Перейти к содержимому

Как использовать быстрое прототипирование для улучшения разработки вашей продукции

Что такое быстрое прототипирование?

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.

История быстрого прототипирования

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.

Какие преимущества дает 3D-печать для создания прототипов?

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: 

  • Скорость

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. 

  • Гибкость

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

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.

Какую технологию 3D-печати использовать?

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:

FDM 3D-принтеры UltiMaker серии S - идеально подходят для быстрого прототипирования

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:

  • 280+ материалов

Самый широкий выбор материалов на рынке для бесконечных возможностей 

  • Двухэкструдерная 3D-печать

Создание моделей, напечатанных одновременно из нескольких материалов и водорастворимых поддержек

  • Безопасная облачная печать

Эффективное управление несколькими принтерами и очередями печати с помощью UltiMaker Digital Factory

  • Надежность и простота в использовании

Тратьте меньше времени на проверку настроек принтера и больше времени на проверку продукта

Категории прототипов

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.

Прототип для проверки концепции (POC) 

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. 

Быстрое прототипирование в действии

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. 

Исследование скорости: Quad Lock

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:

  • Создано более 100 прототипов
  • Возможность создания нескольких прототипов за один день
  • Конечный продукт прошел всестороннее тестирование в реальных условиях

Практическое исследование гибкости: Trivium

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.

Исследование затрат: NoiseAware

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:

  • Экономия более $700 на каждой детали
  • Сокращение времени ожидания прототипов с нескольких дней до нескольких часов
  • Повышение надежности конечного продукта
  • Экономия на стоимости принтера в рамках одного проекта

Итог

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:

  • Открыть новые способы улучшения существующих конструкций
  • Значительно снизить стоимость ваших прототипов
  • Значительно увеличить количество прототипов, которые вы можете создать

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!

Предыдущая статья Новый BCN3D Omega I60: высокоскоростной промышленный 3D-принтер, созданный для производственных цехов