Rapid Prototyping Uitgelegd: Typen, Processen en Voordelen

Voordelen: Voor conceptmodellen, cosmetische prototypes en complexe ontwerpen kan SLA onderdelen produceren met ingewikkelde geometrieën en uitstekende oppervlakteafwerkingen vergeleken met andere additieve processen. De kosten zijn concurrerend en de technologie is beschikbaar via verschillende bronnen.

Nadelen: Prototypedeelen zijn misschien niet zo sterk als die gemaakt van engineering-grade harsen, zodat SLA-gemaakte onderdelen beperkt bruikbaar zijn voor functionele tests. Daarnaast moeten, hoewel onderdelen een UV-cyclus doorlopen om het buitenoppervlak te verharden, in SLA gebouwde onderdelen worden gebruikt met minimale UV- en vochtblootstelling zodat ze niet afbreken.

2. Selectieve Lasersintering (SLS)

Gebruikt voor zowel metaal- als kunststofprototyping, gebruikt SLS een poederbed om een prototype laag voor laag te creëren met een laser om het poedermateriaal te verwarmen en te sinteren. De sterkte van de onderdelen is echter niet zo goed als bij SLA, terwijl het oppervlak van het eindproduct meestal ruw is en nabewerking kan vereisen.

Tijdens het SLS-proces tekent een computergecontroleerde CO2-laser op een warm bed van nylon-gebaseerd poeder van beneden naar boven, waar het het poeder lichtjes sinteert (smedt) tot een vast deel. Na elke laag legt een roller een verse laag poeder bovenop het bed, en het proces herhaalt zich.

SLS gebruikt ofwel starre nylon- of elastomere TPU-poeders die vergelijkbaar zijn met echte engineering thermoplasten, zodat onderdelen meer zwaartekracht vertonen en nauwkeurig zijn, maar een ruw oppervlak hebben en ontbreken aan fijn detail. SLS biedt een groot bouwvolume, kan onderdelen produceren met hoog complexe geometrieën en duurzame prototypes creëren.

Voordelen: SLS-onderdelen zijn doorgaans nauwkeuriger en duurzamer dan SLA-onderdelen. Het proces kan duurzame onderdelen maken met complexe geometrieën en is geschikt voor sommige functionele tests.

Nadelen: De onderdelen hebben een korrelige of zandachtige textuur en het proces heeft een beperkte keuze aan harsen.

3. Directe Metalen Lasersintering (DMLS)

DMLS is een additieve fabricagetechnologie die metalen prototypes en functionele, eindgebruiksdelen produceert. DMLS gebruikt een lasersysteem dat tekent op een oppervlak van geatomiseerd metaalpoeder. Waar het tekent, smedt het het poeder tot een vast deel.

Na elke laag voegt een mes een verse laag poeder toe en herhaalt het proces. DMLS kan de meeste legeringen gebruiken, waardoor prototypes volwaardige, functionele hardware kunnen zijn gemaakt van hetzelfde materiaal als productiecomponenten.

Het heeft ook het potentieel, indien ontworpen met fabricage in gedachten, over te gaan in metalen injectiegieten wanneer verhoogde productie nodig is.

Voordelen: DMLS produceert sterke (meestal 97% dicht) prototypes uit een verscheidenheid aan metalen die gebruikt kunnen worden voor functionele tests. Omdat de componenten laag voor laag worden opgebouwd, is het mogelijk om interne features en passages te ontwerpen die niet gegoten of anderszins bewerkt konden worden. Mechanische eigenschappen van onderdelen zijn gelijk aan conventioneel gevormde onderdelen.

Nadelen: Bij het produceren van meer dan een paar DMLS-onderdelen kunnen de kosten stijgen. Vanwege de poedermetalen oorsprong van het directe metaalproces is de oppervlakteafwerking van deze onderdelen lichtjes ruw. Het proces zelf is relatief langzaam en vereist meestal dure nabewerking.

4. Fused Deposition Modelling (FDM) of Materiaal Jetting

Deze goedkope, gemakkelijk te gebruiken proces kan in de meeste niet-industriële desktop 3D-printers worden gevonden. Een spoel thermoplast filament wordt gebruikt dat wordt gesmolten in een drukbusbehuizing voordat de resulterende vloeibare kunststof laag voor laag wordt afgezet volgens een computerdeposatieprogramma.

Hoewel de vroege resultaten doorgaans een slechte resolutie hadden en slecht waren, verbetert dit proces snel en is het snel en goedkoop, wat het ideaal maakt voor productontwikkeling.

FDM gebruikt een extrusiemethode die thermoplastische hars (ABS, polycarbonaat, of ABS/polycarbinaat mengsel) smelt en weer vastlaat in lagen om een afgerond prototype te vormen. Omdat het echte thermoplastische harsen gebruikt, is het sterker dan binder jetting en kan het beperkt bruikbaar zijn voor functionele tests.

Voordelen: FDM-onderdelen zijn matig geprijsd, relatief sterk en kunnen goed zijn voor sommige functionele tests. Het proces kan onderdelen maken met complexe geometrieën.

Nadelen: De onderdelen hebben een slechte oppervlakteafwerking, met een duidelijke golvende effect. Het is ook een langzamer additief proces dan SLA of SLS en heeft beperkte geschiktheid voor functionele tests.

6. Injectiegieten

Rapid injectiegieten werkt door thermoplastische harsen in een vorm te injecteren, net als bij productie-injectiegieten. Wat het proces "rapid" maakt, is de technologie die gebruikt wordt om de vorm te produceren, die vaak van aluminium is in plaats van het traditionele staal dat in productievormen wordt gebruikt.

Gegoten onderdelen zijn sterk en hebben uitstekende afwerkingen. Het is ook de industriestandaard productieproces voor kunststofonderdelen, dus er zijn inherente voordelen aan prototypen in hetzelfde proces als de situatie het toelaat.

Bijna elk engineering-grade kunststof of vloeibaar silicone rubber (LSR) kan worden gebruikt, zodat de ontwerper niet beperkt wordt door de materiaalbeperkingen van het prototypingproces.

Voordelen: Gegoten onderdelen zijn gemaakt uit een reeks engineering-grade materialen, hebben een uitstekende oppervlakteafwerking en zijn een uitstekende voorspeller van fabricagebaarheid tijdens de productiefase.

Nadelen: Er is een initiële toolingkost verbonden aan rapid injectiegieten die niet voorkomt bij enige van de additieve processen of bij CNC-bewerking. In de meeste gevallen is het zinvol om één of twee rondes rapid prototypes (subtractief of additief) te doen om pasvorm en functie te controleren voordat men overgaat tot injectiegieten.

7. Binder Jetting

Deze techniek stelt één of meer onderdelen in één keer te printen, hoewel de gemaakte onderdelen niet zo sterk zijn als die gemaakt met SLS. Binder jetting gebruikt een poederbed waarop zuigers microfijne druppels vloeistof sproeien om de poederdeeltjes samen te binden en een laag van het onderdeel te vormen.

Elke laag kan vervolgens gecompact worden door een roller voordat de volgende laag poeder wordt toegepast en het proces opnieuw begint. Wanneer het onderdeel compleet is, kan het in een oven gecureerd worden om de binder te verbranden en het poeder te smeden tot een integraal onderdeel.

8. Polyjet

Polyjet gebruikt een printkop om lagen van fotopolymerhars te sproeien die, één na de ander, met ultraviolett licht worden gecureerd. De lagen zijn erg dun, wat kwalitatieve resolutie toelaat. Het materiaal wordt ondersteund door een gelmatrix die na voltooiing van het onderdeel wordt verwijderd. Elastomere onderdelen zijn mogelijk met Polyjet.

Voordelen: Dit proces is matig geprijsd, kan overvormde onderdelen prototypen met flexibele en starre materialen, kan onderdelen produceren in meerdere kleuropties en dupliceert eenvoudig complexe geometrieën.

Nadelen: Polyjet-onderdelen hebben beperkte sterkte (vergelijkbaar met SLA) en zijn niet geschikt voor functionele tests. Hoewel PolyJet onderdelen kan maken met complexe geometrieën, geeft het geen inzicht in de eventuele fabricagebaarheid van het ontwerp. Ook kunnen kleuren geel worden bij langdurige blootstelling aan licht.

Vergelijking van Prototyping Processen

Waarom is rapid prototyping belangrijk?

In de moderne, snelle consumentenmarkt moeten bedrijven sneller nieuwe producten ontwikkelen en lanceren om competitief te blijven. Omdat snellere productontwikkeling en technologische innovatie de sleutels zijn tot het succes van een bedrijf, wordt rapid prototyping het belangrijkste element in nieuwe productontwikkeling. De volgende doelen worden bereikt door rapid prototyping.

• Snellere nieuwe productontwikkeling – Prototyping speelt een vitale rol in het creëren van succesvolle producten omdat het het nieuwe productontwikkelingsproces versnelt
• Vroegtijdige ontwerp/conceptvalidatie van vorm, pasvorm en functie van het ontwerp
• Eindstadium productverificatie tegen de technische eisen en bedrijfsdoelstellingen
• Het stelt functionele tests toe om de doelstellingen van het concept te testen en de specificatie te finaliseren
• Prototype geeft de eindgebruiker, klant, klant, deelnemers hand-on gebruikerservaring om feedback te krijgen

Toepassingen

Productontwerpers gebruiken dit proces voor de snelle fabricage van representatieve prototypeonderdelen. Dit kan helpen bij de visualisatie, ontwerp en ontwikkeling van het fabricageproces vóór massaproductie.

Oorspronkelijk werd rapid prototyping gebruikt om onderdelen en schaalmodellen te creëren voor de automobielindustrie, hoewel het sindsdien is overgenomen door een breed scala aan toepassingen in verschillende industrieën zoals medische en luchtvaart.

Rapid Tooling is een andere toepassing van RP waarbij een onderdeel van een injectiegegoten plug of een ultrasoon sensorwedge wordt gemaakt en gebruikt als gereedschap in een ander proces.

Voordelen van rapid prototyping

• Verkorte ontwerp- en ontwikkeltijd
• Verkorte totale productontwikkelingskosten
• Eliminatie of reductie van risico's
• Stelt functionele tests toe
• Verbeterde en verhoogde gebruikersbetrokkenheid
• Mogelijkheid om menselijke factoren en ergonomie te evalueren

Nadelen van rapid prototyping

• Gebrek aan nauwkeurigheid
• Toegevoegde initiële kosten
• Sommige rapid prototyping-processen zijn nog steeds duur en niet economisch
• Materialeiigenschappen zoals oppervlakteafwerking en sterkte kunnen niet worden nagebootst
• Vereist geschoold personeel
• Het bereik van materialen dat gebruikt kan worden is beperkt
• Over het hoofd zien van sommige belangrijke features omdat ze niet geprototyped kunnen worden
• Verwarred eindgebruiker, klanten die het verwarren met het afgeronde project/ontwikkelaar die gebruikersdoelstellingen begrijpt

Veelgestelde Vragen

Wat is Rapid Prototyping?

Rapid prototyping is de snelle fabricage van een fysiek onderdeel, model of assemblage met behulp van 3D computer-aided design (CAD). De creatie van het onderdeel, model of assemblage wordt meestal voltooid via additieve fabricage, beter bekend als 3D-printen.

Hoe werkt Rapid Prototyping?

Rapid Prototyping, ook bekend als 3D-printen, is een additieve fabricagetechnologie. De 3D-printmachine leest de data uit de CAD-tekening en legt opeenvolgende lagen van vloeistof, poeder of bladmateriaal neer, waarmee het fysieke model wordt opgebouwd uit een reeks dwarsdoorsnedes.

Wat zijn de verschillende typen Rapid Prototyping?

Verschillende Typen Rapid Prototyping:

1. Stereolithografie (SLA) of Vat-fotopolymerisatie.
2. Selectieve Lasersintering (SLS)
3. Fused Deposition Modelling (FDM) of Materiaal Jetting.
4. Selectieve Laser Smelting (SLM) of Poederbedfusie.
5. Gelamineerde Object Fabricage (LOM) of Blattlaminatie.

Wat is een voorbeeld van rapid prototyping?

Een veelvoorkomend en frequent gebruikt voorbeeld van rapid prototyping is 3D-printen. De mogelijkheid om een snelle 3D-model te produceren met deze printvariant kan veel tijd en kosten besparen in het productieproces.

Waar wordt rapid prototyping gebruikt?

Rapid prototyping kan in elke fase van de productontwikkelingscyclus worden gebruikt voor elk onderdeel of sub-onderdeel. Prototyping kan vele keren herhaald worden langs het nieuwe productontwerpproces met behulp van testdata om het gewenste deel te bereiken.

Hoe werkt rapid prototyping?

Rapid Prototyping gebruikt een standaard data-interface, geïmplementeerd als het STL-bestandsformaat, om te vertalen van de CAD-software naar de 3D-prototypingmachine. Het STL-bestand benadert de vorm van een onderdeel of assemblage met behulp van driehoeksfacetten. Typisch kunnen rapid prototyping-systemen 3D-modellen binnen enkele uren produceren.

Wat is rapid prototyping en zijn kenmerken?

Rapid prototyping is een agile strategie die door het hele productontwikkelingsproces heen wordt gebruikt. Met deze benadering worden 3-dimensionale prototypes van een product of feature gemaakt en getest om kenmerken zoals vorm, grootte en algehele bruikbaarheid te optimaliseren.

Wat is het hoofdvoordeel van rapid prototyping?

Rapid prototyping biedt ingenieurs, ontwerp- en ontwikkelteams duidelijke voordelen zoals: de mogelijkheid om concepten sneller te verkennen en te realiseren. Deze efficiëntie in tijd en kosten stelt teams in staat om verder te gaan dan de blote visualisatie van een product, waardoor het gemakkelijker wordt om de eigenschappen en het ontwerp van een product te begrijpen.

Waar heeft rapid prototyping zijn oorsprong?

Rapid prototyping in de moderne zin heeft zijn oorsprong in 3D-printen, ontwikkeld in de jaren 80 als een innovatieve nieuwe manier om prototypes te produceren. Sindsdien heeft rapid prototyping zijn betekenis uitgebreid om een reeks fabricagetechnieken te omvatten, elk gericht op een ander stadium van productontwikkeling.

Wat is rapid prototyping procesketen?

De rapid prototyping procesketen die hier gepresenteerd wordt, begint met het ontwerp van de componenten als driedimensionale CAD-modellen. De mastermodellen worden gerealiseerd als polymere onderdelen door RP-technieken en vervolgens gekopieerd in silicone rubberen vormen om direct gebruikt te worden als gereedschappen voor het laagdruk-injectiegietproces.

Is rapid prototyping hetzelfde als 3D-printen?

De term rapid prototyping verschilt van 3D-printen/additieve fabricage. Rapid prototyping is de techniek van het fabriceren van een prototypemodel uit een CAD-bestand. Met andere woorden, 3D-printen/additieve fabricage is het proces, en rapid prototyping is het eindresultaat.

Wat is rapid prototyping in productontwikkeling?

Rapid prototyping is de groep technieken die gebruikt worden om snel een schaalmodel van een fysiek onderdeel of assemblage te fabriceren met behulp van driedimensionale computer-aided design (CAD) data. Met 3D-printen kunnen ontwerpers snel itereren tussen digitale ontwerpen en fysieke prototypes, en sneller in productie komen.

Wat zijn de nadelen van prototyping?

Nadelen van het gebruik van Prototype Model:

• Dit model is kostbaar.
• Het heeft slechte documentatie door continu veranderende klanteisen.
• Er kan te veel variatie in eisen zijn.
• Klanten eisen soms het echte product snel te leveren na het zien van een vroege prototype.

Wat is het verschil tussen prototyping en rapid prototyping?

Wat vroeger enkele weken duurde met traditionele prototyping, duurt nu slechts enkele uren met RP. In het algemeen is rapid prototyping het beste voor projecten die verschillende ontwerpwijzigingen of componentaanpassingen vereisen. Het is ook ideaal voor complexe geometrieën en strakke deadlines.

Wat zijn typen rapid prototyping?

Volgende zijn de typen rapid prototyping technologie beschikbaar voor engineering productontwerpers: Additieve fabricage – Stereolithografie (SLA), Selectieve lasersintering (SLS), Directe metalen lasersintering (DMLS), Fused Deposition Modelling (FDM), MJF, Binder jetting, en Poly jetting.

Wat zijn de toepassingen van rapid prototyping?

Rapid prototyping wordt breed gebruikt voor operatieplanning, diagnose, training, en custom implantaatontwerp en -fabricage. De 3D computer-aided design en fabricage worden ook gebruikt voor het ontwerp en de ontwikkeling van nieuwe medische producten. Ze verkorten de time-to-market en helpen verder in onderzoek.

Wie heeft rapid prototyping uitgevonden?

Rapid prototyping in de moderne zin wordt vaak beschouwd als uitgevonden in de jaren 80 door Hideo Kodama en Charles Hull met de ontwikkeling van 3D-printen.

Wat zijn de materialen die gebruikt worden in rapid prototyping?

Nieuwe prototypematerialen worden constant ontwikkeld die steeds beter overeenkomen met eindspecificaties van productiematerialen. ABS, acrylaat, polyphenylsulfon, polycarbonaat, en nylon zijn er maar een paar die gemeenschappelijk gebruikt worden, die uitstekende functionaliteit, duurzaamheid en sterkte bieden.

Wat is het verschil tussen additieve fabricage en rapid prototyping?

Rapid prototyping betekent het snel produceren van een prototype. Additieve fabricage verwijst naar elk fabricageproces dat producten maakt door geleidelijk materialen toe te voegen.

Wat is rapid fabricageproces?

De term rapid manufacturing wordt gebruikt om verschillende methoden en fabricageprocessen samen te vatten die dienen voor de snelle en flexibele productie van prototypes en serieonderdelen. Het wordt begrepen dat de productie impliceert het gebruik van niet-conventionele gereedschappen die direct de beschikbare CAD-data inlezen.

Welke polymeren worden gebruikt in rapid prototyping?

Polydimethylsiloxane (PDMS) is de belangrijkstestof geweest voor rapid prototyping in de academische microfluidica-gemeenschap, vanwege de lage kosten, robuustheid en eenvoudige fabricage, wat bijzonder voordelig is in de exploratieve stadia van onderzoek.

Wat is het verschil tussen prototyping en rapid prototyping?

Wat vroeger enkele weken duurde met traditionele prototyping, duurt nu slechts enkele uren met RP. In het algemeen is rapid prototyping het beste voor projecten die verschillende ontwerpwijzigingen of componentaanpassingen vereisen. Het is ook ideaal voor complexe geometrieën en strakke deadlines.

Wat is het verschil tussen rapid prototyping en rapid tooling?

"Rapid prototyping" verwijst naar de verschillende additieve fabricagemethoden die gebruikt worden voor de snelle productie van specimencomponenten – eigenlijk is dit waar additieve fabricage oorspronkelijk vandaan kwam. Rapid tooling is een andere technologie die productversnelling versnelt.