概念模型——从概念到原型的最基本步骤

什么是概念模型？

概念模型是向用户提供想法的宝贵工具。通过快速原型生成的物理概念原型可以提供有关设计可制造性的有效信息，并且可以根据客户的特定要求进行细化，因此概念建模有助于减少设计过程早期阶段的生产时间。所涉及的产品能够按时完成，更快地开发并尽快投入使用。

由于所有原型都是通过快速原型技术生产的，因此无需开发昂贵的工具来设计原型。这大大降低了生产成本，并允许快速轻松地集成设计。它提供了一种风险极低的方式来发现设计缺陷并进行修改，并提供可用于生产工具的准确模型。

概念模型在整个系统开发生命周期中发挥着重要作用。下面的图 1-1 描述了概念模型在典型系统开发场景中的作用。很显然，如果概念模型没有充分开发，底层系统属性的执行可能无法正确实现，留给以后的问题，而这些故障在行业中确实会发生。当通过系统开发和遵循经过验证的开发技术来缓解此类系统性故障时，概念模型的重要性就显而易见了。

如何实现概念模型？

(1) SLA(Stereolithogrphy Apparatus)

SLA是基于液态感光树脂的光聚合原理。液态材料在一定波长和强度的紫外光照射下能迅速发生光聚合。分子量急剧增加，物质由液态变为固态。

SLA 的工作原理如图 2-1 所示。液体罐充满液体光敏树脂。在偏转镜的作用下，激光束可以在液面上进行扫描。扫描轨迹和有无光由计算机控制。在到达光点的地方，液体凝固。成型时间开始时，工作平台在液面以下一定深度，根据计算机指令在液面上逐点扫描聚焦光斑，逐点固化。当一层扫描完成时，未照射的区域仍然是液态树脂。然后升降平台带动平台下降到一定高度，成型的层上覆盖一层树脂。刮刀刮去粘度较高的树脂液面，然后扫描下一层，新固化的一层就牢固了。地面粘在上一层，如此重复，直到整个零件制作完成，得到一个三维实体模型。

2-1 2-2

(2) SLS（选择性激光烧结）

SLS 由德克萨斯大学奥斯汀分校的 C.R. Dechard 于 1989 年开发。 SLS 工艺由粉末材料制成。材料粉末平铺在成型部件的上表面上。用高强度CO2激光扫描新铺层上零件的横截面，材料粉末在高强度激光照射下烧结在一起得到。新的零烧结零件的截面连接到下面的成型零件。断面的一段烧结后，涂上一层新的粉末材料，对下段进行选择性烧结，如图2-2所示。烧结完成后，去除多余的粉末，然后进行抛光、干燥等处理。

SLS工艺的特点是材料范围广，不仅用于制造塑料件，还用于制造陶瓷、蜡等材料，特别是用于金属件的生产。 SLS工艺不需要支撑，因为没有烧结粉末作为支撑。

(3)数控加工

CNC 代表计算机数控，自 1970 年代初就已存在。在此之前，它被称为数控，用于数字控制。虽然大部分人从来没有听说过这个词，但是如果你是在制造业的，你很可能会和CNC打交道很久。

正如您可能已经猜到的那样，操作员需要在传统机器上执行的所有操作都可以使用 CNC 机器进行编程。一旦 CNC 代码设置并运行，CNC 机器就很容易继续运行。事实上，许多 CNC 机床可以在整个加工周期中无人值守地运行，从而允许操作员执行其他任务。这为 CNC 用户带来了多项附带好处，包括减少操作员疲劳、减少人为错误导致的错误，以及每个工件的一致且可预测的加工时间。

由于机器将在程序控制下运行，因此与使用传统机床生产工件的机械师相比，CNC 操作员所需的技能水平（与基本加工实践相关）有所降低。同时，数控机床具有灵活性。由于这些机器是从一个程序运行的，因此运行不同的工件几乎就像加载不同的程序一样简单。一旦程序通过生产运行验证并执行，它就可以轻松调用下一次运行。这为快速转换带来了巨大的好处。

CNC技术在精度上优于SLA和SLS。今天的数控机床具有几乎令人难以置信的精度和可重复性规格。这意味着一旦程序经过验证，就可以轻松准确地生成两个、十个或一千个相同的工件。

概念模型的目的

使用概念模型作为创建物理产品过程的第一步。它们是早期设计阶段的研究模型，可用于完成组装、改进设计、样品展示和实现功能。 WayKen 工程师使用一系列材料、技术和饰面构建概念模型，以生产逼真的饰面，从而自信地看到最终产品的外观。颜色和纹理可以通过阳极氧化、电镀、喷砂等等来增强。一些产品概念模型使用CNC加工、快速成型等工艺来实现功能装配要求。我们的工程师擅长与您合作，将您早期的 CAD 文件转换为概念模型，从而将您的设计意图优雅地传达给您的受众。