Wat is rapid prototyping?

Rapid prototyping, meestal uitgevoerd door middel van additive manufacturing, stelt een ontwerper in staat meerdere iteraties van een prototype te ontwikkelen zonder de extra kosten of tijd die gepaard gaan met het gebruik van traditionele productie- en ontwerptechnieken.

Wat zijn de verschillende soorten rapid prototyping?

De getrouwheid van een prototype - dat wil zeggen, hoe nauw het prototype overeenkomt met het eindproduct - verschilt per project, op een spectrum van lagere tot hogere getrouwheid.

Wat is low-fidelity prototyping?

We spreken van lagere betrouwbaarheid wanneer een prototype losjes overeenkomt met het eindproduct. Het prototype kan worden gebruikt om de algehele pasvorm of functie te testen zonder het ontwerp te optimaliseren voor gewicht, maakbaarheid of afwerking. Het prototype kan ook worden gebruikt om het ontwerp alleen te testen op belangrijke gebieden die de ontwerper aanbelangen of om een ​​verkleinde versie van het eindproduct te maken. Een voordeel van prototypes met een lagere betrouwbaarheid is dat ze doorgaans veel minder tijd nodig hebben om af te drukken.

Wat is high-fidelity prototyping?

We spreken van hogere betrouwbaarheid wanneer een prototype nauw aansluit bij het eindproduct, inclusief geometrie, tolerantie en materiaaleigenschappen. Prototypes met een hogere betrouwbaarheid hebben doorgaans meer tijd nodig om af te drukken en hebben hogere bijbehorende kosten.

Wat is de juiste getrouwheid voor uw prototype?

Het niveau van betrouwbaarheid dat geschikt is voor een bepaalde ontwerpiteratie hangt af van de algemene projectdoelen, de volwassenheid van het ontwerp en de interesses van de ontwerper. Het bepalen van het juiste niveau van betrouwbaarheid in rapid prototyping kan tijd besparen in het ontwerpproces en ook de toewijzing van middelen optimaliseren.

Voor een enkele iteratie kunnen verschillende prototype-attributen zoals geometrie, materiaaleigenschappen, pasvorm en afwerking worden overwogen op verschillende niveaus van getrouwheid. Deze overwegingen zijn van invloed op de algehele betrouwbaarheid van het prototype.

Lees onze casestudy

Wat zijn de meest voorkomende rapid prototyping-processen?

Deze samenvatting op hoog niveau presenteert algemene technieken voor additieve fabricage die doorgaans worden gebruikt in rapid prototyping-processen.

Rapid prototyping maakt over het algemeen gebruik van additieve fabricage om testonderdelen, modellen of assemblages te maken. Afhankelijk van de beschikbare middelen en de behoeften van een ontwerper, kunnen echter andere, meer conventionele productieprocessen worden gebruikt, zoals frezen, slijpen of gieten.

De gemeenschappelijke prototypingprocessen kunnen in vijf groepen worden verdeeld:

• Vat fotopolymerisatie

• Poederbedfusie

• Materiaal extrusie

• Jetting

• Bindmiddel spuiten

Hieronder vindt u meer informatie voor elk proces. Voor een overzicht van deze rapid prototyping-processen, leest u meer over additive manufacturing-technologieën .

Btw-fotopolymerisatie

Een onderdeel wordt laag voor laag gemaakt door licht te gebruiken om een ​​fotopolymeerhars om te zetten in een vaste stof.

Stereolithografie (SLA) kan onderdelen produceren met een zeer hoge maatnauwkeurigheid en ingewikkelde details. Ze zijn echter over het algemeen bros en hun mechanische eigenschappen kunnen in de loop van de tijd verslechteren, waardoor de onderdelen doorgaans ongeschikt zijn voor functionele prototypes. Dit proces is het meest geschikt voor snelle prototyping van ontwerpgeometrie en proof of concept van onderdeelinterfaces. Het is ook geschikt voor details tijdens de vroege ontwerpfasen en wanneer mechanische eigenschappen niet de primaire focus van het ontwerp zijn.

Directe lichtverwerking (DLP) is vergelijkbaar met SLA, met als belangrijkste verschil het detailniveau en de materiaaleigenschappen. Onderdelen die met DLP zijn geproduceerd, hebben niet dezelfde ingewikkelde details als SLA, maar hebben wel een vergelijkbare maatnauwkeurigheid en onderdeelsterkte die als gelijk aan of groter wordt beschouwd dan die van traditionele spuitgegoten onderdelen. DLP is daarom het meest geschikt voor snelle prototyping van ontwerpgeometrie en proof of concept wanneer de focus op het ontwerp ligt op de algehele geometrie in plaats van op specifieke details, of wanneer mechanische eigenschappen een prioriteit zijn.

Continue DLP (CDLP) , zoals bij DLP, produceert onderdelen die niet hetzelfde detailniveau hebben als SLA, maar wel een vergelijkbare maatnauwkeurigheid en onderdeelsterkte hebben die gelijk is aan of groter is dan die van traditionele spuitgegoten onderdelen. CDLP is daarom het meest geschikt voor snelle prototyping van ontwerpgeometrie en proof of concept wanneer de ontwerpfocus de algemene geometrie is in plaats van specifieke details of wanneer mechanische eigenschappen een ontwerpprioriteit zijn.

Kruisbedfusie

Poederbedfusietechnologieën (PBF) produceren een vast onderdeel met behulp van een thermische bron die fusie induceert, via sinteren of smelten, tussen de deeltjes van een plastic of metaalpoeder, laag voor laag. De belangrijkste variaties in PBF-processen worden bepaald door de verschillende energiebronnen (bijvoorbeeld lasers of elektronenstralen) en poeders (kunststoffen of metalen).

Selectief lasersinteren (SLS) maakt gebruik van thermoplastische polymeermaterialen die in korrelvorm komen. Omdat SLS-onderdelen met veel lagen worden geprint, kunnen er kleine variaties optreden tussen onderdelen. SLS kan daarom minder effectief zijn voor prototypes met ingewikkelde details of kleine toleranties. Ook bij nabewerking is een gladde oppervlakteafwerking mogelijk. SLS is het meest geschikt voor rapid prototyping wanneer onderdeelgeometrie of algehele pasvorm en functie ontwerpprioriteiten zijn. SLS kan ook voordelig zijn voor marketing of proof-of-concept prototypes als nabewerking haalbaar is.

Selectief lasersmelten (SLM) en direct metal laser sinteren (DMLS) kunnen worden gebruikt voor een breed scala aan metalen materialen en vereisen doorgaans nabewerking voor oppervlakteafwerking. Deze processen zijn daarom het meest geschikt voor rapid prototyping wanneer materiaaleigenschappen een ontwerpprioriteit zijn. Ze kunnen kosteneffectief zijn als de afwerking van onderdelen geen probleem is.

Electron beam melting (EBM) , zoals SLM en DMLS, is het meest geschikt voor rapid prototyping wanneer materiaaleigenschappen een ontwerpprioriteit zijn en kan kosteneffectief zijn als de afwerking van onderdelen geen probleem is. Het belangrijkste verschil is dat EBM beperkte materiaaltoepassingen heeft (titanium of chroom-kobaltlegeringen), hoewel het wellicht de meest geschikte optie is voor gespecialiseerde industrieën die deze materialen nodig hebben, zoals in de luchtvaart en de medische sector.

Multi-jet fusie (MJF) lijkt erg op SLS, maar met kortere koel- en nabewerkingstijden en grotere nauwkeurigheid en detaillering. Een diepgaande vergelijking van SLS- en MJF-processen vindt u hier. Net als bij SLS is MJF het meest geschikt voor snelle prototyping wanneer onderdeelgeometrie of algehele pasvorm en functie een ontwerpprioriteit zijn en kan het ook worden gebruikt om hogere detailniveaus of nauwere toleranties te ondersteunen dan SLS.

Fused Deposition Modeling (FDM) is een zeer veelzijdig proces voor een breed scala aan thermoplastische materialen met een korte productietijd. Een nadeel is dat de maatnauwkeurigheid en resolutie van FDM lager zijn dan die van andere additieve productieprocessen. FDM is het meest geschikt voor eerder in de prototypingfase, wanneer onderdeelgeometrie of algehele pasvorm en functie een ontwerpprioriteit zijn. Het is ook het meest geschikt wanneer het materiaal van het uiteindelijke onderdeel vergelijkbaar is met het prototype, maar er geen zorgen zijn over details zoals functionele of betrouwbaarheidstests.

Materiaalstralen wordt beschouwd als een van de meest nauwkeurige 3D-printtechnologieën en kan worden gebruikt met een breed scala aan materialen in verschillende kleuren en afwerkingen. Materiaaleigenschappen zijn echter niet geschikt voor functionele prototypes. Materiaalstralen wordt het best gebruikt voor snelle prototyping wanneer onderdeelgeometrie of pasvorm een ​​ontwerpprioriteit is en onderdeelsterkte niet vereist is. Het is ook het meest geschikt als er geen zorgen zijn over materiaaleigenschappen, zoals proof of concept of marketingprototypes.

Nanodeeltjesstralen (NJP) zet een vloeistof af die metalen nanodeeltjes of ondersteunende nanodeeltjes bevat op de bouwplaat in extreem dunne laagjes druppeltjes. De bouwomhulling wordt blootgesteld aan hoge temperaturen, waardoor de vloeistof verdampt en de metalen onderdeelstructuur achterblijft.

Drop-on-demand (DOD) Material Jetting-printers hebben twee printjets:een om de bouwmaterialen te deponeren (meestal een wasachtige vloeistof) en een andere voor oplosbaar ondersteunend materiaal. DOD-printers deponeren materiaal in een puntsgewijs pad en gebruiken een vliegensnijder die het bouwgebied na elke laag afsnijdt om het oppervlak voor te bereiden op de volgende laag.

Binder jetting

Onderdelen gemaakt met binder jetting hebben een hoge afwerking en vorm, hoewel ze bros zijn. Binder jetting is het meest geschikt voor rapid prototyping wanneer algehele pasvorm of onderdeelgeometrie een ontwerpprioriteit is en er geen zorgen zijn over materiaaleigenschappen, zoals proof of concept of marketingprototypes.

Wat zijn de voor- en nadelen van rapid prototyping?

Vergeleken met traditionele productie- en ontwerptechnieken, maakt rapid prototyping gebruik van moderne productietechnieken die het ontwerpproces verbeteren, inclusief verbeteringen in de totale kosten en tijd. Maar als u snelle prototyping overweegt, vermijd dan de valkuilen van overmatig gebruik, misbruik en verkeerde voorstelling van zaken.

Hier is een overzicht van de voor- en nadelen.

Voordelen van rapid prototyping

• Eerdere 3D-visualisatie en testen

• Meer ontwerp-iteraties tegen lagere kosten

• Kosteneffectieve tool voor productontwerp en onderzoek en ontwikkeling

Nadelen van rapid prototyping

• Overmatig gebruik heeft mogelijk geen positief effect op het besparen van kosten of tijd

• Niet gunstig voor alle stadia van het prototypingproces

Wat zijn de commerciële toepassingen van rapid prototyping?

Toepassingen van rapid prototyping voor 3D-ontwerp en productie worden alleen beperkt door de creativiteit van een ontwerper. Ze kunnen in alle fasen van het ontwerp- en fabricageproces worden gebruikt. De meest populaire gebruiksscenario's worden hieronder gegeven.

Bewijs van concept

Een veelgebruikte toepassing is proof of concept. 3D-prototypes kunnen snel en eerder in het ontwerpproces worden geproduceerd om de levensvatbaarheid van het product te evalueren, discussies in het ontwerpteam te vergemakkelijken, interesse te wekken van belangrijke belanghebbenden (bijv. marketing- en investeringspartijen) en verschillende ontwerpalternatieven te vergelijken. Het belangrijkste voordeel dat snelle prototypingprocessen bieden voor proof-of-concept-toepassingen, zijn verbeteringen in kosten en tijd voor 3D-prototypes.

Ontwerpoptimalisatie

Rapid prototyping is ook een kosteneffectieve manier om optimalisatie te versnellen, inclusief productontwerp en onderzoek en ontwikkeling. Een ontwerpteam kan eerder in het ontwerpproces de algehele productfunctionaliteit evalueren of zich concentreren op belangrijke kenmerken (bijv. geometrie, pasvorm, materiaaleigenschappen, maakbaarheid) zonder kosten te maken die gepaard gaan met traditionele productieprocessen.

High-fidelity prototypes

Dankzij de veelzijdigheid van additieve fabricageprocessen en materialen, kan rapid prototyping worden gebruikt om high-fidelity prototypes te maken die nauw aansluiten bij het eindproduct. Hierdoor kunnen ontwerpers vaak productfunctionaliteit demonstreren of betrouwbaarheidstests uitvoeren tegen lagere kosten of sneller dan traditionele productieprocessen.

Wil je prototypen als een pro? Bekijk deze video over FDM 3D-printen.