Caso di studio di prototipazione rapida | JS Precision

La prototipazione rapida è un ponte importante tra la progettazione del prodotto e il mercato. Il prototipo, in un percorso di sviluppo prodotto, rappresenta non solo la prima materializzazione della tua idea , ma anche il primo testimone nella corsa contro il mercato.

Quando le iterazioni di progettazione sono imminenti, i budget scarseggiano e i requisiti prestazionali sono quasi ossessivi, come si fa a trovare un percorso ottimale nel complesso labirinto dei processi di prototipazione rapida?

Questo studio di caso esplora quattro campi di battaglia reali presso JS Precision, illustrando come utilizziamo la precisione della prototipazione rapida CNC, la libertà della stampa 3D per la prototipazione, l'economicità della prototipazione rapida tramite stampaggio a iniezione e l'innovazione delle prestazioni della stampa 3D in metallo per fornire ai nostri clienti un vantaggio competitivo decisivo .

Riepilogo delle risposte chiave

Perché fidarsi di questa guida? Analisi pratica del caso di prototipazione rapida JS Precision

Perché fidarsi di questa guida? Perché non si tratta di una mera teoria, ma di una sintesi dell'esperienza maturata in migliaia di progetti concreti intrapresi presso JS Precision.

Il mio team e io forniamo servizi di prototipazione rapida da oltre 8 anni per oltre 500 clienti in tutto il mondo, tra cui quattro settori principali: automobilistico, medico, elettronico e aerospaziale.

Il nostro processo di prototipazione rapida, in particolare nella produzione additiva, fa riferimento agli standard tecnologici di produzione additiva sviluppati dal Comitato ASTM F42 di ASTM International. Questa serie di standard rappresenta il fondamento della tecnologia di stampa 3D e della certificazione dei materiali a livello globale.

Abbiamo utilizzato la prototipazione rapida CNC per consegnare in 45 ore a un fornitore di componenti per l'industria automobilistica un cambio in metallo in grado di superare test di carico ad alta velocità, risparmiando milioni di dollari in perdite di stampo. Abbiamo anche utilizzato la stampa 3D per la prototipazione di dissipatori di calore, con un miglioramento del 200% dell'efficienza termica per un'azienda di dispositivi medicali.

Inoltre, abbiamo confrontato i costi della prototipazione rapida tramite stampaggio a iniezione con quelli della prototipazione rapida in lamiera per 500 alloggiamenti per un cliente di elettronica di consumo, ottenendo un risparmio del 30% sulle spese.

Le insidie ​​e gli insegnamenti tratti da questi progetti sono riassunti in questa guida. Che abbiate bisogno di una consegna urgente di un prototipo o che abbiate difficoltà nella selezione dei processi, questa guida può fornirvi assistenza pratica in questi ambiti.

Se sei alle prime armi con la prototipazione rapida e vuoi evitare le insidie ​​più comuni, richiedi il "Manuale pratico per evitare le insidie ​​dei progetti". Se hai già esigenze specifiche, invia le informazioni sul tuo progetto per ricevere consigli personalizzati sul processo, che ti aiuteranno a evitare deviazioni inutili.

Quali sono i 5 fattori chiave nella scelta di un servizio di prototipazione rapida?

Dopo aver compreso l'affidabilità di questa guida, la domanda fondamentale è: come evitare sprechi nella scelta dei servizi di prototipazione rapida? Scegliere i processi alla cieca comporta uno spreco di tempo e denaro: concentratevi su questi 3 fattori chiave.

Obiettivi del progetto prima di tutto: cosa convalidare?

Definire correttamente lo scopo del prototipo costituisce la base per la selezione del processo:

• Prova di concetto: se è necessaria solo una dimostrazione visiva , utilizzare la stampa 3D (veloce ed economica).
• Test funzionali: se è richiesta capacità di carico, resistenza alla temperatura o sigillatura, si può ricorrere alla lavorazione CNC o alla stampa 3D dei metalli per ottenere le reali proprietà dei materiali.
• Produzione di prova in piccoli lotti: se è richiesta la stessa coerenza con i pezzi prodotti in serie, si può optare per lo stampaggio a iniezione rapida per ottenere un aspetto e prestazioni di livello da produzione di massa.

Proprietà dei materiali: non solo aspetto ma fattori interni

Le proprietà dei materiali influenzeranno la scelta del processo di produzione. Utilizzare lavorazioni CNC con processi PEEK/metallo che garantiscano una resistenza alle alte temperature (>200 °C), per la biocompatibilità, e scegliere materiali specializzati con processi asettici per evitare rilavorazioni dovute a scarse prestazioni.

Economia e tempistica: bilanciare costi e velocità

Prestare attenzione al saldo "Costo unitario + Costo di installazione iniziale + Tempi di consegna". Di seguito è riportata una tabella di riferimento rapido:

Meno di 10 pezzi: stampa 3D, nessun costo di avviamento elevato. Più di 500 pezzi: stampaggio a iniezione rapida, costo totale inferiore. Progetto urgente: è necessario prendere in considerazione la stampa 3D/CNC.

Se hai già i risultati del tuo progetto e i tempi richiesti, puoi inviare un "Foglio di calcolo dei costi" e ti invieremo una ripartizione dettagliata dei costi di prototipazione rapida entro 1 ora. Se non sei sicuro di come ottenere il miglior risultato dal processo, i nostri ingegneri possono suggerirti la soluzione ottimale in base ai tuoi obiettivi.

Svelare le applicazioni di prototipazione rapida: limiti di materiali e prestazioni

Dopo aver spiegato i fattori di selezione, si passerà ora a discutere delle applicazioni di prototipazione rapida : ciascuna di queste applicazioni presenta sicuramente dei limiti e occorre comprenderne i vantaggi e gli svantaggi.

Stampa 3D per la prototipazione: oltre i ninnoli di plastica

• Vantaggi: progetti complessi come corridori integrati, consegna rapida, adatti per prototipi urgenti.
• Svantaggi: proprietà meccaniche generalmente basse, scarsa precisione superficiale, inadatto per parti soggette a carichi elevati.

Prototipazione rapida CNC: il punto di riferimento per precisione e resistenza

• Vantaggi: elevata precisione ±0,01 mm, elevata resistenza isotropica, ampia scelta di materiali, adatto per parti di prova con requisiti elevati.
• Svantaggi: nel caso di parti complesse, il tempo di lavorazione è lungo, si verifica un grande spreco di materiale, gli angoli retti interni non possono essere lavorati.

I giocatori di nicchia: stampaggio a iniezione rapida e lamiera

• Stampaggio a iniezione rapida: offre prestazioni di produzione di massa, ma non è economicamente conveniente per quantità inferiori a 10 pezzi a causa degli elevati costi degli stampi.
• Lavorazione della lamiera: adatta per telai/fusoliera, non adatta per parti 3D complesse.

Caso pratico 1: il cambio da 48 ore – Lavorazione CNC vs. utensili rapidi per la convalida ad alta resistenza

Ora che abbiamo trattato la parte teorica, analizziamo il primo caso reale: un progetto urgente di un'azienda di trasmissioni per autoveicoli dell'anno scorso, che sottolinea i vantaggi della prototipazione rapida CNC .

Il dilemma del cliente

Il nuovo riduttore metallico del cliente necessitava di un test di carico ad alta velocità entro 48 ore, altrimenti lo stampo per la produzione in serie sarebbe stato scartato, con perdite per milioni di dollari. Processi opzionali:

• Opzione A: Rapid Tooling. La consegna in 7 giorni non soddisfa i requisiti.
• Opzione B: Prototipazione rapida CNC, l' unica soluzione con consegna entro 48 ore. Tuttavia, il cliente aveva dubbi sulla precisione e sulla resistenza.

Soluzione di precisione JS

Non appena abbiamo ricevuto la richiesta, io e il mio team abbiamo immediatamente avviato un protocollo di prototipazione rapida CNC urgente.

• Innanzitutto abbiamo scelto i pezzi grezzi in lega di alluminio 6061 perché la loro robustezza e resistenza agli urti possono soddisfare i requisiti di carico dei riduttori.
• Abbiamo quindi utilizzato un centro di lavorazione CNC a cinque assi per completare la lavorazione di tutti i profili e le strutture dei denti complessi in un'unica configurazione , evitando così errori di precisione causati da configurazioni multiple.
• Allo stesso tempo, abbiamo incaricato i nostri ingegneri di monitorare il tutto 24 ore su 24 per garantire che l'intero processo di lavorazione si svolga senza problemi.

I nostri risultati finali

Abbiamo consegnato un prototipo completamente funzionante in 45 ore. Durante i test con i clienti sono stati identificati problemi di interferenza tra gli ingranaggi che avrebbero evitato perdite significative. Sebbene il costo unitario fosse di 2.000 dollari, ben al di sopra dei 500 dollari necessari per la prototipazione rapida, siamo riusciti a ottenere un ordine di prototipo in piccoli lotti prima della produzione in serie.

Figura 1 Prototipazione rapida di un riduttore in alluminio lavorato a CNC

Caso pratico 2: il complesso collettore di aspirazione: quando la stampa 3D supera la CNC

Il secondo caso di studio, il progetto del collettore di aspirazione, illustra i vantaggi derivanti dall'utilizzo della stampa 3D per la prototipazione di parti strutturali complesse.

Esigenze del cliente

Un'azienda di veicoli energetici di recente costituzione necessita di un prototipo di collettore di aspirazione funzionale con complessi canali di flusso interni da ottimizzare per l'efficienza del motore. Requisiti fondamentali: canali di flusso interni senza soluzione di continuità, test di pressione a 0,8 MPa senza perdite d'aria.

Controversia sul processo

Inizialmente, il cliente aveva scelto la lavorazione CNC. Tuttavia, tre componenti dovevano essere smontati e riassemblati, due saldature erano soggette a perdite e la forma del canale di flusso era difficile da ottimizzare.

Al contrario, la stampa 3D per la prototipazione utilizza la produzione integrata, in cui è possibile realizzare un canale di flusso interno liscio e senza soluzione di continuità, replicando un canale di flusso ottimale.

Soluzione di precisione JS

Infine, dopo averne discusso con il cliente, la stampa è stata effettuata con materiale in nylon SLS, che presentava una resistenza e una temperatura sufficienti per soddisfare l'ambiente di lavoro del motore (resistenza alla temperatura massima di 120 °C).

Durante il processo di stampa, abbiamo anche ottimizzato i parametri del laser per garantire che la rugosità superficiale del canale di flusso interno fosse mantenuta al di sotto di Ra1,6μm, al fine di evitare interferenze con il flusso d'aria. Dopo la stampa, abbiamo anche eseguito una sabbiatura superficiale per migliorarne l'aspetto e la consistenza.

Il nostro successo

Il prototipo ha superato un test di pressione dell'aria fino a 0,8 Mpa, ha migliorato l'efficienza del motore del 15%, mentre l'utilizzo della struttura integrata per ottenere un peso ridotto ha ridotto il peso del 30%.

Il cliente ha apprezzato il valore rivoluzionario della stampa 3D per la prototipazione e intendeva spostare la priorità sui nostri servizi di prototipazione rapida quando in futuro si fossero presentate esigenze di prototipi con strutture complesse.

Figura 2 Collettore di aspirazione per automobile in nylon

Caso pratico 3: Contenitore da 500 pezzi – Confronto dei costi tra stampaggio a iniezione rapida e prototipazione rapida della lamiera

Il terzo caso di studio riguarda il costo di 500 custodie e viene utilizzato come riferimento dai clienti che hanno problemi con il processo di produzione.

Obiettivo del cliente

Il cliente opera nel settore dell'elettronica di consumo e richiede 500 contenitori personalizzati per attività di marketing e test preliminari. I requisiti principali includono il controllo dei costi, un contenitore liscio e piatto e la compatibilità con i componenti interni.

Analisi dei costi

• Prototipazione rapida di lamiere: nessun costo di stampo, 30 $ a pezzo, prezzo totale 15.000 $ per 500 pezzi (le saldature richiedono la molatura, aumentando i tempi di consegna),
• Prototipazione rapida tramite stampaggio a iniezione : stampo in alluminio da $ 8.000, $ 10 per pezzo, aspetto piatto e senza giunzioni, alta precisione, prezzo totale di $ 13.000 per 500 pezzi.

Soluzione JS precisa

Sulla base di questo modello di contabilità dei costi e di campioni di entrambi i processi, abbiamo spiegato al cliente che, sebbene lo stampaggio a iniezione rapida comporti costi iniziali dello stampo, per 500 unità di quantità il costo totale è già di 2000 dollari inferiore a quello della lavorazione della lamiera, con un aspetto e una consistenza migliori, più adatti alla promozione sul mercato.

Abbiamo anche promesso che se in futuro fosse necessario aumentare la produzione, questo stampo potrà essere comunque utilizzato senza ulteriori costi di stampaggio.

Risultati

Il cliente ha scelto lo stampo a iniezione rapida e, in 10 giorni, ha prodotto 500 gusci, che sono stati utilizzati con successo durante la fase di commercializzazione . L'ulteriore produzione di stampi ha prodotto 1000 pezzi di pre-produzione, con il vantaggio di un'ulteriore riduzione del costo totale grazie all'ottimale efficienza dei costi di prototipazione rapida.

Se avete bisogno di 50-1000 piccoli lotti di gusci/accessori, vi preghiamo di fornirci i requisiti di quantità e aspetto e vi forniremo un confronto gratuito del costo totale di lamiera, stampaggio a iniezione e stampa 3D. Una volta definito il processo, potremo preparare cicli di produzione campione e preventivi preferenziali.

Figura 3 Le opzioni di strumenti di prototipazione rapida hanno costi inferiori nella produzione di piccoli lotti, ma quando si tratta di produzione su larga scala, lo stampaggio a iniezione può garantire costi per singolo pezzo senza pari.

Caso pratico 4: le prestazioni del radiatore aumentano del 200% – Stampa 3D in metallo vs. fabbricazione tradizionale

Quarto caso: svolta nelle prestazioni dei radiatori, a dimostrazione del valore della stampa 3D dei metalli nelle applicazioni di prototipazione rapida di fascia alta.

Problemi tecnici del cliente

Le aziende produttrici di dispositivi medici necessitano di radiatori per apparecchiature laser molto potenti; devono rilasciare grandi quantità di calore, altrimenti la durata delle apparecchiature ne risentirà.

Limiti del processo tradizionale: la lavorazione è in grado di fornire solo un canale dritto, una piccola area di dissipazione del calore, la saldatura della lamiera ha una cucitura ed è facile che si verifichino perdite o che il flusso avvenga in modo turbolento, la sua efficienza di dissipazione del calore è di soli 20 W/(m・K), il che non soddisfa i requisiti.

Soluzione di precisione JS

In base ai risultati dell'analisi, suggeriamo la tecnologia di stampa 3D in metallo (SLM). Innanzitutto, abbiamo scelto la lega di alluminio AlSi10Mg, la cui conduttività termica è molto buona e adatta al dissipatore di calore.

Sulla base di ciò, nella progettazione ottimizzata del canale di flusso per i clienti, viene creato uno scambiatore di calore con un canale di flusso conforme , il canale segue da vicino il componente che genera calore e contiene numerose sporgenze interne, aumentando notevolmente l'area di dissipazione del calore.

Infine, la tecnologia SLM viene applicata per stampare l'intero dissipatore di calore in un unico passaggio, ottenendo un canale di flusso fluido e senza soluzione di continuità.

Il nostro risultato finale

Il dissipatore di calore in metallo stampato in 3D ha raggiunto un'efficienza di dissipazione del calore di 60 W/(m·K), superiore di oltre il 200% rispetto a quello realizzato con il processo tradizionale, soddisfacendo pienamente le esigenze. Successivamente, i clienti hanno utilizzato questo design in prodotti prodotti in serie, dimostrando il valore di una svolta prestazionale con tecnologia avanzata.

Figura 4 Dissipatore di calore in alluminio per stampa 3D

Quando il tempo è critico: come i nostri servizi di prototipazione rapida hanno salvato il lancio di un prodotto

Molti clienti ci hanno contattato a causa di problemi di tempo per discutere di come JS Precision applica i servizi di prototipazione rapida nella gestione di progetti urgenti e salvaguarda i lanci di prodotti.

Il nostro protocollo "Red Line": processo di emergenza senza interruzioni

Il nostro esclusivo "Red Line Protocol": ordini esaminati entro 1 ora, attrezzature programmate entro 2 ore, avanzamento lavori aggiornato ogni 8 ore durante la lavorazione, prodotti finiti sottoposti a ispezione di qualità e logistica prioritarie. Grazie a questo, una scatola del cambio consegnata in 48 ore è stata consegnata in anticipo rispetto ai tempi previsti.

Comunicazione trasparente: sei sempre informato sullo stato di avanzamento del progetto

Per evitare lacune informative nei progetti urgenti: istituire un gruppo speciale dopo l'avvio, aggiornare i dettagli, includendo i tecnici di produzione e logistica competenti; i progressi vengono aggiornati ogni 4-8 ore. In caso di problemi, offrire direttamente 2-3 soluzioni per rassicurare il cliente durante l'intero processo.

Risoluzione anticipata dei problemi: ingegneri esperti al tuo servizio

La progettazione per la producibilità implica quindi l'analisi DFM del flusso di progettazione pre-produzione per prevedere difetti di progettazione che potrebbero includere pareti non sufficientemente spesse o fori interni difficili da lavorare e per suggerire modifiche, tra cui la regolazione dei parametri chiave, che possono essere apportate per non perdere tempo con rielaborazioni di produzione.

In caso di necessità urgente di prototipazione entro 24-72 ore, verranno attivate linee di assistenza per un intervento immediato. Per progetti urgenti che richiedono una preparazione anticipata, vi preghiamo di inviare il "Modulo di richiesta di pre-registrazione" in modo da poter dare priorità alle attrezzature desiderate.

Massimizzare il ROI: come JS Precision ottimizza i costi di prototipazione rapida

Oltre al tempo, anche il costo è una delle considerazioni più importanti per il cliente. La maggior parte dei clienti ritiene che la prototipazione rapida sia costosa, tuttavia, può essere notevolmente ottimizzata con il giusto approccio. JS Precision vanta una vasta esperienza in questo settore e può aiutarvi a massimizzare il ROI.

Consulenza indipendente dalla tecnologia: ti consigliamo la soluzione più conveniente

Molte aziende dispongono di attrezzature per determinati processi che suggeriscono, ma noi no. Offriamo diversi processi e i nostri consigli si basano interamente sui vostri interessi:

• Se hai bisogno di 10 prototipi, ti consigliamo la stampa 3D perché non ci sono costi di stampaggio.
• Per 500 prototipi si consiglia lo stampaggio a iniezione rapida perché sarà complessivamente meno costoso,

Ciò significa che non ci limiteremo a consigliare la lavorazione CNC di componenti non adatti perché la vostra attrezzatura CNC è ferma. Vi aiuteremo invece a scegliere il processo più conveniente.

Analisi di progettazione per la producibilità (DFM): servizio gratuito per il risparmio sui costi

Offriamo analisi DFM gratuite che ti aiutano a ridurre i costi, a partire dalla fase di progettazione.

• Ad esempio, se una parte ha pareti troppo spesse, raccomanderemo di assottigliarla per risparmiare materiale e quindi denaro,
• Se contiene superfici curve complesse , consigliamo di semplificarle per ridurre i tempi e la manodopera di elaborazione.

Utilizzando la nostra analisi DFM, molti clienti hanno ridotto i costi di prototipazione rapida del 20%-30%.

Approvvigionamento e logistica intelligenti: il risparmio sui costi nascosti

Disponiamo di una catena di fornitura matura e di un sistema logistico per aiutarti a risparmiare sui costi nascosti:

• Per quanto riguarda i materiali, collaboriamo con numerosi fornitori internazionali per abbassare i prezzi, che poi trasferiamo a voi,
• In termini di logistica , disponiamo di partner logistici ottimizzati in modo tale da poter offrire servizi di trasporto rapidi ed economici per i progetti, con sconti sul trasporto aereo per progetti urgenti e sul trasporto marittimo per progetti di grandi dimensioni.

Questi risparmi occulti sui costi ti aiuteranno a loro volta a ridurre ulteriormente le tue spese totali.

Fasi di risparmio sui costi fin dalla fase di progettazione: invia i tuoi disegni per un report di analisi DFM gratuito; per esigenze di grandi quantitativi a lungo termine, puoi compilare un "Modulo di intenti di cooperazione" per personalizzare i prezzi a livelli che ti aiuteranno a ridurre ulteriormente i costi di prototipazione rapida.

Domande frequenti

D1: Qual è la differenza principale tra stampa 3D, lavorazione CNC e stampaggio a iniezione rapida?

Geometria complessa e velocità rendono la stampa 3D ideale per la prototipazione strutturale complessa e urgente. Le prestazioni dei materiali e la precisione sono i vantaggi della tecnologia CNC, che la rende adatta anche per test ad alto carico . E con lo stampaggio a iniezione rapida, il costo unitario può essere ridotto al minimo, garantendo la qualità anche in piccoli lotti.

D2: Il mio prototipo richiede resistenza ad alte temperature (>200°C). Quale processo sarebbe adatto?

Le opzioni migliori sono la lavorazione CNC di materiali plastici tecnici ad alta temperatura come il PEEK, o la stampa 3D/lavorazione CNC di metalli. In questo modo sarà possibile raggiungere requisiti di resistenza alle alte temperature che le resine e i materiali plastici per stampa 3D tradizionali non sono in grado di sostenere.

D3: Perché scegliere voi invece di un fornitore locale di servizi di prototipazione rapida?

JS Precision offre soluzioni multiprocesso complete , analisi DFM professionali e supporto logistico globale per garantire la migliore combinazione tecnologica e il miglior rapporto costi-efficacia senza le limitazioni di un singolo processo.

D4: Come posso ridurre ulteriormente i costi di prototipazione rapida?

Il costo della prototipazione rapida sarà inoltre ridotto al minimo ottimizzando la progettazione per ridurre l'uso dei materiali e i tempi di lavorazione, allentando i requisiti di tolleranza quando opportuno per le parti non critiche e selezionando processi compatibili con il volume di produzione.

D5: Quanto tempo passa dall'ordine alla ricezione del prototipo?

Per ordini semplici e urgenti, come piccole parti in plastica, possiamo consegnare entro 24-48 ore . Ad esempio, in un'occasione abbiamo consegnato un cambio entro 48 ore.

D6: Offrite servizi di post-elaborazione, come verniciatura o sabbiatura?

Sì, offriamo servizi completi di post-elaborazione, tra cui sabbiatura, anodizzazione, verniciatura a spruzzo, serigrafia, ecc., per soddisfare le vostre diverse esigenze in termini di aspetto del prototipo e renderlo più adatto all'uso effettivo.

D7: Quale dei seguenti processi garantisce la massima precisione per prototipi molto piccoli, ad esempio microingranaggi?

Se i requisiti dei materiali lo consentono, la stampa 3D SLA ad alta precisione o la lavorazione CNC a livello micron sono le soluzioni migliori. Utilizzate la SLA per i microingranaggi in plastica e la lavorazione CNC a livello micron per i microingranaggi in metallo.

D8: Non so ancora quale processo selezionare, cosa dovrei fare?

Inviateci i vostri file 3D e le vostre esigenze (applicazione, volume di produzione, tempi, ecc.); il nostro team di professionisti vi fornirà una soluzione dettagliata con confronti di processo e preventivi per aiutarvi a prendere le decisioni finali.

Riepilogo

Nella corsa all'innovazione, i fattori determinanti sono velocità e precisione. Quattro casi di studio condotti da JS Precision illustrano vividamente come un processo opportunamente selezionato possa portare non solo a risparmi di costi e tempi, ma anche a progressi in termini di prestazioni.

Che si tratti di una consegna urgente, di un controllo dei costi o di una progettazione complessa, se hai un progetto di prototipazione rapida, non esitare a contattarci: grazie ai nostri 8 anni di esperienza pratica, ti aiuteremo a scegliere il processo giusto e a realizzare prototipi di alta qualità per farti risparmiare tempo e fatica per il tuo progetto.

Non lasciare che la selezione dei processi sia il collo di bottiglia della tua innovazione. Agisci ora!

Crea subito il tuo preventivo immediato con JS Precision e ottieni un preventivo chiaro e trasparente che confronta più processi e un report di analisi DFM professionale in 60 secondi . Lascia che il nostro team di esperti ti aiuti a prendere le decisioni più intelligenti e ad accelerare il lancio delle tue idee sul mercato!