3D-печать в прототипировании: что это такое, особенности и этапы выполнения, оборудование для печати
Прототипирование и 3D-печать – это современный метод создания черновых заготовок для различных отраслей и сфер деятельности с целью их дальнейшей доработки или видоизменения дизайна. Комплексное действие часто выполняют для получения нового продукта, поэтому наибольшая востребованность наблюдается в конструкторских бюро. До популяризации метода и использования 3D-принтеров конструкторы применяли отливные формы, выполняли модели из гипса или через фрезеровку других материалов.
Последовательность этапов и их особенности
Проведение прототипирования с 3D-печатью осуществляется в несколько последовательных стадий:
1. Формируется трехмерная модель. Для этого берется уже готовое изделие и обрабатывается 3D-сканером. Такой подход наиболее распространен среди инженеров, которые дорабатывают дизайн или придумывают новшества по улучшению функциональной стороны.
2. Далее, прототипирование и 3D-печать переходит к фазе изготовления заготовок. Для этого применяются смолы или пластик в зависимости от потребностей разработчика. Для получения идеальных формы обязательно выполняется пост-обработка.
3. Последняя стадия включает непосредственную работу с прототипом. Как отмечалось ранее, инженерный персонал видоизменяет декоративную составляющую или подвергают изделие частичному или полному видоизменению.
Такая несложная процедура расширяет возможности изобретателя или дизайнера, а также ускоряет процедуру, что важно в жизненном цикле продукта.
Преимущества прототипирования 3D-печати
Печать и прототипирование 3D-моделей сопровождается рядом существенных достоинств:
1. Значительно сокращает время, которое требуется на формирование прототипа. Высвобождение времени помогает сфокусироваться на качественных изменениях конечного продукта.
2. Повышенная точность формирования заготовки. Сканирование и печать на узкоспециализированных принтерах значительно улучшают качество модели, ее точность, пропорции. В ряде отраслей подобное является ключом для качественного или дизайнерского преображения.
3. Доступность 3D-печати снизило затраты до минимума. Изобретать становится более комфортно даже для небольших представительств и конструкторских бюро.
3D-печать и быстрое прототипирование является современной, эффективной альтернативой на ближайшие несколько десятилетий.
Какой принтер выбрать?
Основой получения специализированной модели является принтер, который необходимо выбирать на основании бюджета и выполняемых задач. Все доступные технологии так или иначе способны реализовать специальные заготовки. Тем не менее, наибольшую эффективность завоевало оборудование SLS, FDM и SLA. При выборе обязательно следует рассматривать возможность применения того или иного материала. Это важно для изготовления прототипов, ведь они должны соответствовать размеру, гибкости/жесткости и другим параметрам.
Желательно провести тестовое прототипирование 3D-печати, что с высокой точностью даст понимание соответствия реальности ожиданиям. В нашем интернет-магазине представлен большой выбор профильного оборудования со сбалансированными характеристиками и ценой. Также здесь имеется существенный выбор расходных материалов от ведущих производителей и поставщиков. Если вы не знаете какой пластик лучше для 3D-печати или сомневаетесь в выборе аппаратуры, задайте вопросы нашим сотрудникам по телефону или через специальную форму на сайте.
Как 3D-принтеры используют в тестировании прототипов
Тестирование новых изделий, отдельных узлов и деталей — важнейшая часть любой производственной цепочки. С помощью 3D-печати вы можете быстро получать высокоточные и дешевые образцы будущих изделий для проведения различных тестов и испытаний.
Какие тесты вы можете проводить с полученными изделиями:
- проверять конструкции на собираемость;
- изучать поведение различных материалов в рабочей среде;
- тестировать новые конструкционные решения;
- проверять прочность, износостойкость;
- продувать объекты в аэродинамической трубе.
Какие тесты вы можете проводить с полученными изделиями:
- проверять конструкции на собираемость;
- изучать поведение различных материалов в рабочей среде;
- тестировать новые конструкционные решения;
- проверять прочность, износостойкость;
- продувать объекты в аэродинамической трубе.
Преимущества функционального прототипирования с помощью 3D-печати
- Скорость. Не нужно ждать несколько недель, пока подрядчики изготовят для вас прототип.
- Высокая точность. Тестовые образцы соответствуют вашей CAD-модели с точностью до 15-20 микрон.
- Низкая стоимость.
- Универсальность оборудования. С помощью 3D-печати вы можете получать не только прототипы для тестов, но и решать другие производственные задачи.
- Информационная безопасность. Ваши ноу-хау не попадут к конкурентам, если в производственной цепочке не будут участвовать сторонние подрядчики.
Пример: 3D-печать при разработке двигателей для гонок Nascar
Команда Ford, участвующая в гонках Nascar, активно использует 3D-принтеры для модернизации и тестирования новых элементов двигателей, выхлопных и топливных систем.
Благодаря 3D-печати наши инженеры получили уникальную возможность быстро получать полноценные прототипы своих разработок, тестировать их, вносить изменения и внедрять в наши машины. Это позволяет нам невероятно быстро изменять характеристики автомобилей и готовиться к гонке.
Виктор Мартинез, главный инженер команды Ford
Преимущества функционального прототипирования с помощью 3D-печати
- Скорость. Не нужно ждать несколько недель, пока подрядчики изготовят для вас прототип.
- Высокая точность. Тестовые образцы соответствуют вашей CAD-модели с точностью до 15-20 микрон.
- Низкая стоимость.
- Универсальность оборудования. С помощью 3D-печати вы можете получать не только прототипы для тестов, но и решать другие производственные задачи.
- Информационная безопасность. Ваши ноу-хау не попадут к конкурентам, если в производственной цепочке не будут участвовать сторонние подрядчики.
Пример: 3D-печать при разработке двигателей для гонок Nascar
Команда Ford, участвующая в гонках Nascar, активно использует 3D-принтеры для модернизации и тестирования новых элементов двигателей, выхлопных и топливных систем.
Благодаря 3D-печати наши инженеры получили уникальную возможность быстро получать полноценные прототипы своих разработок, тестировать их, вносить изменения и внедрять в наши машины. Это позволяет нам невероятно быстро изменять характеристики автомобилей и готовиться к гонке.
Виктор Мартинез, главный инженер команды Ford
3D-печать в прототипировании
Мы продолжаем серию статей о применении 3D-печати в разных областях. В этой статье мы рассмотрим самую, на сегодняшний день, популярную сферу применения – прототипирование или создание моделей будущих промышленных продуктов. Прототипирование — это быстрая «черновая» реализация базовой функциональности для анализа работы системы в целом. Прототипирование, по мнению разработчиков, является самым важным этапом создания нового продукта. На этапе изготовления прототипа малыми усилиями создается изделие, работающее в реальной жизни, возможно, неэффективно, с ошибками и не в полной мере, но в процессе становится видна более детальная картина. Все вещи, которые нас окружают, кем-то и когда-то были созданы. И во время их создания возникали разные решения по дизайну этих изделий. До появления 3D-печати для этих задач использовалось множество различных методов: фрезеровка, отливка, гипсовые формы и т.д.
Создание 3D-модели
Как обычно в 3D-печати начинать надо с создания 3D-модели. В случае с прототипированием с этим нет никаких проблем, так как конструкторы и инженеры в любом случае создают ее на первом этапе разработки нового продукта. Если продукт создается на базе существующей модели, то на помощь может прийти 3D-сканер. 3D-модель, полученная в результате сканирования, становится основой для создания нового дизайна. Сайты, предлагающие готовые модели на платной или бесплатной основе, вряд ли будут полезны, в основном они заполнены декоративными моделями или моделями, созданными в ходе реверс-инжиниринга.
Для чего вам нужен прототип?
Когда у вас уже есть 3D-модель, необходимо понять, какую именно задачу вы ставите перед тем прототипом, которые хотите напечатать. Я бы разделил их на 3 категории: декоративные, частично функциональные и полнофункциональные.
- Легче всего дело обстоит с печатью декоративных прототипов, хотя они тоже могут обладать высокой сложностью изготовления. Плюсом здесь является неограниченный выбор пластиков и полимеров для 3D-печати. Обычно для таких задач используются наиболее простые материалы с точки зрения печати. В любом случае вы получите нужный вам объект и сможете произвести необходимые замеры, проверки, демонстрации и прочие действия, для которых данный прототип изготавливался. Самым простым примером может служить корпус электронного устройства, который предполагается изготавливать из прочной пластмассы или металла. Прототип нужен для того, чтобы понять, как расположить внутри все компоненты устройства. Как правило, в процессе разработки таких изделий создает 10-20 подобных макетов.
- Вторым случаем является частично функциональный прототип. Для простоты понимания можно привести пример прототипа тары.
Сегодня в процессе разработки новой упаковки, например бутылки, повсеместно используется 3D-печать. Но недостаточно просто напечатать модель бутылки любым видом пластика и использовать в качестве прототипа. Модель должна обладать такими свойствами, как прозрачность, имитирующая стекло или пластик, из которого впоследствии будет производиться такая тара. Таким образом, необходимо будет подобрать материал для печати максимально близкий к искомому по прозрачности. Если же, например, это макет баночки для йогурта, материал печати должен быть достаточно эластичным, чтобы можно было согнуть одну часть. В случаях, когда модель должна обладать частичной функциональностью, важно правильно выбрать материалы, которые решают эту задачу, и технологию 3D-печати, которая справится с этими материалами. И наконец, выбрать модель принтера, который сможет решить поставленную задачу, исходя из размеров, сложности и материала печати.
- Самым сложным является создание полностью функционального прототипа. Он должен в полной мере соответствовать конечному изделию, которое будет запущено в серийное производство. 3D-печать готова справиться и с этой задачей, но в данном случае стоимость изготовления модели будет очень сильно зависеть от того функционала, которым должно обладать конечное изделие.
В большинстве случаев речь идет о нагреве, устойчивости к трению, ударной прочности, воздействию кислот или других агрессивных жидкостей. Идеальным является изготовление данной модели именно из того материала, который будет использоваться в серийном изделии, но зачастую с помощью 3D-печати это сделать невозможно, так как далеко не все материалы можно использовать в 3D-принтерах. В этом случае, можно попробовать подобрать аналогичный материал, который будет близок по физическим и механическим свойствам к искомому. Тогда модель будет близка к нужному функционалу, хотя, возможно и не сможет быть настолько же долговечной, как серийная деталь. Таким образом, можно смело утверждать, что 3D-печать является отличным инструментом для прототипирования, прежде всего за счет высокой скорости изготовления модели и их относительно низкой стоимости.
Каким же образом стоит подойти к выбору 3D-принтера для прототипирования?
В начале стоит определиться с материалом печати, технологией и бюджетом. Нужно выбрать ту технологию 3D-печати, которая лучше подойдет под ваши задачи. В той или иной степени все технологии подходят, но я бы выделил несколько.
Прежде всего SLS – селективное лазерное спекание, а также FDM — моделирование методом наплавления и SLA — лазерная стереолитография. Подробно о каждой из этих технологий написано много статей и нет смысла на этом останавливаться здесь. Главное, на что нужно обратить внимание, – это возможность печатать на выбранном вами принтере теми материалами, которые подходят вам в качестве основы для прототипов по ряду характеристик. Кроме того, надо учитывать потенциальную сложность и размер ваших изделий для грамотного выбора. Как и во всех других случаях, мы советуем делать тестовую печать перед покупкой, это поможет определиться с выбором модели 3D-принтера, а также понять соответствует ли 3D-печать вашим ожиданиям.
Говоря о конкретных моделях, я бы обратил ваше внимание на принтеры Raise3D серии Pro2, которые являются наиболее подходящими для создания прототипов по FDM-технологии. На официальном сайте компании представлено масса интересных кейсов по применению этих принтеров в прототипировании деталей различной сложности.
Также я бы обратил ваше внимание на модель Phrozen Transform, которая работает по технологии SLA. Большая камера и дисплей 4K делает его уникальным настольным принтером для создания прототипов.
И наконец, переходя к промышленным 3D-принтерам, стоит отметить линейку принтеров HP JetFusion 500/300. Эти модели обладают рядом достоинств, прежде всего высокой производительностью и низкой себестоимостью печати, а так же возможностью создавать полноцветные модели.
Мы будем рады вам помочь в выборе необходимого 3D-оборудования под ваши задачи. Вы всегда можете ознакомиться с популярными моделями в нашем шоу-руме и получить квалифицированную консультацию у инженеров компании.
Александр Корнвейц,
Эксперт рынка 3D-печати
© А. И. Корнвейц, 2020
Основатель компании «Цветной мир»
Российский предприниматель, эксперт в области аддитивных технологий и 3D-оборудования. Основатель компании «Цветной мир» и Центра инновационной 3D-печати Best3D Print.
Прототипирование 3D‑моделей
Аддитивные установки используются для прототипирования и создания деталей абсолютно любой геометрии из фотополимера, полиамида, полиметилакрилата и ABS‑пластика.
Изготовление элементов для дизайна
Если раньше процесс создания образца мог занимать месяцы, то сейчас можно напечатать, например, ручку подлокотника всего за пару часов.
Изготовление пластиковых деталей тиражом до 100 штук
3D-принтер создает абсолютно идентичные друг другу изделия без лишних этапов доработки геометрии после отливания в форме. Он прекрасно справляется с задачей мелкосерийного производства и при этом экономит время и материалы.
Литьё в силиконовые формы
Технология вакуумного литья подходит для мелкосерийного производства. Одну силиконовую форму можно использовать для производства 300 аналогичных копий.
Почему?
Прототипы применяют во всех производственных сферах. Они выступают в качестве пробных образцов, на которых проводят испытания перед запуском продукта в массовое производство. Раньше создание трехмерных копий часто проводилось вручную и с использованием методов фрезеровки, ковки, точения. Сегодня для этих целей используются аддитивные технологии, что ускорило и упростило процесс. Они позволяют быстро проверить, отвечают ли характеристики образцов идеям разработчиков. Но главное преимущество метода — относительная дешевизна производства.
Современное прототипирование основано на использовании аддитивного оборудования. Оно позволяет создавать максимально точные, реалистичные объекты в нужном размере, чтобы использовать их для анализа, тестов, демонстрационных целей.
Примеры наших работ
Самые интересные заказы наших клиентов в различных отраслях
Высокоточный 3D‑прототип лыжных очков
- #ЗD-печать
Высокопрочная 3D-модель датчика
- #ЗD-печать
Прототип воздуховода пассажирского самолета
- #ЗD-печать
3D-печать редуктора
- #ЗD-печать
Изготовление запчастей для принтера Canon
- #ЗD-печать
3D‑печать крепежных элементов для микросхемы
- #ЗD-печать
3D-модели для авиастроительной промышленности
- #ЗD-печать
3D-сувенир из фотополимера
- #ЗD-печать
Создание композиции для 3D-печати
- #ЗD-печать
Производство элементов корпуса РЭА
- #ЗD-печать
Воссоздание 3D-модели электромеханического затвора
- #ЗD-печать
Создание прототипа детали
- #ЗD-печать
Этапы работ
Получение исходных данных от заказчика, составление тех. задания (ТЗ)
Оценка цены и сроков работ, согласование условий работы
Подписание договора и выставление счета
Внесение предоплаты
Проведение работ по согласованным датам
Предоставление заказчику готового результата работ в необходимом формате
Подписание акта выполненных работ
Необходимая информация
Для формирования ТЗ, а также для определения объёма и цены работ:
- 3D-модель в формате STL
У вас появились вопросы по 3D‑печати?
Напишите нам, и наши менеджеры ответят на все ваши вопросы и решат конкретно вашу задачу!
Парк оборудования и ПО
- Protofab SLA 600
- Protofab SLA 800EX DLC
Сопутствующие услуги
Реверс‑инжиниринг (обратное проектирование)
Решение реверс‑инжиниринга позволяет быстро создать точную цифровую модель изделия любой сложности. Эта модель может быть изменена, напечатана и использоваться для дальнейшего производства.
3D‑модели: доработка
Разработка модели позволяет более четко, легко и точно воспроизвести оригинальный крупногабаритный объект. Например: здание, автомобиль или самолет.
3D‑моделирование по фотографии
Иногда приходится изготавливать изделия по старым чертежам или только с помощью фотографий. Технология NURBS‑моделирования позволяет создавать точные CAD‑модели для машиностроения.
Что такое 3D-прототипирование
Это процесс построения реального физического объекта на основании его цифровой модели. Моделирование выполняется с применением специализированного программного обеспечения, а сам прототип создается на его основе, с применением трехмерной печати.
Сферы применения
Технология часто применяется в следующих отраслях:
- строительство, архитектура;
- электроника, приборостроение;
- машиностроение;
- авиация, космическая промышленность;
- медицина, стоматология;
- образование;
- дизайн, медиа.
Пластиковые образцы изготавливаются для предварительного тестирования параметров и характеристик промышленных продуктов, запасных частей к оборудованию и т.д. Еще технология нужна для производства деталей, снятых с производства. С ее помощью гораздо легче достигать любых физико‑механических свойств и реализовывать новаторские идеи.
Виды
Существует три вида прототипирования:
- Промышленное – для производственных нужд, проведения реконструкций, ремонтов.
- Архитектурное – макеты домов, помещений и даже городов.
- Транспортное – образцы всех видов транспортных средств.
В отдельную категорию можно отнести демонстрационные макеты.
Каким бывает прототипирование
В основе быстрого прототипирования лежит создание изделия на основе его цифрового 3Д-образца . Чтобы получить изделие, используется метод 3D-печати :
При SLA, или лазерной стереолитографии, последовательное построение слоев осуществляется из жидких фотополимеров. Материал затвердевает под воздействием лазерного луча. Методика позволяет точно смоделировать изделие сложной формы и больших габаритов, добиться ее высокой прочности. Образцы получаются максимально приближенными к макету и не нуждаются в сложной «доводке».
FDM (метод послойного наплавления) применяют для достижения сверхточной передачи цифрового образа. Расплавленный термопластик наносится слоями по очертаниям макета. Главные преимущества метода – точность изготовления, недорогие расходные материалы, бюджетное оборудование.
Технология цветной печати (Color Jet Printing) предполагает изготовление образца из гипсового порошка и связующего вещества. Материал склеивается послойно, формируя предмет. Преимущества метода – скорость, невысокая цена, возможность «поиграть» с цветами и фактурами. Применяется для выпуска единичных экземпляров и небольших партий.
При многоструйном моделировании (Multi Jet Modeling) изделия печатают из воска или фотополимера. Слои материала последовательно наносятся на платформу построения 3D-принтера через печатающие головки. Метод позволяет одновременно печатать несколькими материалами, различающимися по плотности и вязкости.
Этапы прототипирования
- разработка модели на компьютере с применением специализированного ПО;
- изготовление мастер‑модели по технологии трехмерной печати;
- тестирование в соответствии с целями заказчика;
- доработка, исправление при выявлении недостатков;
- запуск серийного производства.
3D-моделирование
Выполняется с использованием программного обеспечения для работы с трехмерной графикой.
Объект создается на основе чертежей, эскизов, рисунков, графиков и других источников информации, которые способны дать информацию о требованиях к заказу. Завершенный трехмерный цифровой объект в формате .stl отправляют на печатное устройство.
Мастер-модель
С помощью принтера получают мастер-модель. Это точная копия образца в масштабе 1:1. Изделие можно применять как демонстрационный образец, а также для снятия форм, матриц, производства отливок. На этом этапе можно выявить и исправить возможные недоработки.
Тестирование
На этапе тестирования осуществляется проверка соответствия характеристикам готового продукта. Массовое производство начинается только после подтверждения правильности форм, размеров, функциональности, других параметров, которые определяются назначением создаваемого предмета.
Корректировка
Выявленные во время тестирования недочеты устраняются при финальной корректировке. Изменения вносят в цифровую модель, с которой будет проводиться серийное производство.
Прототипирование
После завершения тестирования и доработки изделие готово к тиражированию. Заказанный продукт получают в сжатые сроки, что позволяет клиентам экономить время.
Требования к образцу
Требования к образцу зависят от его назначения, сферы применения. Его свойства заранее учитываются при компьютерном 3D-проектировании .
Как заказать услугу
Компания TWIZE специализируется на изготовлении образцов по аддитивным технологиям из разных расходных материалов. Для заказа обращайтесь по указанному на сайте номеру. Цена работы зависит от требований к изделию, количества расходных материалов, 3Д-технологии . Доставка готовых заказов – по Москве, России, странам СНГ.