Что нужно для прототипирования на 3D принтере

Содержание:

• Прототипы для разработки продукта
• Доступные итерации
• Материалы для 3D печати прототипов
• Технологии 3D печати для создания прототипов
• Финальные прототипы для презентации
• Купить 3D принтер или передать сервис на аутсорсинг?
• Разработка прототипа для 3D печати

Если вы когда-либо пытались предложить отличную идею для нового продукта или изобретения, вы знаете, что просто описания недостаточно. Подробный эскиз или видео справятся с задачей лучше, но ничто так не привлекает людей, как прототип, который они могут подержать в руках.

Сегодня 3D печать - это способ номер один для создания прототипов продуктов и моделей. Это быстрее, дешевле, точнее и имеет лучшую презентационную ценность, чем традиционное макетирование, формование из глины или любой другой ручной процесс, который когда-то использовался для создания концептуальных моделей.

Хороший прототип придает вашему продукту большую привлекательность, которая обязательно произведет впечатление на клиента, начальника или инвесторов. Кроме того, сейчас, когда 3D печать настолько проста и доступна, больше нет оправданий для того, чтобы не использовать ее в прототипировании.

3D печать, независимо от того, выполняете ли вы ее самостоятельно или используете онлайн-сервис, позволяет быстрее вывести идею на рынок. В зависимости от продукта, вы можете напечатать рабочий прототип за считанные часы, что позволит протестировать функциональность и эстетическую привлекательность, переработать дизайн и напечатать новые версии в тот же день.

В этом руководстве вы узнаете все, что вам нужно знать для 3D печати прототипов ваших изделий, в том числе о том, какие материалы выбрать, имеет ли смысл покупать собственный 3D принтер (и какой именно), а также о том, как выбрать и использовать услуги 3D печати по запросу, чтобы быстро напечатать и доставить прототип.

Прототипы для разработки продукта

Задолго до того, как вы приступите к презентации своей идеи, нужно проверить, будет ли она действительно работать. Теоретически, любой новый продукт может изменить мир.

Во-первых, тестирование покажет, где требуется уделить больше внимания. 3D печать позволяет создавать не только красивые модели, но и полностью функциональные, рабочие прототипы, достаточно прочные для тестирования в реальных условиях. Практическое тестирование - важный шаг в выявлении проблем, с которыми можно столкнуться при производстве продукта, и того, как клиенты будут использовать его. Тестирование и анализ в реальной жизни помогут вывести на рынок более качественные продукты.

Многие разработчики продуктов печатают исходные прототипы на 3D принтере из обычного пластика, затем переходят к инженерным материалам или даже 3D печати из металла для функционального тестирования.

Мы предлагаем вам рассмотреть несколько примеров использования прототипов.

Полноразмерный и функциональный

Оборудование Black Diamond - это инновационное снаряжение для скалолазания, катания на лыжах и горных работ, которое славится своим комфортом, долговечностью и производительностью. Все их продукты проходят тщательный процесс проектирования и тестирования, прежде чем они поступят на рынок.

Компания уже много лет использует 3D печать в процессе проектирования для создания прототипов или уменьшенных моделей собственными силами. Более крупные полномасштабные прототипы часто передавались на аутсорсинг фирмам по созданию прототипов, потому что стандартные размеры настольных 3D принтеров слишком малы. 3D печать позволила создавать прототипы таких продуктов, как шлемы и альпинистская лопата.

Доступные итерации

Индивидуальный предприниматель Халид Бу-Раби применил другой подход, чтобы проверить, действительно ли будет работать его новое изобретение для домашних тренировок с поднятием тяжестей. “Компьютерное моделирование может быть очень точным, но ничто не может заменить тестирование в реальных условиях. Мне нужны были прототипы”, - заявил он.

Сначала молодой предприниматель думал, что закажет прототип из нержавеющей стали, но быстро изменил свое мнение, когда ему предложили более 1000 долларов за одну металлическую деталь, обработанную с ЧПУ. Затем он обратился к компании, предлагающей услуги 3D печати. С помощью этой компании Бу-Раби обнаружил альтернативу прочному как сталь полимеру и нашел партнера по 3D печати, с которым он мог позволить себе производить несколько итераций. Это позволило ему протестировать свой продукт и вывести его на рынок в течение года.

Функциональное тестирование часто означает создание прототипа из того же материала, из которого будет изготовлен конечный продукт, например, из углеродного волокна или нержавеющей стали. Благодаря возможности быстрой 3D печати деталей из нержавеющей стали как собственными силами, так и с помощью услуг, команды дизайнеров могут создавать функциональные прототипы для тестирования, такие как алюминиевая велосипедная рама от Canyon.

А вот другой пример изготовления металлических прототипов на 3D принтере. Shukla Medical производит хирургические инструменты из нержавеющей стали 17-4 PH на собственном 3D принтере. Эти прототипы металлических инструментов передаются в руки хирургов для оценки. “Хирург может представить, как использовать его в реальном разрезе, и может сказать нам, правильно ли он ощущается в его руках”, - говорит Зак Свитцер, менеджер по разработке продуктов компании. “Возможность создавать более эффективные прототипы и быстрее выводить готовую продукцию на рынок позволит нам оставаться в авангарде отрасли”.

Материалы для 3D печати прототипов

Количество материалов, из которых вы можете выполнить 3D печать своего прототипа, практически безгранично: это мягкие силиконы, металлы, прочные пластмассы, токопроводящая медь, экологически чистое дерево и даже шоколад. Сегодня доступны тысячи материалов и методов для 3D печати несколькими материалами одновременно.

Распространенные материалы для 3D печати:

• PLA;
• TPU (гибкий);
• Нержавеющая сталь;
• Материалы с углеродным волокном;
• Огнестойкие материалы;
• Нейлон.

В таблице, представленной ниже, вы также можете познакомиться с руководством по материалам, которые используются для прототипов.

Технологии 3D печати для создания прототипов

Существует более десятка видов 3D печати и все они используются для быстрого создания прототипов. Поиск идеального решения для вашего продукта - это вопрос соотношения стоимости, скорости, материала, сложности детали и того, хотите ли вы напечатать изделие самостоятельно или передать на аутсорсинг сервисной службе. В целом, наиболее используемой технологией для создания прототипов из пластмасс является моделирование методом наплавления (FDM), поскольку это самая простая и дешевая технология.

Если вы передаете свой прототип службе аутсорсинга, вас могут спросить, как вы хотите его напечатать.

Моделирование методом наплавления (FDM)

FDM, в котором в качестве материала используется пластиковая нить, является наиболее широко используемым методом 3D печати прототипов из-за разнообразия доступных материалов и низкой стоимости. Независимо от того, печатаете ли вы на своем оборудовании или заказываете печать через сервис, FDM является наиболее экономичным способом создания прототипов.

Промышленные FDM принтеры могут печатать с использованием инженерных материалов, таких как углеродное волокно, с высокой детализацией и сверхпрочностью, поэтому не стоит рассматривать этот способ как самый дешевый вариант. Технология позволяет печатать металлом, используя металлическую нить, которая на самом деле представляет собой пластиковую нить, с частицами металлического порошка.

Возможными недостатками FDM являются обычно видимые линии слоев. Если вы хотите более гладкую поверхность, вам подойдет одна из приведенных ниже технологий.

Стереолитография (SLA)

Для деталей, которым требуется чуть более гладкая поверхность, чем предлагает FDM, а также для более мелких деталей, разработчики продукции часто обращаются к SLA 3D принтерам. Технология печати фотополимером использует жидкую смолу в качестве основного материала и является идеальным выбором для изготовления прозрачных изделий и деталей с мелкими элементами, таких как ювелирные изделия.

Как и в случае с FDM, существуют бюджетные, студийные и промышленные версии полимерных 3D принтеров, способных печатать различными материалами - от прочных и гибких до промышленных.

Селективное лазерное спекание (SLS)

Метод SLS, также называемый laser powder bed fusion, представляет собой метод 3D печати, при котором лазер слой за слоем расплавляет порошкообразные полимеры. Вы можете использовать этот метод для функциональных прототипов, которые собираетесь устанавливать в двигатели или механизмы чтобы испытать их. SLS производит детали с высокой детализацией из материалов, таких как нейлон с наполнителем из углеродного волокна, которые могут выдерживать суровые условия.

Принтеры SLS могут печатать много деталей одновременно, поэтому они также являются идеальным выбором, когда вам нужно около дюжины деталей или когда вы хотите напечатать несколько немного отличающихся друг от друга итераций за один раз. SLS используется как для готовых деталей, так и для прототипов, что делает эти 3D принтеры популярными в механических мастерских и у производителей.

3D печать металлом

Если ваш конечный продукт будет изготовлен из металла, то вам может понадобиться металлический прототип. Любая из технологий 3D печати металлом обойдется дороже, чем полимерные варианты, но они будут быстрее и дешевле любых традиционных методов изготовления металлических деталей, таких как литье или механическая обработка.

По сравнению с фрезерованием нержавеющей стали с ЧПУ или литьем под давлением 3D печать идеально подходит для создания прототипов, поскольку нет отходов и необходимости создавать форму или отливку. Кроме того, при заказе металлических деталей с 3D печатью у поставщика чаще всего минимальный размер по количеству деталей отсутствует.

Финальные прототипы для презентации

Вы усовершенствовали свой продукт. Он функционирует должным образом, и теперь пришло время для 3D печати окончательной версии. Здесь часто используется полноцветное прототипирование наряду с различными вариантами постобработки, чтобы сделать ваш прототип максимально похожим на конечный продукт.

Скорее всего, ваш конечный продукт не будет полностью одноцветным. К сожалению, большинство методов 3D печати печатают только одним или двумя материалами (в одном или двух цветах) одновременно. Если вам нужен полноцветный прототип, у вас есть два варианта: художественная покраска готовых изделий или полноцветная 3D печать.

Покраска и постобработка

Большинство материалов для 3D печати очень хорошо впитывают краску, и легко поддаются окрашиванию в нужный цвет. Изготовление такой детали занимает немного больше времени, так как качественное окрашивание требует точного соблюдения технологии.

Полноцветная печать на 3D принтере

Если у вас нет под рукой кисти, существуют полноцветные 3D принтеры, которые предлагают тысячи вариантов цвета и даже могут точно подбирать оттенки. Полноцветные 3D принтеры производят всего несколько компаний, поэтому, если вы пользуетесь услугой, обратите внимание на Polyjet printing от Stratasys, ColorJet от 3D Systems или струйную печать от Mimaki, а также на уникальные технологии цветной печати фотополимером, например у Sailner 3D.

Полноцветные 3D принтеры дают потрясающие результаты, но они имеют высокую стоимость. Заказ через сервис делает эту технологию намного доступнее.

Купить 3D принтер или передать сервис на аутсорсинг?

Создание собственных прототипов

Первоначальная стоимость 3D принтера может показаться пугающей, но, в зависимости от того, сколько вы создаете прототипов, машина может окупиться всего за пару недель или месяцев, если сравнить ее с тем, что вы потратили бы на аутсорсинг или альтернативные методы производства.

Большинство современных 3D принтеров имеют легкую настройку и могут печатать сразу из коробки. Кроме того, хороший базовый принтер может стоить всего несколько сотен тысяч. Более сложные машины, которые будут печатать из прочных материалов также могут быть очень простыми в использовании, но требуют некоторой доработки, которую часто предоставляет продавец оборудования.

Сегодня компании, которые часто создают прототипы, такие как фирмы промышленного дизайна, имеют 3D принтеры в офисе в качестве стандартного оборудования. “В настоящее время 3D печать в дизайне продуктов стала обычным инструментом”, - говорит Дэвид Блок, директор студии Redeye в Бруклине, Нью-Йорк. “Если у вас нет 3D принтера и вы занимаетесь разработкой продукта, вы отстаете”, - вторит Джонатан Тай, соучредитель и партнер HatchDuo в Сан-Франциско.

Передайте быстрое прототипирование на аутсорсинг

Напечатать прототип в 3D сегодня так же просто, как загрузить цифровой файл в сервис, а затем дождаться звонка в дверь. Вам буквально ничего не нужно знать о 3D печати. Но, конечно, немного знаний может привести к лучшему выбору материалов и технологий.

В сервисах, например, в DigitalCraft3D, специалисты всегда предоставляют всю необходимую информацию, чтобы клиент смог сделать осознанный выбор. Если задача требует защиты интеллектуальных прав, мы также предоставляем дополнительное соглашение, защищающее право на интеллектуальную собственность.

Разработка прототипа для 3D печати

Если у вас есть идея продукта для создания прототипа, и вам не хватает навыков проектирования, понадобится специалист по автоматизированному проектированию (CAD), чтобы создать цифровой файл, необходимый для печати детали.

Проектирование изделий и деталей для 3D печати требует специальных навыков. В отличие от проектирования для других типов производства или виртуальных сред, важно работать с дизайнером, который понимает различия между разными типами технологий 3D печати, материалами и требованиями 3D печати.

3D проектирование в программном обеспечении CAD - это не тот навык, которым легко или быстро может овладеть любой желающий. На самом деле, существует множество подводных камней, с которыми может столкнуться даже опытный дизайнер, если он не знаком с 3D печатью. Стенки детали слишком тонкие для печати из выбранного материала или элементы слишком маленькие для 3D печати выбранным методом - это лишь две из распространенных причин, по которым деталь не печатается должным образом.

Даже если вы обратитесь в профессиональную службу 3D печати, специалисты могут решить, что модель не подходит для 3D печати. При загрузке цифрового дизайна в профессиональные службы 3D печати многие предлагают проверить цифровой файл на пригодность для печати перед началом печати.

Многие из ведущих сервисов 3D-печати предлагают те или иные услуги по дизайну, от базового “исправления” STL-файла до совместной разработки нового продукта с нуля.

Итог

Прототипирование с помощью 3D печати - это простой и быстрый способ создать деталь для презентации проекта или для тестирования. Широкий выбор материалов и технологий позволяет изготавливать как концептуальные модели, так и полностью функциональные изделия из металла, пластика или полимера.

Наши предыдущие статьи: