затратам при чрезмерном использовании

Если масштабы прототипирования доведены до максимального уровня или если управление важностью прототипирования не контролируется, то стоимость будет выше. Вот почему необходимо предотвратить создание прототипов и потребности проекта, чтобы тратить только то, что необходимо. 

Подходит не для всех этапов разработки

Это согласуется с ранней дискуссией, в которой подчеркивалось, что быстрое прототипирование не может применяться на всех этапах процесса разработки продукта. На некоторых этапах все еще могут потребоваться традиционные подходы к производству для достижения точности и жесткости. 

Может дать вводящие в заблуждение результаты

Прототипирование на начальных этапах может оказаться не очень полезным для определения конечной производительности продукта или даже его общего внешнего вида. Это может привести к неправильным предположениям и, возможно, неправильным решениям о развитии целевого рынка. 

Не идеален для крупномасштабного производства

Быстрое прототипирование применяется при мелкомасштабном и предварительном тестировании продукта. Он не используется в массовом производстве, поскольку задействовано несколько производственных процессов. 

Технические ограничения

Некоторые из недостатков использования некоторых методов быстрого прототипирования включают следующее: выбор материала, точность и прочность. Это ограничивает качество и функциональность прототипа, который предстоит разработать.

Инструменты с ЧПУ для быстрого прототипирования 

Инструменты ЧПУ (компьютерного числового управления) представляют собой методы вычитания, а аддитивные — FDM, SLA или SLS. В отличие от традиционных методов строительства, где материал наращивается слоями, инструменты с ЧПУ работают с цельными блоками, стержнями или стержнями, а затем выполняются необходимые резка, сверление, растачивание или шлифование.  

 

7 главных преимуществ быстрого прототипирования

Преимущество 1: Более быстрая разработка продукта 

Быстрое прототипирование помогает инженерам и дизайнерам избежать траты времени на разработку того, что в итоге не сработает. Небольшая задержка проекта для получения отзывов от всех участников может показаться пустой тратой времени, но полученные отзывы полезны для принятия важных решений.

Рассмотрим производство деталей приборной панели нового автомобиля. Инженер, который постоянно запрашивает отзывы о компоненте, быстрее придёт к положительному результату, чем тот, кто полностью изготавливает приборную панель, а потом ему советуют переделывать её шаг за шагом.

Прототип приборной панели автомобиля

Большинство инженерных компонентов требуют комплексного одобрения с точки зрения безопасности, эргономики и эстетики, поэтому быстрое прототипирование является ценной стратегией для минимизации затрачиваемого времени.

Преимущество 2: снижение затрат на разработку продукта

До появления быстрого прототипирования инженерам для доработки изделий требовались только чертежи и проекты. Когда прототип был окончательно одобрен, они выявляли проблемы, не очевидные на чертежах.

Поскольку материалы и процессы создания прототипа обычно были дорогими, такой подход оказался финансово затратным. Быстрое прототипирование эффективно решает эту экономическую проблему.

Недорогое литье прототипов под давлением

Инженеры теперь могут изготавливать масштабные модели изделий со значительно меньшими затратами, используя экономичные материалы для быстрого прототипирования, и подвергать их испытаниям в рабочих условиях. Значительная экономия на разработке продукта обычно отражается на прибыли.

Сравнение различных доступных технологий, например, 3-осевых и 5-осевых станков с ЧПУ, может помочь выявить более тонкие нюансы снижения производственных затрат.

Преимущество 3: Раннее обнаружение недостатков проекта

Ошибки проектирования с точки зрения сборки и геометрии представляют собой серьезную проблему, если они остаются незамеченными, поскольку могут привести к проблемам с технологичностью, несоответствиям допускам, несоосности и неправильным измерениям, среди прочего.

Недостатки дизайна можно избежать

Если не использовать продукты быстрого прототипирования, вероятность перепроектирования некоторых деталей на более поздних этапах разработки продукта высока. Например, деталь, изготовленная на станке с ЧПУ, была одобрена после цифрового моделирования, несмотря на чрезвычайно тонкие стенки. Однако обработка на станке с ЧПУ оказалась сложной или даже невозможной, поскольку стенки постоянно повреждались.

Благодаря быстрому прототипированию такая проблема обнаруживается гораздо раньше и устраняется.

Преимущество 4: помогает проверить функциональность дизайна 

Как бы абсурдно это ни звучало, бывали случаи, когда команды создавали продукт, а потом обнаруживали, что он не соответствует заявленной цели. Время, деньги и идеи всегда сходили на нет таким мучительным образом.

Благодаря быстрому прототипированию компании могут использовать рабочую модель продукта для тестирования его функциональности в реальных условиях. Идея заключается в том, чтобы иметь возможность быстрого прототипирования, которое можно протестировать до начала реального производства, будь то уменьшенная модель или даже изготовленная из компонентов других производителей.

Следует отметить, что даже традиционные методы производства могут помочь в быстром прототипировании, например, мелкосерийная обработка на станках с ЧПУ.

Преимущество 5: Улучшает командную работу

Быстрое прототипирование — одна из концепций, способствующих междисциплинарному взаимодействию и взаимопониманию. Различные отделы — от технических специалистов до высшего руководства — постоянно взаимодействуют друг с другом.

Такое тесное взаимодействие способствует командному сотрудничеству, успешному объединению различных команд для достижения общей цели, поощряет коллективное решение проблем и повышает уровень единства.

Организация может получить множество конкретных преимуществ от такой близости, включая более высокую организационную гибкость, более прочные отношения между отделами и более эффективное разрешение конфликтов.

Преимущество 6: Возможность создания сложных геометрических форм и конструкций

Благодаря быстрому прототипированию можно исследовать геометрию и конструкцию, которые было бы сложно реализовать с помощью традиционных производственных технологий. Команда проектировщиков может использовать это решение для дальнейшего развития инноваций, особенно в сочетании с достижениями в области вспомогательных технологий, таких как интегрированные рабочие процессы CAD/CAM, решения для генеративного проектирования и моделирование вычислительной гидродинамики (CFD).

Преимущество 7: Способствует устойчивому развитию

Быстрое прототипирование, являясь методом аддитивного производства, отлично подходит для минимизации отходов материала. Деталь изготавливается слой за слоем с минимальными отходами материала, если таковые вообще имеются.

Помимо эффективности процесса быстрого прототипирования, конструкцию можно оптимизировать с помощью новейшего программного обеспечения, что гарантирует изготовление нужной детали.

 

Другие методы быстрого прототипирования

Фрезерование и токарная обработка с ЧПУ — два наиболее распространенных процесса, выполняемых на производстве. При фрезеровании режущий инструмент — это тот, который движется, пока заготовка неподвижна, а при токарной обработке заготовка — это та, которая вращается, пока режущий инструмент неподвижен. Лазерные резаки точны, поскольку режущий инструмент представляет собой лазер, который гравирует или режет соответствующий материал для создания сложных конструкций. Гидроабразивные резаки, напротив, используют водную струю высокого давления с абразивами для резки металлических композитов и других материалов. 

Обычными материалами, используемыми в инструментах с ЧПУ, являются пластмассы, мягкие и твердые металлы, дерево, акрил, камень, стекло и композиты. Они особенно подходят для создания сложных конструкций и сложных деталей, содержащих трудноизготовимые элементы. Однако применение инструментов с ЧПУ может быть немного сложнее, чем процессы аддитивного производства. Это связано с тем, что прототипирование с ЧПУ является дорогостоящим при единичном или мелкосерийном производстве из-за различных методов, используемых инструментов и деликатности материалов. 

Инструменты с ЧПУ наиболее полезны при создании важных скелетных и металлических деталей, которые невозможно эффективно изготовить с использованием технологий аддитивного производства при быстрой обработке. Они надежны для создания хороших и точных прототипов, если аддитивные процессы невозможны.

 

Подведение итогов

Быстрое прототипирование Это полезный метод, поскольку он помогает не только сэкономить время, но и снизить риски. Прототипы помогают менеджерам по продуктам получать полезную обратную связь от пользователей, чтобы либо подтвердить концепции дизайна, либо определить изменения, которые могут потребоваться перед выпуском продукта. Это сводит к минимуму вероятность того, что конечный продукт не оправдает ожиданий пользователя, отсюда и термин «пользовательский опыт». 

В Boda Tech коммуникация улучшается, а работа команд согласовывается с услуги быстрого прототипирования. Boda помогает компании поставлять на рынок высококачественную продукцию, которая, в свою очередь, отвечает потребностям и перспективам клиентов.

См. также: Что такое прототипирование из листового металла? Примеры и преимущества.