什么是快速原型制作？

如果没有快速原型设计，允许 CNC 机械师和工程师将比例模型转换为物理的、有形的产品，微软可能不会那么兴奋或快速地展示其最新的游戏机。 “被誉为有史以来最强大的游戏机，它将在客厅提供原生 4K 游戏，”根据 All3DP 的说法。

可以说，如果没有快速原型的惊人创新，成功之路可能会更长。

为什么快速原型制作对微软这样的品牌以及无数其他小型制造商如此重要？快速成型对机械师和工程师意味着什么？

如果你问 Tom Chi，天空真的是极限，因为快速原型设计为更光明的未来提供了快速的解决方案。快速原型设计的意义对于企业家和微软这样的大公司来说可能会改变游戏规则（明白吗？），在节省时间和金钱方面。

那么，什么是快速原型设计？为什么如此推动将其越来越多地集成到机械加工和工程中？

了解这一过程对于扩大将我们的设计以前所未有的速度转化为产品的可能性至关重要。查看以下内容并设想快速原型设计如何帮助您转变业务并可能提高您的利润。

什么是快速原型设计？

冒着过度简化复杂过程的风险，快速原型设计被定义为“快速创建全尺寸模型。原型一词来自拉丁语proto（原始）和typus（模型）。”

我们所说的创造并不是抽象的创造。相反，快速原型代表了一种有形的、可握在手中的物理创作。

有不同类型的快速原型制作，目前的趋势是增材制造和 3D 打印。然而，减材快速原型仍然是主要驱动力，并且通常更适合某些类型的项目和产品设计。

无论您是在做加法、减法还是两者的某种组合，事实是快速原型制作允许设计师将他们的模型变为现实。 “这通常使用复杂的计算机辅助设计或其他装配软件来完成，并使用 3-D 打印机进行物理实现，”正如 Techopedia 所定义的那样。

总部位于英国的 3D Creation Lab 的团队解释说：“3D 快速原型制作的进步通过消除人力和昂贵的工具来实现更快、更低成本的原型和模型制造，这使公司和发明者能够比竞争对手更快地将他们的产品和设计推向市场。 ”

鉴于快速原型制作所提供的所有产品可能性，人们不得不假设某处存在缺陷。

这种创新的东西怎么可能没有一两个陷阱？

事实证明，它不能。

对于所有专业人士来说，快速原型制作确实存在一些缺点，其中最重要的是可能会减少人力，从而减少 CNC 机械师的工作数量。

然而，在快速原型设计的未来，Soren Petersen 设计研究博士。 Profit from Design 的作者 预测如下：

好处很多，并继续提高各行业的标准。但是，为了平衡起见，我们将称量硬币的两面。

优点和缺点

我们已经介绍了快速原型制作的优点，但回顾一下，它们归结为速度和成本。 APT Mold 认为，快速原型制作还具有内在的客户服务和客户满意度：

在市场上占据优势……哪个企业不想要这样？

当然，这种优势是有代价的，而这个价格代表了快速原型制作的缺点。总而言之，快速原型制作存在三个主要缺点。

隧道视觉

不幸的是，当专注于单个原型时，很容易获得隧道视野并忽略整个项目。这里的陷阱是产品开发人员可能会错过一个解决方案，如果过于专注于手头的原型（字面意思），从长远来看可能会证明更好。

身份错误案例

原型在错误的客户手中可能会被误认为是成品，并被不公平地或草率地判断为成品。当原型比最终产品更受青睐时，就会出现这种情况的另一面。这两种情况都对原型背后的工程师和机械师没有帮助。

品种是生活的调味品

但是，快速原型制作会限制您拥有的选项数量，最好保留用于更简单的项目。

然而，正如以下五个品牌所展示的，尽管存在这些潜在的陷阱，但快速原型制作仍然是实现非常有利可图的目标的有效手段。

代表快速原型制作能力的五个品牌

虽然这五家公司肯定不是唯一一家为他们提供快速原型制作的公司，但每家公司都说明了这个过程可以为品牌的产品做些什么……以及底线。

亮醒

当然不是一个家喻户晓的名字，但 Brightwake 是一家通过拯救血液来拯救生命的研究和设计公司。或者更准确地说，是回收原本会流失的血液。

Hemosep 是该公司的标志性机器，能够回收手术过程中丢失的血液。为了创建 Hemosep，Brightwake 依靠 3D 打印作为其快速原型制作过程。据报道，这样做将生产过程减少了 96%。可以肯定的是，节省的资金也同样可观。

挡泥板

音乐爱好者会立即认出 Fender 品牌是业余音乐家和 Jimi Hendrix 等摇滚传奇人物首选的乐器制造商。

为了加快已经非常快速的原型制作过程，Fender 购买了 Stratasys 工业 3D 打印机，现在可以创建自己的原型，包括放大器上的旋钮。创建这些原型的准备时间已从大约两周缩短到一夜之间。可以肯定地假设较短的交货时间等于较长的利润率。

福特

即使是像福特这样的大牌汽车制造商在预算方面也必须小心。快速原型制作让“福特变得坚韧”，并通过在塑料和金属原型上为公司节省数百万美元来使品牌更加坚韧。

3D 打印也被证明可以真正节省时间，因为该过程可以在几个小时内创建原型，福特工程师可以决定实际生产是否具有优势。

这些只是在产品设计中使用快速原型设计的少数公司。其他包括宝马、兰博基尼、瓦莱罗和大众等主要品牌。

洛克希德马丁

高速 CNC 原型制作对于洛克希德马丁公司的产品开发至关重要，洛克希德马丁公司是一家致力于先进技术以追求航空航天、国防和安全计划的全球企业巨头，该公司声称：“我们正在突破增材技术的极限，并将设计工程师带到工厂车间一层一层地生产以前无法建造的零件。”

爱普生

利用快速 CNC 加工，日本精工爱普生公司能够满足消费者对更轻、更舒适的增强现实 (AR) Moverio 智能眼镜的需求。

“对于前代产品，我们收到了用户对重量和尺寸的许多要求，因此我们将开发目标设定为提高舒适度并让智能眼镜更加紧凑和轻巧，”这就是高速 CNC 原型制作的用武之地，根据Kazuya Kamakura，爱普生视觉产品运营部 HMD 业务管理部高级职员。

这些品牌体现了先进制造提供的可能性，但在快速原型制作方面，减材与增材哪个更好？

向减法快速原型致敬

在 Datron，我们庆祝减材快速原型制作对有效加工工艺的依赖。与其他快速原型制作选项不同，减材快速原型制作的最终用途材料原型具有更高的结构完整性。

减材快速成型铣削工艺从较大的材料中去除较小的材料，留下实心或完整的材料。另一方面，增材快速成型会创建材料层，最终结果结构上不那么合理。

为什么这很重要？

此外，与增材快速成型相关的“阶梯光洁度”相比，铣削提供了更广泛的表面光洁度。使用高速 CNC（计算机数字控制）铣床产生的原型具有可重复性，已被证明是最终用途材料的理想选择。

“减材制造的主要优势之一是能够将极薄的塑料片加工成活动铰链。这种过程在 3D 打印机中根本不可能实现，”Creative Mechanisms 表示。 “先进的 CNC 机床利用多种工具并围绕至少三个（x、y 和 z）轴进行切割，从而最大限度地减少设计人员翻转模块的要求。”

最终，“它是用于小批量和大批量生产的零件的合适选择，以获得特定的光洁度，或获得特定的机械性能。”

当然，如果没有合适的设备，我们就无法支持减材快速成型项目。

高速 CNC 加工的期望

当 3D 打印机出现不足时，高速 CNC 机器是工程师的理想选择，而且它们通常因特定原型所使用的材料而不足。目前，工程师无法 3D 打印铝等金属。

高速 CNC 加工的其他好处包括能够生产更小的零件，例如加工电子外壳，根据增加的需求使用最大直径为 0.50 英寸的切削工具。这些机器现在配备了 60,000 RPM 的主轴，可在不影响关键部件的情况下适应更高的进给和快速切削。与优化的工具配合使用，这些机器可增强排屑效果，从而减少热量并实现更清洁的切割。

在操作上，也许高速数控机床最好的部分是用户友好的触摸屏，任何能够使用手机的人都可以操作机器。

探索当前的 CNC 机床选择

从历史上看，数控机床需要改装为现有工具；然而，随着技术的发展，新机器专为 CNC 目的而设计。改装机器的示例包括车床和铣床。在这两种情况下，机器的内置机构都被高精度组件和新的执行器支架所取代。

新型 CNC 机器包括 3D 打印机、CNC 激光切割机、CNC 等离子切割机、铣床、贴片机以及路由器。

3D 打印机

与激光切割机或 CNC 路由器的设计类似，3D 打印机需要一个塑料挤出机，它将热塑料通过一个小孔，将材料分层，直到原型制作完成。

数控激光切割机

CNC 激光切割机非常适合切割金属、塑料和木材，使用特定于所需材料的激光。

数控等离子切割机

等离子切割机配备等离子炬，非常适合将二维形状切割成钣金。

数控铣床

曾经只有巨大尺寸的铣床，如今专为 CNC 制造的铣床占地面积更小，并且可以包括自动进给机构、内置工具更换器和电子传感器，以确保仔细监控安全切削。

拾放机

配备许多小型吸嘴的拾放机可以快速移动电子元件，将它们放置到手机和平板电脑等个人设备所需的电路板上。

路由器

路由器专为更大的工作而设计，使用 3 轴设置处理塑料、钣金和木材等材料，这使得切割轮廓和 3D 浮雕加工变得容易。对于更复杂的形状，可以选择 4、5 或 6 轴机器。

快速原型制作提升工程师和 CNC 机械师

作为工程师或 CNC 机械师，从长远来看，快速原型制作对您来说意味着什么？

首先，您走在正确的道路上。

目前，“全球原型制造行业价值约 120 亿美元，但在 2010 年至 2015 年期间以每年超过 22.6% 的速度快速增长”，据《机器人商业评论》称，原型制造“预计到 2020 年估值将达到 200 亿美元. 未来 15 到 20 年的预测预测增长将高达 400 亿美元大关，因为持续的技术创新为该行业以及依赖它的市场提供了动力。”

工作预测非常好； “各种 CNC 服务的需求量如此之大，以至于接受过精密加工领域培训的人员跻身美国最需要的五名员工之列。”

换句话说，向上和向上！

关注快速原型制作潜力的行业

生活在一个不断突破传统死亡率界限的社会中的好处之一是对创新医疗保健项目的需求。目前，全球生产的助听器中有 98% 以上是 3D 打印的，因为以这种方式生产每个独特的模型可以显着节省时间、成本和准确性。

CNC 制造的好消息继续是快速原型制作，使生产巧妙的个人医疗设备成为可能，这些设备旨在缓解曾经被认为无法治愈的疾病。

其他正在受益于快速原型制作（特别是通过 CNC 制造）的垂直行业包括航空和机器人行业。

事实上，Robotics Business Review 断言：

先进制造业的发展继续伴随着令人振奋的消息，宣布美国陆军和洛克希德马丁公司合作开发快速原型方法，“使用生物生产和自组装来创建可用于国防光学技术和保护涂层的新型材料的构建块。”

美国陆军斥资 1000 万美元资助可调谐材料纳米结构的自组装，旨在考虑将创新材料的生物生产整合到国防工作中的能力。

洛克希德马丁公司高级研究经理兼项目负责人 Melissa Rhoads 解释说：“细胞可以高效地制造各种材料，例如蜘蛛丝或蝴蝶的虹彩翅膀。”

我们已经见证了增材和减材快速原型制作可以为先进制造做些什么。这一最新的合作伙伴关系无疑将为产品开发开辟新的领域。

那么，什么是快速原型设计？从我们的角度来看，这是最快的前进方式。

如果您有兴趣为您的工业制造车间或创新实验室添加快速原型制作，请立即与我们联系。