Создание прототипа — важный этап изготовления деталей и конструкций. Метод позволяет оценить как достоинства, так и недостатки изделия перед началом серийного производства. Трехмерное прототипирование существенно снижает риск изготовления дефектной партии.
Применение
3D-прототипирование используется практически повсеместно. Современные аддитивные технологии позволяют с небольшими затратами изготавливать образцы практически любых изделий: от игрушек и сувениров до искусственных суставов и протезов.
Методы 3D-прототипирования
Традиционно прототипы изготавливались вручную или с использованием фрезерных станков, как правило, поддерживающих функцию программирования. Этот способ обладает серьезными недостатками, главный из которых — значительные временные затраты.
Сегодня для 3D-прототипирования практически повсеместно применяют трехмерную печать. Достоинства метода включают сравнительно высокую скорость работы, небольшие расходы, возможность изготовления деталей с геометрией практически любой сложности. Применяемые для 3D-печати материалы демонстрируют высокую прочность, термостойкость, устойчивость к воздействию влаги и агрессивных сред. Как и любое аддитивное производство, прототипирование посредством 3D-печати практически исключает образование отходов, минимизируя расход материала.
Все принтеры для трехмерной печати можно разделить на две группы: предусматривающие выдавливание (распыление) или спекание (склеивание) материала. Основные технологии, работающие по первому принципу:
- Fused Deposition Modeling (FDM). Основной элемент таких принтеров — сопло, дозирующее материал. Способ позволяет быстро изготавливать сложные детали с применением самых разных полимеров. Основной недостаток — необходимость финишной обработки, обусловленная невысоким качеством поверхностей при таком 3D-прототипировании. Также FDM-метод имеет ограничения по допускам размерности.
- PolyJet. В принтерах используются множественные сопла, выбрасывающие материал, который мгновенно полимеризуется. В качестве полимеризатора применяется УФ-излучение. Подобно FDM, PolyJet позволяет работать с разными материалами. К прочим достоинствам можно отнести минимальную толщину слоя и высокое разрешение поверхности. Метод подходит для деталей из разных материалов, что делает его превосходным выбором для 3D-прототипирования. Специфика PolyJet-принтеров может потребовать использования подпорок с некоторыми деталями.
- LENS. В таких принтерах материал в порошковой форме выбрасывается соплом, после чего послойно спекается лазерным лучом. В отличие от большинства других, данный метод 3D-прототипирования дает возможность изготавливать объекты из стали и даже титана, обеспечивая при этом высокое разрешение. Сравнительно небольшая популярность LENS обусловлена дороговизной расходных материалов и оборудования.
- Вторая категория, охватывающая технологии 3D-прототипирования, при которых выполняется спекание или склеивание материала:
- Стереолитография (SL в англоязычной литературе). Печать выполняется лучом, который проходит по поверхности жидкого полимера, наполняющего ванну. После каждого цикла платформа с заготовкой опускается, позволяя расплаву заполнить пустое пространство. Стереолитография идеальна для 3D-прототипирования деталей с обилием мелких элементов. Получаемые образцы отличаются прочностью и термостойкостью.
- Лазерное спекание (LS). Основное отличие от стереолитографии — применение порошка вместо жидкого расплава. Способ характеризуется высокими скоростью и разрешающей способностью, однако требует лазера высокой интенсивности и дорогостоящей камеры с полностью герметичной конструкцией. Лазерное спекание может применяться как для 3D-прототипирования, так и для мелкосерийного производства.
К наиболее популярным материалам для трехмерной печати относятся ABS-пластик, полимолочная кислота (PLA), нейлон, полиэтилентерефталат и полибутилентерефталат (PET и PETT), ударопрочный полистирол (HIPS), поливиниловый спирт (PVA). Для 3D-прототипирования деталей, рассчитанных на повышенные нагрузки, может применяться металл.
Какие бывают прототипы?
Изделия отличаются назначением:
- Промышленные. Категория включает мастер-модели деталей, частей приборов и механизмов. Изделия промышленного назначения наиболее требовательны к качеству 3D-прототипирования.
- Товарные. Обычно изготавливаются в виде модели товара или его упаковки.
- Презентационные. Такие прототипы применяются в архитектуре, строительстве, дизайне. Типичный пример — модель здания или сооружения.
- Транспортные. Изображают масштабную модель транспортного средства.
Этапы 3D-прототипирования
Если раньше для изготовления прототипов применялись исключительно чертежи, сегодня почти все работы выполняются в специальных программных средах. Такой подход несет в себе массу преимуществ. Прежде чем приступить к 3D-прототипированию, инженеры имеют возможность удостовериться в правильности геометрии и дизайна модели. При необходимости в конструкцию могут вноситься коррективы. Дальнейшие шаги:
- изготовление мастер-модели на трехмерном принтере или фрезеровочном станке;
- функциональное тестирование. На этом этапе 3D-прототипирования конструкция проверяется на возможность сборки, прочность и износостойкость, а также другие параметры, важные для конкретного прототипа (например, коэффициент аэродинамического сопротивления или эргономические особенности);
- внесение корректировок (при необходимости).
Группа компаний «ВИЮС» располагает всем необходимым для высококачественного прототипирования: от мощных рабочих станций с профессиональным ПО до высокопроизводительных принтеров для 3D-печати. Мы готовы не только изготовить тестовую модель, но и наладить серийное производство.
Вас может заинтересовать:
