3D-прототипирование – что это такое? Быстрое прототипирование

Что такое 3D-прототипирование

По определению быстрое прототипирование — это система методик и технологий, позволяющая оперативно создавать опытный образец, макет или модель любого промышленного изделия. Это понятие используется с 80-х годов прошлого века, но до широкого распространения 3D-принтеров изготовление прототипа было довольно дорогим, да и «быстрым» его вряд ли можно было назвать.

В производстве, чтобы реализовать новую концепцию, проверить функциональность и работоспособность детали, нужно было заказывать индивидуальное изготовление опытного образца из конкретного материала с использованием традиционных технологий — от литья под давлением до ручной шлифовки. Затем тестировать модель, вносить изменения и снова ждать изготовления. Это повышало стоимость и сроки выпуска, а значит, снижало конкурентоспособность конечного продукта.

С развитием трехмерной печати быстрое прототипирование стало настолько распространенным, что в настоящее время этот термин ассоциируется именно с 3D-производством, а синонимом является 3D-прототипирование.

Виды прототипов

3D-прототипирование — важный этап создания новых проектов. В зависимости от стадии разработки, прототипы могут быть разделены на следующие виды:

• Концептуальные. Проверяется сама возможность реализации новых идей и замыслов.
• Функциональные. Исследуется работоспособность изделия.
• Визуальные или дизайнерские. Оценивается внешний вид образца.

В зависимости от назначения конечного продукта, прототипы могут быть:

• Промышленные — для изделий, выпускающихся на предприятиях, заводах, фабриках.
• Презентационные — для макетов архитектурных сооружений, строений, рекреационных пространств.
• Товарные — для выставочных образцов продукции или упаковки.
• Транспортные — деталей любого транспорта, от водного до космического.

Изготовление разных видов прототипов отличается степенью детализации и применяемыми техниками 3D-печати.

Технологии 3D-прототипирования

На сегодняшний день существует несколько эффективных методов быстрого прототипирования.

• FDM (Fused Deposition Modeling, метод послойного наплавления). Применяются ABS или PLA пластики в формате прутков или катушек с намотанной нитью. Цифровая трехмерная модель разделяется на слои, формируется файл, кодирующий перемещение печатающей головки 3D-принтера. Пластик подается в экструдер, где расплавляется, затем послойно выдавливается микрокаплями по контуру детали и сразу застывает.
• SLA (Stereolithograph, стереолитография). Используется жидкий фотополимер, который наливается в специальную ванночку и затвердевает в нужной форме под действием засветки лазером.
• MJM (Multi Jet Modeling, многосоплельное прототипирование) или PolyJet. Также применяется жидкий фотополимер. Аналогично печати чернилами на двухмерном струйном цветном принтере материал подается на сопла печатающей головки, распыляется по контуру детали и отверждается с помощью УФ-лампы.
• SLS (Selective Laser Sintering, селективное лазерное спекание). Чаще всего используется полиамид (нейлон), который нагревается почти до температуры плавления в отдельной емкости, зачерпывается специальным распределителем, распределяется на платформе принтера послойно. Каждый слой (толщиной около 0,1 мм) спекается лазером.

Разработаны также и другие технологии быстрого прототипирования, отличающиеся методами нанесения слоев, использованием различных материалов поддержки для изготовления навесных элементов, а также специальных пластиков, например, резиноподобного или стеклонаполненного. Для оптимизации производства технология подбирается под конкретную задачу.

Этапы создания 3D-прототипа

При быстром прототипировании алгоритм процесса обычно состоит из следующих этапов:

1. Сбор информации о требованиях к изделию. Определяется функциональность, технические параметры и характеристики прототипа.
2. Разработка компьютерной модели. Создается чертеж, детализация, объемное изображение детали в 3D-САПР (системе автоматизированного проектирования), затем файл специального формата передается на 3D-оборудование.
3. Печать или «выращивание» физической 3D-модели.
4. Испытание и тестирование первого варианта прототипа на соответствие техническим требованиям.
5. Доработка и внесение изменений.

Цикл может повторяться несколько раз. На практике весь процесс зачастую укладывается в 24 часа.

Разница между 3D-печатью и 3D-прототипированием

На первый взгляд, эти термины — практически синонимы. Но разница все же есть. 3D-печать — это сама технология получения физического изделия из цифровой модели путем добавления материала, обычно послойно. Она еще называется аддитивным (добавляющим) производством. В результате такого производства может появиться как конечный продукт, так и модель, прототип, опытный образец. А вот использование данной технологии для изготовления различных видов прототипов и называется 3D-прототипированием.

Кроме того, эти процессы отличаются стоимостью, сложностью методов печати, литья и обработки, выбором материалов, точностью изготовления изделий.

Преимущества и сферы применения быстрого прототипирования

Классическим прототипированием является субтрактивное (извлекающее, удаляющее материал из заготовки) производство, где обработка выполняется механическими способами — фрезеровкой, сверлением, шлифованием, штамповкой.

По сравнению с ним, главным плюсом быстрого прототипирования является, конечно, скорость. Другие ключевые преимущества — это гибкость при внесении изменений в проект, более низкая стоимость из-за применения автоматизированного труда и минимальных отходов материала, высокая точность изготовления (до 25 мкм), широкий выбор используемых материалов.

Эти характеристики позволяют применять быстрое прототипирование во многих отраслях, среди которых:

• Медицина и стоматология. Для изготовления образцов протезов, имплантов, органов, медицинского инструмента и оборудования.
• Промышленность. Для разработки функциональных деталей, запчастей автомобилей, внедрения инноваций, оценки аэродинамических характеристик.
• Электроника. Для визуализации дизайна, оценки эргономики, разработки новых товаров.
• Легкая промышленность. Для изготовления бытовых приборов, одежды и обуви, в том числе ортопедической.
• Сфере развлечений. Для выпуска сувениров, бижутерии, игрушек.
• Архитектура, строительство, дизайн. Для изготовления макетов зданий и интерьеров.

Во множестве других экономических отраслей применение быстрого прототипирования также позволяет добиться гибкости производства и сократить сроки вывода новых товаров на потребительский рынок.

Почему 3DPrintum?

Компания 3DPrintum уже более 10 лет оказывает профессиональные услуги по 3D-прототипированию. Мы владеем одной из крупнейших ферм принтеров в стране и выделяемся широкой географией обслуживания − от Москвы и Московской области до любого другого региона России. Обладаем всеми ресурсами, техническими и человеческими, чтобы обеспечить низкие цены для серийного производства и премиальное качество уникальных дорогих разработок.

Применяем самые современные технологии, работаем с юридическими и физическими лицами. Заказать у нас — значит, с точностью воплотить ваши идеи в реальность. Чтобы получить подробную информацию или заказать услугу, свяжитесь с нами любым удобным способом.