Wat is Rapid Prototyping?

Zonder rapid prototyping, waarmee CNC-machinisten en ingenieurs een schaalmodel kunnen transformeren in een fysiek, tastbaar product, is Microsoft misschien niet zo enthousiast - of snel - om te pronken met zijn nieuwste gameconsole. "Aangekondigd als de krachtigste gameconsole ooit, is het klaar om native 4K-gaming in de woonkamer te bieden", aldus All3DP.

De weg naar succes zou ongetwijfeld langer zijn geweest zonder de verbazingwekkende innovatie van rapid prototyping.

Waarom is rapid prototyping zo cruciaal voor merken als Microsoft en talloze andere, kleinere fabrikanten? Wat betekent rapid prototyping voor machinisten en ingenieurs?

Als je het aan Tom Chi vraagt, is de lucht echt de limiet, aangezien rapid prototyping snelle oplossingen biedt voor een betere toekomst. De implicaties voor rapid prototyping zijn potentieel net zo baanbrekend (snap je?) voor ondernemers als voor grote bedrijven zoals Microsoft, wat betreft het serieus besparen van zowel tijd als geld.

Dus, wat is rapid prototyping? Waarom is er zo'n druk om het steeds meer te integreren in verspaning en engineering?

Het begrijpen van dit proces is van cruciaal belang om de mogelijkheden uit te breiden om onze ontwerpen sneller dan ooit in producten om te zetten. Bekijk het volgende en stel je voor hoe snelle prototyping je bedrijf kan helpen transformeren en mogelijk je bedrijfsresultaten kan verbeteren.

Wat is Rapid Prototyping?

Met het risico een complex proces te versimpelen, wordt rapid prototyping gedefinieerd als "de snelle creatie van een model op volledige schaal. Het woord prototype komt van de Latijnse woorden proto (origineel) en typus (model).”

Met creatie bedoelen we niet de creatie in het abstracte. Een snel prototype vertegenwoordigt eerder een tastbare, fysieke creatie die je in je handen houdt.

Er zijn verschillende soorten rapid prototyping, met de huidige trends op het gebied van additive manufacturing en 3D-printen. Subtractieve rapid prototyping blijft echter nog steeds een belangrijke drijfveer en is vaak beter geschikt voor bepaalde soorten projecten en productontwerpen.

Het maakt niet uit of je additief, subtractief of een combinatie van beide doet, het feit is dat snelle prototyping ontwerpers in staat stelt hun modellen tot leven te brengen. "Dit wordt vaak gedaan met behulp van geavanceerde computerondersteunde ontwerp- of andere assemblagesoftware en fysiek geïmplementeerd met behulp van 3D-printers", zoals gedefinieerd door Techopedia.

Het team van het in het Verenigd Koninkrijk gevestigde 3D Creation Lab legt uit:“Vooruitgangen in 3D Rapid prototyping zorgen voor snellere en goedkopere prototypes en modelfabricage door het elimineren van mankracht en dure tooling waardoor bedrijven en uitvinders hun producten en ontwerpen sneller op de markt kunnen brengen dan de concurrentie. ”

Gezien alle productmogelijkheden die rapid prototyping te bieden heeft, moet men aannemen dat er ergens een nadeel is.

Hoe kan zoiets innovatiefs niet met een paar valkuilen komen?

Het blijkt dat het niet kan.

Voor alle pro's heeft rapid prototyping een aantal nadelen, niet in de laatste plaats het potentieel om mankracht te elimineren, waardoor het aantal beschikbare banen voor CNC-machinisten wordt verminderd.

Echter, in The Future of Rapid Prototyping, Soren Petersen Design Research Ph.D. en auteur van Profit from Design voorspelt het volgende:

De voordelen zijn talrijk en blijven de lat hoger leggen in alle sectoren. Maar omwille van het evenwicht wegen we beide kanten van de medaille.

Voor- en nadelen

We hebben de voordelen van rapid prototyping besproken, maar om het kort samen te vatten:ze komen neer op snelheid en kosten. APT Mold stelt dat snelle prototyping ook inherent is aan klantenservice en klanttevredenheid:

Een voorsprong nemen op de markt... welk bedrijf wil dat niet?

Die voorsprong komt natuurlijk met een prijs, en die prijs vertegenwoordigt de nadelen van rapid prototyping. Alles bij elkaar zijn er drie belangrijke nadelen aan rapid prototyping.

Tunnelvisie

Helaas is het gemakkelijk om tunnelvisie te krijgen en het hele project uit het oog te verliezen wanneer je je concentreert op een enkel prototype. De valkuil hier is het potentieel voor productontwikkelaars om een ​​oplossing te missen die op de lange termijn beter zou kunnen blijken door te veel aandacht te besteden aan het prototype dat voorhanden is (letterlijk).

Geval van verkeerde identiteit

Prototypes die in handen van de verkeerde klant zijn, kunnen worden aangezien voor het eindproduct en onterecht of haastig als zodanig worden beoordeeld. De keerzijde hiervan doet zich voor wanneer een prototype de voorkeur heeft boven een eindproduct. Geen van beide gevallen is nuttig voor de ingenieurs en machinisten achter deze prototypes.

Verscheidenheid is het kruid van het leven

Rapid prototyping beperkt echter het aantal opties dat je hebt en kan het beste worden gereserveerd voor meer eenvoudige projecten.

Echter, zoals de volgende vijf merken laten zien, blijft rapid prototyping ondanks deze potentiële valkuilen een effectief middel om een ​​zeer lucratief doel te bereiken.

Vijf merken die de bekwaamheid van Rapid Prototyping vertegenwoordigen

Hoewel deze vijf bedrijven zeker niet de enige zijn die rapid prototyping voor hen laten werken, is elk ervan illustratief voor wat dit proces kan betekenen voor de producten van een merk... en het resultaat.

Brightwake

Zeker geen begrip, maar Brightwake is een onderzoeks- en ontwerpbureau dat levens redt door bloed te redden. Of, beter gezegd, het recyclen van bloed dat anders verloren zou gaan.

Hemosep is de kenmerkende machine van het bedrijf, die bloed kan recyclen dat verloren is gegaan tijdens operaties. Om Hemosep te maken, vertrouwde Brightwake op 3D-printen als zijn snelle prototypingproces. Hierdoor zou het productieproces naar verluidt met 96% zijn verminderd. Het is veilig om aan te nemen dat de financiële besparingen even aanzienlijk waren.

Fender

Muziekliefhebbers zullen het merk Fender onmiddellijk herkennen als de instrumentenfabrikant die de voorkeur geniet van zowel amateurmuzikanten als rocklegendes zoals Jimi Hendrix.

Om het toch al snelle rapid prototyping-proces te versnellen, kocht Fender Stratasys industriële 3D-printers en maakt nu hun eigen prototypes, tot aan de knoppen op versterkers. De doorlooptijd om deze prototypes te maken is gedaald van ongeveer twee weken tot een nacht. Het is veilig om aan te nemen dat een kortere doorlooptijd gelijk staat aan langere winstmarges.

Ford

Zelfs grote autofabrikanten zoals Ford moeten voorzichtig zijn als het gaat om budgettering. Rapid prototyping heeft "Ford stoer" gemaakt en het merk nog sterker gemaakt door het bedrijf miljoenen dollars te besparen op zowel plastic als metalen prototypes.

3D-printen is ook een echte tijdsbesparing gebleken, aangezien het proces binnen enkele uren prototypes creëert, waardoor het voor Ford-ingenieurs mogelijk wordt om te beslissen of daadwerkelijke productie al dan niet voordelig zal zijn.

Dit zijn slechts een paar bedrijven die rapid prototyping gebruiken in hun productontwerp. Andere zijn grote merken zoals BMW, Lamborghini, Valero en Volkswagen.

Lockheed Martin

High-speed CNC-prototyping is van cruciaal belang voor productontwikkeling bij Lockheed Martin, de wereldwijde bedrijfsgigant die zich inzet voor geavanceerde technologieën bij het nastreven van lucht- en ruimtevaart-, defensie- en beveiligingsinitiatieven, die stelt:"We verleggen de grenzen van additieve technologie en brengen ontwerpingenieurs naar de fabrieksvloer om laag voor laag onderdelen te produceren die voorheen niet gebouwd konden worden.”

Epson

Door gebruik te maken van snelle CNC-bewerkingen kon de Japanse Seiko Epson Corporation voldoen aan de vraag van de consument naar een lichtere, comfortabelere augmented reality (AR) Moverio-smartbril.

"Bij de voorganger hadden we veel verzoeken van gebruikers met betrekking tot het gewicht en de grootte, dus we hebben onze ontwikkelingsdoelen gesteld om het comfort te verbeteren en de slimme bril compacter en lichter te maken", en dat is waar high-speed CNC-prototyping van pas kwam, volgens Kazuya Kamakura, Senior Staff, HMD Business Management Department, Visual Products Operations Division bij Epson.

Deze merken zijn voorbeelden van de mogelijkheden die geavanceerde productie biedt, maar als het gaat om rapid prototyping, wat is dan beter:subtractief versus additief?

Een groet aan subtractive Rapid Prototyping

Hier bij Datron vieren we subtractieve rapid prototyping vanwege de afhankelijkheid van effectieve bewerkingsprocessen. In tegenstelling tot andere rapid prototyping-opties, resulteert subtractive rapid prototyping in materiaalprototypes voor eindgebruik met een hogere structurele integriteit.

Het subtractieve rapid prototyping-freesproces verwijdert kleinere stukken materiaal van een grotere, waardoor een solide of intact stuk overblijft. Additive rapid prototyping daarentegen creëert materiaallagen, met als resultaat dat het structureel niet zo goed is.

Waarom is dit belangrijk?

Bovendien biedt frezen een breder scala aan oppervlakteafwerkingen in vergelijking met de "getrapte afwerking" die wordt geassocieerd met additieve snelle prototyping. Het gebruik van een snelle CNC-freesmachine (Computer Numerical Control) resulteert in prototypen met herhaalbaarheid die ideaal zijn gebleken voor materialen voor eindgebruik.

“Een van de belangrijkste voordelen van subtractieve productie is de mogelijkheid om een ​​extreem dun stuk plastic tot een levend scharnier te bewerken. Zo'n proces is simpelweg nog niet mogelijk in een 3D-printer”, aldus Creative Mechanisms. "Geavanceerde CNC-machines maken gebruik van meerdere gereedschappen en snijden rond ten minste drie (x, y en z) assen, zodat ontwerpers zo min mogelijk nodig hebben om het blok om te draaien."

Uiteindelijk:"Het is een geschikte keuze voor onderdelen die worden gebruikt voor kleine en grote series, om specifieke afwerkingen te verkrijgen of om specifieke mechanische eigenschappen te verkrijgen."

Natuurlijk kunnen we geen subtractieve rapid prototyping-projecten ondersteunen zonder de juiste apparatuur.

Wat te verwachten van High-Speed ​​CNC-bewerkingen

Hogesnelheids-CNC-machines zijn het ideale alternatief voor ingenieurs wanneer 3D-printers tekortschieten en ze schieten meestal tekort vanwege het materiaal dat voor een bepaald prototype wordt gebruikt. Momenteel kunnen ingenieurs metalen zoals aluminium niet 3D-printen.

Andere voordelen van CNC-bewerking met hoge snelheid zijn de mogelijkheid om kleinere onderdelen te produceren, zoals het bewerken van elektronische behuizingen, met behulp van snijgereedschappen met een maximale diameter van 0,50 "op basis van de toegenomen vraag. Deze machines zijn nu uitgerust met spindels van 60.000 tpm, die hogere voedingen en snel snijden mogelijk maken zonder afbreuk te doen aan kritieke componenten. In combinatie met geoptimaliseerd gereedschap, verbeteren deze machines de spaanafvoer voor minder hitte en schonere sneden.

Operationeel is misschien wel het beste deel van de snelle CNC-machines het gebruiksvriendelijke touchscreen, waarmee iedereen die een mobiele telefoon kan gebruiken de machine kan bedienen.

Huidige keuzes voor CNC-machines verkennen

Vroeger moesten CNC-machines achteraf worden ingebouwd in bestaande gereedschappen; naarmate de technologie echter evolueerde, werden nieuwe machines exclusief ontworpen voor CNC-doeleinden. Voorbeelden van omgebouwde machines zijn draai- en freesmachines. In beide gevallen worden de ingebouwde mechanismen van de machine vervangen door zeer nauwkeurige componenten en nieuwe bevestigingen voor de actuatoren.

Nieuwe CNC-machines zijn onder meer 3D-printers, CNC-lasersnijders, CNC-plasmasnijders, freesmachines, pick-and-place-machines en routers.

3D-printer

Net als bij een lasersnijder of CNC-router hebben 3D-printers een plastic extruder nodig, die heet plastic door een klein gaatje duwt en het materiaal in lagen legt totdat het prototype is gebouwd.

CNC-lasersnijder

Ideaal voor het snijden van metaal, plastic en hout, CNC-lasersnijders gebruiken lasers die specifiek zijn voor het vereiste materiaal.

CNC-plasmasnijder

Plasmasnijders hebben een plasmatoorts die perfect is voor het snijden van 2-dimensionale vormen in plaatstaal.

CNC-freesmachine

Eens alleen beschikbaar in een enorme omvang, zijn freesmachines die tegenwoordig speciaal voor CNC-doeleinden zijn gebouwd, kleiner in voetafdruk en kunnen ze een automatisch invoermechanisme, ingebouwde gereedschapswisselaars en elektrische sensoren bevatten om zorgvuldige bewaking voor veilig snijden te garanderen.

Kies en plaats machine

Uitgerust met veel kleine mondstukken, verplaatsen pick-and-place-machines elektrische componenten snel en plaatsen ze in printplaten die nodig zijn voor persoonlijke apparaten zoals telefoons en tablets.

Router

Gebouwd voor grotere klussen, werken routers met materialen zoals plastic, plaatwerk en hout met behulp van een 3-assige opstelling, waardoor het snijden van profielen en 3D-reliëfbewerking eenvoudig is. Voor complexere vormen zijn machines met 4, 5 of 6 assen de juiste keuze.

Rapid Prototyping verhoogt ingenieurs en CNC-machinisten

Wat betekent rapid prototyping in het algemeen voor u op lange termijn als engineer of CNC-machinist?

Om te beginnen ben je op de goede weg.

Momenteel "wordt de wereldwijde productie-industrie voor prototypes geschat op ongeveer $ 12 miljard, maar maakt ze een snelle groei door met meer dan 22,6% per jaar van 2010 tot 2015", aldus Robotics Business Review, waarbij de productie van prototypen "naar verwachting een waarde van $ 20 miljard zal bereiken tegen 2020 Prognoses voor de komende 15 tot 20 jaar voorspellen een groei tot $ 40 miljard, aangezien voortdurende technologische innovatie de industrie - en de markten die ervan afhankelijk zijn, van brandstof voorziet."

Jobprojectie is uitstekend; "Er is zo'n grote vraag naar de verschillende CNC-services dat mensen die zijn opgeleid op het gebied van precisiebewerking tot de top vijf van meest benodigde werknemers in de Verenigde Staten behoren."

Met andere woorden, verder en omhoog!

Industrieën moeten letten op potentieel voor snelle prototypen

Een van de voordelen van het leven in een samenleving die de grenzen van traditionele sterftecijfers blijft verleggen, is de vraag naar innovatieve zorgartikelen. Op dit moment is meer dan 98% van de wereldwijd geproduceerde hoortoestellen nu 3D-geprint, vanwege de aanzienlijke besparingen in tijd, kosten en nauwkeurigheid die voortkomen uit het op deze manier produceren van elk uniek model.

En het goede nieuws voor CNC-productie gaat verder met snelle prototyping die de productie mogelijk maakt van ingenieuze persoonlijke medische apparaten die zijn ontworpen om ziekten en kwalen te verlichten die ooit als onbehandelbaar werden beschouwd.

Andere branches die profiteren van rapid prototyping, met name door middel van CNC-productie, zijn de luchtvaart- en robotica-industrie.

Robotics Business Review stelt zelfs dat:

De evolutie van geavanceerde productie gaat verder met opwindend nieuws dat het Amerikaanse leger en Lockheed Martin-partner aankondigt om snelle prototyping-methoden te ontwikkelen, "met behulp van bioproductie en zelfassemblage om de bouwstenen te creëren van nieuwe materialen die toepassingen hebben voor optische defensietechnologie en beschermende coatings."

Het Amerikaanse leger heeft tien miljoen dollar uitgegeven om de zelfassemblage van nanostructuren voor afstembare materialen te financieren, ontworpen om mogelijkheden te overwegen voor het integreren van bioproductie van innovatieve materialen voor defensie-inspanningen.

Melissa Rhoads, een senior onderzoeksmanager van Lockheed Martin en de projectleider, legt uit:"Cellen creëren op efficiënte wijze allerlei soorten materialen, zoals een spinnenzijde of de iriserende vleugels van een vlinder."

We hebben al gezien wat additieve en subtractieve rapid prototyping kan betekenen voor geavanceerde productie. Deze nieuwste samenwerking zal ongetwijfeld nieuwe grenzen vinden voor productontwikkeling die nog moeten worden bedacht.

Dus, wat is rapid prototyping? Vanuit ons perspectief is dit de snelste weg vooruit.

Als u geïnteresseerd bent in het toevoegen van rapid prototyping aan uw industriële productievloer of innovatielab, begin dan vandaag nog met ons in gesprek.