Hoe maak je een prototype?

Bij het ontwikkelen van een product kan het maken van een fysiek prototype je helpen met onderzoek, testen, financiering en nog veel meer. En dankzij snelle prototyping-serviceproviders zoals 3ERP is het gemakkelijk om in korte tijd een betaalbaar prototype te maken.

Sommige bedrijven stellen het maken van prototypes echter uit, simpelweg omdat ze niet weten waar ze moeten beginnen; ze weten niet welke technologieën of materialen ze moeten gebruiken, of ze weten niet met wat voor prototypepartner ze moeten samenwerken.

Gelukkig is het maken van een prototype met een partner als 3ERP eenvoudig en pijnloos. Deze gids behandelt de basisprincipes van het maken van een prototype en analyseert twee brede categorieën prototypen:conceptmodellen en functionele prototypes. Het geeft ook een overzicht van hoe het rapid prototyping-proces werkt in een prototypefabriek.

Wat is rapid prototyping?

Een prototype is een model, concept, mock-up of vroege versie van een fysiek product dat voorafgaand aan de productie wordt gebouwd, en rapid prototyping is het proces van het ontwikkelen van een prototype in de kortst mogelijke tijdspanne.

Er zijn verschillende redenen waarom bedrijven een prototype moeten ontwikkelen en er kunnen verschillende technologieën worden gebruikt om het te bouwen:bij 3ERP richten we ons op CNC-bewerking, 3D-printen, gieten, gieten en plaatbewerking, en sommige prototypes vereisen een combinatie van processen als ze meerdere componenten bevatten.

Rapid prototyping helpt bedrijven hun product sneller op de markt te brengen . Door het prototype snel te bouwen, kan het bedrijf processen versnellen, zoals marktonderzoek en mechanisch testen, waarbij prototypes over het algemeen nodig zijn, en eerder vroeger dan later de laatste stadia van productontwikkeling bereiken.

Conceptmodellen

Focus :Visuele aantrekkingskracht, communicatie van basisideeën, laagst mogelijke kosten

Typische processen :3D printen, CNC verspanen, vacuüm gieten, plaatwerk, andere

Veel prototypes zijn gebouwd om een ​​visuele of esthetische functie te bieden. Dit soort prototypes hoeven niet te werken , maar ze moeten een nauwkeurige visuele indruk geven van het eindproduct.

Een prototype dat voor visuele doeleinden is gebouwd, kan een conceptmodel, een prototype van een display of een prototype worden genoemd dat eruitziet als een prototype. Het kan worden gebruikt om een ​​toekomstig product te demonstreren aan potentiële investeerders , of voor het uitvoeren van marktonderzoek op potentiële klanten. Het kan ook worden gebruikt om ideeën over te brengen aan andere interne afdelingen bij een bedrijf.

Aangezien conceptmodellen niet functioneel hoeven te zijn, is het mogelijk om bepaalde fabricageprocessen te gebruiken die niet mogen worden gebruikt voor de productie van definitieve onderdelen. De focus ligt simpelweg op het maken van een mooi prototype tegen de laagst mogelijke prijs.

Om deze reden wordt 3D-printen soms gebruikt voor conceptmodellen:geprinte onderdelen zijn misschien niet sterk genoeg voor eindgebruik, maar ze kunnen snel worden gemaakt met een hoge visuele standaard. Vacuümgieten wordt ook meestal gebruikt voor visueel aantrekkelijke prototypes met een lage sterkte. Dat gezegd hebbende, CNC-bewerking en plaatbewerking kunnen vaak goedkoper en/of geschikter zijn voor bepaalde projecten, en er is een grote mate van flexibiliteit.

Bedrijven kunnen ook goedkopere materialen gebruiken voor hun conceptmodel, omdat het materiaal geen krachten hoeft te weerstaan ​​of een mechanische functie hoeft uit te voeren. Om een ​​indrukwekkend uiterlijk te behouden, bijvoorbeeld om een ​​goedkope kunststof er metaalachtig uit te laten zien, professionele oppervlakteafwerking kan worden toegepast.

Een voorbeeld van een conceptmodel

Functionele prototypes

Focus :Validatie, mechanisch testen, pre-productie

Typische processen :CNC verspanen, spuitgieten, plaatwerk, andere

Prototypes kunnen ook functioneel zijn in plaats van louter visueel. Functionele prototypen worden meestal gebouwd om te valideren fysieke aspecten van een product — materiaalkeuze bijvoorbeeld — of om mechanische testen uit te voeren . Ze kunnen ook worden gebruikt om te demonstreren de functie van het product voor intern personeel, klanten, investeerders, enz.

Als het wordt gebruikt voor testen, heeft een functioneel prototype mogelijk weinig aandacht voor esthetiek. Functionele prototypes kunnen bijvoorbeeld ongekleurd of onvoltooid zijn of bepaalde functies en details missen. Prototypes in een laat stadium of preproductie kunnen echter zowel functionele als esthetische kenmerken bevatten om zo dicht mogelijk bij het eindproduct te komen.

Functionele prototypen die mechanisch worden getest, moeten over het algemeen worden gemaakt met materialen en processen die dicht bij die van de productie liggen, anders is het testen niet nuttig.

Als het prototype ook metaalsamenstellingstests moet ondergaan, is het van cruciaal belang om een ​​materiaal van productiekwaliteit te kiezen. Productieprocessen zoals CNC-bewerking en spuitgieten worden vaak gebruikt voor functionele prototypes, omdat 3D-geprinte onderdelen vaak de vereiste sterkte missen en het productieonderdeel niet weerspiegelen in termen van mechanische prestaties.

Voor niet-demonstratieve functionele prototypes hoeven oppervlakteafwerkingen alleen te worden aangebracht als ze bijdragen aan de functie van het product, en schilderen, aanbrengen van branding enz. mogen worden weggelaten.

Een voorbeeld van een functioneel prototype

Het snelle prototypingproces

Bij 3ERP begint het rapid prototyping-proces zodra we een bestelling hebben afgerond en alle benodigde informatie en digitale bestanden hebben ontvangen.

Wat er daarna gebeurt, hangt uiteindelijk af van het gekozen fabricageproces, dat afhangt van het soort prototype (conceptmodel versus functioneel), het benodigde materiaal en het aantal benodigde eenheden. Elk geval is anders en we kunnen samen met de klant de beste aanpak bepalen voor elke rapid prototyping-opdracht.

Ongeacht het proces worden de prototypes onderworpen aan kwaliteitscontroleprocedures en krijgen ze vervolgens de nodige nabewerkingsstappen, zoals het verwijderen van ondersteunend materiaal en het aanbrengen van elke gewenste oppervlaktebehandeling, zoals anodiseren of schilderen.

Prototypes worden vervolgens zo snel mogelijk naar de klant verzonden, zodat deze kan doorgaan met hun productontwikkeling.

Hieronder vindt u een overzicht van de verschillende processen die we gebruiken voor rapid prototyping.

CNC-bewerking

Voor CNC-gefreesde prototypes kunnen we snel aan de slag, door de juiste materialen te verkrijgen en het digitale bestand naar de CNC-machine te sturen voor frezen, draaien, EDM, enz.

CNC-bewerking is goed voor rapid prototyping omdat het een proces in één stap is:er is geen gereedschap nodig; de grondstof gaat erin en het prototype komt eruit. Dit maakt het proces zeer snel, naast het produceren van prototypes van hoge kwaliteit met een hoog detailniveau.

Bewerking is ook materieel veelzijdig. Het proces is geschikt voor hoogwaardige metalen en kunststoffen, en bewerkte onderdelen kunnen verschillende oppervlaktebehandelingen ondergaan.

3D-printen

3D-printen, een laag-voor-laag additief proces, wordt vaak gebruikt voor conceptmodellen, maar zelden voor functionele prototypes.

Er zijn echter verschillende vormen van 3D-printen om te overwegen:FDM, SLS en SLA voor kunststof onderdelen, SLM en DMLS voor metalen onderdelen. Metal AM-processen kunnen onderdelen van hoge sterkte met goede mechanische prestaties produceren en kunnen daarom worden gebruikt voor functionele prototypen.

Voordelen van 3D-printen zijn onder meer complexe geometrieën, lage kosten en snelle doorlooptijden. Het is het meest geschikt voor eenmalige prototypes in plaats van batches.

Vacuümgieten

Vacuümgieten, ook wel urethaangieten genoemd, is een goedkoop alternatief voor spuitgieten dat veel goedkoper is dan spuitgieten in kleine hoeveelheden. Het is daarom geschikt voor rapid prototyping, ondanks de lage mechanische prestaties van onderdelen.

Het proces wordt meestal gebruikt voor conceptmodellen, omdat het een hoogwaardige oppervlakteafwerking oplevert die vergelijkbaar of superieur is aan spuitgieten.

Spuitgieten

Als prototypes worden gemaakt door middel van spuitgieten, moeten we eerst een matrijs maken, en dit vereist een complex CAD-ontwerp aan onze kant, waarbij we een omgekeerde versie van het prototype maken met de nodige scheidingslijnen, aanspuitingen, enz.

Zodra we deze metalen mal hebben gebouwd, kunnen we door middel van rapid tooling met een CNC-bewerkingscentrum beginnen met het maken van de plastic gegoten prototypes.

Vanwege deze extra productiefase is spuitgieten alleen echt kosteneffectief als er een grote hoeveelheid prototypes nodig is (zie Schaalbesparingsoverwegingen onderstaand). Het heeft echter veel voordelen:uitstekende oppervlakteafwerking, goede sterkte en gelijkenis met definitieve onderdelen.

Vervaardiging van plaatstaal

Prototypes van plaatwerk kunnen met korte doorlooptijden in verschillende metalen worden gemaakt. Deze prototypes lijken vaak op onderdelen voor eindgebruik en kunnen worden gebruikt om te testen.

Plaatwerkproductie is geschikt voor specifieke producten zoals beugels, behuizingen en panelen en wordt doorgaans niet door elkaar gebruikt met andere metaalproductieprocessen.

Overwegingen voor schaalvergroting

Het kiezen van een fabricage is vaak afhankelijk van het aantal benodigde eenheden. Soms is het nodig om compromissen te sluiten en een ander proces te kiezen als de hoeveelheid per eenheid economisch niet zinvol is.

Hoewel er veel uitzonderingen zijn, geeft deze tabel een globaal beeld van het aantal eenheden dat geschikt is voor bepaalde processen. (Vervaardiging van plaatwerk is uitgesloten, aangezien onderdelen en prototypes van plaatwerk meestal specifiek zijn ontworpen voor plaatbewerkingsprocessen.)

Hoe maak je een prototype, stap voor stap

Conceptualiseren

De eerste fase van het maken van een prototype, voordat het wordt ontworpen, is beslissen wat er nodig is. Deze fase kan marktonderzoek en het brainstormen over mogelijke vereisten omvatten.

Ontwerp

Tenzij een ruwe handgemaakte mockup alles is wat nodig is, is CAD-software vereist om een ​​prototype te ontwerpen. CAD zorgt voor exacte herhaling en eenvoudige wijziging, en bestanden kunnen worden omgezet in een machineleesbaar formaat voor onmiddellijke productie. Degenen zonder ontwerpervaring hebben mogelijk professionele productontwerpservices nodig.

Kies materiaal, technologie, afwerking

Materiaal, technologie en oppervlakteafwerking moeten allemaal vanaf het begin worden overwogen, aangezien deze factoren het CAD-ontwerp zullen bepalen. De definitieve selecties kunnen echter pas na de ontwerpfase worden gemaakt.

Bouw

Een werkbaar CAD-bestand en een lijst met materialen, technologieën en oppervlakteafwerkingen moeten naar de prototypingspecialist worden gestuurd, die vervolgens kan beginnen met de fabricage van het prototype.

Weer prototype

Zodra het prototype zijn doel heeft bereikt, kan het nodig zijn om een ​​ander te ontwikkelen, afhankelijk van de huidige fase van de productontwikkelingstijdlijn. Een conceptmodel kan, eenmaal gevalideerd, bijvoorbeeld worden opgevolgd door een mechanisch prototype.

3ERP is een specialist in rapid prototyping en heeft met een breed scala aan klanten in vele industrieën gewerkt. Neem contact op voor een gratis offerte.