All Posts
Руководства

Полное руководство по быстрому прототипированию при разработке продукции

Right hand robotics - Rapid prototyping

Создание прототипов — важнейшая часть процесса разработки, которая традиционно является ограничивающим фактором.

Инженеры и разработчики продукции создавали импровизированные испытательные образцы с помощью основных инструментов, но изготовление рабочих прототипов и деталей производственного качества часто требовало задействования тех же процессов, что и для готовой продукции. Традиционные производственные процессы, такие как литье под давлением или ЧПУ, требуют дорогостоящей оснастки и настройки, что делает изготовление малых партий прототипов уникальной конструкции непомерно дорогим.

Быстрое создание прототипов позволяет компаниям превращать идеи в рабочие доказательства концепции, трансформировать концепции в высококачественные прототипы, которые выглядят и работают как готовые продукты, и проводить испытания продуктов для запуска в массовое производство.

С помощью быстрого прототипирования конструкторы и инженеры могут создавать прототипы непосредственно из данных САПР быстрее, чем когда-либо, а также быстро и часто корректировать свои проекты на основании реальных испытаний и обратной связи.

Из этого руководства вы узнаете, как внедрить быстрое прототипирование в процесс разработки продукции и какие современные инструменты можно для этого использовать.

Что такое быстрое прототипирование?

Быстрое прототипирование — это группа методик, используемых для быстрого изготовления масштабной модели физической детали или сборной детали с использованием данных систем автоматизированного проектирования (САПР). Так как эти детали или узлы обычно изготавливают с использованием методов аддитивного производства, в отличие от традиционных субстрактивных технологий, это понятие стало ассоциироваться с аддитивным производством и 3D-печатью.

Применение технологий аддитивного производства для прототипирования вполне обосновано. Оно обеспечивает практически неограниченную свободу формы, не требует наличия специальных инструментов и позволяет создавать детали с механическими свойствами, близкими к свойствам изделий из различных материалов, изготовленных традиционными способами. Технологии 3D-печати существуют с 1980-х годов, но из-за высокой стоимости и сложности их использовали преимущественно в крупных корпорациях, а небольшие компании были вынуждены заказывать производство моделей у специализированных служб, ожидая по несколько недель между проведениями итераций.

Появление настольных 3D-принтеров изменило это положение вещей и спровоцировало массовый интерес к технологии, который продолжает возрастать. С помощью 3D-печати, осуществляемой на принадлежащем компании оборудовании, инженеры и разработчики могут быстро переходить от цифровых проектов к физическим прототипам. Теперь в течение одного дня можно создать несколько прототипов, внося изменения в конструкцию, размеры, форму или компоновку по результатам испытаний, проведенных в условиях, близких к реальным, и анализа. В конечном счете, процесс быстрого прототипирования помогает компаниям выводить на рынок более качественную продукцию быстрее, чем это делают конкуренты.

С помощью 3D-печати разработчики могут быстро переходить от цифровых проектов к физическим прототипам и серийному производству.

С помощью 3D-печати разработчики могут быстро переходить от цифровых проектов к физическим прототипам и серийному производству.


Вебинар

Введение в технологию 3D-печати для инженеров и производителей

Из этого вебинара вы узнаете, как детали, созданные с помощью разных технологий печати, различаются по функциональности и внешнему виду, и как эти различия влияют на процессы проектирования и производства.

Смотреть вебинар сейчас


Что дает быстрое прототипирование?

Быстрая реализация и анализ концепций

Быстрое прототипирование позволяет воплощать первоначальные идеи с низким уровнем риска, изготавливая опытные образцы, которые выглядят как настоящие изделия, в короткие сроки. Это позволяет конструкторам выйти за рамки виртуальной визуализации, облегчает понимание внешнего вида и ощущений от использования конструкции, а также дает возможность сравнивать физические концепты.

Эффективное распространение идей

Физические модели позволяют конструкторам делиться своими концепциями с коллегами, клиентами и сотрудниками, используя средства, которые не идут в сравнение с обычным визуальным представлением конструкции на экране. Быстрое прототипирование облегчает понятную и эффективную коммуникацию с пользователем, которая необходима для того, чтобы создатели поняли его потребности, а затем доработали и усовершенствовали свои проекты.

Выполнение итераций и мгновенное внесение изменений

Разработка продукта — это всегда циклический процесс, состоящий из нескольких этапов тестирования, оценки и подгонки, предшествующих появлению готового изделия. Быстрое прототипирование с помощью 3D-печати обеспечивает гибкость, позволяющую быстрее создавать более реалистичные прототипы и мгновенно вносить изменения, поднимая этот важнейший процесс проб и ошибок на новый уровень.

Последовательные итерации Sutrue, автоматического хирургического устройства для наложения швов, прототипы которого были созданы на стереолитографических принтерах Formlabs.

Последовательные итерации Sutrue, автоматического хирургического устройства для наложения швов, прототипы которого были созданы на стереолитографических принтерах Formlabs.

Хорошая модель действий — 24-часовой цикл разработки: проектирование во время работы, печать прототипов на 3D-принтере ночью, очистка и испытание на следующий день, доработка конструкции, а затем повторение цикла.

Экономия средств и времени

С 3D-печатью нет необходимости в дорогостоящей оснастке и настройке. На одном и том же оборудовании можно изготавливать модели с различными геометрическими формами. Создание прототипов на собственном оборудовании позволяет значительно сэкономить время и средства по сравнению с передачей этой функции подрядчикам.

Проведение тщательных испытаний и устранение недостатков конструкции

Обнаружение и устранение недостатков в конструкции на ранних стадиях проектирования и производства может помочь компаниям избежать дорогостоящего перепроектирования и использования дополнительных инструментов в ходе производственного процесса.

Быстрое прототипирование позволяет тщательно тестировать прототипы, которые выглядят и работают, как готовые продукты, до запуска в производство, и снижать риски, связанные с пригодностью к массовому производству и усложнением производственных процессов.


Технический доклад

Знакомство с настольной 3D-печатью методом стереолитографии (SLA)

Скачайте наш технический доклад, чтобы узнать, как работают технологии SLA-печати, почему сегодня тысячи специалистов используют их для быстрого прототипирования и чем эта технология 3D-печати может быть полезна в вашей работе.

Download White Paper


Сферы применения быстрого прототипирования

Благодаря разнообразию доступных технологий и материалов, быстрое создание прототипов с использованием 3D-печати помогает проектировщикам и инженерам на протяжении всего процесса разработки продукции, от создания первоначальных концептуальных моделей до улучшения конструкции, утверждения и производства.

Концептуальные модели

Концептуальные модели или опытные образцы помогают разработчикам продукции проверять идеи и предположения, а также тестировать жизнеспособность новых изделий. Физические концептуальные модели могут продемонстрировать идею заинтересованным сторонам, стимулировать обсуждение и способствовать утверждению конструкции или отказу от нее. Они представляют собой способ исследования концепций с низким уровнем риска.

Designers at Swiss design and consultancy studio Panter&Tourron used SLA 3D printing to get from concept to showcase in two weeks.

Разработчики из швейцарской студии дизайна и консалтинга Panter&Tourron использовали стереолитографическую 3D-печать, чтобы перейти от создания концепции к презентации изделия за две недели.

Ключ к успешному созданию концептуальных моделей — скорость. Разработчикам необходимо сгенерировать множество идей, прежде чем переходить к изготовлению и анализу физических моделей. На этом этапе удобство использования и качество не играют такой важной роли, и разработчики максимально полагаются на готовые детали.

3D-принтеры — это идеальные инструменты для создания концептуальных моделей. Они позволяют очень быстро преобразовывать компьютерный файл в физический прототип, благодаря чему разработчики могут протестировать большее количество концепций за меньшее время. В отличие от большинства цеховых и производственных инструментов, настольные 3D-принтеры можно установить в офисе: для них не нужно выделять специальное место.

Рабочие прототипы

По мере перехода продукта на последующие этапы детали приобретают все большее значение. 3D-печать позволяет инженерам создавать высокоточные прототипы, которые точно представляют готовое изделие. Это облегчает проверку конструкции, посадки, работы и пригодности к массовому производству перед инвестированием в дорогостоящую оснастку и переходом к серийному изготовлению, когда время и стоимость внесения изменений значительно возрастают.

Производитель подводных камер Paralenz использовал 3D-печать для создания реалистичных прототипов, которые выдержали испытания на глубине более 200 метров.

Производитель подводных камер Paralenz использовал 3D-печать для создания реалистичных прототипов, которые выдержали испытания на глубине более 200 метров.

Современные материалы для 3D-печати могут точно соответствовать деталям, изготовленным с использованием традиционных производственных процессов, таких как литье под давлением, по внешнему виду, ощущениям от использования и характеристикам. Различные материалы могут моделировать модели с мелкими деталями и текстурами, гладкими поверхностями и поверхностями с низким коэффициентом трения, жесткими и прочными корпусами или мягкими на ощупь и прозрачными компонентами. Детали, напечатанные на 3D-принтере, можно дополнительно обрабатывать с помощью таких процессов, как шлифование, полировка, покраска или нанесение электролитического покрытия, чтобы воспроизвести любые визуальные особенности готового изделия, а также обработать механически для сборки узлов из нескольких деталей или различных материалов.

Engineers at Wohlers built a looks-like, works-like prototype of a moisture meter from multiple materials with rigid housing and soft-touch buttons.

Engineers at Wohlers built a looks-like, works-like prototype of a moisture meter from multiple materials with rigid housing and soft-touch buttons.

Инженерные прототипы требуют проведения тщательных испытаний эксплуатационной пригодности и удобства использования, чтобы увидеть, как будет работать деталь или узел, когда подвергается нагрузкам и условиям эксплуатации готового изделия. 3D-печать позволяет использовать инновационные пластмассы для высокопроизводительных прототипов, способных противостоять термическим, химическим и механическим воздействиям. Эта технология также представляет собой эффективное решение для создания испытательных приспособлений индивидуальной конструкции, которые упрощают проверку эксплуатационной пригодности и сертификацию, позволяя собирать согласованные данные.

Подготовка к серийному производству и производство

Наличие хорошего прототипа — это только полдела. Чтобы стать успешным готовым продуктом, конструкция должна быть пригодной к массовому производству с точки зрения воспроизводимости и экономической эффективности. Проектирование с учетом пригодности для массового производства уравновешивает эстетическую привлекательность и функциональность конструкции при сохранении требований к готовому изделию. Проектирование с учетом пригодности для массового производства облегчает процесс производства, позволяя снизить затраты на изготовление и поддерживать себестоимость на нужном уровне.

Medical device design company Coalesce uses custom jigs for in-house testing.

Компания Coalesce, занимающаяся разработкой медицинского оборудования, использует зажимные приспособления собственной разработки для проведения внутрифирменных испытаний.

 

Быстрое прототипирование позволяет инженерам создавать мелкосерийные одноразовые индивидуальные решения и узлы для конструирования и проектирования для проведения испытаний на пригодность к массовому производству.

3D-печать облегчает проверку допусков с учетом фактического процесса производства, а также проведение всесторонних внутрифабричных и полевых испытаний перед началом массового производства. Модели, изготовленные на 3D-принтере, облегчают процесс производства за счет создания прототипов для инструментов, форм, зажимов и креплений для производственной линии.

3D printed jigs in an automated production line at Pankl Racing Systems.

Напечатанные на 3D-принтере кондукторы используются в автоматической производственной линии компании Pankl Racing Systems.

 

При использовании технологии 3D-печати проектирование не заканчивается с началом производства. Быстрое прототипирование инструментов позволяет конструкторам и инженерам постоянно совершенствовать продукцию, а также быстро и эффективно реагировать на возникающие сложности, создавая зажимные и крепежные приспособления, которые улучшают процессы сборки или контроля качества.


Вебинар

Утверждение конструкций моделей для литья под давлением: пример компании Cutsforth

Посмотрите наш вебинар, в котором главный инженер компании Cutsforth Джейсон Каммерер рассказывает об этапах процесса разработки новой системы контроля от создания концепции и изготовления первых прототипов до производства деталей методом литья под давлением и их сборки.

Смотреть вебинар сейчас


Быстрое прототипирование: средства и сферы применения

От испытаний размера и посадки до смешивания процессов прототипирования и производства: узнайте, как успешные компании используют быстрое прототипирование в разработке продуктов.

Существует множество техник быстрого прототипирования, и выбор между различными решениями может быть сложным. Хотите узнать, какой инструмент быстрого прототипирования лучше всего подходит для ваших целей?

В нашей следующей статье мы подробно рассмотрим три наиболее известные на сегодняшний день технологии 3D-печати из пластика: моделирование методом наплавления (FDM), стереолитография (SLA) и селективное лазерное спекание (SLS).

FDM vs SLA vs SLS technology

Ознакомиться с инструментами для быстрого прототипирования