Prototiparea rapidă este un proces de proiectare rapidă care implică o idee, crearea de prototipuri și testarea unei piese fizice, a unui model sau a unei clădiri cu ajutorul unui proiect 3D asistat de calculator (CAD). Construirea piesei, a modelului sau a ansamblului se realizează, de obicei, prin fabricație aditivă, care este cunoscută și sub denumirea de imprimare 3D. Producția aditivă descrie tehnologia care este utilizată pentru a construi obiecte 3D prin adăugarea de material strat după strat.
Există două tipuri de prototipuri care sunt utilizate pentru a descrie un produs. Un prototip de înaltă fidelitate este atunci când designul se potrivește cu produsul final proiectat. În timp ce un tip de fidelitate scăzută este atunci când există o distincție clară între prototip și produsul final.
Cum funcționează prototiparea rapidă?
Prototiparea rapidă (RP) descrie o mulțime de tehnologii de fabricație diferite. Cea mai utilizată RP este fabricarea aditivă. Cu toate acestea, alte tehnologii care sunt în general utilizate pentru RP sunt turnarea, turnarea, extrudarea și prelucrarea de mare viteză.
Când se utilizează fabricarea aditivă pentru procesul de prototipare rapidă, pot fi folosite diverse procese stabilite pentru a construi prototipuri.
Aceste procese sunt:
- Substractive: O bucată de material este tranșată pentru a crea forma preferată folosind rectificarea, strunjirea sau frezarea.
- Compresiv: Un material semisolid sau lichid este modificat în forma preferată înainte de întărire, la fel ca în cazul turnării, turnării sau sinterizării compresive.
Care sunt diferitele tipuri de prototipare rapidă?
Stereolitografie (SLA) sau fotopolimerizare în cuvă
Este un proces de fabricație aditivă care este rapid și accesibil. Această tehnică a fost prima metodă de imprimare 3D care a funcționat. Funcționează prin utilizarea unui rezervor de lichid fotosensibil. Acest lichid este apoi transformat într-un solid strat cu strat prin utilizarea unei lumini ultraviolete (UV) controlate de un computer. Acest proces este ireversibil, iar piesele SLA nu pot fi readuse înapoi la forma lichidă.
Sinterizare selectivă cu laser (SLS)
SLS este o tehnologie de fabricație aditivă care este utilizată pentru prototiparea din metal și plastic. Aceasta utilizează straturi de pulbere pentru a crea un prototip folosind un laser de mare putere pentru a încălzi și sinteriza materialul pulverizat. Piesele SLS sunt mai slabe decât cele SLA. Cu toate acestea, SLS are costuri reduse, necesită timp și muncă minime și oferă o productivitate ridicată. De asemenea, suprafața produsului finit este aspră și necesită mai multă muncă pentru a obține produsul finit.
Fused Deposition Modelling (FDM) sau Material Jetting
FDM este un proces de fabricație aditivă care este accesibil, rapid, ieftin și un proces ușor de utilizat. Acest lucru îl face ideal pentru dezvoltarea de produse. FDM poate fi localizat într-o mulțime de imprimante 3D de birou non-industriale. Acesta creează un obiect fizic de jos în sus prin utilizarea unui filament termoplastic care este topit în interiorul unui butoi cu duze de imprimare. Duza imprimantei se deplasează înainte și înapoi, așezând plasticul lichid strat cu strat cu ajutorul unui program de depunere computerizat.
Fundarea selectivă cu laser (SLM) sau fuziunea în pat de pulbere (PBF)
Aceasta este o tehnică de fabricație aditivă preferată de fani, deoarece procesul său este relativ ieftin și realizează piese de înaltă rezistență și cu multiple fațete. SLM este utilizat în mod obișnuit de companiile din domeniul auto, aerospațial, medical și al apărării. Metoda PBF utilizează fie un fascicul de electroni, fie un laser cu pulbere de mare putere pentru a topi strat cu strat și a fuziona pulberea de material împreună pentru a crea fie un prototip, fie o piesă de producție. PBF utilizează orice material de bază sub formă de pulbere, dar cele mai frecvente materiale utilizate în RP includ aliaje de cobalt-crom, aluminiu, oțel inoxidabil, cupru și titan.
Fabricarea obiectelor laminate (LOM) sau Laminarea foilor
Este un proces cu costuri relativ reduse care nu este la fel de complex ca SLM sau SLS. Avantajul LOM este că nu este nevoie de condiții speciale de control. LOM funcționează prin asamblarea strat cu strat a materialelor plastice, metalice și ceramice care au fost deja tăiate cu raze laser sau cu un alt mecanism de tăiere pentru a crea proiectul CAD. Fiecare strat de material este lipit cu adeziv peste cel anterior până când componenta este finalizată. O problemă a acestui stil de fabricație aditivă este că piesele din ceramică trebuie decupate, ceea ce face ca această tehnică să necesite multă muncă, implicând timpi de procesare mai lungi.
Digital Light Processing (DLP)
DLP este foarte asemănătoare cu tehnica SLA, în sensul că DLP folosește, de asemenea, polimerizarea rășinilor care sunt polimerizate(întărite) cu ajutorul unei surse de lumină. Sursa de lumină DLP provine din lumina UV de la un proiector, în timp ce sursa de lumină SLA provine din raze laser UV. Chiar dacă DLP este mai rapidă și mai ieftină decât SLA, DLP are nevoie, de obicei, de structuri de susținere și de polimerizare ulterioară.
O altă formă de DLP este producția continuă cu interfață lichidă (CLIP). CLIP utilizează proiecția digitală de lumină pentru a forma o piesă care este extrasă continuu dintr-o cuvă și nu utilizează straturi. Pe măsură ce materialul este extras din cuvă, o secvență de imagini UV este proiectată pe acesta pentru a-i schimba forma. Acest lucru întărește piesa și creează prototipul.
Binder Jetting
Această tehnică de fabricație aditivă permite imprimarea uneia sau mai multor piese în același timp. În comparație cu SLS, piesele create nu sunt la fel de rezistente. Acest proces funcționează prin utilizarea de duze pentru a pulveriza agenți de legare lichizi pentru a uni particulele de pulbere creând un strat al piesei. Strat cu strat, se adaugă pulberea, se compactează și se întinde cu ajutorul unei role și se adaugă liant. În cele din urmă, piesa este creată prin stratificarea pulberii și a liantului. Când este gata, piesa este polimerizată într-un cuptor pentru a arde agentul de legare care contopește pulberea în produsul finit.
Aplicații
Aceste procese sunt utilizate de către proiectanți de produse, ingineri și echipe de dezvoltare pentru fabricarea rapidă a pieselor prototip. Prototipurile sunt extrem de benefice pentru proiectanții de produse, deoarece piesele ajută la vizualizarea, proiectarea și dezvoltarea procesului de fabricație înainte de producerea în masă a acestuia.
Prototiparea rapidă a apărut încă de la sfârșitul anilor 1980 și a fost folosită inițial pentru a crea piese și modele la scară pentru industria auto. De atunci, a fost aplicată la o gamă largă de industrii, cum ar fi cea medicală și aerospațială. O aplicație în industria dentară este cea în care RP este folosită pentru a crea diverse mulaje dentare, cum ar fi coroanele.
În cele din urmă, scule rapide este o altă aplicație a RP care permite unei persoane să producă un produs rapid și ieftin. Este crearea unei matrițe într-o perioadă de timp redusă. În cazul sculelor rapide, o piesă, cum ar fi o pană de senzor cu ultrasunete, este creată și utilizată ca sculă într-un proces diferit.
Care sunt avantajele?
Lista de avantaje ale prototipării rapide este nesfârșită. RP permite unui designer de produs, inginerilor și echipelor de dezvoltare a produselor să vadă o imagine mai completă a modului în care produsul lor va apărea sau va funcționa la începutul procesului de proiectare și de fabricație. Acest lucru permite efectuarea de modificări sau îmbunătățiri în primele etape ale procesului, economisind timp și bani pentru un designer. Perioada de timp pe care o durează RP poate varia de la câteva zile la luni și depinde în mare măsură de tehnica de fabricație aditivă utilizată.
Alte două avantaje majore ale RP sunt rentabilitatea și precizia. RP este o modalitate extrem de accesibilă de a crea prototipuri de produse, deoarece este un proces automatizat care nu necesită o mulțime de oameni pentru operare. De asemenea, este rentabilă deoarece RP poate acționa rapid și poate rezolva orice problemă pentru a diminua riscul unor erori costisitoare în timpul etapei de fabricație. RP este o tehnică extrem de precisă datorită capacității sale de a fi utilizată împreună cu proiectele asistate de calculator (CAD). Acest lucru îi permite să diminueze cantitatea de material irosit și nu este nevoie de instrumente specializate pentru a realiza prototipul fiecărui produs în parte.
RP permite proiectanților să își arate ideile unice membrilor consiliului de administrație, clienților și investitorilor într-un mod care să le permită acestora să înțeleagă și să aprobe produsul. Clienții și clienții pot oferi proiectanților un feedback mai precis, deoarece pot vedea cum va arăta de fapt produsul, pe baza produsului fizic pe care îl pot vedea și atinge, mai degrabă decât ceva ce trebuie să își imagineze sau să observe vizual într-un desen 2D.
În cele din urmă, procesul RP scapă de necesitatea de a crea produse personalizate de la zero. Este un proces interactiv care permite ca nevoile clienților săi să fie integrate în proiecte prin mijloace accesibile. Acest proces permite RP să ofere o alegere și o flexibilitate mai mare pentru clienți.
Cât costă?
Costul variază foarte mult în funcție de o multitudine de factori diferiți. Acești factori includ dimensiunea fizică a piesei, metoda de prelucrare, cantitatea, finisarea suprafeței, volumul sau cantitatea de material utilizat pentru a crea piesa, costurile forței de muncă și cât de multă prelucrare post-producție trebuie să se facă.
.