신속한 프로토 타이핑의 주요 설계 및 엔지니어링 고려 사항은 무엇입니까?

신속한 프로토 타이핑은 현대 제품 개발 프로세스의 중요한 부분입니다. 제품 프로토타입을 신속하게 구축함으로써 기업은 초기 단계에서 디자인, 기능 및 사용자 경험을 검증할 수 있으므로 개발 위험을 줄이고 제품 품질을 개선할 수 있습니다. 그러나 성공적인 신속한 프로토 타이핑은 쉬운 일이 아니며 몇 가지 주요 설계 및 엔지니어링 요소를 고려해야합니다. 이 기사에서는 이러한 핵심 요소를 살펴보고 중요한 이유를 설명합니다.

래피드 프로토 타이핑이란 무엇입니까?

요컨대 신속한 프로토 타이핑은 고급 제조 기술의 사용을 의미합니다또는 제품 개발 초기 단계에서 소프트웨어를 설계하여 더 낮은 비용과 더 짧은 시간에 제품의 예비 모델 또는 신속한 프로토 타입을 생산합니다. 이러한 신속한 프로토 타입은 기능적, 외관 또는 두 가지의 조합 일 수 있으며 테스트, 디자인 개념 검증, 사용자 경험 평가, 투자자에게 발표 또는 마케팅에 사용됩니다.

원칙은 "구축-테스트-학습-피드백"의 주기를 통해 제품 설계를 지속적으로 수정하고 개선하는 것입니다. 기존 제품 개발 프로세스와 비교할 때 신속한 프로토타이핑은 속도와 유연성에 더 중점을 두어 설계자와 엔지니어가 제품 개발 초기에 문제를 발견하고 해결하고 나중에 비용과 시간이 많이 소요되는 수정을 피할 수 있도록 합니다.

신속한 프로토 타이핑은 어떻게 작동합니까?

디자인 창조:CAD 소프트웨어를 사용하여 물체의 디지털 3D 모델을 만들 수 있습니다. 이 단계는 프로토타입의 기초를 마련하는 데 매우 중요합니다.
데이터 준비:CAD 모델은 처리되어 선택한 래피드 프로토타이핑 기술에 적합한 형식(일반적으로 STL 파일)으로 변환됩니다.
기계 설정:플라스틱, 수지 또는 금속 분말과 같은 적절한 재료로 신속한 프로토 타이핑 기계를 준비, 보정 및 적재합니다.
프로토타입 제작:기계는 CAD 모델의 사양에 따라 프로토 타입을 층별로 제작합니다.
사후 처리:제작 프로세스 후 프로토타입은 원하는 표면 마감 또는 기계적 특성을 얻기 위해 후처리가 필요한 경우가 많습니다. 여기에는 샌딩, 페인팅 또는 조립이 포함될 수 있습니다.

신속한 프로토 타이핑의 주요 설계 고려 사항은 무엇입니까?

1. 재료 선택

플라스틱:플라스틱은 신속한 프로토타이핑을 위한 선택 재료가 되고 있습니다.뛰어난 성형 능력, 낮은 오버헤드 및 취급 용이성 때문입니다. 제품의 최종 시각 및 촉각 특성을 모방할 수 있으며 대부분의 응용 시나리오에 적합합니다. 플라스틱 재료를 선택할 때 강도, 인성, 내열성 및 화학적 공격에 대한 내성 측면에서 특성을 신중하게 고려하십시오.
금속: 높은 압축 강도, 강한 강성 및 우수한 전기 전도성으로 인해 이러한 특성으로 인해 높은 하중 지지 용량 또는 극한 환경에서 사용하는 데 적합한 프로토타입 재료입니다. 그러나 금속 제조 비용이 상대적으로 높고 제조 공정이 상대적으로 어렵습니다. 금속 재료를 선택할 때 밀도, 경도, 내식성 및 용접성을 신중하게 고려해야 합니다.
복합 재료: 이러한 복합 재료는 서로 다른 특성을 가진 두 개 이상의 물질로 구성되며 이 세 가지 유형의 재료 각각의 장점을 결합합니다. 높은 기계적 특성, 가벼운 무게 및 우수한 내식성을 나타내며 고성능 요구 사항이 있는 응용 분야에 특히 적합합니다. 그러나 복합 재료는 일반적으로 더 비싸고 생산 공정이 상대적으로 복잡합니다.

2. 프로토 타입 모델의 복잡성

프로토타입 모델의 복잡성은 요구 사항에 따라 결정되어야 합니다. 복잡성이 높을수록 더 많은 처리 시간과 비용이 필요합니다.

간단한 프로토 타입 :설계 개념 및 기능의 초기 검증에 이상적입니다. 간단한 프로토타입을 저렴한 비용으로 빠르게 만들 수 있으며 수정 및 반복이 쉽습니다.
복잡한 프로토타입:설계 세부 사항 및 성능에 대한 자세한 검증이 필요한 응용 프로그램의 경우. 복잡한 프로토타입은 더 높은 가공 정확도와 더 긴 생산 시간이 필요하지만 더 자세한 설계 피드백을 제공할 수 있습니다.

3. 정확성과 정밀도

실제 응용 분야의 요구 사항을 충족하기 위해 빠른 부품의 정확성을 보장하는 것은 신속한 프로토타이핑의 중요한 목표입니다. 이를 위해서는 다음과 같은 조치를 취해야 합니다.

고정밀 장비 선택:광조형(SLA), 선택적 레이저 소결(SLS) 등과 같이 정확도와 안정성이 높은 신속한 프로토타이핑 장비를 선택하십시오. 이 기계는 높은 가공 정확도와 표면 품질을 제공할 수 있습니다.
처리 매개 변수 최적화:레이저 출력, 스캐닝 속도, 층 두께 등과 같은 가공 매개변수를 선택한 재료 및 장비의 특성에 따라 최적화합니다. 이러한 매개변수의 최적화는 프로토타입의 정확도와 표면 품질을 향상시킬 수 있습니다.
사후 처리:샌딩, 샌드 블라스팅, 페인팅 등과 같은 후처리를 통해 프로토 타입의 정확도와 표면 품질을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 이러한 처리는 프로토타입 표면에서 버, 얼룩 및 고르지 않음과 같은 결함을 제거하여 최종 제품의 모양과 느낌에 더 가깝게 만듭니다.

4. 표면 처리

올바른 마감재를 선택하면 최종 제품의 모양과 느낌을 시뮬레이션하여 프로토타입의 현실감과 유용성을 높일 수 있습니다. 다음은 몇 가지 일반적인 표면 처리 방법입니다.

그림:페인팅은 풍부한 색상과 광택 효과를 제공할 수 있는 일반적인 표면 처리입니다. 페인트를 선택할 때 접착력, 내마모성 및 내식성과 같은 요소를 고려해야 합니다.
도금:도금은 프로토 타입 표면에 금속 박막을 형성하여 표면 경도와 내식성을 향상시킬 수 있습니다. 도금은 금속의 모양과 느낌을 시뮬레이션할 수 있으며 프로토타입의 표면 성능 향상이 필요한 응용 분야에 적합합니다.
모래 분사:샌드 블라스팅은 연마 입자를 블라스팅하여 프로토타입 표면의 버와 얼룩을 제거하는 동시에 거칠기와 질감을 높일 수 있습니다. 샌드 블라스팅은 금속 또는 플라스틱과 같은 재료의 표면 효과를 시뮬레이션하여 프로토타입의 사실성을 높일 수 있습니다.

신속한 프로토 타이핑에서 고려해야 할 엔지니어링 요소는 무엇입니까?

1.확장성
확장성은 설계 및 제조 과정에서 신속한 프로토타입을 비율과 크기로 쉽게 조정하여 다양한 크기의 설계 요구 사항에 적응할 수 있음을 의미합니다. 프로토타입의 확장성을 계획할 때 고려해야 할 몇 가지 사항이 있습니다.

모듈식 설계:모듈식 설계 아이디어를 채택하고 프로토타입을 여러 개의 독립적인 모듈로 분할합니다. 이러한 방식으로 프로토타입의 크기를 조정해야 하는 경우 해당 모듈을 교체하거나 추가하거나 삭제하기만 하면 됩니다.
스케일링:프로토타입 설계 단계에서는 다양한 크기가 프로토타입 성능에 미치는 영향을 충분히 고려해야 합니다. 스케일링을 통해 다양한 크기에서 디자인 효과를 테스트하여 최적의 디자인 솔루션을 선택할 수 있습니다.
인터페이스 호환성:서로 다른 모듈 간의 인터페이스가 호환되어 프로토타입 크기를 조정할 때 원활하게 연결되고 맞을 수 있는지 확인하십시오.

2. 구조적 무결성

구조적 무결성은 기계적 또는 환경적 스트레스를 받을 때 구조적 및 기능적 무결성을 유지할 수 있는 신속한 프로토타입의 능력을 나타냅니다. 구조적 무결성을 보장하려면 다음 사항을 고려해야 합니다.

재료 선택:프로토 타입의 사용 환경 및 응력 조건에 따라 적절한 재료를 선택하십시오. 예를 들어, 더 큰 하중을 견뎌야 하는 프로토타입의 경우 강도와 인성이 높은 재료를 선택해야 합니다.
구조 설계:응력 집중과 약한 연결을 피하기 위해 프로토 타입의 구조를 합리적으로 설계하십시오. 구조를 최적화함으로써 프로토 타입의 하중 지지력과 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
제조 공정:제조 과정에서 프로토 타입이 손상되지 않도록 적절한 제조 공정을 선택하십시오. 예를 들어, 정밀 가공 기술을 사용하면 가공 오류와 표면 결함을 줄일 수 있습니다.

3. 프로토 타이핑 속도 및 비용

신속한 프로토 타이핑 프로세스에서 생산 속도와 비용은 두 가지 중요한 고려 사항입니다. 개발 프로세스를 최적화하려면 다음 사항을 고려해야 합니다.

기술 선택:프로젝트의 필요와 예산에 따라 적절한 신속한 프로토 타이핑 기술을 선택하십시오. 예를 들어, 높은 정밀도와 복잡한 구조가 필요한 프로토타입의 경우 광조형(SLA) 또는 선택적 레이저 소결(SLS)과 같은 기술을 선택할 수 있습니다.
비용 관리:프로토타이핑 과정에서 비용을 엄격하게 통제해야 합니다. 설계를 최적화하고 올바른 재료 및 제조 공정을 선택함으로써 프로토타입 비용을 줄일 수 있습니다.
생산 속도:프로토 타입 품질 확보를 전제로 가능한 한 생산 속도를 높입니다. 효율적인 제조 기술을 채택하고 생산 공정을 최적화함으로써 프로토타입 생산 주기를 단축할 수 있습니다.

4. 반복 유연성

반복적인 유연성은 설계 프로세스 중에 신속한 프로토타입을 쉽게 조정하고 반복하여 빈번한 설계 변경에 적응할 수 있음을 의미합니다. 반복 유연성을 보장하려면 다음 사항을 고려하세요.

설계 모듈화:프로토타입 설계를 여러 개의 독립적인 모듈로 분할하여 반복 프로세스 중에 쉽게 교체하거나 수정할 수 있습니다.
파라메트릭 설계:파라메트릭 설계 방법을 사용하여 매개변수를 조정하여 프로토타입의 모양과 크기를 변경합니다. 이를 통해 설계 유연성과 재사용성이 향상됩니다.
버전 관리:프로토타이핑 프로세스 중에 버전 제어 메커니즘을 설정합니다. 각 반복에 대한 변경 사항 및 차이점을 기록하여 설계 변경 사항을 쉽게 추적하고 관리할 수 있습니다.

신속한 프로토 타이핑의 유형은 무엇입니까?

1.슬라

SLA는 컴퓨터 제어 레이저를 사용하여 UV 경화 포토폴리머 수지 풀에 부품을 제작하는 산업용 3D 프린팅 또는 적층 제조 공정입니다. 레이저는 액체 수지 표면에서 부품 설계의 단면을 추적하고 경화하는 데 사용됩니다. 그런 다음 응고된 층을 액체 수지의 표면 바로 아래로 낮추고 공정을 반복합니다. 새로 경화된 각 층은 그 아래의 층에 부착됩니다. 이 프로세스는 부품이 완료될 때까지 계속됩니다.

프로

죄수

개념 모델, 외관 프로토타입 및 복잡한 설계의 경우 SLA는 다른 적층 공정에 비해 복잡한 형상과 우수한 표면 마감을 가진 부품을 생산할 수 있습니다. 비용은 경쟁력이 있으며 기술은 여러 출처에서 사용할 수 있습니다.

프로토타입 부품은 엔지니어링 등급 수지로 만든 부품만큼 강하지 않을 수 있으므로 SLA를 사용하여 만든 부품은 기능 테스트에 제한적으로 사용됩니다. 또한 부품은 부품의 외부 표면을 응고시키기 위해 UV 사이클을 거치지만 SLA로 제작된 부품은 성능이 저하되지 않도록 UV 및 습도 노출을 최소화하면서 사용해야 합니다.

2.에스엘에스

SLS는 Protolabs에서 사용할 수 있는 5가지 적층 공정 중 하나입니다. SLS 프로세스 중에 컴퓨터 제어 CO₂레이저는 나일론 기반 분말의 핫 베드를 아래에서 위로 끌어당겨 분말을 고체로 가볍게 소결(융합)합니다. 각 층이 끝나면 롤러가 침대 위에 새로운 분말 층을 깔고 과정이 반복됩니다. SLS는 실제 엔지니어링 열가소성 수지와 유사한 경질 나일론 또는 엘라스토머 TPU 분말을 사용하므로 부품의 인성이 더 크고 정확하지만 표면이 거칠고 미세한 디테일이 부족합니다. SLS는 큰 빌드 볼륨을 제공하고 매우 복잡한 형상의 부품을 생산할 수 있으며 내구성 있는 프로토타입을 만들 수 있습니다.

프로	죄수
SLS 부품은 SLA 부품보다 더 정확하고 내구성이 있는 경향이 있습니다. 이 프로세스는 복잡한 형상으로 내구성 있는 부품을 만들 수 있으며 일부 기능 테스트에 적합합니다.	부품은 거칠거나 모래 질감을 가지고 있으며 공정에는 제한된 수지 선택이 있습니다.

3.에프엠

FDM은 열가소성 수지(ABS, 폴리카보네이트 또는 ABS/폴리카보네이트 혼합물)를 층으로 녹이고 재응고시키는 압출 방법을 사용하여 완성된 프로토타입을 형성합니다. 실제 열가소성 수지를 사용하기 때문에 바인더 분사보다 강하고 기능 테스트에 제한적으로 사용될 수 있습니다.

프로	죄수
FDM 부품은 가격이 적당히 책정되고 상대적으로 강력하며 일부 기능 테스트에 적합할 수 있습니다. 이 프로세스는 복잡한 형상의 부품을 만들 수 있습니다.	부품은 표면 마감이 좋지 않고 뚜렷한 파급 효과가 있습니다. 또한 SLA 또는 SLS보다 느린 적층 공정이며 기능 테스트에 대한 적합성이 제한적입니다.

4.CNC 가공

기계 가공에서 플라스틱 또는 금속의 단단한 블록(또는 로드 스톡)을 각각 CNC 밀 또는 선반에 고정하고 절삭 공정을 통해 완성된 부품으로 절단합니다. 이 방법은 일반적으로 모든 적층 제조 공정에 대해 우수한 강도와 표면 마감을 생성합니다. 또한 플라스틱과 같은 재료를 사용하고 층으로 제작되는 대부분의 적층 공정과 달리 압출 또는 압축 성형 열가소성 수지의 단단한 블록으로 만들어지기 때문에 플라스틱의 완전하고 균질한 특성을 가지고 있습니다. 재료 선택의 범위를 통해 인장 강도, 내충격성, 열변형 온도, 내화학성 및 생체 적합성과 같은 원하는 재료 특성으로 부품을 만들 수 있습니다. 허용 오차가 좋으면 적합성 및 기능 테스트, 지그 및 고정 장치, 최종 사용 응용 분야를 위한 기능 구성 요소에 적합한 부품을 얻을 수 있습니다. Protolabs를 포함한 많은 제조업체는 3 축 밀링 및 5 축 인덱스 밀링 공정과 함께 터닝을 사용하여 다양한 엔지니어링 등급 플라스틱 및 금속으로 부품을 제조합니다.

프로	죄수
가공 부품은 표면 마감이 우수하고 엔지니어링 등급의 열가소성 수지와 금속을 사용하기 때문에 상당히 강합니다. 3D 프린팅과 마찬가지로 맞춤형 프로토타입은 일부 공급업체에서 하루 만에 배송될 수 있습니다.	CNC 가공과 관련된 몇 가지 형상 제한이 있을 수 있으며 때로는 3D 프린팅 프로세스보다 사내에서 이 작업을 수행하는 것이 더 비쌉니다. 이 공정은 재료를 추가하는 대신 제거하기 때문에 언더컷을 밀링하는 것이 때때로 어려울 수 있습니다.

5. 사출 성형

신속한 사출 성형은 생산 사출 성형과 마찬가지로 열가소성 수지를 금형에 주입하여 작동합니다. 프로세스를 "빠르게" 만드는 것은 금형을 생산하는 데 사용되는 기술이며, 금형은 생산 금형에 사용되는 기존 강철 대신 알루미늄으로 만들어지는 경우가 많습니다. 성형 부품은 강하고 마감 처리가 우수합니다. 또한 플라스틱 부품에 대한 업계 표준 생산 공정이므로 상황이 허용하는 경우 동일한 공정에서 프로토타이핑할 수 있는 고유한 이점이 있습니다. 거의 모든 엔지니어링 등급 플라스틱 또는 액체 실리콘 고무(LSR)를 사용할 수 있으므로 설계자는 프로토타이핑 프로세스의 재료 제한에 제약을 받지 않습니다.

프로	죄수
성형 부품은 다양한 엔지니어링 등급 재료로 만들어지고 표면 마감이 우수하며 생산 단계에서 제조 가능성을 예측할 수 있는 탁월한 지표입니다.	적층 공정이나 CNC 가공에서는 발생하지 않는 신속한 사출 성형과 관련된 초기 툴링 비용이 있습니다. 따라서 대부분의 경우 한 두 라운드를 수행하는 것이 좋습니다.신속한 프로토 타입사출 성형으로 이동하기 전에 적합성과 기능을 확인합니다.

6. 판금 제작

신속한 판금 제조는 효율적이고 정밀한 금속 시트 가공 기술입니다. 컴퓨터 제어를 통해 금속 시트는 설계 요구 사항에 따라 절단, 구부림 및 용접되어 필요한 부품을 신속하게 생산합니다. 이 기술은 고급 CNC 장비, 레이저 절단, 스탬핑 및 기타 공정 방법을 결합하여 복잡한 모양과 고정밀 요구 사항이 있는 판금 부품의 생산을 단시간에 완료합니다.

프로	죄수
신속한 판금 제조 기술은 고효율, 고정밀, 유연성, 저렴한 비용 및 환경 보호의 특성을 가지고 있습니다.	높은 장비 비용, 높은 기술 요구 사항, 높은 스크랩 비율 및 높은 사용자 정의 비용 등

프로젝트에 적합한 신속한 프로토 타이핑 기술을 선택하는 방법은 무엇입니까?

1. 프로젝트 요구 사항을 명확히 합니다.제품 개념 검증, 제품 기능 시연, 사용자 경험 테스트 또는 기타 목적과 같은 프로토타이핑의 목적이 무엇인지 명확히 합니다. 대상 사용자가 누구인지, 그들의 필요, 선호도 및 사용 사례가 무엇인지 이해합니다. 프로젝트의 요구 사항에 따라 프로토타입의 세부 수준과 상호 작용 수준을 결정합니다. 예를 들어, 간단한 스케치 프로토타입을 만들 것인지 아니면 충실도가 높은 인터랙티브 프로토타입을 만들 것인지를 선택할 수 있습니다.
2. 팀의 기술적 능력을 평가합니다.팀 구성원의 기술과 경험을 고려하고 그들이 익숙하거나 빠르게 마스터할 수 있는 프로토타이핑 기술을 선택합니다. 팀이 새로운 기술이나 도구를 배워야 하는 경우 교육에 소요되는 시간과 비용을 평가합니다.
3. 예산 및 시간 제약을 고려하십시오.예산에 따라 비용 효율적인 프로토타이핑 기술을 선택하고, 프로토타이핑의 속도와 반복 주기를 고려하고, 프로토타이핑 및 테스트가 제한된 시간 내에 완료되도록 합니다.
4. 프로토타이핑 기술 이해:프로토타이핑 기술에는 스케치, 종이 프로토타입, 와이어프레임, 인터랙티브 프로토타입 및 기타 유형이 포함됩니다. 각 기술의 특성과 적용 범위를 이해합니다. 기술 유형에 따라 올바른 도구를 선택하십시오. 예를 들어, 스케치의 경우 펜과 종이 또는 드로잉 소프트웨어를 사용할 수 있습니다. 인터랙티브 프로토타입의 경우 Axure, Mockplus 및 InVision과 같은 프로토타이핑 도구를 선택할 수 있습니다. 다른 팀과 사용자의 리뷰와 피드백을 참조하고 시장에서 가장 높은 등급의 프로토타이핑 도구와 기술을 선택하십시오.
5. 올바른 기술을 선택하십시오.공식적인 선택을 하기 전에 다양한 기술을 시도하여 장점, 단점 및 응용 프로그램을 이해하고 비교할 수 있습니다. 프로젝트 진행 상황과 팀 피드백에 따라 프로토타이핑 기술을 조정할 수 있는 유연성.
6. 구현 및 반복:팀 구성원 간의 효과적인 의사 소통과 협업을 보장하기 위해 선택한 기술에 따라 상세한 프로토타이핑 계획을 개발합니다. 사용자 피드백과 테스트 결과를 기반으로 프로토타입은 지속적으로 반복되고 최적화됩니다.

이점	묘사
개발 주기 단축	디자인 아이디어는 특정 기능이나 부품을 직접 제조한 프로토타입으로 빠르게 변환할 수 있어 제품 개발 프로세스를 가속화할 수 있습니다.
생산 비용 절감	시험 생산 횟수를 줄이고 대량 생산으로 인한 위험을 피함으로써 생산 비용을 효과적으로 절감할 수 있습니다.
높은 수준의 기술 통합	기계 공학, CAD, 리버스 엔지니어링 기술, 적층 제조 기술, CNC 기술, 재료 과학, 레이저 기술 등과 같은 다양한 기술을 통합합니다.
다양한 재료 선택	플라스틱, 금속, 세라믹 등을 포함한 다양한 금속 및 비금속 재료를 사용하여 제조할 수 있습니다.
간편한 수정 및 최적화	디지털 설계 및 제조 프로세스로 인해 제품 설계를 쉽게 수정하고 최적화할 수 있습니다.
높은 수준의 사용자 정의	다양한 시장 수요를 충족시키기 위해 고객의 특정 요구에 따라 맞춤형 생산을 수행할 수 있습니다.

Longsheng