De optimale rapid prototyping methode selecteren voor superieure productontwikkeling

"Rapid prototyping" (RP) verwijst naar de snelle fabricage van fysieke producten met behulp van Computer Aided Design (CAD) tijdens de ontwerpfase van de productlevenscyclus. Het kan door de hele ontwerpproces gebruikt worden, van conceptcreatie tot eindtesten. Effectieve rapid prototyping helpt ingenieurs potentiële valkuilen vroegtijdig te vermijden, verbetert de algehele kwaliteit van een product, en versnelt de time-to-market. Rapid prototyping kan ook snel complexe geometrieën direct van een CAD-bestand reproduceren zonder enige noodzaak voor gereedschappen.

Er zijn twee typen prototypes: low fidelity en high fidelity. Low fidelity prototypes zijn ruwe mock-ups die in de vroege stadia van de ontwerpcyclus gebruikt worden om ontwerpers en ingenieurs te helpen de vorm en functie van een concept te begrijpen, waardoor ze snel ontwerpen kunnen verbeteren. High fidelity prototypes zijn bijna exacte representaties van een eindontwerp, gebruikt om de prestaties, uiterlijk en ergonomie van het product te valideren.

Rapid prototyping is een van de grote voordelen van additieve productie, maar het is moeilijk te weten welk type 3D-printen te gebruiken. Om de druk van het selecteren van een rapid prototyping proces voor een gegeven product te verlichten, hebben we zes van de meest voorkomende methoden opgebroken.

Fused Deposition Modeling (FDM)

Tijdens Fused Deposition Modeling (FDM), smelt een verwarmde printneus thermoplastisch materiaal zoals polycarbonaat of ABS in zijn loop en extrudeert het vloeibare materiaal, laag voor laag, langs een vast toolpath. FDM bestaat al vele jaren en is een van de meest voorkomende prototypingtechnologieën omdat het eenvoudig, veilig te gebruiken is, en relatief sterke onderdelen kan produceren bij een matige tot lage prijs.

Helaas is FDM niet bekend om zijn structurele integriteit. Het produceert vaak onderdelen die porieus zijn, niet-uniforme sterkte hebben, en beperkte functionele testmogelijkheden. FDM is ook langzamer dan stereolithografie of selectieve laser sintering. Toch zouden ingenieurs FDM moeten overwegen als een haalbare optie tijdens de productontwikkelingsfase, omdat het een kosteneffectief middel biedt voor rapid prototyping.

Stereolithografie (SLA)

Stereolithografie (SLA) is de bewezen rapid prototyping keuze voor veel ontwerp- en engineeringteams. Tijdens dit proces traceert een computer-gecontroleerde UV-lasers elke 2D-snede van een onderdeel op het bouwplatform, wat een vloeibare fotopolymerhars uithardt. Elke voltooide laag hecht aan de volgende en het proces wordt herhaald tot een volledig onderdeel gevormd is. Het is snel, betaalbaar en wijd beschikbaar. SLA-prototypes worden veel gebruikt voor medische hulpmiddelen en modellen.

Omdat SLA geen engineering-grade harsen vereist, neigen prototypes gemaakt door dit proces ertoe zwakker te zijn en ongeschikt voor zware tests. Wat meer is, UV kan na verloop van tijd en bij blootstelling aan vocht degraderen. Echter, SLA-onderdelen hebben een veel betere oppervlakteafwerking dan FDM door de hogere resolutie van de laser en de verminderde zichtbaarheid van laaglijnen. Ingenieurs zouden prototyping met SLA moeten overwegen voor beperkt-gebruik onderdelen met ingewikkelde ontwerpen of hogere oppervlakte-eisen.

Digital Light Synthesis (DLS)

Carbons Digital Light Synthesis (DLS) gebruikt een fotochemisch proces om onderdelen te bouwen. Licht wordt geprojecteerd door een zuurstof-doorlatend raam en naar beneden in een vat van UV-uithardbare hars. Vervolgens projecteert een digitaal apparaat een reeks UV-beelden in de hars, het onderdeel verhardt laag voor laag, en het volledige onderdeel wordt gevormd. Het geprinte onderdeel wordt gebakken in een geforceerde convectieoven en de toepassing van hitte geeft DLS-geprinte onderdelen hun uitzonderlijke mechanische eigenschappen.

Dit proces is ideaal voor het ontwikkelen van high-fidelity prototypes en kleine, isotrope onderdelen omdat het printproces continu is. DLS-geprinte onderdelen zijn vergelijkbaar in sterkte en mechanische eigenschappen met onderdelen geproduceerd met injectiegieten. DLS is ook compatibel met een breed scala aan industriële materialen, wat het ideaal maakt voor meerdere onderdeeliteraties.

Echter, DLS is niet het beste prototypingproces voor het printen van onderdelen groter dan de handpalm en ingenieurs moeten misschien hun ontwerpen heroverwegen om rekening te houden met de supports van dit proces. Ook is het doorgaans duurder dan andere beschikbare prototypingprocessen en heeft het geen groot bouvolume.

Selective Laser Sintering (SLS)

Selective Laser Sintering (SLS) gebruikt een krachtige computer-gecontroleerde laser om meerdere lagen poedermateriaal, doorgaans nylon-gebaseerd, in een vast te sinteren. Naast nylon is SLS compatibel met elastomere TPU-poeders die mechanisch vergelijkbaar zijn met thermoplasten. Dit rapid prototyping proces is met name goed geschikt voor het creëren van auto-hardwareonderdelen.

Prototypes gebouwd met SLS zijn tougher, duurzamer, en meer geschikt voor functionele testen dan die gebouwd met SLA. Dit proces is ook veelzijdiger dan SLA, aangezien het met een breed scala aan materialen gedaan kan worden terwijl uniforme sterkte behouden blijft. Echter, SLS-geprinte producten zijn porieus, minder gedetailleerd, duurder, en nemen langer om te produceren.

Multi Jet Fusion (HP MJF)

Multi Jet Fusion (HP MJF) is een poederbedtechnologie die 2D-dwarsdoorsnedes opbouwt met inktjetkoppen die een smeltmiddel op een laag poeder depositieren wat vervolgens gesmolten wordt door een infraroodlamp. De onderdelen worden vervolgens uitgegraven uit de build box en geblast om het overtollige poeder te verwijderen.

HP MJF is snel, gemiddeld ongeveer drie dagen sneller dan SLS. Dit proces kan functionele, chemisch bestendige en hoogdichte prototypes in minder dan een dag produceren. Dit maakt het ideaal voor waterdichte toepassingen, behuizingen, en andere prototypes die complexe assemblages hebben. Prototypes kunnen ook in volle kleur gemaakt worden, wat ontwerpers in staat stelt de esthetiek van een product te testen. Echter, HP MJF kan alleen gebruikt worden met PA12 nylon en het beloft geen hoge nauwkeurigheid bij het creëren van kleine kenmerken.

PolyJet

Tijdens het PolyJet printproces, spuit een printkop een laag fotopolymerhars op een gelmatrix, en gaapt de hars onder ultraviolette licht. Dit produceert ultra-dunne en ongelooflijk gladde lagen materiaal die uw prototype een superieure oppervlakteafwerking kunnen geven. Bovendien kan de printkop druppels van verschillende materialen uitwerpen, wat u in staat stelt multi-materiaal prototypes in een enkele print te creëren.

Echter, deelt PolyJet veel van SLA's kwetsbaarheden. Prototypes gebouwd met dit proces zijn niet erg sterk en kunnen degraderen door UV-gevoeligheid. Toch, als ingenieurs op zoek zijn naar een rapid prototyping proces dat compatibel is met veel materialen en een elegante, hoge-resolutie print produceert, kan PolyJet een geschikte optie zijn.

Bouw betere prototypes met expert advies

Het kiezen van het beste rapid prototyping proces kan overweldigend voelen. Door budgettaire beperkingen, tijdlijn, fysieke vereisten en andere kritische factoren te balanceren, kunnen ingenieurs beginnen in te zoomen op het rapid prototyping proces dat het beste is voor hun project. Partneren met een expert productiepartner kan helpen ervoor te zorgen dat u de juiste keuze maakt.

Als u op zoek bent naar de juiste partner om niet alleen uw rapid prototyping proces te optimaliseren, maar elke fase van uw productieproject, kijk dan naar Fast Radius. Ons team van experts brengt jarenlange ervaring aan tafel en kan uw operaties tillen van concept tot levering, garanderend dat u eindigt met een product van ongekende kwaliteit. Neem vandaag nog contact met ons op voor een offerte.

Voor meer informatie over de additieve productieprocessen die we aanbieden en wat u met elk kunt bouwen, blader door de gerelateerde artikelen in ons kenniscentrum.

Klaar om uw onderdelen te maken met Fast Radius?