Produzione di prototipi: una guida completa | JS Precision

La produzione di prototipi è un ponte che collega la progettazione virtuale ai prodotti fisici. Può verificare la fattibilità del progetto, ridurre i rischi di ricerca e sviluppo e accelerare il lancio sul mercato .

Come bilanciare costi, velocità e qualità di fronte alla scelta tra la produzione di prototipi in plastica e in metallo, nonché alle differenze tecnologiche tra CNC e produzione additiva?

Questo manuale analizza la prototipazione fino all'essenza, rivelando come JS Precision, attraverso il suo servizio completo, possa aiutarti a superare efficacemente il divario tra "idea" e "oggetto fisico ". Allo stesso tempo, la sua tecnologia di prototipazione rapida è lì per supportare l'intero processo di iterazione dell'innovazione.

Riepilogo delle risposte chiave

Punti chiave

• Il principio fondamentale della prototipazione è quello di ridurre i rischi e di acquisire una comprensione più approfondita in tempi più rapidi, anziché limitarsi a produrre un modello.
• La scelta del materiale (plastica o metallo) dovrebbe essere una decisione ben ponderata, tenendo conto degli aspetti dei test funzionali del prototipo, dei requisiti di prestazioni meccaniche e del budget disponibile.
• La prototipazione rapida tramite lavorazione CNC presenta notevoli vantaggi in termini di precisione, resistenza ed economia di produzione in piccoli lotti, il che è particolarmente vantaggioso per i prototipi funzionali in metallo.
• La prototipazione rapida tramite produzione additiva è unica nel suo genere, in quanto consente forme complesse, iterazioni rapide e costi di assemblaggio inferiori .
• Collaborare con specialisti della produzione sul Design for Manufacturability (DFM) fin dall'inizio può far risparmiare fino al 30% di costi e tempi aggiuntivi successivi.
• Se scegli un partner come JS Precision, che possiede competenze sia in ambito CNC che in produzione additiva, riceverai consigli davvero indipendenti e sui migliori percorsi tecnici.

Perché fidarsi di questa guida? La vasta esperienza di JS Precision nella produzione di prototipi

La produzione di prototipi è un settore complesso che richiede sia competenze tecniche che esperienza. JS Precision opera in questo settore da oltre 10 anni, fornendo servizi a oltre 1000 clienti provenienti da diversi settori , come l'aerospaziale, i dispositivi medici e l'elettronica di consumo, con un record di oltre 1 milione di prototipi lavorati.

Disponiamo di una gamma completa di macchinari per lavorazioni CNC che vanno da 3 a 5 assi e siamo inoltre dotati di una linea di produzione per prototipazione rapida con tecnologia additiva FDM e SLA, così da poter soddisfare le diverse esigenze dei clienti in un'unica visita.

Parlando di controllo qualità, JS Precision è certificata ISO 9001:2015 e ha implementato un sistema di controllo qualità completo, dall'analisi del progetto all'ispezione del prodotto finito. Ogni singolo lotto di prototipi lavorati viene controllato con l'ausilio di strumenti di precisione come le macchine di misura a coordinate CMM per garantire la precisione dimensionale.

I membri del nostro team di ingegneri hanno in media più di 8 anni di esperienza nel settore, il che significa che sono in grado di trovare rapidamente le migliori soluzioni di processo per vari tipi di requisiti di prototipazione.

Nella produzione di prototipi in plastica, ad esempio, guidano la scelta delle materie plastiche tecniche più adatte, mentre nella produzione di prototipi in metallo selezionano i materiali metallici più convenienti per il lavoro.

Inoltre, JS Precision ha accumulato un ampio record di progetti di prototipazione rapida di successo , pertanto è a disposizione un repertorio di soluzioni comprovate e mature per riprodurre qualsiasi cosa, da un modello concettuale di base a un prototipo funzionale estremamente complesso.

Ad esempio, abbiamo realizzato su misura 200 set di prototipi funzionali in plastica PEEK per un cliente che produce dispositivi medici. Il cliente richiedeva una precisione di 0,05 mm e un tempo di consegna di 10 giorni.

Grazie all'ottimizzazione del processo di lavorazione CNC, siamo riusciti a consegnare in 8 giorni con una resa del 100% , riducendo così il budget iniziale del cliente del 18% e consentendogli di completare i test funzionali due settimane prima del previsto.

Vuoi sapere come JS Precision può personalizzare una soluzione di produzione di prototipi per il tuo progetto? Invia subito le tue richieste per ricevere un report di valutazione tecnica personalizzato e gratuito e avere ingegneri professionisti che risponderanno alle tue domande.

Cos'è la produzione di prototipi e perché è fondamentale per il successo del tuo progetto?

La produzione di prototipi si riferisce alla creazione di modelli fisici che vengono verificati, testati e dimostrati sulla base del design del prodotto. La tecnologia di prototipazione rapida è l'essenza dell'efficienza lavorativa, che ha un impatto diretto sulla fattibilità del progetto e, di conseguenza, sui costi e sui tempi di produzione in serie.

Definizione funzionale dei prototipi

Esistono 3 diversi tipi di prototipi di produzione, adattati alle diverse fasi del progetto:

• Prototipo concettuale: solitamente è in plastica o schiuma e viene utilizzato per rivelare visivamente le caratteristiche esterne e la forma a un costo molto basso, quindi è perfetto per la condivisione di idee in fase iniziale.
• Prototipo funzionale: un processo multi-materiale che imita il processo di produzione di massa produce un prototipo completamente funzionale, che può aiutare a testare le prestazioni del prodotto e raccogliere feedback dagli utenti . È l'applicazione principale della produzione di prototipi sia in plastica che in metallo.
• Prototipo di pre-produzione: viene realizzato secondo le specifiche della produzione di massa e utilizzato per confermare i processi produttivi e valutare la supply chain. Rappresenta il controllo finale prima del lancio del prodotto.

Perché un prototipo vale più di mille riunioni?

Il valore della produzione di prototipi va ben oltre le dimostrazioni dei modelli, con tre aspetti fondamentali:

• L'identificazione precoce dei difetti è uno dei grandi vantaggi dei prototipi fisici. Consentono di verificare l'assemblaggio fisico e la resistenza, rendendo così possibile individuare più errori nei modelli CAD. È quindi possibile apportare le modifiche in un momento in cui il costo delle modifiche è 10 volte inferiore rispetto a quello successivo alla produzione del prodotto.
• La verifica del feedback del mercato è uno dei vantaggi dei prototipi funzionali. I test su piccola scala che li utilizzano possono fornire un feedback autentico da parte dei consumatori, evitando così una risposta tiepida dopo il lancio.
• Il pitching degli investitori è un ottimo motivo per sviluppare un prototipo di alta qualità. Sono molto più convincenti delle presentazioni PowerPoint , mostrando visivamente il valore del prodotto e aumentando così la probabilità di ottenere l'investimento.

Produzione di prototipi in plastica o metallo: come scegliere il materiale giusto?

La produzione di prototipi in plastica e la produzione di prototipi in metallo sono due aree principali, che presentano differenze significative nelle proprietà dei materiali e negli scenari applicativi, pertanto la scelta deve essere effettuata in base ai requisiti del progetto.

Produzione di prototipi in plastica

I vantaggi della produzione di prototipi in plastica sono il basso costo, la rapidità di lavorazione e la leggerezza. I materiali più comunemente utilizzati e le loro proprietà sono riportati nella tabella seguente:

Tutte le proprietà dei materiali sono conformi agli standard ASTM D638 . La produzione di prototipi in plastica è una buona opzione per la verifica dell'aspetto, i test di leggerezza e le prime iterazioni, con costi di lavorazione pari solo al 30-50% rispetto a quelli dei prototipi in metallo con le stesse specifiche.

Produzione di prototipi in metallo

I vantaggi della produzione di prototipi in metallo sono l'elevata resistenza, l'elevata precisione e la possibilità di una produzione quasi in serie. I materiali più comunemente utilizzati e le loro proprietà sono riportati nella tabella seguente:

La produzione di prototipi in metallo è una buona opzione per test funzionali, ad alta temperatura e alta pressione, nonché per la verifica della resistenza, ed è una delle principali aree di applicazione della prototipazione rapida con lavorazione CNC.

Non sai se scegliere prototipi in plastica o metallo per il tuo progetto? Comunica a JS Precision le tue esigenze di test per ricevere una consulenza gratuita sulla scelta dei materiali, riducendo i costi di prova ed errore nella produzione dei prototipi.

Figura 1: Una raccolta eterogenea di prototipi di varie forme, colori (argento, nero, rosso, bianco) e materiali, ordinatamente disposti su una superficie bianca.

Prototipazione rapida tramite lavorazione CNC: quanto velocemente puoi ottenere un prototipo funzionale?

La prototipazione rapida tramite lavorazione CNC è il metodo più preciso e ampiamente utilizzato nella lavorazione dei prototipi per trasformare direttamente i modelli 3D in parti lavorate ad alta resistenza.

L'autostrada dai modelli digitali agli oggetti fisici

La prototipazione rapida tramite lavorazione CNC è un metodo di produzione molto rapido, la cui efficienza deriva principalmente dai seguenti passaggi fondamentali:

• Fase di programmazione: il modello CAD viene importato nel software CAM, che genera percorsi utensile e parametri di lavorazione, e gli ingegneri ottimizzano il processo.
• Fase di serraggio: la materia prima viene fissata sul tavolo della macchina utensile e dispositivi di fissaggio specializzati garantiscono una lavorazione stabile.
• Fase di lavorazione: la macchina utensile esegue il taglio secondo il programma, completando la sgrossatura e la finitura.
• Fase di post-elaborazione: per migliorare l'aspetto e le prestazioni dei pezzi, è possibile eseguire la sbavatura, la lucidatura e l'anodizzazione.

I tempi di consegna sono molto flessibili e la consegna di parti semplici può avvenire entro 3-5 giorni , mentre per le parti complesse entro 7-10 giorni, il che è meglio della lavorazione tradizionale.

Due vantaggi fondamentali della prototipazione rapida tramite lavorazione CNC

• Precisione ultra elevata: la precisione normale è di 0,1 mm, mentre quella elevata può raggiungere 0,01 mm , il che è più che sufficiente per i test sui prototipi funzionali.
• Fedeltà del materiale: utilizzando una lamiera o una barra di massa di qualità produttiva, le proprietà meccaniche del prototipo saranno pressoché le stesse del prodotto finale e i risultati dei test saranno affidabili.

Hai bisogno urgentemente di prototipi di componenti lavorati ad alta precisione? Contatta subito JS Precision, invia il tuo modello 3D e potrai ottenere un prototipo lavorato a CNC che soddisfi le tue esigenze in soli 3 giorni.

Come garantire l'adesione degli strati nella prototipazione rapida mediante produzione additiva?

La prototipazione rapida mediante produzione additiva è un processo che consente di creare prototipi sovrapponendo più materiali. La resistenza del pezzo è determinata principalmente dall'adesione tra gli strati; una scarsa adesione può causare crepe e deformazioni del pezzo.

Comprensione dell'adesione degli strati: il fattore principale che influenza la resistenza della parte stampata

L'incollaggio interstrato nei metodi FDM e SLS si basa sulla fusione e sul raffreddamento del materiale. Se l'adesione tra gli strati non è sufficiente, il componente diventerà anisotropo e la resistenza verticale potrebbe essere inferiore al 50% di quella orizzontale, impedendo il superamento dei test funzionali.

Controllo dei parametri chiave del processo

Per ottenere la migliore adesione interstrato, è necessario controllare i quattro parametri fondamentali del processo:

• Temperatura di stampa: la temperatura dell'ugello deve essere sufficientemente elevata da fondere il materiale. Quando si utilizza materiale PLA, si consiglia una temperatura dell'ugello compresa tra 195 e 220 °C e una temperatura del letto riscaldato di 50-60 °C .
• Selezione dello spessore dello strato: minore è lo spessore dello strato, maggiore sarà l'adesione. Si consiglia di impostare lo spessore su 0,1-0,2 mm quando si creano prototipi funzionali.
• Velocità di stampa: se la velocità è molto elevata, non si otterrà una fusione completa; allo stesso tempo, se è molto lenta, il pezzo si deformerà. L'intervallo in cui la velocità è buona è 50-80 mm/s .
• Asciuttezza del materiale: i materiali che assorbono umidità possono formare bolle d'aria. Prima di utilizzare il materiale, asciugarlo in un forno per 4-6 ore .

Vuoi risolvere il problema dell'adesione degli strati nella prototipazione rapida tramite produzione additiva? Scarica il "White Paper sull'ottimizzazione dei parametri del processo di produzione additiva " di JS Precision per soluzioni di debug professionali gratuite.

Figura 2: Un blocco giallo realizzato tramite produzione additiva, che mostra distinti strati orizzontali sulla sua superficie con una vista ingrandita inserita, su uno sfondo bianco.

Quali sono i fattori di costo per i prototipi di parti lavorate?

Molti fattori contribuiscono al costo dei prototipi di componenti lavorati meccanicamente. Conoscendoli, è possibile utilizzare il budget destinato alla produzione di prototipi in modo più efficiente.

Complessità di progettazione: come viene deciso il tempo di lavorazione

La complessità del design è il fattore principale che determina il prezzo. Le seguenti caratteristiche ne aumentano il costo:

• Struttura della cavità profonda: gli utensili da taglio sono più lunghi, il che comporta una maggiore usura degli utensili e tempi di lavorazione più lunghi.
• Struttura a parete sottile: poiché può essere facilmente deformata, richiede diversi serraggi e regolazioni, il che aumenterà il consumo di tempo.
• Piccoli raccordi interni: vengono utilizzati utensili da taglio di piccolo diametro, il che riduce l'efficienza della lavorazione.
• Tolleranze rigorose: per ogni aumento di un grado di tolleranza, i costi di lavorazione aumentano del 20%-30% .

Materiali e processi: fattori chiave che influenzano i costi

Materiali e processi hanno un impatto significativo sui costi. I dati specifici sono riportati nella tabella seguente:

Il prezzo della lavorazione di prototipi in piccoli lotti è calcolato in base a "manodopera + materiali + materiali di consumo", con sconti a livelli diversi per ordini all'ingrosso.

Come posso iniziare a personalizzare i miei prototipi di parti lavorate?

È facile personalizzare prototipi di parti lavorate a macchina: JS Precision ha un ingegnoso piano di avvio in 3 fasi.

Fase 1: preparare i file di progettazione

Inizialmente, è necessario preparare i file di progettazione in base a quanto segue:

• Modello 3D: si consiglia il formato STEP o IGES, assicurandosi che non vi siano superfici rotte o sovrapposizioni.
• Disegni 2D: formato PDF o DWG, che evidenziano le dimensioni principali, le tolleranze e i requisiti di trattamento superficiale.
• Descrizione dei requisiti: definire chiaramente lo scopo del prototipo, gli standard per i test e i tempi di consegna, in modo che gli ingegneri possano comprenderli facilmente.

Fase 2: Ottieni un'analisi DFM professionale e un preventivo immediato

La piattaforma fornisce immediatamente una stima approssimativa e gli esperti DFM forniscono suggerimenti per l'ottimizzazione e una ripartizione dei costi subito dopo. Puoi anche ottenere una consulenza e un'assistenza personalizzata per i miglioramenti DFM.

• Semplificare le strutture complesse e ridurre i costi di lavorazione.
• Cambiare i materiali in base ai test.
• Modificare i parametri del processo per ridurre i tempi di consegna.

Fase 3: Conferma e produzione, goditi un processo trasparente

Dopo aver confermato l'ordine nella Fase 3, avrai la possibilità di monitorare l'avanzamento tramite la piattaforma. Sarai informato, in fasi specifiche, sulla continua conformità alle specifiche di progettazione.

• Insieme al primo pezzo, vi verrà consegnato il rapporto di ispezione e le foto ad alta risoluzione .
• In caso di problemi durante la produzione, gli ingegneri ti contatteranno immediatamente .
• Prima della consegna definitiva verrà effettuata un'ispezione completa per garantire la conformità ai requisiti di progettazione.

Figura 3: Diagramma circolare che illustra il processo di produzione del prototipo in sette fasi, dallo sviluppo del concetto alla preparazione della produzione, con fasi numerate e icone.

Analisi del caso: componenti strutturali in metallo di giunti cardanici per veicoli aerei senza pilota, dalla progettazione alla verifica funzionale, solo 7 giorni

Sfida: il massimo equilibrio tra forza e leggerezza

Un cliente desiderava un telaio principale per un gimbal per riprese aeree su droni di fascia alta, e la lega di alluminio 7075 era un requisito fondamentale. La struttura è complessa e presenta molteplici superfici curve irregolari, oltre a cavità di riduzione del peso.

Il cliente desiderava componenti con un peso inferiore a 120 g, ma in grado di resistere a impatti da 15 G. I componenti stampati in 3D dei fornitori locali non erano sufficientemente resistenti e la lavorazione CNC tradizionale richiedeva un tempo di consegna di due settimane, quindi le urgenti esigenze di test del cliente non sono state soddisfatte.

JS Precision Solution: lavorazione di precisione ad alta velocità con CNC a cinque assi

Risposta agile DFM: i progettisti di JS Precision, entro quattro ore dalla ricezione del modello, hanno suggerito di modificare alcuni angoli interni acuti con transizioni arrotondate. Questa modifica ha mantenuto la resistenza, migliorando al contempo la durata dell'utensile e l'efficienza di lavorazione, con una conseguente riduzione del 30% dei tempi di lavorazione .

Cinque assi, collegamento uno, stampaggio a gradini: è stato utilizzato un centro di lavorazione CNC a cinque assi importato dalla Germania e, tramite percorsi utensile ottimizzati e attrezzature specializzate, sono state rifinite superfici curve complesse in un'unica configurazione, che ha garantito una precisione complessiva di 0,05 mm e, allo stesso tempo, non si sono verificati errori di serraggio secondario.

Post-lavorazione parallela: sabbiatura e anodizzazione dura sono state eseguite subito dopo la lavorazione meccanica. Il processo è stato eseguito parallelamente al processo di ispezione e i tempi di consegna complessivi non hanno subito alcuna ripercussione.

Risultati

• JS Precision ha prodotto 10 set di prototipi di parti che soddisfacevano completamente i requisiti di progettazione entro 7 giorni , con un peso effettivo di soli 115 g.
• Dopo il test d'impatto da 15G, il componente è in grado di soddisfare senza alcun dubbio gli standard e il costo è inferiore del 20% rispetto al budget iniziale del cliente .
• Un successo così rapido ha consentito al cliente di utilizzare la soluzione direttamente nella fase di produzione di piccoli lotti, riducendo così notevolmente il ciclo di lancio del prodotto.

Anche tu hai esigenze di prototipazione urgenti simili? Contatta JS Precision : possiamo offrirti servizi di prototipazione rapida con lavorazione CNC con consegna in soli 3 giorni, aiutando il tuo progetto ad accelerarne l'implementazione.

Figura 4: Un robusto componente strutturale in metallo per un giunto cardanico aereo per UAV, caratterizzato da sezioni cilindriche e angolari per la stabilizzazione, isolato su uno sfondo bianco.

Domande frequenti

D1: Qual è la soluzione migliore per il mio prototipo: la lavorazione CNC o la stampa 3D?

Se desiderate un prototipo funzionale , resistente, preciso e con una superficie esteticamente gradevole , la lavorazione CNC è la soluzione ideale. D'altra parte, la stampa 3D può essere utilizzata per modelli di verifica quando si desidera lavorare molto velocemente, avere canali di flusso interni complessi o strutture integrate. JS Precision può fornirvi un parere imparziale.

D2: Quanto possono essere resistenti i prototipi in plastica?

Il fattore chiave che determina questo è il tipo di materiale . Ad esempio, la plastica PEEK lavorata a CNC può raggiungere un livello di resistenza paragonabile a quello di alcuni metalli, mentre i prototipi in ABS hanno una buona resistenza agli urti e tenacità, quindi possono essere utilizzati per scenari di produzione di prototipi in plastica come i test sulle coperture.

D3: Quali trattamenti superficiali vengono solitamente applicati ai prototipi metallici?

Le leghe di alluminio sono per lo più anodizzate per migliorare la resistenza all'usura e alla corrosione e per renderne possibile la colorazione. L'acciaio inossidabile è per lo più passivato o elettrolucidato. Questi tipi di finitura sono quelli più comunemente utilizzati nella produzione di prototipi in metallo.

D4: Quanto velocemente posso ricevere il mio prototipo in plastica dopo aver effettuato l'ordine?

Se parliamo di singoli e semplici pezzi lavorati a CNC in ABS o nylon, l'intero processo può essere completato e la merce spedita entro 3-5 giorni lavorativi . Componenti più complessi o prodotti che richiedono una spedizione speciale richiederanno ovviamente più tempo.

D5: Come posso garantire la sicurezza e la riservatezza dei miei file di progettazione?

JS Precision firma rigorosi accordi NDA, trasferisce e archivia i file in modo crittografato e, inoltre, implementa un sistema di riservatezza dei dipendenti per garantire la sicurezza al 100% della tua proprietà intellettuale.

D6: Posso ordinare più parti con design diversi contemporaneamente?

È possibile! JS Precision è un fornitore di servizi completo, il che significa che puoi effettuare un ordine che include più prototipi di parti lavorate di materiali e design diversi, ottimizzando così i costi di gestione e logistica.

D7: Qual è la procedura da seguire se sono necessarie modifiche dopo il test del prototipo?

Inviaci semplicemente i tuoi nuovi file di progettazione e JS Precision ti fornirà subito un nuovo preventivo e organizzerà la produzione secondo la nostra precedente collaborazione, così potrai beneficiare dei vantaggi dell'efficienza dell'iterazione.

D8: Fornite servizi di assemblaggio?

Certamente, JS Precision lavorerà i pezzi e ti fornirà anche servizi di assemblaggio professionali; ti verranno consegnati assemblaggi completi e funzionali, facendoti risparmiare tempo e garantendo la qualità dell'assemblaggio.

Riepilogo

La prototipazione non è semplicemente "realizzazione di modelli", ma piuttosto una leva strategica essenziale per l'innovazione di prodotto. Selezionare i materiali appropriati, utilizzare i metodi giusti e identificare i collaboratori più adatti può trasformare i vostri concept progettuali in prodotti tangibili nel modo più rapido e al costo più basso .

JS Precision, in qualità di specialista nella produzione di prototipi, è in grado di riconoscere sia l'elevata precisione e velocità della prototipazione rapida tramite lavorazione CNC, sia la versatilità e il potenziale creativo della prototipazione rapida tramite produzione additiva, e di decidere la soluzione più adatta alle tue esigenze.

Non lasciare che i tuoi concetti restino confinati sulla carta, inizia subito il tuo efficiente processo di produzione di prototipi:

Invia i tuoi file 3D alla piattaforma JS Precision e, entro 24 ore, riceverai un preventivo completo e un piano di produzione, insieme a una consulenza professionale DFM. Insieme, trasformeremo la tua brillante idea in realtà in modo rapido e preciso.