Быстрое прототипирование - это процесс использования 3D-печати для быстрого создания неокончательной версии физического продукта для проверки дизайнерских идей и получения данных, которые помогут вам улучшить будущие итерации.
Быстрое прототипирование позволяет опробовать различные материалы, размеры, формы, цвета и многое другое, чтобы проверить, как они влияют на форму, посадку и функциональность.
Цель быстрого прототипирования – это создание версии продукта, которую можно использовать для проведения экспериментов и проверки предположений. Это означает, что вы должны уметь создавать индивидуальные разовые конструкции, а затем изменять их в ходе последующих итераций. Вы должны иметь возможность производить эти итерации как можно быстрее, и чем больше у вас будет свободы при проектировании прототипов, тем лучше. И конечно, чтобы оправдать ваши эксперименты с финансовой точки зрения, все вышеперечисленные требования должны быть по доступной цене. Давайте посмотрим, насколько 3D-печать соответствует этим критериям.
Быстрое прототипирование впервые стало известным в 1980-х годах с развитием автоматизированного проектирования (CAD) и ранних технологий аддитивного производства. В прошлом быстрое прототипирование также часто называли твердотельным свободным изготовлением (SFF), хотя сегодня этот термин используется редко.
Технология 3D-печати изначально вдохновила создание быстрого прототипирования как концепции и с тех пор, как технология была впервые разработана, она стала только лучше подходить для этой задачи. Хотя можно использовать и другие технологии производства, такие как литье под давлением и обработка на станках с ЧПУ, но 3D-печать остается наиболее гибкой и эффективной технологией для создания прототипов.
В частности, есть три главных преимущества, благодаря которым аддитивное производство выигрывает у других технологий:
Когда речь идет о единичном или мелкосерийном производстве, 3D-печать - это лучший выбор. Сроки изготовления остаются низкими, поскольку не нужно изготавливать новые формы и ждать отправки заказа. Для средних и малых прототипов можно создать новый 3D-дизайн в течение дня, поставить его печатать на ночь и получить готовую модель уже на следующее утро.
Возможность вносить изменения и итерации в индивидуальный дизайн - это еще одно преимущество, благодаря которому 3D-печать превосходит все остальные технологии. Для 3D-печати объекта сначала необходимо создать его цифровую 3D-модель. 3D-модели можно изменять, тиражировать и распространять любым способом. Если серия экспериментов не увенчалась успехом, можно просто загрузить предыдущую версию и попробовать что-то другое.
Стоимость сильно варьируется в зависимости от требований к детали и используемого материала. Однако создание детали с аналогичными свойствами с использованием традиционных форм производства, таких как литье под давлением, почти всегда будет дороже в расчете на одну деталь для небольших партий или единичных прототипов.
Если вы решили использовать 3D-печать в процессе создания прототипов, важно купить принтер, который наиболее точно соответствует вашим потребностям. Существует 5 типов различных технологий, на которых основано большинство 3D-принтеров, представленных в настоящее время на рынке. Каждая из них может быть использована для создания прототипов, и у каждой есть свои плюсы и минусы. К ним относятся:
Принтеры UltiMaker серии S - это идеальные устройства для создания прототипов. Они обладают всеми преимуществами FDM технологии и, в то же время, превосходят другие FDM 3D-принтеры по ряду параметров:
Самый широкий выбор материалов на рынке для бесконечных возможностей
Создание моделей, напечатанных одновременно из нескольких материалов и водорастворимых поддержек
Эффективное управление несколькими принтерами и очередями печати с помощью UltiMaker Digital Factory
Тратьте меньше времени на проверку настроек принтера и больше времени на проверку продукта
Для эффективного применения быстрого прототипирования необходимо обратить особое внимание на то, что вы пытаетесь протестировать и каков желаемый результат. Эти соображения будут меняться в зависимости от того, на каком этапе процесса разработки продукта вы находитесь. В этом разделе мы расскажем о различных категориях прототипов и о том, как 3D-печать может быть применена к ним.
Пробные прототипы (также известные как концептуальные модели) являются самой ранней стадией создания прототипов. Их цель - проверить самые основные предположения о продукте с минимально возможным риском.
В таких прототипах часто не учитывается эстетика или удобство использования продукта. По этой причине прототипы POC часто не требуют такого уровня точности, который обеспечивает 3D-принтер, но при этом они могут извлечь большую пользу из скорости и низкой стоимости 3D-печати.
Визуальный прототип
Иногда называемые прототипами внешнего вида, визуальные прототипы предназначены для демонстрации и проверки того, как будет выглядеть продукт. В том числе его форму, размер, цвет и текстуру. Функциональность продукта имеет второстепенное значение при создании этого прототипа. Визуальные прототипы могут помочь вам принять решение о том, какие материалы использовать в конечном итоге и как продукт может быть представлен на рынке.
3D-печать может быть идеальной для создания визуальных прототипов, так как можно проверить любую комбинацию визуальных факторов, особенно благодаря большому выбору материалов, который предлагают FDM 3D-принтеры. Хотя FDM модели могут потребовать некоторой пост-обработки, чтобы идеально соответствовать отделке конечного продукта. Другие технологии, такие как SLA 3D-печать, могут приблизить внешний вид готового к производству продукта прямо из принтера.
Функциональный прототип
Функциональные прототипы (также называемые рабочими прототипами) предназначены для демонстрации и проверки функций продукта. При создании такого прототипа внешний вид также имеет второстепенное значение. Часто функциональные прототипы создаются для тестирования отдельных функций одного продукта по отдельности, прежде чем объединить их в более комплексный прототип. Они могут помочь вам решить, какие функции являются необходимыми, а какие - непрактичными.
Рабочие/функциональные прототипы - это та область, к которой 3D-печать подходит больше всего, поскольку именно там можно наиболее эффективно использовать широкий выбор доступных материалов и свойств материалов.
Инженерный / предпроизводственный прототип
Инженерные или предпроизводственные прототипы - это последняя категория прототипов, в которой результаты всех предыдущих прототипов объединяются в практически готовый продукт. Такие прототипы обычно используются для демонстрации продукта потенциальным инвесторам, клиентам, посредникам и производителям.
3D-печать может быть использована для создания деталей конечного использования или очень близких к ним. Однако они не всегда могут быть наиболее подходящим инструментом для этого. Обычно в это время принимаются решения о том, какие другие технологии производства будут использоваться для конечного продукта, а какие, если таковые имеются, останутся 3D-печатью.
Давайте рассмотрим некоторые из основных принципов быстрого прототипирования и то, как они могут быть применены в 3D-печати.
Создание, измерение и итерации
Сила быстрого прототипирования заключается в том, что она позволяет вам максимально ускорить цикл создания, измерения и итерации. Тестирование идей и последующая корректировка на основе полученных результатов - это ключ к улучшению вашего продукта, а быстрое тестирование - это то, как вы можете получить максимальную отдачу от этого цикла положительной обратной связи. 3D-печать намного быстрее, чем другие технологии создания прототипов, и позволяет проводить широкий спектр различных экспериментов.
Устранение недостатков с помощью всестороннего тестирования
Совершенствование вашего продукта означает не только добавление функциональности, но и смягчение или устранение недостатков конструкции. Преимущество 3D-печати заключается в том, что она позволяет создавать всевозможные прототипы, включая высокоточные функциональные и предпроизводственные прототипы, которые могут быть представлены для тестирования конечным пользователем. Это позволяет вам вносить изменения и исправления в ваш продукт вплоть до самого конца процесса создания прототипа, что позволяет вам избежать больших затрат на модификацию оснастки и производственных процессов в дальнейшем.
Демонстрация идей
Пользовательское тестирование - это лишь одна из областей, в которых наличие физического прототипа может помочь вам получить отзывы и поддержку людей, не входящих в вашу команду разработчиков.
Визуальные прототипы могут помочь вашим коллегам из отдела маркетинга сформулировать маркетинговый план для продукта, а функциональные прототипы могут быть важны для того, чтобы заинтересовать клиентов или инвесторов. Слайд-шоу и 3D-рендеры могут быть очень полезны. Но положить физический продукт в чьи-то руки всегда будет более эффективно для демонстрации его ценности.
3D-печать позволяет сделать это раньше и чаще, чем при использовании традиционных технологий производства для создания прототипов.
Quad Lock - компания из Мельбурна, создающая крепления для телефонов на мотоциклы и другие внедорожники. Они использовали принтеры UltiMaker для создания более 100 прототипов своего виброгасящего крепления для смартфона, предназначенного для использования на мотоциклах.
"Нет ничего быстрее, чем просто отправить CAD-модель на 3D-принтер и получить ее через несколько часов для проверки" - Крис Питерс, соучредитель и директор по инновациям Quad Lock.
Задача:
Команде Quad Lock необходимо было создать физические компоненты, которые были бы достаточно прочными для использования на испытательных стендах и в реальных условиях. Им также нужно было создать большое количество прототипов без длительных циклов разработки, которые требуют традиционные методы производства.
Решение:
Благодаря 3D-принтеру UltiMaker демпфер вибрации Quad Lock получил преимущества коротких циклов итераций во время быстрой итерации концепции и реальных испытаний. Детали смогли выдержать многочасовые испытания на вибростенде, в ходе которых команда собрала ценные отзывы и данные. Это помогло им оптимизировать производственный процесс, сэкономить время и деньги.
Результаты:
Trivium - компания, специализирующаяся на производстве экологичной и пригодной для вторичной переработки упаковки, которая работает в более чем 60 странах и насчитывает свыше 7 500 сотрудников. Они используют принтеры UltiMaker для экономии затрат и поддержания эффективной работы своих упаковочных линий.
"Сначала мы скопировали оригинальный дизайн, напечатали его в ABS, но ABS довольно быстро изнашивается, поэтому после этого мы оптимизировали дизайн. Мы снова напечатали ее в Nylon, усиленным углеродом. С тех пор эта деталь находится в машине". - Пол Клоппер, технический специалист компании Trivium.
Задача:
Детали, используемые на заводах компании Trivium, часто ломаются, и их замена обходится дорого или их больше нет в наличии. Сотрудники также ищут способы усовершенствовать существующие конструкции для повышения эффективности.
Решение:
3D-печать обеспечила гибкость для создания широкого спектра различных конструкций, включая сменные детали машин, многоматериальную замену сломанного инструмента датчика и многоразовые формы для создания силиконовых уплотнений. Компания Trivium также получила возможность создавать множество итераций и даже улучшать оригинальные детали, которые они заменяли.
Результат:
Детали, созданные для широкого спектра различных нужд, усовершенствованные по сравнению с первоначальным дизайном, способные использовать различные свойства материалов, когда это необходимо.
NoiseAware - компания, предоставляющая решения по мониторингу и управлению шумом для объектов краткосрочной аренды, таких как Airbnb. При разработке своего устройства для мониторинга уровня шума они обратились к 3D-принтерам UltiMaker, которые помогли им в процессе создания прототипа.
"Если бы мы не использовали 3D-печать на UltiMaker для помощи в разработке продукта, мы потратили бы в 10 раз больше времени на тестирование продукта, что открыло бы дверь для конкурентов, или бросили бы кости, обратившись к производителю с меньшим количеством тестов за плечами". - Гарретт Доббс, руководитель отдела продукции компании NoiseAware.
Задача:
Столкнувшись с расходами в размере до $20 000 (около $800 за прототип) на привлечение сторонних организаций для создания прототипов, компании NoiseAware потребовалось
решение для быстрого создания функциональных прототипов, позволяющее проводить полевые испытания для улучшения дизайна.
Решение:
Используя принтер UltiMaker, компания NoiseAware смогла создать функциональные прототипы с помощью быстрого прототипирования для достаточного тестирования своей продукции перед изготовлением конечных деталей.
Результаты:
Мы надеемся, что информация в этом руководстве поможет вам использовать 3D-печать для улучшения процесса быстрого прототипирования. Как вы убедились, аддитивные технологии могут помочь вам в следующем:
И многое другое...
Вступление в мир 3D-печати может быть пугающим, но это никогда не было так просто, как сейчас, с надежными и интуитивно понятными принтерами, как, например, принтеры UltiMaker. Если вам нужен принтер, который обладает гибкостью, необходимой для создания прототипов, обратите внимание на принтеры серии S и получите доступ к более чем 280 материалам!
