Longsheng

Быстрое прототипирование является важной частью современного процесса разработки продукта. Быстро создавая прототипы продуктов, компании могут проверить дизайн, функциональность и пользовательский опыт на ранней стадии, тем самым снижая риски разработки и повышая качество продукта. Тем не менее, успешное быстрое прототипирование является непростой задачей и требует рассмотрения нескольких ключевых факторов проектирования и проектирования. В этой статье мы рассмотрим эти ключевые факторы и объясним, почему они важны.

Что такое быстрое прототипирование?

Быстрое прототипирование, если вкратце, относится к использованию передовых производственных технологийили проектировать программное обеспечение на ранних стадиях разработки продукта для создания предварительной модели или быстрого прототипа продукта с меньшими затратами и в более короткие сроки. Эти быстрые прототипы могут быть функциональными, косметическими или даже комбинацией того и другого и используются для тестирования, проверки концепций дизайна, оценки пользовательского опыта, презентации инвесторам или маркетинга.

Принцип заключается в том, чтобы постоянно пересматривать и улучшать дизайн продукта с помощью цикла «сборка-тестирование-обучение-обратная связь». По сравнению с традиционным процессом разработки продукта, быстрое прототипирование больше ориентировано на скорость и гибкость, что позволяет дизайнерам и инженерам обнаруживать и решать проблемы на ранних этапах разработки продукта и избегать дорогостоящих и трудоемких модификаций в дальнейшем.

Как работает быстрое прототипирование?

1. Создание дизайна:Используйте программное обеспечение САПР для создания цифровых 3D-моделей объектов. Этот этап имеет решающее значение для закладки основы для прототипа.
2. Подготовка данных:Модель CAD обрабатывается и преобразуется в формат, подходящий для выбранной технологии быстрого прототипирования, обычно это файл STL.
3. Настройка машины:Подготовка, калибровка и загрузка машины для быстрого прототипирования с соответствующим материалом, будь то пластик, смола или металлический порошок.
4. Создание прототипа:Машина строит прототип слой за слоем в соответствии со спецификациями модели CAD.
5. Постобработка:После процесса сборки прототипы часто требуют постобработки для достижения желаемой чистоты поверхности или механических свойств. Это может быть шлифовка, покраска или сборка.

Каковы ключевые соображения при проектировании при быстром прототипировании?

1. Выбор материала

• Пластмасса:Пластик становится предпочтительным материалом для быстрого прототипированияблагодаря своим превосходным формовочным возможностям, низким накладным расходам и простоте в обращении. Они могут имитировать конечные визуальные и тактильные характеристики изделия и подходят для большинства сценариев применения. При выборе пластикового материала тщательно учитывайте его свойства с точки зрения прочности, ударной вязкости, термостойкости и устойчивости к химическому воздействию.
• Металл: Благодаря своей высокой прочности на сжатие, высокой жесткости и отличной электропроводности, эти характеристики делают его подходящим материалом для прототипов для высокой несущей способности или использования в экстремальных условиях. Тем не менее, стоимость производства металла относительно высока, а процесс его изготовления относительно сложен. При выборе металлических материалов необходимо тщательно взвешивать плотность, твердость, коррозионную стойкость и свариваемость.
• Композитные материалы: Эти композитные материалы состоят из двух или более веществ с различными свойствами и сочетают в себе преимущества каждого из этих трех типов материалов. Они обладают высокими механическими свойствами, малым весом и отличной коррозионной стойкостью, а также особенно подходят для применений с высокими требованиями к производительности. Однако композитные материалы, как правило, дороже, а процессы их производства относительно сложны.

2. Сложность модели прототипа

Сложность прототипа модели должна определяться исходя из требований. Чем выше сложность, тем больше требуется время обработки и стоимость.

• Простой прототип:Идеально подходит для первичной проверки дизайнерских концепций и функциональности. Простые прототипы могут быть изготовлены быстро, с низкими затратами, и их легко модифицировать и повторять.
• Сложные прототипы:Для приложений, требующих детальной проверки деталей конструкции и производительности. Сложные прототипы требуют более высокой точности обработки и более длительного времени производства, но могут обеспечить более подробную обратную связь по проекту.

3. Точность и прецизионность

Обеспечение точности быстрых деталей в соответствии с реальными потребностями применения является важной целью быстрого прототипирования. Для того чтобы этого достичь, необходимо предпринять следующие меры:

• Выбирайте высокоточное оборудование:Выбирайте оборудование для быстрого прототипирования с высокой точностью и стабильностью, такое как стереолитография (SLA), селективное лазерное спекание (SLS) и т.д. Эти станки могут обеспечить высокую точность обработки и качество поверхности.
• Оптимизируйте параметры обработки:Оптимизируйте параметры обработки, такие как мощность лазера, скорость сканирования, толщина слоя и т. д., в соответствии с характеристиками выбранного материала и оборудования. Оптимизация этих параметров может повысить точность и качество поверхности прототипа.
• Постобработка:С помощью постобработки, такой как шлифовка, пескоструйная обработка, покраска и т. д., точность и качество поверхности прототипа могут быть еще больше улучшены. Эти обработки удаляют такие дефекты, как заусенцы, пятна и неровности, с поверхности прототипа, приближая его к внешнему виду и ощущениям от конечного продукта.

4. Обработка поверхности

Выбор правильной отделки может смоделировать внешний вид конечного продукта, повышая реалистичность и удобство использования прототипа. Вот несколько распространенных методов обработки поверхности:

• Живопись:Покраска – это распространенная обработка поверхности, которая может обеспечить насыщенный цветовой и глянцевый эффект. При выборе краски нужно учитывать такие факторы, как ее адгезия, стойкость к истиранию и коррозионная стойкость.
• Металлизация:Гальваническое покрытие может образовывать тонкую пленку металла на поверхности прототипа, улучшая его твердость поверхности и коррозионную стойкость. Гальваническое покрытие может имитировать внешний вид металла и подходит для применений, требующих улучшенных характеристик поверхности прототипов.
• Пескоструйная очистка:Пескоструйная обработка позволяет удалять заусенцы и пятна с поверхности прототипа путем абразивных частиц, увеличивая при этом его шероховатость и текстуру. Пескоструйная обработка может имитировать эффект поверхности таких материалов, как металл или пластик, повышая реалистичность прототипов.

Какие инженерные факторы следует учитывать при быстром прототипировании?

1. Масштабируемость
Масштабируемость означает, что быстрые прототипы могут быть легко скорректированы по пропорциям и размерам в процессе проектирования и производства, чтобы адаптироваться к потребностям дизайна различных размеров. При планировании масштабируемости прототипа необходимо учитывать несколько моментов:

• Модульная конструкция:Примите идеи модульного дизайна и разделите прототип на несколько независимых модулей. Таким образом, когда вам нужно настроить размер прототипа, вам нужно только заменить или добавить или удалить соответствующие модули.
• Масштабирование:На этапе проектирования прототипа следует в полной мере учитывать влияние различных размеров на производительность прототипа. С помощью масштабирования вы можете протестировать эффекты дизайна при разных размерах, чтобы выбрать оптимальное дизайнерское решение.
• Совместимость интерфейсов:Убедитесь, что интерфейсы между различными модулями совместимы, чтобы они могли соединяться и плавно подходить друг к другу при изменении размера прототипа.

2. Структурная целостность

Структурная целостность относится к способности быстрого прототипа сохранять свою структурную и функциональную целостность при воздействии механических нагрузок или нагрузок окружающей среды. Чтобы обеспечить структурную целостность, необходимо учитывать следующие моменты:

• Выбор материала:Выбирайте подходящие материалы в зависимости от условий эксплуатации и напряжений прототипа. Например, для прототипов, которые должны выдерживать большие нагрузки, следует выбирать материалы с высокой прочностью и ударной вязкостью.
• Проектирование конструкций:Разумно спроектируйте структуру прототипа, чтобы избежать концентрации напряжений и слабых звеньев. Оптимизируя конструкцию, можно повысить несущую способность и устойчивость прототипа.
• Процесс изготовления:Выберите подходящий производственный процесс, чтобы гарантировать, что прототип не будет поврежден в процессе изготовления. Например, использование технологии прецизионной обработки может уменьшить количество ошибок обработки и дефектов поверхности.

3. Скорость и стоимость прототипирования

В процессе быстрого прототипирования скорость производства и стоимость являются двумя важными факторами. Для того чтобы оптимизировать процесс разработки, необходимо учесть следующие моменты:

• Выбор технологии:Выберите подходящую технологию быстрого прототипирования, исходя из потребностей и бюджета проекта. Например, для прототипов, требующих высокой точности и сложных конструкций, могут быть выбраны такие технологии, как стереолитография (SLA) или селективное лазерное спекание (SLS).
• Контроль затрат:В процессе создания прототипа затраты должны строго контролироваться. Оптимизируя конструкцию и выбирая правильные материалы и производственные процессы, можно снизить стоимость прототипа.
• Скорость производства:Исходя из предпосылки обеспечения качества прототипа, максимально увеличьте скорость производства. Внедрение эффективных технологий производства и оптимизация производственных процессов позволяют сократить цикл производства прототипов.

4. Гибкость итераций

Итеративная гибкость означает, что быстрые прототипы могут быть легко скорректированы и итерированы в процессе проектирования, чтобы адаптироваться к частым изменениям конструкции. Чтобы обеспечить гибкость итераций, учитывайте следующее:

• Модульность конструкции:Разбейте конструкцию прототипа на несколько независимых модулей, чтобы их можно было легко заменять или модифицировать в процессе итерации.
• Параметрическое исполнение:Используйте параметрический метод проектирования для изменения формы и размера прототипа путем корректировки параметров. Это повышает гибкость конструкции и возможность повторного использования.
• Контроль версий:В процессе создания прототипа настройте механизм управления версиями. Изменения в проекте можно легко отслеживать и управлять, записывая изменения и различия для каждой итерации.

Какие существуют виды быстрого прототипирования?

1. SLA

SLA — это промышленный процесс 3D-печати или аддитивного производства, при котором детали создаются в бассейне из фотополимерной смолы, отверждаемой ультрафиолетовым излучением, с помощью лазера, управляемого компьютером. Лазер используется для обводки и отверждения поперечного сечения конструкции детали на поверхности жидкой смолы. Затем затвердевший слой опускают чуть ниже поверхности жидкой смолы, и процесс повторяют. Каждый вновь отвержденный слой прилипает к слою под ним. Этот процесс продолжается до тех пор, пока деталь не будет завершена.

2. SLS

SLS — это один из пяти аддитивных процессов, доступных в Protolabs. В процессе SLS управляемый компьютером CO₂Лазер втягивает в горячий слой порошка на основе нейлона снизу вверх, где он слегка спекает (сплавляет) порошок в твердое вещество. После каждого слоя валик укладывает свежий слой порошка поверх слоя, и процесс повторяется. SLS использует либо жесткие нейлоновые, либо эластомерные порошки ТПУ, похожие на настоящие инженерные термопласты, поэтому детали демонстрируют большую прочность и точность, но имеют шероховатую поверхность и не имеют мелких деталей. SLS предлагает большой объем сборки, может производить детали с очень сложной геометрией и создавать долговечные прототипы.

3. FDM

FDM использует метод экструзии, при котором термопластичная смола (АБС, поликарбонат или смесь АБС/поликарбоната) плавится и затвердевает слоями для формирования готового прототипа. Поскольку в нем используются настоящие термопластичные смолы, он прочнее, чем струйная обработка связующим, и может иметь ограниченное применение для функциональных испытаний.

4. Обработка с ЧПУ

При механической обработке цельный блок (или стержень) из пластика или металла зажимается в фрезерном станке с ЧПУ или токарном станке соответственно и разрезается на готовую деталь с помощью процесса вычитания. Этот метод обычно обеспечивает превосходную прочность и чистоту поверхности по сравнению с любым процессом аддитивного производства. Он также обладает полными, однородными свойствами пластика, потому что он изготовлен из цельных блоков экструдированной или компрессионной термопластичной смолы, в отличие от большинства аддитивных процессов, в которых используются пластикоподобные материалы и которые строятся слоями. Диапазон выбора материалов позволяет изготавливать детали с желаемыми свойствами материала, такими как: прочность на разрыв, ударопрочность, температуры теплового изгиба, химическая стойкость и биосовместимость. При хороших допусках получаются детали, пригодные для посадочных и функциональных испытаний, приспособления и приспособления, а также функциональные компоненты для конечного использования. Ряд производителей, в том числе Protolabs, используют процессы 3-осевого фрезерования и 5-осевого индексного фрезерования наряду с токарной обработкой для изготовления деталей из различных инженерных пластиков и металлов.

5. Литье под давлением

Быстрое литье под давлением работает путем впрыска термопластичных смол в форму, так же, как и при производственном литье под давлением. Что делает процесс «быстрым», так это технология, используемая для производства пресс-формы, которая часто изготавливается из алюминия вместо традиционной стали, используемой в производственных формах. Формованные детали отличаются прочностью и отличной отделкой. Это также стандартный отраслевой производственный процесс для пластиковых деталей, поэтому есть неотъемлемые преимущества в создании прототипов в одном и том же процессе, если позволяет ситуация. Можно использовать практически любой инженерный пластик или жидкий силиконовый каучук (LSR), поэтому проектировщик не ограничен материалами процесса прототипирования.

6. Изготовление листового металла

Быстрое производство листового металла – это эффективная и высокоточная технология обработки листового металла. С помощью компьютерного управления металлические листы разрезаются, сгибаются и свариваются в соответствии с требованиями конструкции для быстрого изготовления необходимых деталей. Эта технология сочетает в себе передовое оборудование с ЧПУ, лазерную резку, штамповку и другие технологические методы для завершения производства деталей из листового металла сложной формы и высокоточных требований в сжатые сроки.

Как правильно выбрать технологию быстрого прототипирования для вашего проекта?

1. Уточните требования к проекту:Проясните, какова цель прототипирования, например, проверка концепций продукта, демонстрация функций продукта, тестирование пользовательского опыта или другие цели; Понять, кто ваши целевые пользователи, каковы их потребности, предпочтения и варианты использования; Определите уровень детализации и интерактивности прототипа в зависимости от потребностей проекта. Например, нужно ли сделать простой эскизный прототип или высокоточный интерактивный прототип.
2. Оцените технические возможности команды:Учитывайте навыки и опыт членов команды, и выбирайте техники прототипирования, с которыми они знакомы или могут быстро освоить; Если команде нужно освоить новую технологию или инструмент, оцените время и стоимость обучения.
3. Учитывайте бюджетные и временные ограничения:Выберите экономичную технологию прототипирования в зависимости от вашего бюджета, учитывайте скорость и цикл итераций прототипирования, а также убедитесь, что прототипирование и тестирование будут завершены в течение ограниченного времени.
4. Разберитесь в методах создания прототипов:Методы прототипирования включают эскизы, бумажные прототипы, каркасы, интерактивные прототипы и другие типы. Понимать особенности и сферу применения каждой технологии; Выбирайте подходящий инструмент в соответствии с типом технологии. Например, для эскизов можно использовать ручку и бумагу или программное обеспечение для рисования; Для интерактивных прототипов можно выбрать такие инструменты прототипирования, как Axure, Mockplus и InVision. Ознакомьтесь с обзорами и отзывами других команд и пользователей и выберите инструменты и методы прототипирования с самым высоким рейтингом на рынке.
5. Выберите правильную технологию:Прежде чем сделать формальный выбор, вы можете попробовать различные технологии, чтобы понять и сравнить их преимущества, недостатки и области применения. Гибкость для корректировки методов создания прототипов на основе хода выполнения проекта и отзывов команды.
6. Внедрение и итерация:Разработать подробный план прототипирования в соответствии с выбранной технологией для обеспечения эффективной коммуникации и сотрудничества между членами команды; На основе отзывов пользователей и результатов тестирования прототипы постоянно совершенствуются и оптимизируются.

Почему быстрое прототипирование имеет решающее значение в инженерном проектировании?