金属原型：探索四种金属快速原型制作方法

原型是为在早期阶段验证新设计、概念或流程而制作的物理模型或样本。广泛应用于汽车、航空航天、医疗器械、电子、建筑等行业。

金属原型永远无法因其在我们社会中所扮演的角色而获得足够的赞誉。它们是如此重要，以至于我们在日常生活中使用的每一件产品都是从它们开始的。因为原型制作过程是一个新想法的评估和最终确定之间的步骤。

什么是金属原型？

金属原型是用作新产品样品或模型的物体。原型允许制造商和设计师将想法或概念转化为物理对象。然后，该项目可以用作产品开发过程的一部分，用于测试、演示或进一步的设计工作。

可以使用多种方法制作金属原型，包括 3D 打印、CNC 加工、铸造、钣金原型制作等。虽然这些原型可以由许多不同的材料制成，铝、碳钢、钣金、黄铜、铜、最广泛使用的是青铜。

金属原型的应用与作用

1.金属原型用于来自不同金属材料的各种行业。它们可用于建筑行业构建新建筑物或桥梁的模型，或用于汽车领域的汽车或卡车样品。

2. 制造过程还使用液态金属来创建新工具、紧固件、电子设备或家居用品的原型或测试模型。

3. 制造商可以在全面制造和制造开始之前使用原型制作过程来测试和改进新工具。根据开发人员的目标，金属原型可以采用多种不同的形式。它可能只是作为提议对象的物理表示，没有实际功能。

一些原型模型可能具有完整的功能，并且可以执行与提议的对象完全相同的任务或动作。例如，一个新的手持式钻机的金属原型可能只有一个空心外壳，可以用来制作详细的原型。

4. 金属原型为制造商和设计师提供了许多优势。它们可用于测试设计或功能，以便制造商可以在开始生产之前改进产品。它们还可用于让投资者或潜在买家对新产品感到兴奋。

为什么选择制作金属原型？

在决定做快速原型之后，又会跳出另一个问题：我应该做金属原型还是塑料原型？与塑料相比，金属快速成型显示出一些竞争优势。想知道它的优势，让我们看看下面：

1。优秀的力量

不锈钢、铝、钛和镁合金具有一些突出的特性，其中之一就是它们的强度和耐用性。

如果设计的零件要暴露在极端条件下，例如酷热、风和必须承受重物，这是一个完美的解决方案，因为大多数塑料零件都没有那么坚固和耐用。

2。令人难以置信的成本效益

直觉上，我们可能会认为塑料比金属便宜，这在某种程度上是正确的。但是，塑料部件更容易磨损，应尽快更换。

使零件由金属而不是塑料制成更具有成本效益的另一个原因是其独特的结构。因此，在某些情况下，金属原型比塑料更具潜力和竞争力。

3。金属表面

如果您正在寻找金属、光滑和明亮的表面光洁度，那绝对是您的最佳选择。此外，金属原型可以进行阳极氧化以实现耐腐蚀饰面，而塑料原型只能涂漆。这也让金属原型制作变得无与伦比。

4。多功能应用

材料金属本身允许更多的设计自由度，可用于多种领域。在原型和生产阶段，金属在功能和美学方面都是首选。

4 种制作金属原型的方法

制作金属原型有不同的方法，就像每枚硬币都有两个面一样，不同的方法显示出不同的优点和缺点。在金属快速成型中，这些技术包括CNC加工、金属3D打印、钣金制造、金属铸造方法等工艺。现在让我们来看看每个人的来龙去脉。

1. CNC加工金属原型

CNC加工（计算机数控加工）是指利用预编程软件的常用技术来控制生产设备的整个运动的计算机化制造过程。

适用于CNC金属加工的材料包括铝合金、铜、钢（尤其是不锈钢）、钛合金、锌合金和镁合金。虽然它是一种流行的制造方法，但一些人仍然不知道其利弊。

一些 CNC 机器只在 X 和 Y 平面上工作，而另一些在三个维度（X、Y、Z 平面）上工作。通常，您可以在具有最佳解决方案的 CNC 加工车间中看到 3、4、3+2 和 5 轴机床。

主要优势：

无最小起订量 – 由于 CNC 加工不需要模具，因此没有 MOQ 之类的东西。因此，10片和30片的单价非常接近。如果您希望小批量生产金属部件，CNC 加工将是您的完美选择。

更多材质选项 – 如上所述，有多种金属块可供选择。然而，铝、钢和铜是最常用的材料，因为它们具有出色的机械和热特性。

高精度 – 医疗、航空航天和机器人行业通常涉及高科技，并且这些领域使用的组件必须是高精度的。它可以是复杂的、高精度的、强大的。

缺点：

更高的单位成本 – 虽然可以在 CNC 机器上制造高精度，但对于复杂的项目来说可能很耗时。与铸造或印刷不同，数量庞大时成本很高。在这种情况下，如果对表面和精度没有要求，不建议使用CNC加工。

材料浪费 – 它是一种用于批量生产的减材制造方法，这意味着将从金属块中去除一些材料，因此材料浪费是不可避免的。

2. 3D 打印金属原型

金属3D打印，也称为增材制造，是一种利用数字模型文件，通过打印金属粉末或塑料粉末等粘合材料层来构建物理对象的技术。

3D打印作为制造业新星冉冉升起，作为附加或替代技术，近年来发展迅速。它通常适用于生命周期短的轻量级和复杂的一次性部件。

主要优势：

设计自由 – 底切和内部结构很难进行 CNC 加工，因此 3D 打印是制作非常复杂特征的唯一方法。它允许设计师和工程师在没有设计限制的情况下创建物理原型。

快速周转时间 – 除了允许设计自由之外，3D 打印还有另一个好处：在短时间内制造出金属原型。适用于生产时间要求短的情况，尤其是设计项目。

缺点：

粗糙表面处理 – 与 CNC 加工零件相比，3D 打印金属原型的强度较低，表面光洁度较粗糙。你可以感觉到粗糙的触感，看到凹凸不平的表面。

成本效益低 – 虽然您可以看到现在 3D 打印塑料产品相当频繁，但 3D 打印金属并不常见，因为用于打印的金属粉末价格昂贵。这与利润为重的商业模式背道而驰。

3.金属铸造原型

它是一种形成刚性金属铸件的工艺。将熔化的金属倒入模具中，当金属和模具冷却后，金属部分将从模具中取出并进入下一轮。

这个过程已经使用了数千年，并且还在不断增长。熔模铸造是一种制造具有复杂形状和设计的大批量产品的廉价方法。

随着科技的发展，现在人们可以3D打印或CNC加工模具，这使得制作原型更便宜、更快捷。

主要优势：

生产质量 – 有时我们的客户可能会向我们寻求金属原型，但他们会在进行大规模生产时要求金属铸造。因此，如果最终产品将在铸造中制造，原型提供生产质量。你会得到一些实用且坚固的东西，这让你物有所值。

尺寸和重量 – 如果您正在寻找建造 20 英尺的金属原型，铸造将是您唯一的选择。它太大了，所以不太可能通过 CNC 或 3D 打印来制作。尺寸和重量不限于铸造。它可以用来制造从小型桌面小工具到工厂版海水淡化罐的所有东西。

缺点：

昂贵的模具成本 – 虽然可以保留模具以备将来使用，但对于小批量金属原型项目而言，模具成本太高。它更像是一种大规模生产的技术。

表面粗糙度 – 金属铸造原型具有相对粗糙的表面光洁度，因此应考虑更大的公差。这不适用于配合接口的原型。

4.钣金原型

钣金制造是制作原型的另一种方法。在钣金原型制作过程中，将标准厚度（通常很薄）的钣金件放置在桌面上，激光切割机在程序的帮助下进行图案化。

接下来，将根据几何要求进行不同的成型工艺，包括旋压、弯曲、冲压和焊接。钣金原型适用于外壳、外壳和结构框架。

主要优势：

性价比高 – 由于其快速的周转时间，钣金原型是一种可提供优质零件的金属加工方法。

可更换- 钣金的最大优点之一是可以更换。当使用多个组件进行组装时，可以将单个零件或多个零件卸下并用新零件替换。这将节省成本，尤其是需要进行的新更改或调整。

生产质量 – 由于原型制作是设计和最终产品之间的一个步骤，因此生产质量对于测试产品很重要，而钣金原型通常是最终产品的质量

缺点：

有限的设计自由 – 与 CNC 或 3D 打印不同，钣金原型制作并没有那么多的设计自由度。

更宽的尺寸公差 – 与其他金属加工方法相比，钣金原型无法达到严格的尺寸公差。

简而言之，如果您需要快速的周转时间和低成本，3D 打印是最佳选择。但是，如果您需要高精度或复杂的几何形状，CNC 加工是更好的选择。金属铸造和钣金原型制作是大型或复杂零件的不错选择。无论您选择哪种方法，请务必与合格的原型制造商合作以获得最佳效果。

金属快速成型的 6 个主要考虑因素

1. 材料属性 ：使用金属进行原型制作时，重要的是要考虑材料的机械和物理特性。不同的金属有不同的强度和密度。

金属快速成型材料可以使用CNC机器、直接金属激光烧结、激光切割或打印零件进行完美设计。

2. 可加工性 ：金属的机械加工性是指其使用机床进行切割或成型的能力。有些金属比其他金属更容易加工，这意味着它们可以更容易地塑造成所需的形状。

3. 工具 ：为了制作金属原型，您需要使用特殊工具。这种工具可能很昂贵并且可能不容易获得。在选择用于原型制作的金属之前，重要的是要考虑工具的成本和可用性是否是一个问题。

4. 表面处理 ：金属零件的表面光洁度可能是原型制作时的重要考虑因素。一些金属的表面光洁度比其他金属更粗糙，这会影响原型的外观和功能。

5. 成本 ：原型的形状和减法或加法工艺性质决定了它的交货时间，复杂的设计需要更多时间。使用金属制作原型的成本可能很高，尤其是在需要特殊工具的情况下。在选择用于快速原型制作的金属之前，重要的是要考虑材料和制造成本。

6. 数量和预算 :量产量可以根据你的预算和上面提到的合适的方法来调整。

结论

总之，金属原型是产品开发过程中的重要一步。它们允许您在开始制造之前测试您的设计并进行任何必要的更改。

此外，他们可以通过及早发现潜在问题来帮助您节省金钱和时间。通过了解金属原型的好处，您可以确保您的产品开发过程尽可能高效。

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