Een prototype is het eerste voorbeeld van een te vervaardigen product, dient als uitgangspunt voor het uitvoeren van de nodige aanpassingen, als model om te repliceren of als matrix om een mal te maken.
prototyping is dus een experimenteel proces waarmee ontwerpteams hun ideeën kunnen realiseren. Prototyping is een zeer nuttig proces in verschillende sectoren, waarbij iteraties kunnen worden uitgevoerd totdat het gewenste resultaat is bereikt.
Afbeelding 1:3D-geprint helmprototype met Raise Pro2 Plus. Bron:KIDO Sports.
Er zijn verschillende soorten productprototyping met verschillende functies:
Low-fidelity-prototypes: Low-fidelity prototypes kunnen in korte tijd en met grote snelheid worden uitgevoerd en fungeren als een studiemodel, waardoor verschillende aspecten kunnen worden geanalyseerd om de nodige wijzigingen aan het model aan te brengen voordat het uiteindelijke productontwerp wordt bereikt. Prototypes ontwerpen :Ontwerpprototypes worden uitgevoerd om het productontwerp te valideren.
Geometrische prototypen :Dit type prototype wordt gemaakt om de geometrie van het product te controleren en indien nodig aan te passen.
Functionele prototypen :Deze prototypes worden uitgevoerd om het gedrag van de gebruikte materialen te analyseren en om de functionaliteit van het product te testen.
Technische prototypen :In dit geval wordt het prototype gebruikt als een globaal studiemodel, waardoor alle kenmerken kunnen worden geanalyseerd.
Hoogwaardige prototypen: Ze bestaan uit de fabricage van een prototype dat identiek is aan het eindproduct. Het wordt ten zeerste aanbevolen om dit type prototyping uit te voeren voordat de massaproductie van een product wordt uitgevoerd.
Momenteel zijn er verschillende processen voor de fabricage van prototypes, zoals CNC-bewerking, spuitgieten of 3D-printen.
Snelle prototyping
3D-printen is direct gerelateerd aanrapid prototyping vanwege de directheid die deze productiemethode biedt en de verschillende mogelijkheden die het biedt, afhankelijk van de gebruikte technologie en de gebruikte materialen, waardoor het een veelgebruikte productiemethode is voor low-fidelity prototyping.
Video 1:Rapid prototyping van DLimit. Bron:BCN3D.
Rapid prototyping met behulp van 3D-printen is bedoeld om modellen te vervaardigen om een of meer aspecten van het product te testen en zo nodig in staat te zijn om het indien nodig op een behendige en onmiddellijke manier aan te passen totdat het definitieve ontwerp is bereikt, het waarborgen van zowel de vorm als de functionaliteit van het product.
Voor het vervaardigen van prototypes met behulp van 3D-printen moet er rekening mee worden gehouden welke technologie het meest geschikt is. Elke technologie heeft voor- en nadelen, dus het is noodzakelijk om de basisprincipes waarop de werking ervan is gebaseerd en de beperkingen ervan te kennen om de meest geschikte voor elke behoefte te vinden.
De meest voorkomende 3D-printtechnologieën zijn:
Fused material deposition (FDM)
Selectieve lichtuitharding van harsen (SLA)
Selectief lasersinteren (SLS)
Een vergelijkingstabel tussen hen is hieronder te zien:
| Gebruikt materiaal | Thermoplasten | Lichtuithardende hars | Thermoplasten |
|---|
| Verscheidenheid aan materialen | Zeer hoog | Gemiddeld | Laag |
|---|
| Directheid | Zeer hoog | Gemiddeld | Laag |
|---|
| Nauwkeurigheid | Laag | Gemiddeld | Hoog |
|---|
| Algemene tolerantie | ±0,5% (ondergrens ±0,5 mm) | ±0,5% (ondergrens ±0,15 mm) | ±0,3% (ondergrens ±0,3 mm) |
|---|
| Ondersteunt | >45º | Altijd | Nooit |
|---|
Tabel 1:Vergelijking tussen verschillende 3D-printtechnologieën. Bron:Filament2print.
Voor een meer diepgaande blik op de kenmerken en beperkingen van elke technologie, raden we aan het artikel "Hoe de juiste technologie te kiezen:FDM, SLA en SLS" te lezen.
Enkele voordelen van prototyping met 3D-printen zijn:
Snelheid :Afhankelijk van de gebruikte 3D-printtechnologie zal de productiesnelheid hoger of lager zijn, maar 3D-printen is over het algemeen een productiemethode die directheid biedt.
Besparingen op kosten en middelen :Afhankelijk van de complexiteit van het onderdeel en de gebruikte materialen, kan het gebruik van 3D-printen voor prototyping van onderdelen leiden tot aanzienlijke besparingen op kosten en middelen in vergelijking met andere traditionele productiemethoden.
Duurzaamheid :Door 3D-printapparatuur in de eigen productiefaciliteiten van het bedrijf te hebben, worden prototypes lokaal geproduceerd, wat de geproduceerde ecologische voetafdruk verkleint in vergelijking met externe productie. Bovendien is het vaak mogelijk om te werken met biologisch afbreekbare, gerecyclede of recyclebare materialen en wordt door de aard van de fabricagemethode afval en materiaalverspilling geminimaliseerd.
Van prototyping tot productie
Aanvankelijk werd 3D-printen alleen gebruikt voor prototyping. Het wordt nu echter ook gebruikt als een aanvullende productiemethode. Dit is voornamelijk te wijten aan twee factoren:
Ontwikkeling van materialen
Een van de factoren die het mogelijk maken om met 3D-printen kleine series eindproducten te vervaardigen, is deontwikkeling van materialen die toepassingen mogelijk maken voor veeleisende omgevingen dankzij hun mechanische eigenschappen of specifieke eigenschappen.
Een voorbeeld hiervan zijn ESD-materialen, die verkrijgbaar zijn in filament-, poeder- en zelfs harsvorm, en waarmee producten kunnen worden vervaardigd met bescherming tegen elektrostatische ontlading.
Vooruitgang in 3D-printtechnologieën
Dankzij de vooruitgang die de afgelopen jaren is geboekt en het R&D-werk van fabrikanten van apparatuur, zijn de functies van 3D-printers aanzienlijk verbeterd, tot het punt datzeer complexe onderdelen van industriële kwaliteit kunnen worden vervaardigd.
Alle 3D-printtechnologieën zijn flink vooruitgegaan. Voorbeelden zijn de SLA 3D-printers van FormLabs voor de medische en tandheelkundige sector, Form 3B+ en Form 3BL, die biocompatibele materialen kunnen 3D printen; of de SLS 3D-printers van Sinterit, diezeer complexe onderdelen kunnen produceren zonder ondersteuning , evenals desktopmodellen zoals Lisa, Lisa Pro of Lisa X.
Afbeelding 3:Vervaardiging van eindproducten voor de tandheelkundige sector. Bron:FormLabs.
3D-printproductie stelt professionele gebruikers zonder twijfel in staat om prototypes en zelfs definitieve onderdelen van industriële kwaliteit te produceren, en is momenteel een van de meest gebruikte productiemethoden voor rapid prototyping in een groot aantal sectoren. Dankzij de verscheidenheid aan technologieën, apparatuur en materialen is het mogelijk om oplossingen te vinden voor vrijwel elke toepassing.
