Tillverkningsöverväganden för prototyper av plast

Plastprototyper har olika användningsområden

Uttrycket "tillbaka till ritbordet" är mer än en klyscha. Att planera för och producera flera iterationer av en produkt är det mest effektiva sättet att minska de totala projektkostnaderna. Och detta är inte annorlunda än när man designar en del av plast. Det hjälper också till att undvika långsiktiga risker och ger en så optimerad detaljdesign som möjligt. Och oavsett hur skicklig ingenjören är eller hur kraftfull designprogramvaran de använder, innebär det prototyper.

Till exempel måste tillverkare av medicintekniska produkter bedöma ergonomin och funktionaliteten hos ett kirurgiskt instrument innan de erbjuder det till läkare. Kommersiella drönarkonstruktörer kan göra dussintals testflygningar i vindtunnlar för att fastställa sin farkosts luftvärdighet, robotbyggare vill se hur effektivt deras senaste droiddesign utför sina tilldelade uppgifter, och smarta biltillverkare utför många form-, passforms- och funktionskontroller på otaliga komponenter med varje ny modell. Var och en av dessa aktiviteter kräver en prototyp (eller mer troligt, flera prototyper).

Detta gäller särskilt för plastdelar, där efterfrågan på den vinnande designen förhoppningsvis skjuter i höjden och kräver efterföljande investeringar i produktionsverktyg för stora volymer, även kallade plastformsprutningsverktyg. Finns det något bättre sätt att undvika ett kostsamt designmisstag än att göra prototyper tills de är fulländade? Å andra sidan utvärderar tillverkare från alla branscher ofta sina senaste metallidéer genom att först 3D-printa, bearbeta eller gjuta plastversioner av dem. Återigen handlar det om att nå mållinjen på det mest effektiva sättet.

Inom produktutvecklingsprocessen har plastprototyper olika användningsområden:

Konceptmodell: Detta är sannolikt en av de första delarna som produceras under en produktcykel. Den är avsedd att ge en visuell representation av delen eller produkten. Aspekter som materialstyrka och ytkvalitet är mindre viktiga under denna fas. 3D-utskriftstekniker som stereolitografi och modellering av smält deponering är typiska tillverkningsmetoder för en konceptmodell.

Funktionell prototyp: En funktionell prototyp ger ett designteam möjlighet att testa form och passform av en del. Under denna fas kan det vara särskilt värdefullt att ha en korrekt representation av den slutliga delens materialegenskaper, så tekniker som CNC-bearbetning eller 3D-utskriftsteknik som selektiv lasersintring eller Multi Jet Fusion används ofta.

Vilka är tillverkningsalternativen för plastprototyper
Lyckligtvis finns det flera alternativ för prototyper av plastdelar. Var och en har sina egna distinkta fördelar (och begränsningar) som kan avgöra vilken som passar bäst för ditt program.
• 3D-utskrift: Kan sannolikt vara den mest kostnadseffektiva metoden för en plastprototyp.3D utskrift erbjuder också snabba ledtider och färre designbegränsningar.
• CNC-bearbetning: Delar kan tillverkas lika snabbt som 3D-utskrift, men bearbetning ger också samma materialalternativ som sannolikt kommer att användas i en slutlig produktionsdel. Nackdelen med CNC-bearbetning jämfört med 3D-utskrift är mindre designfrihet och ibland mer kostsamt.

Kraven på delstorlek, ytfinish och funktionsstorlek/upplösning bör också beaktas när du väljer en tjänst för prototyper.

Oavsett vilken tillverkningsteknik du väljer för en plastprototyp är det viktigt att se till att din del kan tillverkas via den avsedda produktionsmetoden. Med andra ord, måla inte in dig själv i ett hörn genom att 3D-printa prototyper, bara för att upptäcka när kvantiteterna ökar att delarna inte kan formsprutas.

3D-utskrift för prototyper av plast
Låt oss börja diskussionen med en kort översikt över den teknik som bokstavligen lanserade den snabba prototypindustrin för mer än tre decennier sedan: 3D-utskrift. På den tiden var stereolitografi (SLA) det enda alternativet. Idag kan tillverkare dock välja mellan en rad olika tekniker, inklusive selektiv lasersintring (SLS), jettingprocesser som PolyJet och Multi Jet Fusion (MJF).

Vi har publicerat många designtips som täcker dessa tekniker, så se dem för de tekniska detaljerna bakom noggrannhet, val av råmaterial och ytfinish. Det räcker med att säga att alla är utmärkta för att göra prototyper; Flera av dem är också tillräckligt snabba och deras råvaror tillräckligt robusta för att stödja produktion av slutanvändningsdelar i små volymer. Här är några ytterligare fördelar och utmaningar med 3D-utskrift.

Fördelar med 3D-utskrift
• Mer kostnadseffektivt: Eftersom det inte finns några fixturerings- eller skärverktyg med 3D-utskrift är delkostnaderna i allmänhet lägre än alternativen. Det är bara råmaterialet, maskintiden och den sekundära efterbearbetning som behövs (mer om detta strax).
• Snabba ledtider och snabba iterationer: På samma sätt innebär eliminering av verktyg och traditionella "inställningar" som med formsprutning snabba handläggningstider. Dessutom har många skrivare tillräckligt med byggvolymer där konstruktörer kan producera flera iterationer i samma version.
• Färre designbegränsningar: 3D-utskriftsgemenskapen talar länge om sin "obegränsade designfrihet". Detta är en liten överdrift, men faktum kvarstår att många tillverkare har använt det för att producera komplexa sammansättningar i ett tryck, vilket minskar antalet delar och förenklar leveranskedjan. Som tidigare nämnts är det viktigt att se till att designen kan tillverkas i produktionskvantiteter via formsprutning om det är slutmålet.

Utmaningar med 3D-utskrift
• Mekaniska egenskaper: Hartserna och pulvren som används i 3D-skrivare är "liknande" material. De närmar sig (och i vissa fall överträffar) sina gjutna och bearbetade motsvarigheter, och även om många av dessa är lämpliga för slutanvändning är de inte direkta ersättningar.
• Ytfinish: På grund av byggprocessen lager för lager lider praktiskt taget alla 3D-utskrivna delar av någon nivå av "trappsteg". Att ta bort dessa brister med ångpolering eller slipmedel är ett populärt alternativ, men detta ökar tiden och kostnaden för projektet.
• Begränsade färgalternativ: Som regel levererar 3D-utskrift vita, svarta, grå eller genomskinliga delar. Vi färgar eller målar dem gärna efter efterbehandling, men detta är ett extra (om än vanligt) efterbehandlingssteg.

CNC-bearbetning för plastprototyper
Eftersom Protolabs alltid har specialiserat sig på snabba leveranstider har vi utvecklat standardiserade verktygssatser som gör att vi kan leverera specialbearbetade delar på en dag eller två. Ledtiden liknar 3D-utskrift, och priset är inte betydligt högre (beroende på delens geometri, kvantitet och andra faktorer). Som sagt, det finns vissa skillnader mellan bearbetade delar och de som tillverkas via 3D-utskrift:

Fördelar med CNC-bearbetning
• Slutanvändningsmaterial: Ibland är det viktigt att skapa prototyper med hjälp av det faktiska produktionsmaterialet. Kanske kommer delarna att genomgå funktionstestning och validering, eller så vill kunden se och känna på prototyper som är så nära den slutliga designen som du kan ge.
• Produktionskvantiteter: Generellt sett blir 3D-utskrift mindre kostnadseffektiv när kvantiteterna ökar. Detta decennier gamla status quo börjar förändras med nyare teknik som PolyJet, men bearbetning är nästan alltid vinnaren när det gäller tillverkningshastighet vid kvantiteter i tonåren och högre, där installationskostnaderna är lättare att skriva av.
• Snabba ledtider och snabba iterationer: CNC-bearbetning är lika snabb som 3D-utskrift, och i vissa fall snabbare. Delar kan vändas på så snabbt som en arbetsdag.

Utmaningar med CNC-bearbetning
• Delgeometri: Som tidigare nämnts är 3D-utskrift kungen av komplexitet. Mekaniska verkstäder kämpar med djupa fickor där skärverktyg inte kan nå, tunna väggar som kan skapa skakningar, extrema längd-till-diameter-förhållanden vid hålbearbetning och andra detaljfunktioner som inte är någon stor sak för en 3D-skrivare.
• Sammansättningar med flera delar: Maskinbearbetade delar går ofta in i en enhet, och sammanfogning av dessa komponenter innebär vanligtvis bultning eller svetsning av dem, vilket ökar kostnaden. Om det som normalt skulle vara en sammansättning som kan 3D-printas i ett enda stycke kommer hela projektet att få en stor vinst. Men återigen, se bara till att du ekonomiskt kan producera den 3D-printade delen när kvantiteterna ökar.

Formsprutning för prototyper av plast
Termerna "plastinsprutningsform" och "prototyper" har länge varit uteslutande. Det beror på att de produktionsverktyg som behövs för att tillverka lejonparten av plastdelarna är både dyra och tar månader att utveckla. Vi på Protolabs ändrade detta paradigm med snabbroterande aluminiumverktyg, som kan gjuta hundratals prototypdelar och vanligtvis levereras inom en vecka eller så.

Det finns inget behov av en lång lista med för- och nackdelar här, eftersom det här beslutsträdet bara har en eller två grenar. Om du behöver hundra eller fler formsprutade prototyper för funktionstestning, ger snabbsvarvsverktyg kunderna delar gjorda av äkta material, riktigt snabba och med toleranser och ytfinish som är nästan identiska med dem som tillverkas med produktionsverktyg. Snabbsvängsformar kan också fungera som ett bryggverktyg tills produktionsformen är klar, eller för pilotkörningar för att testa den gjutna delens design.

Förbehållet är att det tar tid. Dags att designa formen, tid att bearbeta den, tid för testning och slutligt godkännande. Det är fortfarande mycket snabbare och mycket billigare än alternativet "hårt verktyg" som just beskrivits, men kan vara oöverkomligt dyrt i situationer där 3D-utskrift eller bearbetning kommer att lösa det omedelbara problemet. Som tidigare föreslagits är det mycket att tänka på, så ring oss eller ladda upp din detaljdesign till vår digitala offertplattform för att utvärdera alternativen och få feedback om automatiserad design för tillverkningsbarhet (DFM). Lycka till med plastprototyper.

Om du behöver ytterligare hjälp kan du kontakta oss på +46 (0) 8408 391 86 eller customerservice@protolabs.se

2024-01-22 - Industritorget

Kontaktinformation

Protolabs

08408 391 86

Se hemsida

Skicka e-post

Kontakter

Länkar

Filmer

Karta

Skriv ut
Tipsa

Postadress
Halesfield 8
TF74QN Telford

Region
Storbritannien

Organisationsnummer:
5366160

Grundat: Ej angivet
Anställda: Ej angivet

Kontakter

Länkar

Filmer

Karta

Välkommen till Protolabs!

Företaget grundades 1999 av Larry Lukis, en framgångsrik entreprenör och datanörd. Han ville radikalt minska tidsåtgången för att ta fram formsprutade prototypsdelar.

Hans lösning var att automatisera den traditionella produktionsprocessen genom att utveckla en komplex mjukvara som kommunicerade med ett nätverk av fräsar och pressar. Till följd av detta kunde plast- och metalldelar produceras på en bråkdel av den tid det tidigare hade tagit.

Hur vi kan hjälpa
Snabbare produktutveckling, minskade kostnader och optimerad leveranskedja med 3D-utskrifter, CNC-bearbetning och formsprutning som tekniken möjliggör.

Välkommen att kontakta oss!

Skicka förfrågan