Wat is Rapid Prototyping en hoe kies je de ideale Prototyping-methode?

Als u onlangs een productontwerp heeft bedacht, heeft u waarschijnlijk een aantal veelgestelde vragen beantwoord die uw fabrikant mogelijk voor u heeft. Wat zijn bijvoorbeeld uw materiaalkeuze, de afmetingen, sterkte en tolerantie-eisen, en hoeveel eenheden wilt u produceren?

Maar zelfs nadat u al deze vragen hebt beantwoord, kunt u de mogelijkheid van een mislukking niet uitsluiten wanneer u begint met de massaproductie van uw eindproduct. Een manier waarop productontwerpers van topniveau deze risico's verkleinen, is door middel van rapid prototyping. Dit artikel geeft uitleg over rapid prototyping en biedt handige tips om u te helpen bij het kiezen van de ideale methode.

Wat is Rapid Prototyping?

Snel prototypen omvat het vervaardigen van voorbeeldonderdelen van uw product om de pasvorm, functie, maakbaarheid, uiterlijk en sterkte van de componenten te testen. Hiermee kunt u ontwerpfouten vroeg tijdens de productontwikkeling opmerken, zodat u maatregelen kunt nemen om deze te corrigeren. Vanwege de verschillende rapid prototyping-technologieën die tegenwoordig beschikbaar zijn, kunt u echter in de war raken bij het kiezen van de ideale rapid prototyping-technologie en -methode voor uw project.

De ideale methode voor snelle prototypen kiezen

Drie veelgebruikte methoden voor rapid prototyping zijn:

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

#1 3D-printen

3D-printen is een additief fabricageproces, wat betekent dat delen van materialen in lagen worden toegevoegd om het gewenste prototype te vormen. Het is de meest gebruikelijke methode voor rapid prototyping vanwege de hoge nauwkeurigheid, materiaalcompatibiliteit en lage kosten (vooral voor een klein aantal onderdelen).

Figuur 1:Het 3D-printproces

3D-printtechnologieën zijn er echter in verschillende soorten, elk met zijn mogelijkheden en geschiktheid voor verschillende prototypingbehoeften. Drie veelgebruikte 3D-printtechnologieën zijn bijvoorbeeld:

• Fused Deposition Modeling (FDM)
• Stereolithografie
• Selectief laser sinteren (SLS)

Gesmolten depositiemodellering

Fused Deposition Modeling (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 verwarmd mondstuk te extruderen. Het heeft doorgaans een maximale bouwgrootte van 320 x 132 x 154 mm en is geschikt voor het maken van prototypes die u aan vormtesten zult onderwerpen.

Afbeelding 2 toont bijvoorbeeld het prototype van een Raspberry Pi-behuizing die is gemaakt met een FDM 3D-printer om te worden onderworpen aan vormtests.

Afbeelding 2:FDM-geprinte Raspberry Pi-behuizing

De grootte van het extrusiemondstuk bepaalt echter de resolutie van een FDM-geprint onderdeel. Daarom is FDM misschien niet de ideale methode om prototypeonderdelen te maken die ingewikkelde details vereisen.

Stereolithografie (SLA)

Een stereolithografische 3D-printer maakt prototypes met behulp van een zeer nauwkeurige laser. Deze laser hardt vloeibare hars uit en elimineert de uitdaging met lage resolutie die gebruikelijk is bij FDM 3D-printen. Als gevolg hiervan kunnen SLA 3D-printers een hogere nauwkeurigheid en fijnere details bereiken dan FDM 3D-printers.

U moet kiezen voor SLA 3D-printen als u gedetailleerde visuele prototypes wilt maken die nauwe toleranties, ultieme precisie, nauwkeurigheid en een gladde oppervlakteafwerking vereisen. Houd er echter rekening mee dat SLA 3D-printen doorgaans een maximale bouwgrootte heeft van 145 x 145 x 175 mm.

Afbeelding 3:Prototype gemaakt met een SLA 3D-printer

Selectief laser sinteren (SLS)

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

Afbeelding 4:Prototype gemaakt met een SLS 3D-printer

#2 Spuitgieten

Spuitgieten is een productiemethode waarbij mallen worden gebruikt om prototypes te maken. Om prototypes te maken met een spuitgietmachine, maakt uw fabrikant eerst een mal in de vorm van uw gewenste product. Vervolgens verwarmt de fabrikant een thermoplastisch polymeer en verandert het in gesmolten vloeistof. Deze vloeistof wordt vervolgens via een runnersysteem in de vormholte geïnjecteerd om de gewenste vorm te krijgen.

Figuur 5:Spuitgietproces

Spuitgieten is compatibel met veel materialen (thermoplasten, metalen en vloeibaar siliconenrubber) en kan complexe productontwerpen opleveren. Het is echter meestal ideaal voor het produceren van meerdere replica's van een prototype, vooral wanneer u een reeks tests op deze prototypes moet uitvoeren.

Kijk bijvoorbeeld eens naar figuur 6, waarin een prototype van een computermuis (gemaakt van siliconenrubber) zonder elektrisch systeem te zien is.

Figuur 6:Prototype computermuis

In dit scenario kunt u verschillende eenheden van dit prototype maken om te testen op ergonomie, wat betekent dat u wilt testen hoe deze computermuis het vermogen van gebruikers om comfortabel en effectief te werken beïnvloedt. U kunt bijvoorbeeld bepalen hoe dit muisontwerp in de hand van uw gebruiker past of hoe het de armbeweging of de bloedcirculatie beperkt.

De resultaten die u van deze test krijgt, kunnen u helpen bij het nemen van productontwerpmaatregelen om de risico's van muisarmsyndroom en carpale tunnel te verminderen.

#3 CNC-bewerking

CNC-bewerking is een subtractieve fabricagemethode - wat betekent dat het gewenste prototype wordt gemaakt door delen van materiaal van een werkstuk te verwijderen met behulp van snijgereedschappen. Computer numerieke controle (CNC) technologie automatiseert de bewegingsvolgorde van het snijgereedschap en het werkstuk om uw prototypes te maken.

Afbeelding 7:Het CNC-bewerkingsproces

CNC-bewerking is over het algemeen de beste snelle prototypingmethode voor metalen onderdelen, vooral wanneer u zeer nauwkeurige functionele prototypeproducten moet maken (zoals mallen en armaturen en componenten voor eindgebruikstoepassingen). CNC-machines kunnen bijvoorbeeld toleranties bereiken van slechts 0,004 mm en een mechanische sterkte tot 136 MPa. Het subtractieve karakter van CNC-bewerking betekent echter dat sommige functies een uitdaging kunnen zijn om te fabriceren (bijvoorbeeld ondersnijdingen).

Meer informatie:Begrijp hoe te ontwerpen voor CNC-bewerking.

Rapid Prototyping Services:Gensun kan helpen

Met 3D-printen, spuitgieten en CNC-bewerkingen kan snel een breed scala aan prototypes voor productontwerp worden gemaakt. Het succes van uw rapid prototyping-project hangt echter in de eerste plaats af van de machinefabriek waarmee u werkt.

Gensun Precision Machining is een toonaangevende leverancier van rapid prototyping services in Azië. We hebben niet alleen mogelijkheden voor 3D-printen, spuitgieten en CNC-bewerkingen, maar we hebben ook hoogopgeleide ingenieurs en kwaliteitscontrole-experts die samenwerken om uw product goed te krijgen.

Lees meer over onze rapid prototyping-services.