使用 3D 打印制造原型

原型 是要制造的产品的第一个示例， 作为进行必要修改的起点，作为复制的模型或作为生产模具的基质。

因此，原型制作是一个实验过程 设计团队可以通过它来实现他们的想法。原型制作在各个领域都是非常有用的过程，它允许进行迭代，直到达到预期的结果。

图片 1：带有 Raise Pro2 Plus 的 3D 打印头盔原型。来源：KIDO Sports.

有几种类型的产品原型设计具有不同的功能：

• 低保真原型： 低保真原型可以在短时间内进行，具有很强的即时性，并且可以作为研究模型，允许对不同方面进行分析，以便在达到最终产品设计之前对模型进行必要的修改。
• 设计原型 :进行设计原型以验证产品设计。
• 几何原型 :生产这种类型的原型是为了检查产品的几何形状，并在必要时进行修改。
• 功能原型 ：执行这些原型是为了分析所用材料的行为并测试产品的功能。
• 技术原型 :在这种情况下，原型用作全局研究模型，允许分析其所有特征。
• 高保真原型： 它们包括制造与最终产品相同的原型。强烈建议在进行产品批量生产之前进行此类原型设计。

目前有几种制造原型的工艺，例如CNC加工、注塑成型或3D打印。

快速原型设计

3D打印 与快速原型制作直接相关，因为这种制造方法具有即时性 以及它根据所用技术和所用材料提供的各种可能性，使其成为广泛使用的低保真原型制造方法。

视频 1：DLimit 的快速原型制作。来源：BCN3D.

使用 3D 打印的快速原型制作旨在制造模型来测试产品的一个或多个方面，因此能够在必要时以敏捷和即时的方式对其进行修改，直到实现最终设计， 确保产品的形式和功能。

对于使用 3D 打印制造原型，必须考虑哪种技术最合适。 每种技术都有优点和缺点，因此有必要了解其运行所依据的基本原理及其局限性，以便找到最适合每种需求的技术。

应用最广泛的 3D 打印技术有：

• 熔融材料沉积 (FDM)
• 树脂的选择性光固化 (SLA)
• 选择性激光烧结 (SLS)

它们之间的比较表如下：

表 1：不同 3D 打印技术之间的比较。来源：Filament2print.

要更深入地了解每种技术的特点和局限性，我们建议阅读文章“如何选择正确的技术：FDM、SLA 和 SLS”。

3D 打印原型提供的一些优势包括：

速度 :根据所使用的 3D 打印技术，生产速度会有所不同，但总的来说，3D 打印是一种即时性的制造方法。

成本和资源节省 ：根据零件的复杂性和所用材料，使用 3D 打印制作零件原型可以显着节省成本和资源 与其他传统制造方法相比。

可持续性 ：通过在公司自己的生产设施中配备 3D 打印设备，可以在本地生产原型，与外部制造相比，这减少了产生的碳足迹。此外，通常可以使用可生物降解、回收或可回收的材料，并且根据制造方法的本质，可以最大限度地减少废物和材料浪费。

从原型设计到制造

最初，3D 打印仅用于原型制作。然而，它现在也被用作一种额外的制造方法。 这主要是由于两个因素：

材料开发

使用 3D 打印制造小批量最终零件成为可能的因素之一是开发能够在苛刻环境中应用的材料 由于它们的机械性能或特定性能。

这方面的一个例子是 ESD 材料，它有细丝、粉末甚至树脂形式，使产品能够制造出静电放电保护。

3D 打印技术的进步

由于近年来取得的进步和设备制造商的研发工作，3D 打印机提供的功能有了显着改善，能够制造具有工业质量的高度复杂的零件。

所有 3D 打印技术都取得了长足的进步。例如 FormLabs 的 SLA 3D 打印机 用于医疗和牙科领域的 Form 3B+ 和 Form 3BL，可以 3D 打印生物相容性材料;或 Sinterit 的 SLS 3D 打印机，它可以生产高度复杂的零件而无需支撑 ，以及桌面型号，例如 Lisa、Lisa Pro 或 Lisa X。

图 3：牙科行业最终产品的制造。来源：FormLabs。

毫无疑问，3D 打印制造允许专业用户生产出具有工业质量的原型甚至最终部件，并且是目前在众多行业中用于快速原型制作的最广泛使用的制造方法之一。 由于技术、设备和材料的多样性，几乎可以为任何应用找到解决方案。