Rapid Prototyping (RP) wykorzystuje różnorodne techniki produkcyjne do szybkiego tworzenia fizycznych części bezpośrednio z danych modelu CAD. Szybkie prototypowanie pomaga stosować na dowolnym etapie cyklu rozwoju produktu dla dowolnego komponentu lub podkomponentu. Prototypy można wielokrotnie powtarzać podczas procesu projektowania nowego produktu.
Na czym polega szybkie prototypowanie i drukowanie 3D
Czy szybkie prototypowanie to to samo co druk 3D? Prostą odpowiedzią jest: nie. Jednak w dzisiejszym procesie rozwoju produktu, które można wykorzystać jako pierwsze z wyżej wymienionych jest często używane w połączeniu z terminami takimi jak „druk 3D” i „produkcja przyrostowa”, głównie dlatego, że drukowanie 3D po raz pierwszy zyskało na znaczeniu jako środek szybkiego tworzenia prototypów. Jednak wiele technik wytwarzania przyrostowego posunęło się naprzód i poczyniło ogromne postępy w produkcji wysokiej jakości części, które mogą nie być pierwszym wyborem w przypadku niektórych prototypów ze względu na wyższy koszt drukowania 3d.
Różnica między szybkim prototypowaniem, a drukowaniem 3D
Druk 3D lub produkcja addytywna to proces produkcyjny, podczas gdy prototypowanie jest wynikiem lub produktem końcowym. Dodatkowo sam druk 3D lub inne procesy mogą być wykorzystywane do tworzenia szybkich prototypów. Dlaczego szybkie prototypowanie jest tak atrakcyjnym rozwiązaniem dla rynku? Firmy muszą coraz szybciej opracowywać i wprowadzać nowe produkty, aby zachować konkurencyjność na dzisiejszym dynamicznie zmieniającym się rynku konsumenckim. Ponieważ gwałtowny rozwój i innowacje technologiczne są kluczem do sukcesu przedsiębiorstwa, szybkie prototypowanie staje się w rozwoju nowego produktu najważniejszym elementem. Ponadto, takie metody pozwalają łatwiej osiągnąć również niżej wymienione cele:
- Szybszy rozwój — prototypowanie odgrywa kluczową rolę w tworzeniu udanego produktu, ponieważ przyspiesza proces wytwarzania nowego produktu,
- Wczesna faza projektowania/koncepcji — w tym weryfikacja formy, dopasowania i funkcji projektu,
- Weryfikacja produktu w końcowej fazie pod kątem wymagań technicznych i celów biznesowych,
- Umożliwienie testowania funkcjonalności w celu sprawdzenia założeń koncepcji i sfinalizowania produktu,
- Prototypy zapewniają użytkownikom końcowym, klientom, odbiorcom, uczestnikom projektów praktyczne doświadczenie w celu uzyskania informacji zwrotnej.
Dodatkowo, warto wyróżnić pochodne rozwoju tej dziedziny, którymi są między innymi:
- Aplikacje do szybkiego prototypowania,
- Prototypy wizualne,
- Modele koncepcyjne,
- Funkcjonalne prototypy,
- Prototypy przedprodukcyjne,
- Narzędzia do produkcji prototypów,
- Formy do produkcji prototypów.
Zalety szybkiego prototypowania
- Szybsza realizacja i badania koncepcji
Szybkie prototypowanie przenosi początkowe pomysły do eksploracji koncepcji niskiego ryzyka, które w mgnieniu oka wyglądają jak prawdziwe produkty. Pozwala projektantom wyjść poza wirtualną wizualizację, aby łatwiej zrozumieć wygląd projektu i porównać koncepcje między sobą.
- Skuteczna komunikacja pomysłów
Modele fizyczne umożliwiają projektantom dzielenie się swoimi pomysłami ze współpracownikami, klientami, operatorami CNC i przełożonymi w celu przekazywania pomysłów w sposób, który nie byłby możliwy tylko dzięki wizualizacji projektu na ekranie. Szybkie prototypowanie ułatwia dostarczanie jasnych, praktycznych informacji zwrotnych od użytkowników, których programiści/projektanci/operatorzy CNC potrzebują, aby zrozumieć potrzeby użytkowników, a następnie udoskonalić i poprawić swoje projekty.
- Iteracja projektów i natychmiastowe wprowadzanie zmian
Projektowanie jest zawsze procesem iteracyjnym, wymagającym wielu rund testowania, oceny i doskonalenia przed dotarciem do produktu końcowego. Szybkie prototypowanie z drukowaniem 3D, czy przy użyciu maszyn CNC usprawnia ten krytyczny proces prób i błędów, dając elastyczność w wygodniejszym tworzeniu bardziej realistycznych prototypów i natychmiastowym wprowadzaniu zmian. Dobry model to 24-godzinny cykl projektowaniana który składa się: projektowanie dynamiczne, tworzenie prototypowych części przy użyciu CNC w nocy, korekty i testy następnego dnia, modyfikacje i tak do skutku.
- Oszczędność kosztów i czasu
Dzięki drukowi 3D nie są potrzebne drogie narzędzia i konfiguracje, ten sam sprzęt można wykorzystać do produkcji różnych geometrii. Szybkie prototypowanie we własnym zakresie eliminuje wysokie koszty i czas wdrożenia związane z outsourcingiem.
- Dokładniejsze testy i minimalizacja wad projektowych
W projektowaniu i produkcji przy użyciu maszyn CNC wczesne wykrywanie i naprawa wad projektowych może pomóc firmom uniknąć kosztownych przeróbek projektów i zmian narzędzi w przyszłości. Szybkie prototypowanie umożliwia inżynierom dokładne testowanie prototypów, które wyglądają i działają jak produkty końcowe, zmniejszając ryzyko problemów związanych z użytecznością przed ich wprowadzeniem do produkcji.
Obróbka CNC, a szybkie prototypowanie – zalety i wady
W przypadku części, których funkcja zależy od wysokiej precyzji i tolerancji, obróbka CNC pozostaje najlepszą dostępną metodą prototypowania. Procesy CNC to subtraktywny proces produkcyjny, w którym bloki i pręty z metalu i tworzywa sztucznego są frezowane i toczone w celu uzyskania bardzo precyzyjnych, złożonych części. Dostępnych jest wiele materiałów, które pasują do każdego zastosowania. W przypadku szybkiego prototypowania części CNC brane są pod uwagę tylko krytyczne cechy części, które muszą być obrabiane i rozkładane.
Korzyści:
- Doskonała precyzja i wykończenie powierzchni,
- Wiele opcji materiałowych,
- Wysoka trwałość i możliwość wykonywania różnych testów funkcjonalnych i środowiskowych.
Wady:
- Ograniczenia geometryczne,
- Drogie ze względu na koszty konfiguracji i oprzyrządowania,
- Bardzo ograniczone możliwości wewnętrzne ze względu na koszty sprzętu.
Do jakich projektów warto wybrać szybkie prototypowanie CNC
Prototypowanie CNC ma wiele zalet. Główne z nich są wyszczególnione poniżej:
- Cyfrowy prototyp fizyczny:
W prototypowaniu CNC tworzone są obrazy cyfrowe lub bodźce prototypowe. Model zostanie wyprodukowany dopiero wtedy, gdy bodziec cyfrowy wykazał odpowiednią funkcję prototypu. Pomaga to zapewnić, że prototyp jest zbudowany zgodnie ze specyfikacją.
- Precyzja i spójność:
W prototypowaniu CNC tworzone są modele CAD o wymaganych wymiarach. Możliwe jest dokonanie wielu zmian w wymiarach, dopóki operator nie otrzyma dokładnych danych wyjściowych na ekranie. Maszyny CNC zapewniają produkcję prototypów z precyzyjną dokładnością modeli CAD. Wiele prototypów o różnych projektach można wielokrotnie wytwarzać za pomocą obróbki CNC.
- Kompatybilność materiałowa:
W przeciwieństwie do drukowania 3D, prototypowanie CNC jest atrakcyjną opcją, jeśli pracujesz z różnymi materiałami inżynierskimi. Ponieważ proces CNC jest wykorzystywany do prototypów wymagających wytrzymałości mechanicznej, pozwala na użycie materiałów takich jak aluminium, stal, stal nierdzewna, PPE, HDPE itp. Materiały stosowane w prototypowaniu CNC obejmują zarówno metale konstrukcyjne, jak i polimery konstrukcyjne.
- Nieprzerwana produkcja:
Maszyny CNC pracują 24/7 bez konieczności ingerencji człowieka. Jeśli budowa prototypu jest czasochłonna, operator może ustawić parametry, a maszyna wykona zadanie precyzyjnie. Dzięki temu szybkie prototypowanie w obróbce CNC pozwala znacznie oszczędzać czas.
- Wizualna i funkcjonalna dokładność produktu końcowego:
Produkcja prototypów CNC skutkuje prototypami, które wyglądają podobnie do pożądanego rezultatu. Oznacza to, że podobieństwo wizualne i funkcjonalne prototypów CNC jest bardzo dobre, co pozwala inżynierom produktu wyobrazić sobie, jak będzie wyglądał finalny produkt. To z kolei sprawia, że ich testowanie jest efektywne.
- Kompleksowe prototypowanie:
W przeciwieństwie do metod wytwarzania przyrostowego, obróbka CNC jest odpowiednia do złożonego wytwarzania produktów. Daje projektantom swobodę projektowania złożonych prototypów. Ponieważ jest to proces produkcyjny subtraktywny, usuwanie materiału pomaga w dopracowaniu szczegółów przedmiotu obrabianego. Dlatego szybkie prototypowanie w obróbce CNC ułatwia udoskonalanie.
Chociaż obróbka CNC jest procesem wysoce zautomatyzowanym daje ona pożądane rezultaty tylko wtedy, gdy jest wykonywana przez ekspertów. Znakowanie, względy materiałowe, projektowanie CAD i dostępność maszyny sprawiają, że jest to praca dla profesjonalistów. Dlatego powinno się kupować szybkie prototypowanie CNC jedynie od sprawdzonych ekspertów branżowych.