快速成型工艺选择

原型的成功或失败取决于您为新产品开发选择的快速原型制作流程。可以通过多种方式制作工程产品设计原型，从简单的纸板模型到完全机加工的金属子组件。

原型设计对于任何工程产品设计都至关重要，尤其是新产品开发。这是制作产品粗略模型的过程，例如，测试其功能、形状、尺寸等。在此处阅读更多关于各种类型的原型及其重要性的信息。

本文是关于基于零件的原型，即如何制作单个零件以创建系统级产品原型。

选择快速原型制作过程时要考虑的 5 个关键因素

由于每个项目、产品和产品设计元素都不同，原型在很多方面都有所不同。由于任何原型的成功都取决于原型工艺的选择标准，因此在任何快速原型工艺选择开始时都应考虑这5个关键因素。

1. 目的
2. 质量
3. 数量
4. 复杂性
5. 预算/费用

让我们深入研究这些关键因素，了解为什么它们在选择下一个原型制作过程中至关重要。

1。目的

根据 Ulrich 和 Eppinger (2008) 的说法，在工程产品设计和开发项目中，为四个目的创建原型。他们在学习 , 通讯 , 集成 和里程碑 .原型设计的这些目的将根据您的 4 个新产品开发 (NPD) 阶段中的哪个阶段而有所不同 NPD 的每个阶段都有其特性和功能要求，以消除风险。然后这将定义所需原型的保真度类型，也就是后面讨论的原型质量。

首先，这将取决于计划的测试或风险缓解练习 如测试类型、客户交互反馈等。如果产品要经过严格的测试、外部部署和产品验证，那么材料选择将在原型技术的选择中发挥关键作用。

其次，任何功能方面 你想在你的原型上需要考虑。您是否计划进行功能测试或是否有任何活动部件？这将决定选择和组装。

三、改动和修改 .如果不进行一些调整，您的原型不太可能成功。因此，请考虑修改以使原型工作的难易程度。

NPD 阶段

• 产品规划和澄清任务

  • 此阶段通常需要非常早的概念验证模型、演示单元和工业设计原型
  • 原型制作技术
    • CNC 加工泡沫模型
    • 纸板模型
    • 3D 打印零件和组件（FDM、SLA、SLS 等）

• 概念设计

  • 在这个阶段，您可能需要缩放的设计零件或组件以及一些用户界面和有限的功能
  • 再次强调，FDM 零件非常适合感受形状和尺寸。如果您需要更高的精度，那么您可以进入下一个级别的 3D 打印，即 SLA、SLS 和 poly jet 零件。如果零件是金属的，那么现阶段的 CNC 是您最好的选择。在某些情况下，钣金制造也值得考虑

• 实施设计

  • 这是开发阶段，您需要探索功能齐全的（形式、配合和功能）原型，因此细节很重要。在这个阶段，原型很可能是包含大量零件的工作组件
  • 在这个阶段，您还需要不止一个单元用于测试目的，而且还值得考虑最终的制造技术，以便对其进行模拟
  • 考虑真空铸造和高分辨率 3D 打印，例如塑料零件的 SLS 和 SLA
  • SLM/DMLS 零件非常适合模拟铸造零件（砂、熔模和压铸）

• 详细设计

  • 在此阶段制作的任何原型都极有可能用于功能测试，也将用于预生产试运行
  • 可以使用真空铸造制作注塑成型零件的原型，而可以 3D 打印机加工塑料零件

2。质量

如前所述，产品的保真度或准确性 required 将决定您需要哪种类型的过程和后处理。与最终产品或子组件相比，原型的质量也需要考虑。由于高保真原型成本更高，因此应从投资回报的角度考虑它们。

例如，如果您在零件上有螺纹功能，那么 SL​​A 比 FDM 更好，但成本会更高。

原型的生命 在决定技术时也很重要。例如，如果零件有经常使用的紧固件，那么机加工或金属嵌件是比 3D 打印螺纹孔或自攻孔更好的选择。

材料选择 在原型质量方面也起着至关重要的作用。如果功能元素与特殊材料属性相关联，例如表面光洁度和耐用性，那么选择增材制造零件可能不是最佳选择。不同制造方法的一般材料选择如下：

如果原型由多个零件组成，则必须考虑原型零件的公差以便于集成。

3。数量

所需原型零件的数量对于决定工艺至关重要，因为某些原型制作技术仅对小批量具有成本效益。对于增材制造，零件数量在成本计算中也起着至关重要的作用，因为与较小的零件相比，较大的零件需要更多的时间来打印。根据经验，以下规则适用。

塑料零件

金属零件

4。复杂性

零件的复杂性和特征的复杂性也将决定快速原型工艺选择。增材制造适用于生产非常复杂的小零件，但由于复杂意味着大规模生产非常昂贵，因此对最终设计应谨慎。

请注意，这些公差和最小壁厚是典型值，因材料选择和特征设计而异。

最终通过注塑成型生产的零件，各种形式的铸件都可以使用 3D 打印进行原型制作，而机加工的零件可以使用传统的成型或减材制造工艺进行 3D 打印或制造。

5。费用

最后，可用的资源；原型的目标将与可用资源齐头并进。制造和工作的原型需要时间、金钱和工时，在选择快速成型技术时需要考虑。

值得思考的事情：

• 在大多数情况下，后处理或从低质量原型制作零件所花费的时间将超过高质量原型所花费的时间
• 某些工艺（例如 3D 打印）可能需要一些后处理时间，但它相对更快、更便宜，而真空铸造可以生产出与注塑成型几乎相同的零件，并且无需后处理即可使用。但是，这会因工具成本而变得更加昂贵
• CNC 的成本与零件的复杂程度成正比，而 AM 的成本与体积和尺寸成正比
• 由于设置成本较高，因此对于 CNC 等工艺而言，总体成本还与数量密切相关

总结

新的工程产品开发几乎总是涉及制作原型以测试想法、功能等。但是您的测试质量和随后的决策将在很大程度上取决于您的原型对最终产品的模拟程度。因此，选择正确的工艺来制作原型对于任何工程产品的成功都是至关重要的。

一旦您清楚地了解了上述 5 个关键因素，您就可以决定要探索的过程类型。制作原型的方法有很多种，每个原型制作过程都有其优点和局限性。因此，选择正确的原型对您的原型制作成功至关重要。

快速原型选择流程步骤

• 定义原型的用途
• 确定近似级别（质量和复杂性）
• 概述评估方法和确定数量的计划
• 确保您的成本控制在原型预算范围内