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什么是快速原型制作?

快速原型制作通常通过增材制造进行,它允许设计人员开发原型的多次迭代,而无需使用传统制造和设计技术带来的额外成本或时间。

快速原型设计有哪些不同类型?

原型的保真度(即原型与最终产品的匹配程度)因项目而异,保真度从低保真到高保真。

什么是低保真原型?

当原型与最终产品松散匹配时,我们指的是较低的保真度。原型可用于测试整体配合或功能,而无需优化设计的重量、可制造性或光洁度。原型还可用于仅在设计人员关注的关键领域测试设计,或创建最终产品的缩小版本。低保真原型的一个优点是它们通常需要更少的打印时间。

什么是高保真原型?

当原型与最终产品(包括几何形状、公差和材料特性)紧密匹配时,我们指的是更高的保真度。保真度更高的原型通常需要更长的打印时间并且相关成本更高。

您的原型的正确保真度是多少?

适合给定设计迭代的保真度水平取决于总体项目目标、设计的成熟度和设计师的兴趣。在快速原型制作中确定适当的保真度可以节省设计过程中的时间并优化资源分配。

对于单次迭代,可以在不同的保真度级别考虑不同的原型属性,例如几何形状、材料属性、装配和表面处理。这些考虑因素会影响原型的整体保真度。

阅读我们的案例研究

最常见的快速原型制作流程有哪些?

本高级摘要介绍了快速原型制作过程中通常使用的常见增材制造技术。

快速原型制作通常使用增材制造来创建测试零件、模型或组件。但是,根据可用资源和设计师的需求,可能会使用其他更传统的制造工艺,例如铣削、磨削或铸造。

常见的原型制作流程可分为五类:

下面详细介绍了每个过程的更多信息。如需了解这些快速原型制作流程的概览,请详细了解增材制造技术 .

大桶光聚合

通过使用光将光敏聚合物树脂转化为固体,一次创建一层零件。

立体光固化成型 (SLA) 可以生产具有非常高的尺寸精度和复杂细节的零件。然而,它们通常很脆,并且它们的机械性能可能会随着时间的推移而退化,使得这些部件通常不适合功能原型。此过程最适合设计几何图形的快速原型制作和零件接口的概念验证。它也适用于设计早期阶段和机械性能不是主要设计重点的细节。

直接光处理 (DLP) 类似于 SLA,主要区别在于详细程度和材料属性。使用 DLP 生产的零件没有与 SLA 相同的复杂细节,但确实具有相似的尺寸精度和零件强度,被认为等于或大于传统的注塑成型零件。因此,当设计重点是整体几何而不是特定细节时,或者机械性能是优先考虑时,DLP 最适合设计几何的快速原型制作和概念验证。

连续 DLP (CDLP) 与 DLP 一样,生产的零件细节水平不及 SLA,但具有相似的尺寸精度和零件强度,被认为等于或大于传统的注塑成型零件。因此,当设计重点是整体几何而不是特定细节或机械性能是设计重点时,CDLP 最适合设计几何的快速原型制作和概念验证。

粉床融合

粉末床熔合 (PBF) 技术使用热源生产固体部件,该热源通过烧结或熔化在塑料或金属粉末的颗粒之间一次一层地熔合。 PBF 工艺的主要变化取决于不同的能源(例如激光或电子束)和粉末(塑料或金属)。

选择性激光烧结 (SLS) 使用颗粒状的热塑性聚合物材料。由于 SLS 零件是使用多层打印的,因此零件之间可能会出现细微的差异。因此,对于具有复杂细节或小公差的原型,SLS 可能不太有效。当使用后处理时,也可以实现光滑的表面光洁度。当零件几何形状或整体配合和功能是设计重点时,SLS 最适合快速原型制作。如果后处理可行,SLS 也可能有利于营销或概念验证原型。

选择性激光熔化 (SLM) 和直接金属激光烧结 (DMLS) 可用于多种金属材料,并且通常需要对表面光洁度进行后处理。因此,当材料特性是设计重点时,这些工艺最适合快速原型制作。如果不考虑零件光洁度,它们可能具有成本效益。

电子束熔化 (EBM) 与 SLM 和 DMLS 一样,当材料特性是设计优先事项时,最适合快速原型制作,如果不考虑零件光洁度,则具有成本效益。主要区别在于 EBM 的材料应用有限(钛或铬钴合金),但对于需要这些材料的特殊行业(例如航空和医疗行业)来说可能是最合适的选择。

多射流聚变 (MJF) 与 SLS 非常相似,但冷却和后处理时间更短,准确性和细节更高。 SLS 和 MJF 工艺的深入比较可以在这里找到。与 SLS 一样,当零件几何形状或整体配合和功能是设计优先事项时,MJF 最适合快速原型制作,并且还可用于支持比 SLS 更高级别的细节或更严格的公差。

熔融沉积成型 (FDM) 是一种非常通用的工艺,适用于各种热塑性材料,生产周期短。一个缺点是 FDM 的尺寸精度和分辨率低于其他增材制造工艺。 FDM 最适合在原型设计阶段的早期,此时零件几何形状或整体配合和功能是设计的优先事项。当最终零件的材料与原型相似时,它也最适合,但无需担心功能或可靠性测试等细节。

材料喷射被认为是最精确的 3D 打印技术之一,可用于各种颜色和饰面的材料。但是,材料特性不适用于功能原型。当零件几何形状或配合是设计重点且不需要零件强度时,材料喷射最适合用于快速原型制作。它也最适合不关心材料特性的情况,例如概念验证或营销原型。

纳米粒子喷射 (NJP) 将含有金属纳米颗粒或支持纳米颗粒的液体以极薄的液滴层沉积到构建托盘上。成型外壳暴露在高温下,导致液体蒸发并留下金属部件结构。

按需投放 (DOD) 材料喷射打印机有两个打印喷嘴:一个用于沉积构建材料(通常是蜡状液体),另一个用于可溶解的支撑材料。 DOD 打印机以逐点路径沉积材料,并使用飞刀切割每一层之后的构建区域,为下一层准备表面。

粘合剂喷射

用粘合剂喷射制成的零件虽然很脆,但具有很高的光洁度和形状。当整体配合或零件几何形状是设计优先事项并且不关心材料特性(例如概念验证或营销原型)时,粘合剂喷射最适合快速原型制作。

快速原型制作的优缺点是什么?

与传统的制造和设计技术相比,快速原型制作使用改进设计过程的现代制造技术,包括总体成本和时间的改进。但在考虑快速原型设计时,请避免过度使用、误用和误传的陷阱。

以下是优缺点的概述。

快速原型的优势

快速原型的缺点

快速原型的商业应用有哪些?

用于 3D 设计和制造的快速原型应用仅受设计师创造力的限制。它们可用于设计和制造过程的所有阶段。下面给出了最流行的用例。

概念证明

一种常见的应用是概念验证。 3D 原型可以在设计过程中更早地快速生成,以评估产品可行性,促进设计团队讨论,引起主要利益相关者(例如营销和投资方)的兴趣,并比较不同的设计方案。快速原型制作流程为概念验证应用提供的主要优势是降低了 3D 原型制作的成本和时间。

设计优化

快速原型制作也是加速优化的一种经济有效的方式,包括产品设计和研发。设计团队可以在设计过程的早期评估整体产品功能或关注关键属性(例如几何形状、配合度、材料属性、可制造性),而不会产生与传统制造过程相关的成本。

高保真原型

由于增材制造工艺和材料的多功能性,快速原型制作可用于创建与最终产品紧密匹配的高保真原型。这通常使设计人员能够以比传统制造工艺更低或更快的成本展示产品功能或执行可靠性测试。

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