Rapid Prototyping uitgelegd: Hoe de juiste methode voor je product te kiezen

Als je recent een productontwerp hebt bedacht, dan heb je waarschijnlijk al enkele veelvoorkomende vragen beantwoord die je fabrikant voor je zou kunnen hebben. Bijvoorbeeld: wat is je keuze van materiaal, de afmetingen, sterkte- en tolerantievereisten, en hoeveel eenheden zoek je te produceren?

Echter, zelfs na het beantwoorden van al deze vragen, kun je de mogelijkheid van falen niet uitsluiten wanneer je begint met massaproductie van je eindproduct. Een manier waarop top-productontwerpers deze risico's mitigeren is door rapid prototyping. Dit artikel legt rapid prototyping uit en biedt nuttige tips om de ideale methode te kiezen.

Wat is Rapid Prototyping?

Rapid prototyping omvat het fabriceren van monsteronderdelen van je product om te testen op component fit, functie, fabricagebaarheid, uiterlijk en sterkte. Het stelt je in staat om ontwerpfouten vroegtijdig tijdens productontwikkeling te ontdekken zodat je maatregelen kunt nemen om ze te corrigeren. Echter, vanwege de diverse rapid prototyping technologieën die vandaag beschikbaar zijn, kun je verward raken over het kiezen van de ideale rapid prototyping technologie en methode voor je project.

De ideale Rapid Prototyping methode kiezen

Drie veelgebruikte methoden voor rapid prototyping omvatten:

1. 3D-printen
2. Injectiegieten
3. CNC-bewerking

#1 3D-printen

3D-printen is een additief productieproces – wat betekent dat het het toevoegen van delen van materialen in lagen omvat om de gewenste prototype te vormen. Het is de meest voorkomende methode voor rapid prototyping vanwege de hoge nauwkeurigheid, materiaalcompatibiliteit en lage kosten (vooral voor een laag volume aan onderdelen).

Figuur 1: Het 3D-printproces

Echter, 3D-printtechnologieën komen in verschillende typen, elk met zijn eigen capaciteit en geschiktheid voor verschillende prototyping behoeften. Bijvoorbeeld: drie veelgebruikte 3D-printtechnologieën omvatten:

• Fused Deposition Modeling (FDM)
• Stereolithografie
• Selective Laser Sintering (SLS)

Fused Deposition Modeling

Fused Deposition Modelling (FDM) is de meest populaire 3D-printmethode voor rapid prototyping. FDM 3D-printers werken door thermoplastische filamenten (zoals PLA en ABS) laag voor laag door een verwarmde mondstuk te extruderen. Het heeft typisch een maximale bouwwaarde van 320 x 132 x 154 mm en is geschikt voor het creëren van prototypes die je aan vorm-pas testen wilt onderwerpen.

Bijvoorbeeld: Figuur 2 toont het prototype van een Raspberry Pi behuizing gecreëerd met een FDM 3D-printer om aan vorm-pas testen te worden onderworpen.

Figuur 2: FDM-geprint Raspberry Pi behuizing

Echter, de grootte van de extrusiemondstuk definieert de resolutie van een FDM-geprint onderdeel. Daarom is FDM misschien geen ideale methode om prototype onderdelen te creëren die ingewikkelde details vereisen.

Stereolithografie (SLA)

Een stereolithografie 3D-printer creëert prototypes met een hoog-precieze laser. Deze laser verhardt vloeibaar hars, wat de lage-resolutie uitdaging die gemeenschappelijk is in FDM 3D-printen elimineert. Als resultaat kunnen SLA 3D-printers hogere nauwkeurigheid en fijner details bereiken dan FDM 3D-printers.

Je moet kiezen voor SLA 3D-printen als je gedetailleerde visuele prototypes wilt creëren die nauwe toleranties, ultieme precisie, nauwkeurigheid en een gladde oppervlakteafwerking vereisen. Houd er rekening mee dat SLA 3D-printen typisch een maximale bouwwaarde heeft van 145 x 145 x 175 mm.

Figuur 3: Prototype gecreëerd met een SLA 3D-printer

Selective Laser Sintering (SLS)

Bij Selective Laser Sintering (SLS) worden lasers gebruikt om poederachtig materiaal (meestal polyamide of nylon) in lagen te sinteren om de gewenste prototype te creëren. SLS 3D-printen is geweldig voor het creëren van volledig functionele prototypes die goede mechanische eigenschappen vereisen. Het biedt een grotere bouwwaarde (300 x 300 x 300 mm) dan SLA 3D-printen, maar produceert onderdelen met een grovere oppervlakteafwerking.

Figuur 4: Prototype gecreëerd met een SLS 3D-printer

#2 Injectiegieten

Injectiegieten is een productiemethode die molds gebruikt om prototypes te creëren. Om prototypes te creëren met een injectiegietmachine, zal je fabrikant eerst een mold creëren in de vorm van je gewenste product. Vervolgens verhit de fabrikant een thermoplastisch polymer, wat het verandert in vloeibare vloeistof. Deze vloeistof wordt vervolgens in de moldkaviteit geïnjecteerd via een runner systeem om de gewenste vorm te vormen.

Figuur 5: Injectiegietproces

Injectiegieten is compatibel met veel materialen (thermoplasten, metalen, vloeibare silicone rubber) en kan complexe productontwerpen creëren. Echter, het is meestal ideaal voor het produceren van diverse replica's van een prototype, vooral als je een reeks tests op deze prototypes wilt uitvoeren.

Bijvoorbeeld: overweeg Figuur 6, die een computermuis prototype toont (gemaakt van silicone rubber) zonder enig elektrisch systeem.

Figuur 6: Computermuis prototype

In dit scenario kun je diverse eenheden van dit prototype creëren om te testen op ergonomie – wat betekent dat je wilt testen hoe deze computermuis de mogelijkheid van gebruikers beïnvloedt om comfortabel en effectief te werken. Bijvoorbeeld: je kunt bepalen hoe dit muisontwerp past in de hand van je gebruiker of hoe het armbeweging of bloedsomloop beperkt.

De resultaten die je uit deze test krijgt, kunnen je helpen productontwerpmaatregelen te nemen om de risico's van muisarm syndroom en carpaaltunnelsyndroom te verminderen.

#3 CNC-bewerking

CNC-bewerking is een subtractieve productiemethode – wat betekent dat het de gewenste prototype creëert door delen van materiaal van een werkstuk te verwijderen met snijgereedschappen. Computer numerieke controle (CNC) technologie automatiseert de reeks bewegingen van het snijgereedschap en werkstuk om je prototypes te creëren.

Figuur 7: Het CNC-bewerkingsproces

CNC-bewerking is doorgaans de beste rapid prototyping methode voor metaalonderdelen, vooral als je hoog nauwkeurige functionele prototype producten moet creëren (zoals boringsjigs en vastzettingssystemen en componenten voor eindgebruikstoepassingen). Bijvoorbeeld: CNC-machines kunnen toleranties bereiken zo klein als 0,004 mm en mechanische sterkte tot 136 MPa. Echter, de subtractieve aard van CNC-bewerking betekent dat sommige kenmerken uitdagend kunnen zijn om te fabriceren (bijvoorbeeld onderveringen).

Lees meer: Begrijp hoe je ontwerpt voor CNC-bewerking.

Rapid Prototyping Diensten: Gensun Kan Helpen

3D-printen, injectiegieten en CNC-bewerking zijn in staat om een breed scala productontwerp prototypes snel te creëren. Echter, het succes van je rapid prototyping project hangt voornamelijk af van de machinewerkplaats waar je mee werkt.

Gensun Precision Machining is een toonaangevende aanbieder van rapid prototyping diensten in Azië. Niet alleen hebben we 3D-printen, injectiegieten en CNC-bewerking capaciteiten, maar we hebben ook hoog opgeleide ingenieurs en kwaliteitscontrole experts die samenwerken om je product goed te krijgen.

Lees meer over onze rapid prototyping diensten.