Snelle selectie van prototypingprocessen

Het succes of falen van een prototype hangt af van uw selectie van rapid prototyping-processen voor de ontwikkeling van nieuwe producten. Er zijn verschillende manieren waarop prototypes voor technisch productontwerp kunnen worden gemaakt, variërend van eenvoudige kartonnen mock-ups tot volledig machinaal bewerkte metalen subassemblages.

Prototyping is cruciaal voor elk technisch productontwerp, met name de ontwikkeling van nieuwe producten. Het is het proces van het maken van ruwe modellen van het product, bijvoorbeeld om de functionaliteit, vorm, grootte enz. te testen. Lees hier meer over de verschillende soorten prototypes en hun belang.

Dit artikel gaat over op onderdelen gebaseerde prototypen, d.w.z. hoe individuele onderdelen kunnen worden gemaakt om productprototypes op systeemniveau te maken.

5 belangrijke factoren om te overwegen bij het selecteren van een Rapid Prototyping-proces

Prototypes variëren op zoveel manieren, omdat elk project, product en productontwerpelement anders is. Aangezien het succes van een prototype zal afhangen van de selectiecriteria van prototypingprocessen, moeten deze 5 sleutelfactoren in overweging worden genomen bij het begin van elke snelle prototypingprocesselectie.

1. Doel
2. Kwaliteit
3. Aantal
4. Complexiteit
5. Budget/kosten

Laten we dieper ingaan op deze belangrijke factoren om te begrijpen waarom ze essentieel zijn bij het kiezen van uw volgende prototypingproces.

1. Doel

Binnen een technisch productontwerp- en ontwikkelingsproject worden volgens Ulrich en Eppinger (2008) prototypes gemaakt voor vier doeleinden. Ze zijn leren , Communicatie , Integratie en Mijlpalen . Deze doelen van de prototyping zijn afhankelijk van in welke van de 4 nieuwe productontwikkeling (NPD) u zijn in. Elke fase van de NPD heeft zijn functie- en functionaliteitsvereisten om risico's te elimineren. Dit zal dan het getrouwheidstype van het vereiste prototype definiëren, wat de kwaliteit is van het prototype dat later wordt besproken.

Ten eerste zou het afhangen van de geplande tests of risicobeperkende oefeningen zoals testtypes, feedback op klantinteractie, enz. Als het product strenge tests, externe implementatie en productverificatie zou ondergaan, zou de materiaalkeuze een sleutelrol spelen bij de selectie van prototypingtechnieken.

Ten tweede, elk functioneel aspect u wilt dat op uw prototype rekening moet worden gehouden. Ben je van plan om functionele tests uit te voeren of heb je bewegende delen? Dit bepaalt de selectie en montage.

Ten derde, veranderingen en aanpassingen . Het is hoogst onwaarschijnlijk dat uw prototype een succes wordt zonder een paar aanpassingen. Bedenk dus hoe gemakkelijk of moeilijk het zou zijn om de prototypes aan te passen om ze werkend te krijgen.

NPD-fase

• Taak voor productplanning en verduidelijking

  • Deze fase vereist over het algemeen zeer vroege proof-of-concept-mock-ups, demonstratie-eenheden en prototypes voor industrieel ontwerp
  • Prototypingtechnieken
    • CNC-gefreesde schuimmodellen
    • Kartonnen modellen
    • 3D-geprinte onderdelen en samenstellingen (FDM, SLA, SLS enz.)

• Conceptueel ontwerp

  • In dit stadium heb je waarschijnlijk geschaalde onderdelen of assemblages van het ontwerp nodig, samen met een gebruikersinterface en functioneel beperkt
  • Nogmaals, FDM-onderdelen zijn geweldig om een ​​idee te krijgen van de vorm en grootte. Als u meer nauwkeurigheid nodig heeft, kunt u naar het volgende niveau van 3D-printen gaan, d.w.z. SLA-, SLS- en polyjet-onderdelen. Als de onderdelen van metaal zijn, is CNC in dit stadium de beste keuze. In sommige gevallen is plaatbewerking ook het overwegen waard

• Belichaming ontwerp

  • Dit is de ontwikkelingsfase waarin je volledig functionele (vorm, pasvorm en functie) prototypes moet onderzoeken, daarom zijn details belangrijk. In dit stadium is het meer dan waarschijnlijk dat de prototypes werkende assemblages zullen zijn die veel onderdelen bevatten
  • In dit stadium heb je ook meer dan één eenheid nodig voor testdoeleinden, en het is ook de moeite waard om de uiteindelijke fabricagetechnieken te overwegen, zodat ze kunnen worden gesimuleerd
  • Overweeg vacuümgieten en 3D-printen met hoge resolutie, zoals SLS en SLA voor plastic onderdelen
  • SLM/DMLS-onderdelen zijn ideaal voor het simuleren van gietstukken (zand-, inbed- en spuitgieten)

• Gedetailleerd ontwerp

  • Elk prototype dat tijdens deze fase wordt gemaakt, zal meer dan waarschijnlijk worden gebruikt voor functionele tests en zal ook worden gebruikt voor proefruns vóór de productie
  • Van spuitgegoten onderdelen kan een prototype worden gemaakt met vacuümgieten, terwijl machinaal bewerkte plastic onderdelen kunnen worden 3D-geprint

2. Kwaliteit

Zoals eerder besproken de getrouwheid of de nauwkeurigheid van het product vereist, bepaalt welk type proces en nabewerking u nodig heeft. Er moet ook rekening worden gehouden met de kwaliteit van het prototype in vergelijking met uw eindproduct of subcomponent. Aangezien high-fidelity-prototypes meer kosten, moeten ze worden beschouwd in termen van rendement op investering.

Als u bijvoorbeeld een threadfunctie op een onderdeel heeft, is SLA beter dan FDM, maar kost het meer.

De levensduur van het prototype is ook cruciaal bij het bepalen van de technologie. Als de onderdelen bijvoorbeeld bevestigingsmiddelen hebben die vaak zullen worden gebruikt, zijn machinaal bewerkte of metalen inzetstukken een betere optie dan 3D-geprinte schroefdraad- of zelftappende gaten.

Materiaalselectie speelt ook een cruciale rol in termen van de kwaliteit van het prototype. Als de functionele elementen zijn gekoppeld aan speciale materiaaleigenschappen, zoals oppervlakteafwerking en duurzaamheid, dan is het kiezen van additief vervaardigde onderdelen misschien niet de beste keuze. De algemene materiaalkeuzes voor de verschillende productiemethoden zijn als volgt:

Als het prototype uit meer dan één onderdeel bestaat, moet rekening worden gehouden met de tolerantie van de prototypeonderdelen om de integratie te vergemakkelijken.

3. Hoeveelheid

Het aantal benodigde prototypeonderdelen is essentieel bij het bepalen van het proces, aangezien sommige prototypetechnologieën alleen kosteneffectief zijn voor kleinere hoeveelheden. Bij additieve fabricage speelt het volume van onderdelen ook een cruciale rol bij de kosten, aangezien grotere onderdelen meer tijd nodig hebben om te printen in vergelijking met kleinere onderdelen. Als vuistregel gelden de volgende regels.

Kunststof onderdelen

Metalen onderdelen

4. Complexiteit

De complexiteit van het onderdeel en de complexiteit van de functies zullen ook de snelle selectie van het prototypeproces dicteren. Additive manufacturing is goed voor het produceren van zeer gecompliceerde kleine onderdelen, maar men moet voorzichtig zijn met het uiteindelijke ontwerp vanwege gecompliceerde en zeer dure massaproductie.

Houd er rekening mee dat deze toleranties en minimale wanddikte typische waarden zijn en enorm variëren, afhankelijk van de materiaalkeuze en het kenmerkende ontwerp.

Onderdelen die uiteindelijk worden geproduceerd door spuitgieten, verschillende vormen van gietstukken kunnen worden geprototypeerd met behulp van 3D-printen, terwijl machinale onderdelen kunnen worden 3D-geprint of vervaardigd met behulp van conventionele vormings- of subtractieve productieprocessen.

5. Kosten

Tot slot de beschikbare middelen; het doel van het prototype zou hand in hand gaan met de beschikbare middelen. Tijd, geld en manuren die nodig zijn om de prototypes gefabriceerd en werkend te krijgen, moeten worden overwogen bij het kiezen van de rapid prototyping-technologie.

Dingen om over na te denken:

• Meestal zal de tijd die nodig is voor nabewerking of om het onderdeel werkend te krijgen van prototypes van lage kwaliteit meer zijn dan die van prototypes van hoge kwaliteit
• Sommige processen, zoals 3D-printen, hebben misschien wat nabewerkingstijd nodig, maar het is relatief sneller en goedkoper, terwijl vacuümgieten onderdelen zou opleveren die bijna identiek zijn aan die van spuitgieten en kan worden gebruikt zonder nabewerking. Dit zal echter duurder zijn met de gereedschapskosten
• De kosten van CNC zijn evenredig met de complexiteit van het onderdeel, terwijl de kosten van AM recht evenredig zijn met het volume en de grootte
• De totale kosten zouden ook nauw samenhangen met de hoeveelheden voor een proces als CNC vanwege de hogere instelkosten

Samenvatting

De ontwikkeling van nieuwe technische producten omvat bijna altijd het maken van prototypen om ideeën, functionaliteiten enz. te testen. Maar de kwaliteit van uw testen en de daaropvolgende besluitvorming zal sterk afhangen van hoe goed uw prototype het eindproduct simuleert. Het selecteren van het juiste proces om het prototype te maken is dus cruciaal voor het succes van elk technisch product.

Zodra u een duidelijk begrip heeft van de bovenstaande 5 sleutelfactoren, kunt u beslissen over het type proces dat u wilt verkennen. Er zijn zoveel manieren waarop prototypes kunnen worden gemaakt en elk prototypingproces heeft zijn voordelen en beperkingen. Het kiezen van de juiste is dus essentieel voor het succes van uw prototypes.

Snelle prototyping selectieproces stappen

• Definieer het doel van het prototype
• Bepaal het niveau van benadering (kwaliteit en complexiteit)
• Beschrijf de evaluatiemethode en plan om hoeveelheden te identificeren
• Zorg ervoor dat uw kosten binnen uw prototypebudget blijven