Crearea prototipurilor eficiente constituie o parte esențială în procesul de fabricare a produselor. Prin testarea și rafinarea continuă a iterațiilor, inginerii pot ajunge la piese de uz final, care fac față performanțelor dorite.
Primele imprimante 3D disponibile comercial au dat naștere conceptului de prototipare rapidă. Anterior, termenele lungi de livrare și costurile ridicate ale pieselor, realizate în cantități mici, determinau echipele responsabile să realizeze doar câteva iterații, înainte ca piesele să fie declarate finalizate.
Imprimarea 3D a redus timpul de lucru și costurile de producție. Acum, imprimantele 3D le permit inginerilor și echipelor de cercetare și dezvoltare să-și valideze proiectele mai rapid, mai ușor și mai eficient. Nu în ultimul rând, imprimarea 3D permite strângerea mai multor iterații de design, într-un interval de timp prestabilit. Astfel, echipele pot ajunge mai devreme la proiectele finale ale pieselor și pot aduce mai rapid pe piață produse inovatoare.
În prezent, imprimantele 3D industriale fabrică totul, de la scule la piese specializate, de uz final, în doar câteva zile. Nu e de mirare că machetele PLA au cedat teren producției aditive la scară industrială, care presupune un timp de livrare mai scurt și beneficii financiare mai mari.
În acest articol, vă invităm să aflați mai multe detalii despre prototiparea rapidă cu ajutorul imprimantelor 3D: ce este, cum funcționează, relația sa cu fabricarea aditivă și care-i sunt beneficiile.
Ce este prototiparea rapidă?
Prototiparea reprezintă o parte integrantă a proiectării și ingineriei produsului. Este un proces iterativ, pentru a ajunge la un design optimizat.
Inginerii proiectează conceptul inițial al unei piese sau al unui produs care necesită testare. Ulterior, fabrică o piesă cu design provizoriu (prototipul propriu-zis), trecând-o printr-o suită de teste și evaluându-i designul la capitolul avantaje și zone care necesită îmbunătățiri. Asemenea activități sunt repetate până când se ajunge la validarea proiectului final, care satisface atât cerințele clienților, cât și pe cele de inginerie.
Prototiparea rapidă presupune utilizarea tehnologiilor digitale pentru a proiecta și fabrica prototipuri mai rapid și mai ușor. Prototiparea rapidă se bazează, de obicei, pe tehnologiile de imprimare 3D pentru a fabrica prototipurile rapid, înlăturând necesitatea de a folosi seturi de scule sau matrițe.
Dincolo de fabricarea fizică a prototipurilor, prototiparea rapidă include activități de inginerie precum proiectarea, modificarea și testarea.
Înainte de prototiparea rapidă și imprimarea 3D comercială, inginerii erau nevoiți să se bazeze pe machete sau modele detaliate de lut, realizate de artizani pricepuți. Acest lucru însemna timpi de livrare mai mari pentru fabricarea fiecărui prototip, precum și costuri de fabricație uriașe, asociate fiecărui prototip în parte.
Mulți fabricanți produc prototipuri funcționale pentru piese metalice cu compozite ultra-rezistente, imprimate 3D.
Cum funcționează prototiparea rapidă?
Prima iterație a piesei începe prin crearea unui fișier de proiectare asistată de computer (CAD). Ulterior, utilizatorul poate importa fișierul de proiectare al piesei în software-ul imprimantei 3D. Apoi apasă pe Print. În maxim 48 de ore, piesa-prototip va fi gata pentru testare, evaluare și modificare.
Multe imprimante 3D sunt limitate doar la piese de calitate prototip. Modelele obținute astfel pot necesita modificări, pentru a se adapta limitărilor tradiționale de producție. Atunci când realizează prototipuri cu producție aditivă, la scară industrială, utilizatorii pur și simplu trebuie să schimbe materialele plastice de prototipare, cum ar fi PLA, cu materiale ultra-rezistente.
Prototiparea rapidă și imprimarea 3D
Date generale. Definiția formală a imprimării 3D vizează procesul de producție care utilizează fabricarea strat cu strat, pentru a traduce fișierele digitale CAD în obiecte tangibile. Prototiparea rapidă este una dintre multiplele utilizări ale imprimării 3D.
Utilizare contemporană. Astăzi, termenul de prototipare rapidă tinde să fie asociat cu vechea eră a imprimantelor 3D. Imprimantele timpurii nu erau capabile să ofere pieselor o rezistență sau o calitate suficientă. Acest lucru a limitat efectiv utilizarea imprimantelor la prototipare. Multe dintre dispozitivele anterioare au fost, însă, comercializate ca soluții de prototipare rapidă. În consecință, cei doi termeni au fost adesea confundați, iar „prototiparea rapidă” a devenit cvasi-sinonim cu „imprimarea 3D”.
Apariția producției aditive. Actualmente, termenul de „producție aditivă” implică o schimbare de paradigmă în imprimarea 3D. Termenul descrie utilizarea imprimării 3D pentru aplicații industriale de mare valoare, cum ar fi piesele critice, de uz final. Implicit, termenul vizează îndepărtarea imprimării 3D de la utilizarea sa timpurie limitată în ceea ce privește prototiparea rapidă.
Multe prototipuri pentru piese metalice pot fi realizate cu o imprimantă 3D compozită, de înaltă rezistență. Cu toate acestea, prototiparea rapidă cu o imprimantă 3D metalică le permite utilizatorilor să imprime piesa finală pe aceeași platformă, atunci când o aplicație necesită metal.
Beneficiile prototipării rapide
Utilizarea unei platforme de imprimare 3D pentru a permite prototiparea rapidă oferă numeroase beneficii în comparație cu prototiparea prin metode tradiționale:
- Timp de livrare mai scurt
Prototiparea rapidă cu imprimarea 3D reduce substanțial timpii de livrare la doar câteva ore sau zile.
Folosind metode tradiționale de fabricație, prototipurile necesită unelte noi și/sau procese suplimentare, cum ar fi schițarea desenelor, trimiterea OP-urilor și gestionarea timpilor de expediere. Fără imprimare 3D internă, achiziționarea fiecărui prototip poate dura săptămâni, sau chiar luni.
Perioadele de livrare mai mici generează beneficii tangibile pentru afaceri. Companiile pot inova mai repede și își pot lansa produsele pe piață înaintea concurenței.
- Eficiența costurilor
În comparație cu producția tradițională, utilizarea unei imprimante 3D pentru prototipare rapidă are o economie de unitate mai favorabilă. Nu necesită forță de muncă specializată și nici unelte sau seturi de matrițe speciale. Totodată, nu include costuri către furnizori terți.
- Utilizare facilă
Simplitatea utilizării unei imprimante 3D pentru prototipare rapidă reprezintă un atu. Imprimarea pieselor nu necesită expertiză specializată: oricine o poate face. Mașiniștii dedicați nu vor mai avea nevoie să aloce ore lungi ca să redacteze desene, să trimită comenzi de achiziție și să coordoneze detaliile logistice cu furnizorii terți.
- Prototiparea și producția pe aceeași platformă
Utilizarea unei imprimante 3D la scară industrială – spre deosebire de una limitată la materiale de prototipare slabe – înseamnă că dezvoltatorii de produse pot prototipa și construi unelte sau piese cu uz final cu aceeași platformă. Acest lucru ajută la asigurarea unei lucrări de imprimare de succes. În loc să facă ajustări pentru a se adapta limitărilor producției subtractive, utilizatorii pot opta, pur și simplu, pentru materiale mai performante.
Considerații pentru prototiparea rapidă
Materiale
Mulți utilizatori preferă să fabrice prototipuri cu materiale rentabile. Acest lucru economisește bani pe prototipurile care nu necesită proprietăți mecanice îmbunătățite.
Pentru utilizatorii cu imprimante 3D a căror capacitate de producție e avansată, materialele de înaltă performanță pot fi rezervate pentru prototipuri funcționale în aplicații care necesită rezistență – cum ar fi, de exemplu, prototipurile de legare pentru snowboard, sau pentru imprimarea pieselor validate, cu uz final.
Imprimarea 3D cu materiale plastice avansate este, de asemenea, o modalitate mai rapidă și mai ieftină de a produce prototipuri pentru piesele care, în cele din urmă, trebuie realizate din metal.
PLA (acidul polilactic) este un material de prototipare obișnuit și accesibil, rezistent la temperaturi joase și ușor de imprimat 3D.
Imprimante
Impactul prototipării rapide
Centor, un producător de sisteme de uși industriale, a reușit să-și reducă costurile per prototip de la 800 de dolari la… 10! Digital Forge a redus timpii de livrare de la aproximativ o săptămână la doar 12 ore.
Caldwell Manufacturing, un producător global de feronerie pentru ferestre și uși, cu sediul în New York, a produs piese care anterior costau între 500 și 3.000 de dolari, cu doar 30 de dolari. Anterior, piesele necesitau circa opt săptămâni pentru a fi produse și livrate. Cu Digital Forge, Caldwell a reușit performanța de a le fabrică intern în doar trei zile.
Descoperiți alături de noi avantajele tehnologiilor 3D și felul în care acestea vă pot fi de ajutor. Abonați-vă la newsletter.