原型零件：如何成功地用金属或塑料制造它们
您最近是否提出了产品（或零件）设计，或者您是否有一个您认为将成为下一件大事的新产品创意？如果是这样，您会同意原型设计是产品开发过程中的一个重要过程；它可以让您及早发现设计缺陷并确定产品的合身性和耐用性。
但在您尝试原型设计之前，您可能需要做出的一个重要决定是为您的原型设计选择合适的制造方法。您需要一种经济实惠的制造工艺，在不影响原型零件质量的情况下提供较短的交货时间。
这就是为什么我们整理了一份综合指南来帮助您成功制造原型零件。本文介绍了四种常见的快速原型制作方法和技巧，以帮助您选择正确的方法。它还将为金属和塑料零件的快速原型设计提供有用的设计技巧。
快速原型制作的4种常用方法
#1 数控加工
CNC 加工一直是创建原型的流行方法。例如，截至 2007 年，当 Apple 放弃使用聚碳酸酯代替铝时，他们使用 CNC 机器用一块铝制作 MacBook 外壳的原型。
CNC 加工是一种制造过程，它利用计算机控制来确定切削工具的运动并从工件上去除材料，直到制造出所需的定制零件。
CNC 加工提供了极其严格的公差，最高可达 ±4 μm。此外，其广泛的材料兼容性意味着您可以使用几乎任何金属或塑料，只要您将它们放在块中即可。 （相关文章：你应该使用CNC进行快速原型制作吗？优点和缺点）
#2 3D 打印
3D 打印和 CNC 加工相似，因为它们依靠 3D CAD 模型和计算机指令来自动创建原型零件。但与 CNC 加工的减材性质不同，3D 打印是一种增材制造工艺——它通过分层沉积材料从头开始构建原型部件。
3D 打印技术包括立体光刻 (SLA)、熔融沉积成型 (FDM) 和选择性激光烧结 (SLS)，所有这些技术的最小特征尺寸都在 0.25 毫米到 0.8 毫米之间。这个尺寸范围对于绝大多数原型设计要求来说已经足够准确了。
#3 聚氨酯铸造
聚氨酯铸造，有时也称为真空铸造，使用硅胶模具在真空下生产塑料原型零件。这种铸造过程通常从使用 CNC 机器或 3D 打印机创建主模型开始。然后将液态聚氨酯倒入模具中以创建原型设计的副本。
#4 快速注塑成型
快速注塑成型 (RIM) 在技术上只是传统注塑成型的更快版本。与聚氨酯铸造一样，RIM 工艺利用快速 CNC 加工来创建模具型腔，使您能够生产复杂的零件和特征。
如何选择正确的制造方法？
CNC 加工、3D 打印、聚氨酯铸造和快速注塑成型都具有几个优势。正确的选择通常取决于：
- 您希望获得的机械性能
- 您需要的原型零件数量
- 您的预算
- 交货时间
- 材料兼容性
如果您正在寻找质量、交货时间短、经济实惠和广泛的材料兼容性的组合，您应该选择 CNC 快速原型制作。 CNC 加工也是创建具有理想机械性能的大量原型的理想选择。然而，这种减材制造工艺会造成材料浪费。
3D 打印消除了 CNC 加工中的材料浪费挑战，并提供高质量的表面光洁度。但它具有成本高和材料选择有限的缺点。 3D 打印技术仅与热塑性塑料（如 ABS、尼龙、PLA、ULTEM）和工具钢、不锈钢、钛和铝等少数金属兼容。 （相关文章：铝原型制造：如何确定最佳方法）
聚氨酯铸件和注塑件结合了 CNC 加工零件的结构完整性和 3D 打印零件的出色表面光洁度。它们的价格也相当实惠，尤其是在您想要制造大量塑料原型的情况下。
然而，聚氨酯铸造和快速注塑成型通常比 3D 打印和 CNC 加工具有更长的交货时间。根据经验，如果您要创建 100 个或更多相同的塑料原型零件，则应使用这些方法。
快速成型金属零件的技巧
以下提示将帮助您快速进行金属原型制作。
- 对金属零件使用 CNC 快速原型制作，除非您的设计中有 CNC 机器可能无法访问的凹进功能。
- 使用 3D 打印机制造具有凹入特征的原型，否则使用 CNC 机器难以创建这些特征。
- 设计您的型腔，使型腔深度与宽度的比率小于 4，因为这将帮助您消除 CNC 加工过程中的过度振动和刀具偏斜。
- 设计壁厚大于 0.8 毫米的金属原型零件，因为薄壁金属在 CNC 加工过程中容易变形。
- 将制造流程外包给顶级机加工车间，以节省时间并降低制造成本。
塑料零件原型制作技巧
尽管 3D 打印、注塑成型和聚氨酯铸造仍然是最流行的塑料零件原型制作方法，但对于某些情况，CNC 加工可能是更好的选择。例如，如果您的设计具有微小的细节，或者您正在尝试使用 PVC、PEI 和 PEEK 等特种塑料，CNC 加工是理想的选择。 （相关文章：CNC 加工塑料原型：这是最佳选择吗？）
不过，如果您打算使用 3D 打印来制作塑料零件的原型，以下设计技巧将帮助您降低成本并成功制造原型零件。
- 将笨重的零件制作成中空的，尤其是用于视觉展示的非功能性原型零件。
- 减少设计中的支撑结构，因为它使用更多材料并增加 3D 打印时间。
- 选择拥有最先进 3D 打印技术、高素质技术人员和质量控制专家的第三方制造商。
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