原型制造：综合指南 | JS Precision

原型制造是连接虚拟设计与实体产品的桥梁。它可以验证设计的可行性，降低研发风险，并加快产品上市速度。

面对塑料和金属原型制造之间的选择，以及数控加工和增材制造之间的技术差异，如何平衡成本、速度和质量？

本手册深入剖析了原型制作的本质，揭示了JS Precision如何通过其一站式服务，帮助您有效地将“想法”转化为“实物”。同时，其快速原型制作技术也能助力整个创新迭代过程。

关键答案概要

要点总结

• 原型制作的主要原则是降低风险并更快地获得更深入的了解，而不仅仅是制作一个模型。
• 材料的选择（塑料与金属）应该经过深思熟虑，考虑原型的功能测试方面、机械性能要求以及可用预算。
• CNC加工快速原型制作在精度、强度和小批量经济性方面具有非常好的优势，尤其适用于功能性金属原型制作。
• 增材制造快速原型制作的独特之处在于，它能够实现复杂的形状、快速迭代和降低组装成本。
• 从一开始就与制造专家合作进行可制造性设计 (DFM)，可以节省高达 30% 的后续额外成本和时间。
• 如果您选择像 JS Precision 这样同时拥有数控加工和增材制造技术的合作伙伴，您将获得真正独立且最佳的技术方案建议。

为何信赖本指南？JS Precision 在原型制造领域拥有丰富的经验

原型制造是一个竞争激烈的领域，需要技术知识、技能和经验。JS Precision 在该领域拥有超过 10 年的经验，为来自航空航天、医疗器械和消费电子等不同行业的 1000 多家客户提供服务，累计加工原型零件超过 100 万件。

我们拥有从三轴到五轴的全套数控加工设备，并且配备了采用FDM和SLA技术的增材制造快速原型生产线，因此我们能够在一次拜访中满足客户的各种需求。

说到质量控制，JS Precision已通过ISO 9001:2015认证，并建立了从设计分析到成品检验的完善质量控制体系。每一批原型加工零件都借助三坐标测量机等精密仪器进行检测，以确保尺寸精度。

我们的工程团队成员平均每个都在这个行业工作了 8 年以上，这意味着他们可以很快地为各种原型需求提出最佳的工艺解决方案。

例如，在塑料原型制造中，他们会指导选择合适的工程塑料；而在金属原型制造中，他们会选择最具成本效益的金属材料。

此外，JS Precision 已积累了大量成功的快速原型制作项目记录，因此拥有一系列经过验证和成熟的解决方案，可用于复制从基本概念模型到高度复杂的功能原型的任何东西。

例如，我们为一家医疗器械客户定制了200套PEEK塑料功能原型。客户要求精度为0.05毫米，交货周期为10天。

通过对数控加工工艺的优化，我们成功地在 8 天内交付，成品率达到 100% ，因此，客户的初始预算减少了 18%，并且客户能够在原计划两周前完成功能测试。

想知道JS Precision如何为您的项目量身定制原型制造解决方案吗？立即提交您的需求，即可获得免费的定制技术评估报告，并有专业工程师解答您的疑问。

什么是原型制造？为什么它对项目的成功至关重要？

原型制造是指根据产品设计创建经过验证、测试和演示的物理模型。 快速原型制作技术是提高工作效率的关键，它直接影响设计的可行性，进而影响批量生产的成本和时间。

原型功能定义

原型制造原型有 3 种不同的类型，分别适用于项目的不同阶段：

• 概念原型：通常由塑料或泡沫制成，用于以非常低的成本直观地展示外部特征和形状，因此非常适合早期阶段的想法分享。
• 功能原型：一种模拟批量生产流程的多材料工艺，可制作出功能齐全的原型，帮助您测试产品性能并收集用户反馈。它是塑料和金属原型制造的主要应用领域。
• 预生产原型：按照批量生产的规格制作，用于确认生产流程和评估供应链。这是产品上市前的最终检验。

为什么一个原型胜过一千次会议？

原型制造的价值远不止于模型演示，它主要体现在以下三个方面：

• 早期发现缺陷是物理原型的一大优势。它们可以检验物理装配和强度，从而有助于发现CAD模型中的更多错误。这样，您就可以在产品制造完成之前进行修改，此时修改成本仅为之后的十分之一。
• 市场反馈验证是功能原型的一大优势。利用功能原型进行小规模测试可以获得真实的消费者反馈，从而避免产品上市后反响平平。
• 向投资者路演是开发高质量原型的重要原因。原型比PPT演示文稿更具说服力，能够直观地展示产品价值，从而提高获得投资的可能性。

塑料与金属原型制作：如何选择合适的材料？

塑料原型制造和金属原型制造是两个主要领域，它们在材料特性和应用场景方面存在显著差异，因此应根据项目要求进行选择。

塑料原型制造

塑料原型制造的优点是成本低、加工速度快、重量轻。常用材料及其性能如下表所示：

所有材料性能均符合ASTM D638 标准。塑料原型制造是外观验证、轻量化测试和早期迭代的理想选择，其加工成本仅为同等规格金属原型的 30%-50% 。

金属原型制造

金属原型制造的优势在于强度高、精度高，且接近批量生产水平。常用材料及其性能如下表所示：

金属原型制造是功能性、高温高压测试和强度验证的良好选择，也是数控加工快速原型制造的主要应用领域。

不确定您的项目应该选择塑料原型还是金属原型？请将您的测试需求告知JS Precision，我们将免费为您提供材料选择建议，从而降低原型制造过程中反复试验的成本。

图 1：各种形状、颜色（银色、黑色、红色、白色）和材质的原型零件整齐地排列在白色表面上。

CNC加工快速原型制作：究竟能多快获得功能原型？

CNC加工快速成型是原型加工中最精确、应用最广泛的方法，可以直接将3D模型转化为高强度的原型加工零件。

从数字模型到实体对象的路径

CNC加工快速原型制作是一种非常快速的生产方式，其效率主要来源于以下核心步骤：

• 编程阶段：将 CAD 模型导入 CAM 软件，生成刀具路径和加工参数，工程师优化加工过程。
• 夹紧阶段：原材料固定在机床工作台上，专用夹具确保加工稳定。
• 加工阶段：机床按照程序进行切削，完成粗加工和精加工。
• 后处理阶段：可对零件进行去毛刺、抛光和阳极氧化处理，以获得更好的外观和性能。

他们的交货时间非常灵活，简单零件的交货时间为 3-5 天，复杂零件的交货时间为 7-10 天，这比传统加工要好。

CNC加工快速原型制作的两大核心优势

• 超高精度：普通精度为 0.1mm，高精度可达 0.01mm ，足以满足功能原型测试的需求。
• 材料保真度：采用大批量生产级板材或棒材，原型机的机械性能将与最终产品几乎相同，测试结果值得信赖。

急需高精度原型加工零件？立即联系JS Precision，提交您的3D模型，最快3天即可获得符合您要求的CNC加工原型。

如何确保增材制造快速原型制作中的层间粘合？

增材制造快速原型制作是一种通过逐层堆叠材料来制造原型的工艺。零件的强度主要取决于层间粘合力，如果粘合力差，会导致零件开裂和变形。

了解层间粘合：影响打印部件强度的主要因素

FDM和SLS工艺中的层间粘合是基于材料熔化和冷却的。如果层间粘合力不足，则零件会呈现各向异性，垂直强度甚至可能低于水平强度的50% ，因此可能无法通过功能测试。

关键过程参数控制

为了获得最佳的层间粘合力，需要控制以下四个核心工艺参数：

• 打印温度：喷嘴温度应足够高以熔化材料。使用PLA材料时，建议喷嘴温度为195-220℃ ，加热床温度为50-60℃ 。
• 层厚选择：层厚越薄，粘合力越强。制作功能原型时，建议将层厚设置为 0.1-0.2 毫米。
• 打印速度：速度过快会导致熔化不完全，速度过慢则会导致零件变形。50-80毫米/秒是比较合适的打印速度范围。
• 材料干燥度：吸湿性材料容易产生气泡。使用前，请将材料放入烘箱中干燥4-6 小时。

想解决增材制造快速原型制作中的层间粘合问题？下载JS Precision的《增材制造工艺参数优化白皮书》，免费获取专业调试解决方案。

图 2：白色背景上的黄色块状物，通过增材制造技术制成，其表面有明显的水平层，并附有放大插图。

原型加工零件的成本驱动因素有哪些？

影响原型加工零件成本的因素有很多。了解这些因素有助于更有效地利用原型制造预算。

设计复杂度：加工时间的决定因素

设计复杂度是决定价格的主要因素。以下特性会增加成本：

• 深腔结构：切削刀具更长，因此会导致刀具磨损更大，加工时间更长。
• 薄壁结构：由于容易变形，需要多次夹紧和调整，这将增加耗时。
• 小内圆角：使用小直径切削刀具，这会降低加工效率。
• 严格的公差：每增加一个公差等级，加工成本就会增加 20%-30% 。

材料和工艺：影响成本的核心因素

材料和工艺对成本有显著影响。具体数据如下表所示：

小批量原型加工的定价基于“人工+材料+耗材”，批量订单可享受阶梯式折扣。

我该如何开始定制我的原型加工零件？

定制原型加工零件很容易， JS Precision 提供了一个巧妙的 3 步启动计划。

步骤 1：准备设计文件

首先，您需要按照以下步骤准备设计文件：

• 3D 模型：建议使用 STEP 或 IGES 格式，并确保没有破损的表面或重叠部分。
• 二维图纸： PDF 或 DWG 格式，突出显示关键尺寸、公差和表面处理要求。
• 需求描述：明确定义原型的用途、测试标准和交付时间，以便工程师能够轻松理解。

第二步：获取专业的DFM分析和即时报价

该平台会立即提供初步估算，DFM专家随后会为您提供优化建议和成本明细。您还可以获得关于DFM改进的咨询和个性化帮助。

• 简化复杂结构，降低加工成本。
• 根据测试结果更换材料。
• 调整工艺参数以缩短交货时间。

步骤三：确认与生产，享受透明流程

在步骤 3 确认订单后，您可以通过平台跟踪进度。我们会在特定阶段通知您，项目是否持续符合设计规范。

• 第一件产品将随附检验报告和高清图片。
• 如果在生产过程中出现任何问题，工程师会立即与您联系。
• 最终交付前，将进行全面检查，以确保符合设计要求。

图 3：圆形图，展示了从概念开发到生产准备的七步原型制造过程，并标有编号阶段和图标。

案例分析：无人机飞行器云台金属结构件，从设计到功能验证，仅需7天

挑战：力量与轻量化之间的终极平衡

客户需要一款用于高端无人机航拍云台的主框架，并要求使用7075铝合金。该结构复杂，包含多个不规则曲面以及用于减轻重量的空腔。

客户需要重量低于120克但能承受15G冲击的零件。本地供应商提供的3D打印零件强度不够，而传统的CNC加工需要两周的交货周期，因此无法满足客户的紧急测试需求。

JS精密解决方案：五轴数控高速精密加工

敏捷DFM响应： JS Precision的设计师在收到模型后四小时内，建议将一些尖锐的内角改为圆角过渡。这一改动在保持强度的同时，还提高了刀具寿命和加工效率，最终使加工时间缩短了30% 。

五轴联动，阶梯成型：采用德国进口的五轴数控加工中心，通过优化刀具路径和专用夹具，一次装夹即可完成复杂曲面的加工，整体精度达到 0.05 毫米，同时二次夹紧无误差。

并行后处理：机械加工完成后立即进行喷砂和硬质阳极氧化处理。该工序与检验工序并行进行，因此整体交付时间未受影响。

结果

• JS Precision在 7 天内生产了 10 套完全满足设计要求的原型零件，实际重量仅为 115 克。
• 经过 15G 冲击测试，该部件完全能够达到标准，而且成本比客户最初的预算低 20% 。
• 如此迅速的成功使得客户能够直接将该解决方案用于小批量生产阶段，从而大大缩短了产品上市周期。

您是否也有类似的紧急原型制作需求？联系JS Precision ，我们可为您提供CNC加工快速原型制作服务，最快3天即可交付，助力您的项目加速实施。

图 4：无人机空中云台的坚固金属结构部件，具有用于稳定的圆柱形和角形部分，白色背景上单独显示。

常见问题解答

问题1：对于我的原型来说，CNC加工还是3D打印更好？

如果您想要一个功能齐全、坚固耐用、精度高且表面美观的原型，那么CNC加工是最佳选择。另一方面，如果您需要快速制作、具有复杂的内部流道或集成结构，则可以使用3D打印来制作验证模型。JS Precision可以为您提供客观公正的意见。

Q2：塑料原型能有多坚固？

决定性因素在于材料类型。例如，经数控机床加工的PEEK塑料可以达到与某些金属相媲美的强度水平，而ABS原型则具有良好的抗冲击性和韧性，因此可用于塑料原型制造场景，例如外壳测试。

Q3：金属原型通常进行哪些表面处理？

铝合金通常采用阳极氧化处理，以提高耐磨性和耐腐蚀性，并使其能够着色。不锈钢通常采用钝化或电抛光处理。这些表面处理工艺是金属原型制造中最常用的。

Q4：下单后多久可以收到塑料原型？

如果是单个简单的ABS或尼龙CNC加工零件，那么整个流程可以在3-5个工作日内完成并发货。更复杂的零件或需要特殊邮寄处理的产品，显然需要更长时间。

Q5：如何确保我的设计文件的安全性和保密性？

JS Precision 签署严格的保密协议，以加密方式传输和存储文件，此外，还实施员工保密制度，以保证您的知识产权 100% 安全。

Q6：我可以同时订购多个不同设计的零件吗？

完全有可能！ JS Precision是一家一站式服务提供商，这意味着您可以一次性下单，其中包括多种不同材料和设计的原型加工零件，从而优化管理和物流成本。

Q7：如果在原型测试后需要进行修改，流程是什么？

只需将您的新设计文件发送给我们， JS Precision 将立即重新报价并按照我们之前的合作安排生产，以便您能够享受迭代效率优势。

Q8：你们提供组装服务吗？

当然，JS Precision 将加工零件并为您提供专业的组装服务，我们将向您交付完整的功能性组件，既节省您的时间，又保证组装质量。

概括

原型制作不仅仅是“制作模型”，更是产品创新的重要战略杠杆。选择合适的材料、运用正确的方法并找到合适的合作伙伴，可以以最快的速度和最低的成本将您的设计理念转化为切实的产品。

JS Precision 作为原型制造领域的专家，既能认识到 CNC 加工快速原型制作的高精度和速度，又能认识到增材制造快速原型制作的多功能性和创造潜力，并能为您选择最合适的解决方案。

不要让你的概念仅仅停留在纸上，现在就开始高效的原型制造流程吧：

将您的3D文件提交至JS Precision平台，您将在24小时内收到一份全面的报价和生产计划，以及专业的DFM（面向制造的设计）建议。让我们携手合作，快速精准地将您的绝妙创意变为现实。