Производство пластиковых прототипов: ключевые методы прототипирования

Пластиковые компоненты часто не получают того признания, которого они заслуживают за ту роль, которую они играют в нашем мире. Вы почти всегда можете найти их где угодно, от клавиатуры компьютера до крышки кофейной чашки. Однако все пластиковые изделия начинались как пластиковые прототипы. Поэтому мы здесь, чтобы изучить различные подходы, доступные для производства пластиковых деталей прототипов. Теперь давайте начнем!

Значение пластикового прототипа

Прототипирование является важнейшим активом как для предпринимателей, так и для предприятий, предоставляя ценные средства для оценки физического продукта перед переходом к полномасштабному производству. Пластиковый прототип дает то преимущество, что позволяет быстро создать осязаемое представление вашего пластикового продукта.

Такой подход не только позволяет вам продемонстрировать свои концепции потенциальным инвесторам, но и дает им возможность поэкспериментировать с прототипом. Эти пластиковые детали-прототипы служат предшественниками для потенциальных клиентов, помогая оценить их интерес к продукту до его официального запуска.

Сотрудничество с компаниями, занимающимися прототипированием, дает дизайнерам возможность внести необходимые коррективы перед производством пластиковых изделий. В конечном итоге это оказывается выгодным как для производителя, так и для конечного пользователя конечного продукта. Дополнительные преимущества заключаются в следующем:

 

• Исследование различных конструктивных особенностей посредством тестирования пластикового прототипа.
• Проверка работоспособности конструкции.
• Создание контрольного уровня тестирования для разработки дополнительных функций.
• Упрощение обратной связи с клиентами.
• Раннее выявление потенциальных дефектов и отклонений в прототипах пластиковых деталей, предотвращение проблем при массовом производстве.
• Усовершенствование конструкции для повышения эффективности производства.

Основные шаги перед разработкой пластикового прототипа

Прежде чем приступить к изготовлению пластикового прототипа, в первую очередь следует рассмотреть вашу модель системы автоматизированного проектирования (САПР). Это цифровое изображение служит образцом предполагаемого продукта, предоставляя вам и производителю визуальное руководство по внешнему виду продукта.

Модель CAD также иллюстрирует, как соединяются между собой пластиковые компоненты и как продукт функционирует как единое целое. Подготовка CAD-модели становится основой для создания физического прототипа, будь то визуального или функционального.

Визуальные прототипы. Эти прототипы дают представление о внешнем виде конечного продукта. Им не нужно функционировать как конечный продукт, что делает 3D-печать наиболее экономичным и быстрым методом их разработки.

Функциональные прототипы. Напротив, функциональные прототипы воплощают желаемый конечный продукт, охватывающий как материалы, так и механику. Эти прототипы служат эффективными инструментами для тестирования конструкции продуктов перед переходом к массовому производству.

Процессы изготовления пластиковых прототипов

Создание пластиковых прототипов обеспечивает высокую степень гибкости в сфере быстрого прототипирования. Доступен широкий спектр процессов, позволяющий выбрать наиболее подходящий метод изготовления прототипа пластиковых деталей. Среди вариантов — вакуумное литье, 3D-печать, обработка с ЧПУ и литье под давлением.
Эти процессы предоставляют широкий выбор вариантов эффективного воплощения вашего пластикового прототипа в жизнь.

Вакуумное литье

Процесс вакуумного литья служит эффективным средством копирования нескольких пластиковых прототипов деталей в целях тестирования. Этот метод предполагает использование мастер-модели для создания деталей, пригодных для оценки. При изготовлении пластикового прототипа методом вакуумного литья сырье впрыскивается в силиконовую форму. Однако перед созданием силиконовой формы обязательным условием является наличие мастер-модели.

Мастер-модели могут быть созданы с помощью 3D-печати или обработки на станке с ЧПУ. После изготовления мастер-модели разрабатываются литейные формы на основе силикона. Затем сырье впрыскивается в полость формы под вакуумным колпаком. Полученная отливка обычно затвердевает в течение 30–40 минут, в результате чего получается точная копия прототипа.

Вакуумное литье позволяет использовать широкий спектр материалов: от прозрачных до непрозрачных. Кроме того, производители могут повторно использовать силиконовую форму для изготовления до 25 прототипов. Это ускоряет процесс реализации проекта, приближая разработку продукта и массовое производство.

Преимущества вакуумного литья в Быстрое Прототипирование

• Точность: вакуумное литье позволяет создавать высокоточные прототипы пластиковых деталей со сложными деталями.
• Репликация: силиконовая форма позволяет воспроизвести несколько идентичных прототипов в короткие сроки.
• Сложность: идеально подходит для изготовления деталей сложной формы.
• Качественное воспроизведение: при использовании соответствующего материала формы вакуумное литье позволяет получить прототипы с качеством, идентичным предполагаемому конечному продукту.
• Совместимость материалов: Совместим с разнообразными пластиковыми материалами, предлагая различную степень жесткости, гибкости и текстуры.

3D печать

Аддитивное производство, широко известное как 3D-печать, включает в себя различные передовые технологии, которые меняют производственный ландшафт в эпоху Индустрии 4.0. Этот всеобъемлющий термин объединяет несколько методов, и три из наиболее широко используемых методов изготовления пластиковых деталей 3D-прототипов:

1. Моделирование наплавленного осаждения (FDM)
3D-печать FDM считается наиболее распространенным методом изготовления пластиковых прототипов. В этом процессе используется экструзия для нанесения пластиковых материалов слой за слоем, постепенно формируя конечный продукт. Используя промышленные FDM-принтеры, производители могут создавать прототипы с повышенной прочностью и разрешением, в зависимости от выбранных материалов. FDM — это универсальная процедура, совместимая с различными материалами, такими как PLA, ABS, нейлон, PETG, поликарбонат и другими.

2. Стереолитография (SLA)
В отличие от подхода FDM, основанного на использовании нитей, в 3D-печати SLA используются пластиковые смолы для изготовления пластиковых деталей 3D-прототипов. Этот метод предполагает затвердевание модели из ванны со смолой с помощью мощного лазера. Производители используют SLA для различных целей прототипирования, включая применение в стоматологических, медицинских и бытовых компонентах.

3. Селективное лазерное спекание (SLS)
В технологии SLS используется мощный лазер, аналогичный SLA, но он спекает порошковые материалы вместе, образуя 3D-модель. Этот процесс обеспечивает превосходное качество печати по сравнению с FDM, что приводит к созданию более функциональных прототипов пластиковых деталей с более высоким разрешением. Эти отпечатки SLS обычно характеризуются повышенной долговечностью и гибкостью.

Преимущества 3D-печати при разработке пластиковых прототипов

• Скорость и экономическая эффективность: 3D-печать ускоряет процесс создания пластиковых прототипов, одновременно снижая общие производственные затраты.
• Бесперебойный рабочий процесс: прямая загрузка файлов САПР в программное обеспечение 3D-принтера обеспечивает эффективную связь с машиной, что упрощает рабочий процесс.
• Гибкость материалов: 3D-печать позволяет гибко выбирать материалы, позволяя производителям тестировать различные материалы при производстве прототипов пластиковых деталей.
• Итеративное проектирование. Возможность легко обновлять файл САПР продукта перед печатью позволяет быстро выполнять итерации проектирования, способствуя быстрым и эффективным изменениям.
• Быстрое прототипирование. Производители, оснащенные 3D-принтерами, обычно могут преобразовать дизайн продукта в прототипы в течение 24 часов или меньше.

Обработка CNC

Обработка на станках с ЧПУ представляет собой быстрый и эффективный подход к изготовлению пластиковых прототипов. Используя разнообразный набор инструментов, эта технология вырезает 3D-модели из твердых блоков материалов. Этот процесс включает в себя субтрактивный подход, при котором материалы удаляются из твердого блока, что отличается от аддитивного подхода 3D-печати. Несмотря на это, обработка на станках с ЧПУ позволяет создавать пластиковые прототипы из различных материалов.

Цифровые фрезерные станки повышают эффективность процесса обработки с ЧПУ. Производители достигают упрощенной автоматизации, используя компьютер для управления фрезерным станком на основе загруженных 3D-файлов. Изготовление пластиковых прототипов с ЧПУ не требует использования форм, что делает его экономически эффективным и требует только визуализации в САПР для начала процесса.

Преимущества обработки с ЧПУ при пластиковом прототипировании

• Тестирование без инструментов: обработка с ЧПУ позволяет проверять посадку, форму и функционирование прототипов пластиковых деталей без необходимости использования инструментов для литья под давлением.
• Прецизионные возможности: обработка с ЧПУ предлагает расширенные возможности для жестких допусков, поднутрений, резьбы и ограничений по размеру.
• Разнообразная обработка поверхности. Этот метод позволяет создавать разнообразные варианты отделки поверхности прототипов, включая полировку, покраску, порошковое покрытие и многое другое.
• Быстрая обработка: обработка на станке с ЧПУ обеспечивает короткие сроки выполнения работ, в зависимости от сложности модели пластикового прототипа.
• Универсальность материалов. Широкий ассортимент материалов, совместимых с обработкой на станках с ЧПУ, облегчает выбор материала для изготовления.
• Механические свойства: полученный прототип точно отражает механические свойства инжектированной детали с вариациями в зависимости от внешнего вида и желаемой функциональности.

Литье под давлением

Литье под давлением, известное своим массовым производством, также является ценным методом изготовления пластиковых прототипов, особенно для ограниченного производства. Этот метод предполагает создание металлической матрицы, в которую под давлением впрыскивается пластиковая смола после нагрева в бочке.

Преимущества литья под давлением пластикового прототипа

• Экономически эффективное тестирование: литье под давлением позволяет быстро и экономично тестировать концепции продукта без ущерба для качества.
• Репликация в реальной жизни: она дает представление об эксплуатационных возможностях пластиковых прототипов путем создания реальных, почти идеальных копий конечных продуктов.
• Изготовление сложных деталей: идеально подходит для изготовления сложных деталей различной формы и веса.
• Применение в промышленности: Подходит для отраслей, требующих обширных испытаний и сертификации, например, в медицинской сфере.
• Минимальные производственные циклы: эффективен для минимальных производственных циклов, что делает его ценным методом для определенных отраслей.

Критические соображения по быстрому пластиковому прототипированию

Выбор наиболее подходящего метода пластикового прототипирования является решающим решением для дизайнеров, поскольку прототипы должны тесно соответствовать производственным деталям по мере разработки. Чтобы сделать осознанный выбор, дизайнеры должны учитывать несколько ключевых факторов, прежде чем выбрать метод изготовления прототипа из пластика:

Назначение пластикового прототипа

Главным соображением должно быть предполагаемое применение прототипа. Пластиковые прототипы служат различным целям в разных отраслях, например, для нефункционального тестирования для маркетинга или функционального тестирования с потенциальными потребителями. Выбранный метод должен обеспечить создание прототипов деталей с точными цветами, геометрией и качеством поверхности, соответствующими предполагаемому конечному продукту.

форма для заполнения

Оцените, включает ли ваша конструкция жесткие допуски или сложные внутренние особенности. Эта оценка определяет выбор подходящей технологии прототипирования, поскольку некоторые варианты производства могут иметь ограничения, основанные на геометрии конструкции. Технологии, которые полностью соответствуют предполагаемой геометрии пластиковой детали, являются предпочтительными, хотя некоторые из них могут потребовать оптимизации высокого уровня проектирования для производства (DfM) для обеспечения экономической целесообразности.

Объем и стоимость

Размер и объем прототипа напрямую влияют на общую стоимость процесса. Учитывайте общий объем желаемого прототипа, поскольку он играет решающую роль в выборе правильной техники прототипирования. Некоторые процессы могут потребовать более высоких первоначальных затрат на установку и оснастку, но при этом производятся экономически эффективные детали. И наоборот, другие методы могут иметь более низкие затраты на запуск, но требуют более высоких затрат на детали из-за таких факторов, как снижение автоматизации, более медленное время цикла и увеличение затрат на рабочую силу.

Время Выполнения

Актуальность требования к прототипу влияет на выбор метода. Некоторые методы прототипирования используют сложные инструменты и автоматизацию для создания прототипов в течение 24 часов, в то время как другие могут требовать более длительного времени выполнения заказа, доходящего до нескольких недель. Если быстрое тестирование является обязательным, приоритет следует отдавать методам, обеспечивающим быстрое производство деталей.

Материалы

Подумайте, должен ли прототип выдерживать определенные нагрузки и деформации. Крайне важно найти баланс между стоимостью и удовлетворением эстетических и функциональных требований прототипа. Оцените характеристики вашего идеального приложения по сравнению с доступными методами пластикового прототипирования, чтобы сделать осознанный выбор материала.

Что определяет стоимость пластикового прототипа?

На стоимость пластиковых прототипов влияет несколько факторов, ключевыми из которых являются используемые материалы, сложность детали и выбранная технология изготовления. Как правило, 3D-печать оказывается более рентабельной по сравнению с обработкой на станке с ЧПУ, тогда как литье под давлением имеет тенденцию быть относительно более дорогим из-за первоначальных затрат на фрезерование формы.

Постоянные затраты, связанные с 3D-печатью, приводят к постоянным затратам на каждую произведенную единицу продукции без эффекта масштаба. Напротив, обработка с ЧПУ демонстрирует низкие постоянные затраты, при этом общие затраты постоянно растут. Таким образом, стоимость детали при обработке на станке с ЧПУ, как правило, немного выше, чем у сопоставимых деталей, изготовленных с помощью 3D-печати.

При литье прототипа пластмассы под давлением первоначальные затраты на первые несколько деталей относительно высоки, но уменьшаются по мере увеличения объема производства. Динамика затрат подчеркивает относительную природу затрат на пластиковые прототипы, зависящую от выбранного метода и требуемого объема.

Услуги по изготовлению пластиковых прототипов

Один из хороших способов убедиться, что ваш производственный процесс дает высококачественные результаты, — это использовать пластиковое прототипирование. Тем не менее, знание различных технологий прототипирования и выбор лучшей из них для ваших целей необходимы для успеха пластикового прототипа.
Благодаря своему обширному опыту компания Sung Plastic может предоставить эффективные услуги по изготовлению прототипов. Наша квалифицированная группа инженеров и дизайнеров обладает достаточными знаниями о различных методах управления вашим проектом на самом высоком уровне. Помимо предложения доступных услуг, мы также предлагаем экспертные советы и рекомендации, которые помогут вам получить максимальную пользу от процедуры.

Вы можете быть уверены, что мы предлагаем лучшие решения для прототипирования благодаря нашей широкой сети партнеров во многих отраслях.

Свяжитесь с нами прямо сейчас!

Часто задаваемые вопросы

1. Как создать пластиковый прототип?
Для создания пластиковых прототипов доступны различные методы, включая вакуумное литье, литье под давлением, 3D-печать, обработку на станках с ЧПУ и многое другое. Выбор зависит от таких факторов, как применение прототипа, объем, форма, материал и стоимость.

2. Почему важен пластиковый прототип?
Пластиковый прототип имеет решающее значение, поскольку он имитирует реальные функции продукта, позволяя быстро протестировать точность конструкции и функциональность продукта, прежде чем приступить к его массовому производству.

3. Сколько стоит изготовление пластикового прототипа?
Относительная стоимость изготовления пластикового прототипа зависит от выбранной технологии изготовления и объема необходимых деталей. Как правило, 3D-печать является наиболее экономичным вариантом, в то время как обработка с ЧПУ также относительно доступна. Литье под давлением, как правило, обходится дороже, в первую очередь из-за затрат на оснастку для пресс-форм.