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自诞生以来，快速原型制作技术因其效率、灵活性和准确性而成为产品开发、设计验证和制造过程中不可或缺的工具。该技术的核心是利用计算机辅助设计 （CAD） 数据，通过分层叠加直接生成三维实体模型。实现这一过程的关键在于所使用的各种材料。本文旨在探讨各种材料用于快速原型制作中，分析其特性及其对不同应用的适用性。
什么是快速原型制作？
快速原型制作简而言之，是指在产品开发的早期阶段，利用先进的制造技术或设计软件，生产出初步的模型或快速原型以更低的成本和更短的时间提供产品。这些快速原型 可以是功能性的、装饰性的，甚至是两者的组合，用于测试、验证设计概念、评估用户体验、向投资者展示或营销。
其原则是通过“构建 - 测试 - 学习 - 反馈”的循环，不断修改和改进产品设计。与传统的产品开发流程相比， 快速原型制作更注重速度和灵活性，使设计师和工程师能够在产品开发的早期发现和解决问题，并避免以后进行昂贵且耗时的修改。
快速原型制作中常用哪些材料？
这快速原型材料之原型模型统一为以下类别：
1.塑料
塑料是一种常见的原型制作材料，因为它们用于许多领域，并具有许多优点，例如耐用、灵活和便宜。它们是合成聚合物，可以模塑成不同的形状和尺寸。这使它们成为制造具有复杂几何形状的零件的理想选择。
塑料可以是原型使用各种工艺，包括注塑成型、3D 打印和 CNC 加工。为原型模型，可以使用各种塑料。最常见的塑料类型是：
ABS （丙烯腈丁二烯苯乙烯）：ABS 是一种由三种主要成分制成的塑料：丙烯腈、丁二烯和苯乙烯。它是一种坚固耐用的塑料材料，常用于制造玩具、电器、汽车零件等。它以其耐用性、耐热性和抗冲击性而闻名。ABS 塑料价格便宜且易于成型和加工，使其成为 3D 打印和注塑成型的热门选择。
PC （聚碳酸酯）：PC 是一种热塑性聚合物，具有出色的强度、耐用性和透明度。常用于制造汽车零部件、电子元件、安全设备、防弹玻璃等防护材料。聚碳酸酯还用于制造 3D 打印细丝，因为它易于成型和塑造成复杂的形状。它是一种适应性强的材料，具有抗冲击性和耐热性，使其成为包括汽车和航空航天在内的各种应用的热门选择。
PE （聚乙烯）：聚乙烯是一种以其耐用性、柔韧性、耐化学性和抗冲击性而闻名的塑料。它广泛用于制造包装材料、容器和管道等物品，以及制造玩具和其他消费品。聚乙烯是一种易于成型和加工的多功能材料，使其成为注塑成型和其他制造工艺的首选材料。由于它能够轻松模制成复杂形状，它也被广泛用于制造 3D 打印细丝。
尼龙：是一种合成聚合物，具有高强度、耐用性和耐磨性。它广泛用于齿轮、轴承、汽车零部件、纺织品和其他工业材料的生产。由于它很容易成型和塑造成复杂的形状，因此 PA 也被广泛用于制造 3D 打印细丝。它是一种用途广泛、耐用且灵活的材料，通常用作丝绸、橡胶和乳胶的经济实惠的替代品。
PP （聚丙烯）：PP 是一种聚烯烃或饱和聚合物。PP 是最有用的聚合物之一，具有优异的耐化学性、抗疲劳性、耐高温性和比 HDPE 更低的密度。PP 是一种轻质柔韧的塑料，常用于包装、桶、碗、板条箱、玩具、医疗零件、汽车零件、洗衣机桶、电池盒和瓶盖。PP 可以进行弹性体改性以制造保险杠，并填充滑石粉以使其在高温下更硬。
聚甲醛 （POM）：是一种热塑性工程材料，用于制造具有更高刚度、低摩擦多功能性和出色尺寸稳定性的部件。POM 坚固耐用，具有高抗拉强度、耐磨性、抗蠕变性、抗翘曲性、韧性和耐用性。POM 广泛用于生产汽车零部件、运动器材、齿轮、轴承、输送机部件、电气元件、滑动和导向元件等。
PEEK （聚醚醚酮）：PEEK 是一种无色有机热塑性聚合物。它是一种工程塑料，用于需要强度和韧性的各种应用。PEEK 具有耐化学性，可承受高达 260°C 的温度。
2.树脂
树脂材料主要用于快速成型中的高精度模型，尤其是 SLA（立体光固化成型）打印。树脂材料具有出色的成型性能和表面质量，使产品具有复杂的几何形状和精细的细节。常见的树脂材料包括原型丙烯酸树脂、弹性聚氨酯 （EPU）、软质聚氨酯和彩色 3D 打印树脂，如 VeroWhite 和 VeroClear。
3.金属
铝：铝是一种银色的低密度金属用于各种商业应用。在大多数情况下，非合金铝具有延展性、中等强度和极强的耐腐蚀性。使用适当的合金元素（铜、镁、锰、硅等）和随后的热/加工，可以大大提高铝的性能。铝因其低密度和耐腐蚀性而广泛用于飞机、运输、建筑、食品和化学加工。
铜：铜合金是最有用的金属之一，因为它们耐腐蚀、导热性高且导电性好。铜合金非常适合许多电气、建筑、运输和消费品行业。铜用于制造建筑部件、硬币、冷凝器/热交换器、管道、散热器芯、乐器、锁、紧固件、铰链、弹药组件和电气连接器。
黄铜：黄铜是铜和锌的合金，具有与铜相同的一些特性。黄铜是一种耐用、可加工的金属。该合金还具有耐腐蚀性、导电性和低摩擦系数。黄铜是一种用途广泛的金属，用于各种应用，包括管道、电气、艺术和医学。
钛：钛被认为是最珍贵的金属，在其他金属可能失效的恶劣环境中表现良好。钛合金是由钛和其他化学元素组成的合金。钛合金重量轻，具有极高的抗拉强度和韧性，耐腐蚀，可以承受极端温度。
合金钢：合金钢的主要合金元素不是碳。它含有少量合金元素，如锰、硅、镍、钛、铜、铬和铝。合金钢比碳钢更耐腐蚀、可焊接、耐热和延展性更强。但碳钢比合金钢更坚固。由于其低成本、广泛的可用性、易于加工和卓越的机械性能，合金钢通常用于工业应用、电器、银器、炊具和汽车。
不锈钢：不锈钢是一种比碳钢/合金钢更耐腐蚀的钢合金。304、316、416 和 17-4 PH 不锈钢材质通常用于 CNC 加工。不锈钢是一种坚固的材料，具有天然的保护性氧化层，使其适用于困难的情况。构成不锈钢牌号的合金成分使它们与众不同。
软钢：低碳钢是含碳量较低的碳钢。它通常被称为“低碳钢”。低碳钢的抗拉强度低于高碳钢和合金钢，因为它们含有较少的碳和其他合金元素，可防止晶体结构位错。低碳钢因其高焊接性和可加工性而成为消费品的常见选择。
工具钢：工具钢是一种碳合金钢。它通常用于制造、修改或修理手动工具和机器模具。工具钢以坚硬、耐磨和抗弯曲而闻名。工具钢通常通过切割、压制、冲压或挤压成型为其他材料。这是因为钢可以在极高温度下保持其切削刃。工具钢通常用于冲击应用，例如冲压或挤压模具、切割、制造模具和锤子。
快速原型制作主要使用哪些技术？
快速原型设计含义起着重要作用那么在各个领域中，有哪些快速原型制作方法?
| 科技 | 缩写 | 材料 | 优势 |
| 立体光固化成型技术 | SLA 协议 | 类热塑性光敏聚合物 | 高精度和出色的表面光洁度 |
| 选择性激光烧结 | SLS 系列 | 尼龙， TPU | 无需支撑结构，适用于多种材料 |
| 熔融沉积建模 | FDM 公司 | 防粘胶、PC、PC/ABS、PPSU | 材料多功能性、易用性和可访问性 |
| 直接金属激光烧结 | DMLS | 不锈钢、钛、铬、铝、铬镍铁合金 | 高精度、高强度，适用于功能件和复杂设计 |
| 数字光处理 | DLP | 光敏树脂 | 快速生产具有出色分辨率和表面光洁度的部件 |
| 层压物体制造 | LOM | 纸张、塑料和金属箔。 | 材料成本低，适用于大型零件生产 |
| 计算机数控加工 | 数控 | 大多数商品和工程级热塑性塑料和金属 | 高精度和多功能材料。非常适合生产具有严格公差和复杂细节的零件 |
| Multi Jet Fusion | MJF 系列 | 尼龙 | 生产具有精细细节和一致机械性能的坚固部件 |
您如何选择用于快速原型制作的材料？
以下是为您的快速原型制作过程:
- 材料特性：各种类型的快速成型材料都表现出独特的特性，例如强度、柔韧性和耐热性。在许多应用中，例如在制造模具和其他产品时，可以满足这些特性。例如，当您创建机械零件的原型时，选择像 ABS 这样的耐用材料可能是一个明智的决定。
- 成本效益： 在选择材料时，预算起着至关重要的作用。在许多情况下，材料价格是决定项目投资成功与否的关键因素之一。虽然高效、快速生产的材料可能表现出卓越的性能，但它们的制造成本往往很高。如果能找到合适的方法来降低这些材料的生产成本，将给公司带来巨大的好处。确保成本和收益之间的平衡至关重要。
- 预期用途：考虑原型的功能。原型是一个概念，也可以理解为一种技术或方法，其目的是通过分析和比较不同阶段的目标来实现特定功能的设计思路。它主要用于功能测试和视觉评估，还是两者结合？原型材料对于功能测试，可能需要与最终产品在特性上高度相似的物质。
- 层厚：3D 打印过程中每层的实际厚度。一般来说，层厚越大，成型效果越好。此参数将对原型的质量和精度产生巨大影响。
- 细节与打印时间： 较薄的层厚度有助于获得更精细的细节和更光滑的表面，但这通常会导致打印时间更长。对于一些结构复杂的打印机，如果想要满足快速打印输出的要求，就需要减少打印过程中细节层次的变化。在确保所需的具体细节与管理时间限制之间找到平衡至关重要。
- 支撑结构：对于具有悬垂特征或复杂几何形状的复杂设计，通常需要支撑结构。为了实现快速制造，提出了一种简单而有效的方法，通过将 3D 模型直接转换为 2D 图形来构建临时结构。这些创建的临时结构确保了打印过程中的稳定性，并避免了 3D 打印耗材原型的变形。
- 稳定性和准确性：支撑结构可确保您的原型在整个打印过程中保持其结构完整性，尤其是在具有复杂几何形状的区域，防止下垂或翘曲等问题。
- 打印后移除：需要注意的是，原型完成后必须移除支撑结构，这可能需要额外的工作。
- 后处理需求：增强原型的最终外观和功能通常可以通过后处理技术来实现，以提高原型的美观性和功能性。
常见问题
1.原型制作的最佳材料是什么？
最好的制作材料原型主要包括：ABS材料：常规产品原型制作的常用材料，易加工，美观;环氧树脂、酚醛树脂、聚碳酸酯 （PC）、聚酰胺 （尼龙）：适用于需要耐高温的应用成型;聚甲醛树脂 （POM） 或聚酰胺 （尼龙）：耐磨产品的原型材料;尼龙 （PA） 或聚丙烯 （PP）：用于制作高韧性产品原型;PMMA（亚克力）、透明 ABS 和透明聚碳酸酯 （PC）：适用于需要透明度的原型制作。
2.哪些可用于快速原型制作？
快速原型制作技术通常依赖于特定的材料和工艺。树脂或类似工程塑料：适用于SLA（立体光固化成型）技术，可快速制作中小型工件原型;薄片材料（如纸张、金属箔、塑料薄膜等）：用于 LOM（分层固体制造）技术，制造原型通过逐层切割和堆叠;各种粉末材料：适用于SLS（选择性激光烧结）技术，利用激光扫描将粉末表面局部或部分熔化，从而完成单级加工和逐层成型。三维实体。
3.工程原型使用哪些材料？
工程原型 通常需要根据特定的应用环境和功能要求选择材料。通用工程成型材料主要包括金属材料：如钢、铝等，用于要求高强度和耐腐蚀性的工程原型;塑料材料：如 ABS、尼龙、聚碳酸酯等，适用于需要轻质、耐磨或透明工程的应用原型.复合材料：由两种或两种以上具有不同的材料组成的新材料性能通过物理或化学方法。适用于需要特殊性能（如高强度、高韧性、耐高温等）的工程原型。
4.原型模具使用的材料有哪些？
原型制作工具一般是指用于制作原型的设备和材料。（1）手绘工具：如铅笔、橡皮擦、白纸等，用于制作手绘原型。这些材料很容易获得，适用于原型制作的初步阶段。（2）软件工具：Axure 和 Ink Knife 等在线原型和协作工具。使用这些工具时，原型材料主要是数字资产（如图片、图标、按钮等）。这些资产可以在软件中进行编辑和组合，以形成原型。.（3）3D打印材料：PLA和ABS等塑料材料，以及金属粉末、陶瓷粉末等，用于3D打印技术制作原型。这些材料可以根据原型的需要进行选择和调整。
总结
有多种材料用于快速模型，每个性能以及应用范围。在选择材料时，需要综合考虑项目需求、成本、加工效率和环保等因素，以确保生产出符合要求的原型。随着技术的不断进步和材料的不断创新，未来快速成型中将出现更多高性能、低成本、环保的材料选择。
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隆盛团队
本文由多位 Longsheng 撰稿人撰写。龙盛是制造业的领先资源，拥有CNC 加工,钣金加工,3D 打印,注塑,金属冲压等。
