原型设计指南

卓越的设计不是一夜之间做出来的——它们是几轮迭代、测试和适应的产物。事实上，我们在日常生活中遇到的每一个成功的零件都经过了彻底的产品开发过程，以优化零件的设计和可制造性。

如果没有对组件进行原型设计和验证，就无法保证零件可以组装在一起或按计划运行。错误需要重新设计，由于产品报废、生产延迟和新工具，这可能会带来极高的成本。

严格的产品开发过程将包括几轮原型设计。每个原型都有一个目的——有些是简单的概念验证模型，而另一些则展示了功能或所需的材料特性。可以使用多种制造方法创建原型，因此制造商必须了解不同流程的来龙去脉，以最大限度地提高产品开发阶段的效率。本文将涉及快速原型设计的一些关键注意事项。

快速原型设计阶段

原型设计可以分为多个阶段，每个阶段旨在测试或展示零件设计的一个方面。选择原型的制造工艺将取决于正在评估的因素。通常，工艺越接近生产，原型制作就越复杂和昂贵。

1。概念验证模型

初始原型是简单的模型，可以提供零件应用的一般概念。在这个阶段要优先考虑的是速度和外观——目标是让原型快速呈现在人们面前，以便在下一轮原型制作开始之前可以批准或拒绝总体设计。

根据应用的不同，基本原型可以由粘土、纸板或建模泡沫制成，但如果需要复杂的模型，制造商可以从快速 CAD 模型轻松创建浇注聚氨酯或 3D 打印原型。原型的保真度会随着产品设计的推进而提高。

2。装配测试模型

一旦确定了产品架构，就必须对组件的各个部分进行原型制作，以确保它们符合预期。这有助于识别零件的潜在物理问题，从设计错误到尺寸、公差或配合问题。此阶段应优先考虑零件的准确性和精度。

熔融沉积建模 (FDM) 可实现快速尺寸和形状测试，并且 CNC 加工等工艺始终产生良好的零件公差（尽管复杂的零件几何形状会影响加工原型的效率）。重要的是要记住，对原型公差的任何测试都需要使用与生产中使用的相同或可比的制造工艺。

3。功能模型

下一阶段的测试评估原型在承受零件预期应用的应力和条件时的性能。这可能涉及测试部件对化学品、温度波动或电的耐受性，以及部件的机械、光学和热性能，以达到最佳效果。

有时，可能需要另一轮原型设计来确定零件的材料特性如何随时间变化。所谓的“寿命测试”将原型置于极端条件（包括湿度、极端温度或紫外线照射）下，以测量疲劳强度并帮助确保产品在其预计使用寿命期间保持功能。

在这两种测试情况下，制造商都应优先考虑材料选择，使用与最终部件完全相同或可比较的材料以获得最准确的结果。

4。监管测试模型

在这个阶段，产品设计应该完成，原型制作的最后一步是创建用于监管测试的模型。这些模型可用于证明该部件符合 FDA、FCC 或国际标准组织 (ISO) 等机构制定的标准，并且可以包括测试部件的可燃性、食品安全性，或者在许多医学应用，生物相容性。

如果原型满足所有法规要求，制造商就可以开始准备开始生产。

原型设计：通往功能性、可制造部件的垫脚石

原型制作的最终目标有两个：证明零件的功能和证明它可以经济地制造。利用在多轮原型制作过程中收集的信息，设计师、工程师和产品经理可以确保零件针对设计、可制造性和功能进行了优化，同时降低了发现功能问题的风险。彻底的原型制作方法最终可以最大限度地提高零件质量，有助于确保合规性，节省成本并缩短生产时间。

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