Изготовление прототипов: подробное руководство | JS Precision

Изготовление прототипов — это мост, соединяющий виртуальное проектирование с физическими продуктами. Оно позволяет проверить осуществимость проекта, снизить риски в области исследований и разработок и ускорить вывод продукта на рынок .

Как найти баланс между стоимостью, скоростью и качеством при выборе между изготовлением прототипов из пластика и металла, а также с учетом технологических различий между ЧПУ-технологиями и аддитивным производством?

В этом руководстве прототипирование разбирается до мельчайших деталей, показывая, как JS Precision, благодаря своим комплексным услугам, может помочь вам эффективно преодолеть разрыв между «идеей» и «физическим объектом ». В то же время, технология быстрого прототипирования призвана помочь всему процессу итерации инноваций.

Краткое изложение ключевых ответов

Основные выводы

• Главный принцип прототипирования заключается в снижении рисков и более быстром получении глубокого понимания, а не просто в создании модели.
• Выбор материала (пластик или металл) должен быть тщательно продуманным решением, учитывающим аспекты функционального тестирования прототипа, требования к механическим характеристикам и имеющийся бюджет.
• Технология быстрого прототипирования с использованием станков с ЧПУ обладает значительными преимуществами в точности, прочности и экономичности мелкосерийного производства, что особенно важно для функциональных металлических прототипов.
• Уникальность аддитивного производства в области быстрого прототипирования заключается в возможности создания сложных форм, быстрой итерации и снижении затрат на сборку .
• Сотрудничество со специалистами по производству в вопросах проектирования с учетом технологичности (DFM) на самом начальном этапе может сэкономить до 30% дополнительных затрат и времени в дальнейшем.
• Выбрав такого партнера, как JS Precision, обладающего опытом работы как с ЧПУ, так и с аддитивными технологиями, вы получите действительно независимые рекомендации по оптимальному техническому пути развития.

Почему стоит доверять этому руководству? Обширный опыт компании JS Precision в области прототипирования.

Изготовление прототипов — сложная ниша, требующая как технических знаний, так и опыта. Компания JS Precision работает в этой сфере более 10 лет, предоставляя услуги более чем 1000 клиентам из различных отраслей , таких как аэрокосмическая промышленность, медицинское оборудование и бытовая электроника, и имея на своем счету более 1 миллиона изготовленных прототипов деталей.

Мы располагаем полным комплектом оборудования для обработки на станках с ЧПУ, от 3-осевых до 5-осевых, а также линией быстрого прототипирования с использованием аддитивных технологий FDM и SLA, что позволяет нам удовлетворять разнообразные потребности клиентов за один визит.

Говоря о контроле качества, компания JS Precision сертифицирована по стандарту ISO 9001:2015 и внедрила всестороннюю систему контроля качества, начиная с анализа конструкции и заканчивая проверкой готовой продукции. Каждая партия изготовленных на станках прототипов проверяется с помощью прецизионных инструментов, таких как координатно-измерительные машины (КИМ), для обеспечения точности размеров.

В среднем каждый член нашей инженерной команды имеет более 8 лет опыта работы в отрасли, что позволяет им довольно быстро находить оптимальные технологические решения для различных задач, связанных с созданием прототипов.

Например, при изготовлении пластиковых прототипов они помогают выбрать подходящие конструкционные пластмассы, а при изготовлении металлических прототипов — подобрать наиболее экономически выгодные металлические материалы для данной задачи.

Кроме того, компания JS Precision накопила обширный опыт успешных проектов по быстрому прототипированию , поэтому в ее распоряжении имеется набор проверенных и отработанных решений для воспроизведения чего угодно — от базовой концептуальной модели до сложного функционального прототипа.

В качестве примера, мы изготовили 200 комплектов функциональных прототипов из PEEK-пластика для клиента, занимающегося медицинскими изделиями. Клиент запросил точность 0,05 мм и срок выполнения 10 дней.

Благодаря оптимизации процесса обработки на станках с ЧПУ нам удалось выполнить заказ за 8 дней со 100% выходом годной продукции , в результате чего первоначальный бюджет клиента снизился на 18%, и клиент смог завершить функциональное тестирование на две недели раньше запланированного срока.

Хотите узнать, как JS Precision может разработать индивидуальное решение для изготовления прототипов для вашего проекта? Отправьте свои требования прямо сейчас, чтобы получить бесплатный, персонализированный технический отчет и ответы на ваши вопросы от профессиональных инженеров.

Что такое изготовление прототипов и почему оно имеет решающее значение для успеха вашего проекта?

Изготовление прототипов подразумевает создание физических моделей, которые проходят проверку, тестирование и демонстрацию на основе конструкции изделия. Технология быстрого прототипирования является основой эффективности работы, что напрямую влияет на жизнеспособность конструкции и, следовательно, на стоимость и время массового производства.

Функциональное определение прототипов

Существует 3 различных типа прототипов для изготовления, которые адаптируются к разным этапам проекта:

• Концептуальный прототип: обычно изготавливается из пластика или пенопласта и используется для визуальной демонстрации внешних особенностей и формы с минимальными затратами, поэтому идеально подходит для обмена идеями на ранних этапах.
• Функциональный прототип: многокомпонентный процесс, имитирующий процесс массового производства, позволяет создать полностью функциональный прототип, который помогает проверить характеристики продукта и собрать отзывы пользователей . Это основное применение как пластикового, так и металлического прототипирования.
• Предсерийный прототип: изготавливается в соответствии со спецификациями серийного производства и используется для подтверждения производственных процессов и оценки цепочки поставок. Это окончательная проверка перед запуском продукта.

Почему один прототип стоит тысячи встреч?

Ценность изготовления прототипов выходит далеко за рамки демонстрации моделей и включает в себя три ключевых аспекта:

• Раннее выявление дефектов — одно из главных преимуществ физических прототипов. Они позволяют проверить физическую сборку и прочность, что дает возможность обнаружить больше ошибок в CAD-моделях. Затем можно внести исправления на этапе, когда стоимость изменений в 10 раз ниже , чем после изготовления изделия.
• Проверка обратной связи с рынком — одно из преимуществ функциональных прототипов. Небольшое тестирование с их использованием позволяет получить подлинную обратную связь от потребителей, избегая таким образом прохладной реакции после запуска.
• Презентация для инвесторов — отличный повод разработать высококачественный прототип. Она гораздо убедительнее, чем презентации PowerPoint , наглядно демонстрирует ценность продукта и, следовательно, повышает вероятность получения инвестиций.

Изготовление прототипов из пластика или металла: как выбрать подходящий материал?

Изготовление пластиковых и металлических прототипов — это две основные области, которые существенно различаются по свойствам материалов и сценариям применения, поэтому выбор следует делать в соответствии с требованиями проекта.

Изготовление пластиковых прототипов

Преимуществами изготовления прототипов из пластика являются низкая стоимость, быстрая обработка и малый вес. Наиболее часто используемые материалы и их свойства приведены в таблице ниже:

Все свойства материалов соответствуют стандартам ASTM D638 . Изготовление пластиковых прототипов — хороший вариант для проверки внешнего вида, испытаний на малый вес и ранних итераций, поскольку затраты на обработку составляют всего 30-50% от затрат на металлические прототипы тех же характеристик.

Изготовление металлических прототипов

Преимуществами изготовления металлических прототипов являются высокая прочность, высокая точность и готовность к серийному производству. Наиболее часто используемые материалы и их свойства приведены в таблице ниже:

Изготовление металлических прототипов — хороший вариант для функциональных испытаний, испытаний при высоких температурах и давлении, а также проверки прочности, и является основной областью применения быстрого прототипирования на станках с ЧПУ.

Не уверены, какие прототипы лучше выбрать для вашего проекта — пластиковые или металлические? Сообщите компании JS Precision о ваших потребностях в тестировании, и мы бесплатно порекомендуем вам подходящий материал, что позволит сократить затраты на изготовление прототипов методом проб и ошибок.

Рисунок 1: Разнообразная коллекция прототипных деталей различных форм, цветов (серебристый, черный, красный, белый) и материалов, аккуратно разложенных на белой поверхности.

Быстрое прототипирование на станках с ЧПУ: насколько быстро можно получить функциональный прототип?

Быстрое прототипирование на станках с ЧПУ — это наиболее точный и широко используемый метод в области изготовления прототипов, позволяющий напрямую преобразовывать 3D-модели в высокопрочные детали, изготовленные методом механической обработки.

Путь от цифровых моделей к физическим объектам

Быстрое прототипирование на станках с ЧПУ — это очень быстрый способ производства, эффективность которого в основном достигается за счет следующих ключевых этапов:

• Этап программирования: CAD-модель импортируется в программное обеспечение CAM, генерируются траектории движения инструмента и параметры обработки, после чего инженеры оптимизируют процесс.
• Этап зажима: заготовка фиксируется на столе станка, а специальные приспособления обеспечивают стабильную обработку.
• Этап обработки: станок выполняет резку в соответствии с программой, завершая черновую и чистовую обработку.
• Этап постобработки: для улучшения внешнего вида и эксплуатационных характеристик могут быть выполнены зачистка, полировка и анодирование деталей.

Сроки поставки у них очень гибкие: простые детали могут быть доставлены в течение 3-5 дней , а сложные — в течение 7-10 дней, что лучше, чем при традиционной механической обработке.

Два основных преимущества обработки на станках с ЧПУ: быстрое прототипирование

• Сверхвысокая точность: стандартная точность составляет 0,1 мм, а высокая точность может достигать 0,01 мм , чего более чем достаточно для функционального тестирования прототипов.
• Точность материала: Использование листового или пруткового материала массового производства гарантирует, что механические свойства прототипа будут практически идентичны свойствам конечного продукта, и результатам испытаний можно доверять.

Срочно нужны высокоточные прототипные детали, изготовленные на станке с ЧПУ? Свяжитесь с JS Precision прямо сейчас, отправьте свою 3D-модель, и вы получите прототип, изготовленный на станке с ЧПУ и отвечающий вашим требованиям, всего за 3 дня.

Как обеспечить адгезию слоев при быстром прототипировании с использованием аддитивных технологий?

Аддитивное производство и быстрое прототипирование — это процесс создания прототипов путем послойного нанесения материалов друг на друга. Прочность детали в основном определяется межслойной адгезией; при плохой адгезии деталь может треснуть и деформироваться.

Понимание адгезии слоев: основной фактор, влияющий на прочность напечатанной детали.

В методах FDM и SLS межслойное соединение основано на плавлении и охлаждении материала. Если адгезия между слоями недостаточна, деталь станет анизотропной, и вертикальная прочность может составлять менее 50% от горизонтальной прочности, что может помешать проведению функциональных испытаний.

Управление ключевыми параметрами процесса

Для достижения наилучшей межслойной адгезии необходимо контролировать четыре основных параметра процесса:

• Температура печати: Температура сопла должна быть достаточно высокой, чтобы расплавить материал. При использовании PLA-пластика рекомендуется температура сопла в диапазоне 195-220℃ и температура нагреваемой платформы 50-60℃ .
• Выбор толщины слоя: Чем меньше толщина слоя, тем прочнее будет адгезия. При создании функциональных прототипов рекомендуется устанавливать толщину 0,1-0,2 мм.
• Скорость печати: Если скорость слишком высокая, расплавление не произойдет полностью, а если слишком низкая, деталь деформируется. Оптимальный диапазон скорости — 50-80 мм/с.
• Сухость материала: Материалы, впитывающие влагу, будут образовывать пузырьки воздуха. Перед использованием просушите материал в сушильном шкафу в течение 4-6 часов .

Хотите решить проблему адгезии слоев при быстром прототипировании в аддитивном производстве? Скачайте бесплатный документ JS Precision «Оптимизация параметров процесса аддитивного производства » для получения профессиональных решений по отладке.

Рисунок 2: Желтый блок, изготовленный методом аддитивного производства, на белом фоне видны отчетливые горизонтальные слои на его поверхности (увеличенное изображение).

Каковы факторы, влияющие на стоимость изготовления прототипов деталей методом механической обработки?

На стоимость прототипов деталей, изготовленных механическим способом, влияет множество факторов. Изучение этих факторов позволит более эффективно использовать бюджет на изготовление прототипов.

Сложность конструкции: как определяется время обработки.

Основной фактор, определяющий цену, — это сложность конструкции. Следующие характеристики увеличивают стоимость:

• Глубокая полость в конструкции: режущие инструменты длиннее, что приводит к большему износу инструмента и увеличению времени обработки.
• Тонкостенные конструкции: поскольку они легко деформируются, требуется многократное зажимание и регулировка, что увеличивает время изготовления.
• Небольшие внутренние скругления: используются режущие инструменты малого диаметра , что снижает эффективность обработки.
• Строгие допуски: при каждом увеличении допуска на один класс затраты на механическую обработку возрастают на 20-30% .

Материалы и процессы: основные факторы, влияющие на стоимость.

Материалы и технологические процессы оказывают существенное влияние на стоимость. Конкретные данные приведены в таблице ниже:

Стоимость изготовления прототипов небольшими партиями рассчитывается по формуле "работа + материалы + расходные материалы", при этом для оптовых заказов предусмотрены ступенчатые скидки.

С чего начать настройку прототипов деталей, изготовленных на станке?

Изготовление прототипов деталей на станках не представляет сложности, компания JS Precision предлагает удобный план запуска в 3 этапа.

Шаг 1: Подготовьте файлы проекта.

Для начала вам необходимо подготовить файлы проекта в соответствии со следующими требованиями:

• 3D-модель: рекомендуется формат STEP или IGES, убедитесь в отсутствии разрывов или наложений.
• Двумерные чертежи: в формате PDF или DWG, с указанием основных размеров, допусков и требований к обработке поверхности.
• Описание требований: Четко определите назначение прототипа, стандарты тестирования и сроки поставки, чтобы инженеры могли легко его понять.

Шаг 2: Получите профессиональный анализ DFM и мгновенное ценовое предложение.

Платформа мгновенно предоставляет приблизительную оценку, а эксперты по DFM вскоре после этого дадут вам советы по оптимизации и подробный анализ затрат . Вы также можете получить консультацию и индивидуальную помощь по улучшению DFM.

• Упростите сложные конструкции и снизьте затраты на механическую обработку.
• Вносите изменения в материалы в соответствии с результатами испытаний.
• Скорректируйте параметры процесса, чтобы сократить время доставки.

Шаг 3: Подтверждение и производство. Наслаждайтесь прозрачным процессом.

После подтверждения заказа на шаге 3 у вас есть возможность отслеживать ход выполнения через платформу. На определенных этапах вас будут информировать о дальнейшем соответствии проектным спецификациям.

• Вместе с первым экземпляром вам будет предоставлен акт осмотра и фотографии высокого разрешения .
• В случае возникновения каких-либо проблем в процессе производства инженеры незамедлительно свяжутся с вами .
• Перед окончательной поставкой будет проведена всесторонняя проверка для обеспечения соответствия проектным требованиям.

Рисунок 3: Круговая диаграмма, иллюстрирующая семиэтапный процесс изготовления прототипа, от разработки концепции до подготовки к производству, с пронумерованными этапами и значками.

Анализ проекта: Металлические конструкционные компоненты подвесов беспилотных летательных аппаратов: от проектирования до функциональной проверки, всего 7 дней.

Задача: найти идеальный баланс между прочностью и легкостью.

Клиенту требовалась основная рама для подвеса аэрофотосъемочного оборудования высококлассных дронов, при этом обязательным условием был алюминиевый сплав 7075. Конструкция сложная и имеет множество нерегулярных изогнутых поверхностей, а также полости для снижения веса.

Заказчику требовались детали весом менее 120 г, способные выдерживать удары силой 15G . Детали, изготовленные местными поставщиками методом 3D-печати, оказались недостаточно прочными, а традиционная обработка на станках с ЧПУ занимала две недели, поэтому срочные требования заказчика к тестированию не были удовлетворены.

JS Precision Solution: Пятиосевая высокоскоростная прецизионная обработка на станках с ЧПУ.

Гибкий подход к проектированию с учетом технологичности производства (DFM): Конструкторы компании JS Precision, получив модель в течение четырех часов, предложили заменить некоторые острые внутренние углы на закругленные переходы. Это изменение позволило сохранить прочность, а также увеличить срок службы инструмента и эффективность обработки, что привело к сокращению времени обработки на 30% .

Пятиосевой механизм, одноосевое формование: использовался импортный из Германии пятиосевой обрабатывающий центр с ЧПУ, и благодаря оптимизированным траекториям движения инструмента и специализированным приспособлениям сложные криволинейные поверхности обрабатывались за одну установку, что обеспечило общую точность 0,05 мм и одновременно исключило ошибки вторичного зажима.

Параллельная постобработка: пескоструйная обработка и твердое анодирование проводились сразу после механической обработки. Этот процесс выполнялся параллельно с контролем качества, и общее время поставки не изменилось.

Результаты

• Компания JS Precision за 7 дней изготовила 10 комплектов прототипных деталей, полностью удовлетворяющих требованиям проекта, при этом их фактический вес составил всего 115 г.
• После испытания на ударную нагрузку 15G деталь, несомненно, соответствует стандартам, а ее стоимость на 20% ниже первоначального бюджета заказчика .
• Столь быстрый успех позволил заказчику использовать решение непосредственно на этапе мелкосерийного производства, что значительно сократило цикл запуска продукта.

У вас тоже есть срочные потребности в прототипировании? Свяжитесь с JS Precision , мы можем предоставить вам услуги быстрого прототипирования на станках с ЧПУ с доставкой в ​​течение 3 дней, что поможет ускорить реализацию вашего проекта.

Рисунок 4: Прочный металлический конструктивный элемент подвеса для беспилотного летательного аппарата, имеющий цилиндрические и угловые секции для стабилизации, на белом фоне.

Часто задаваемые вопросы

В1: Что лучше для моего прототипа: обработка на станке с ЧПУ или 3D-печать?

Если вам нужен функциональный прототип , прочный, точный и с красивой поверхностью , то обработка на станках с ЧПУ — это то, что вам нужно. С другой стороны, 3D-печать может использоваться для создания моделей для проверки, когда требуется очень быстрая работа, сложные внутренние каналы потока или интегрированные конструкции. Компания JS Precision может предоставить вам объективную оценку.

В2: Насколько прочными могут быть пластиковые прототипы?

Ключевым фактором, определяющим это, является тип материала . Например, пластик PEEK, обработанный на станках с ЧПУ, может достигать уровня прочности, сопоставимого с некоторыми металлами, в то время как прототипы из ABS обладают хорошей ударопрочностью и вязкостью, поэтому могут использоваться для изготовления пластиковых прототипов, например, для испытаний оболочек.

В3: Какие виды обработки поверхности обычно применяются к металлическим прототипам?

Алюминиевые сплавы в основном анодируют для улучшения износостойкости и коррозионной стойкости, а также для возможности окрашивания. Нержавеющая сталь чаще всего подвергается пассивации или электрополировке. Эти виды отделочных работ наиболее часто используются в производстве металлических прототипов.

Вопрос 4: Как быстро я получу свой пластиковый прототип после оформления заказа?

Если речь идёт о простых деталях из ABS-пластика или нейлона, изготовленных на станках с ЧПУ, то весь процесс может быть выполнен, и товар отправлен в течение 3-5 рабочих дней . Более сложные компоненты или изделия, требующие специальной обработки, очевидно, займут больше времени.

В5: Как я могу обеспечить безопасность и конфиденциальность своих проектных файлов?

Компания JS Precision заключает строгие соглашения о неразглашении, передает и хранит файлы в зашифрованном виде, а также внедряет систему конфиденциальности для сотрудников, гарантирующую 100% безопасность вашей интеллектуальной собственности.

Вопрос 6: Могу ли я одновременно заказать несколько деталей с разным дизайном?

Это вполне возможно! JS Precision — это поставщик комплексных услуг, а это значит, что вы можете разместить один заказ, включающий несколько прототипов деталей, изготовленных на станках из различных материалов и с разными конструкциями, что позволит оптимизировать затраты на управление и логистику.

В7: Какова процедура, если после тестирования прототипа необходимы модификации?

Просто пришлите нам ваши новые файлы дизайна, и компания JS Precision в кратчайшие сроки пересмотрит смету и организует производство в соответствии с нашим предыдущим сотрудничеством, чтобы вы могли воспользоваться преимуществами повышения эффективности итераций.

В8: Вы предоставляете услуги по сборке?

Безусловно, компания JS Precision изготовит детали на станках, а также предоставит профессиональные услуги по сборке. Вам будут доставлены полностью функциональные узлы, что сэкономит ваше время и обеспечит высокое качество сборки.

Краткое содержание

Прототипирование — это не просто «создание моделей», а важнейший стратегический рычаг для инноваций в продукте. Выбор подходящих материалов, использование правильных методов и поиск подходящих партнеров могут превратить ваши дизайнерские концепции в реальные продукты в кратчайшие сроки и с минимальными затратами .

Компания JS Precision, специализирующаяся на изготовлении прототипов, способна оценить как высокую точность и скорость быстрого прототипирования с использованием станков с ЧПУ, так и универсальность и творческий потенциал быстрого прототипирования с помощью аддитивных технологий, и подобрать для вас наиболее подходящее решение.

Не ограничивайте свои идеи только бумагой, начните эффективный процесс создания прототипов прямо сейчас:

Загрузите свои 3D-файлы на платформу JS Precision , и в течение 24 часов вы получите подробную смету и производственный план, а также профессиональные рекомендации по DFM (проектированию с учетом технологичности). Давайте вместе быстро и точно воплотим вашу блестящую идею в жизнь.