3D-прототипирование и его виды

Перед запуском нового изделия в производство большинство компаний сначала проводят его тестирование. Новые технологии помогают значительно снизить расходы и затраты времени на выполнение этой задачи. Зачастую для этого используется 3D-прототипирование.

• Прототипирование в 3D-печати
  • Что это такое?
  • Принцип работы
  • Применение
• Виды прототипов
• Технологии быстрого прототипирования
• Этапы прототипирования 3D-моделей
  • Моделирование
  • Изготовление мастер-модели
  • Тестирование макета
  • Корректировка
  • Создание прототипа
• Требования к прототипированию
• ПО

Прототипирование в 3D-печати

Изготовление рабочей модели является комплексным процессом, во время которого происходит создание образца продукта. Он подходит для оценки функциональности и свойств, а также для демонстрации целевой аудитории. Это делается перед запуском продукта в массовое производство.

Что это такое?

Прототипированием называют создание полной или частичной модели изделия, которое готовится к производству.

Принцип работы

Благодаря технологии 3D-прототипирования можно значительно уменьшить время, затрачиваемое на создание опытных моделей. Это позволило аддитивному производству получить статус «обходной технологии».

Принцип работы технологии заключается в создании физического объекта на основе цифровой 3D-модели. Сначала создается CAD-модель, а затем происходит печать на 3D-принтере.

Прототипирование чаще всего происходит с помощью недорогих принтеров. Но использоваться могут абсолютно разные материалы.

Применение

Прототипирование применяется в следующих областях:

• производство штучной продукции;
• создание макетов сооружений в строительной сфере;
• производство игрушек, сувениров;
• изготовление выставочных образцов продукции;
• производство запасных частей и т. д.

В медицине и стоматологии на принтерах печатают протезы, модели органов, хирургические инструменты, шаблоны.

Виды прототипов

Прототипы подразделяются на следующие виды:

1. Промышленные. К этому типу относятся модели деталей различных механизмов и устройств. К таким 3D-прототипам предъявляются наиболее высокие требования по точности и качеству.
2. Товарные. Чаще всего производятся в виде какого-либо товара или же его упаковки.
3. Презентационные. Используются в дизайне, строительстве и архитектуре. Например, это может быть модель здания.
4. Транспортные. Создается масштабная модель автомобиля или другого транспортного средства.

Технологии быстрого прототипирования

Различают такие технологии прототипирования:

1.  Стереолитография  (SLA). В этой технологии используют жидкий фотополимер с добавлением реагентов. Смесь полимеризуется при помощи ультрафиолетового лазера. Слои создаются последовательно на подвижной подложке.
2.  Выборочное лазерное спекание  (SLS). Технология предполагает послойное изготовление модели с использованием порошка. Материал равномерно распределяется на плоскости, после чего отдельные участки запекаются при помощи лазера. Порошковым материалом может быть пластик, металл, стекло, литейный воск или керамика. На рабочую поверхность порошок наносится специальным валиком.
3. Многослойное моделирование (MJM). Устройства для применения данной технологии разрабатываются компанией 3D System. Изготовление модели происходит по принципу стандартной струйной печати. Подача материала происходит через сопла, расположенные на печатающей головке. Расходники предварительно нагреваются, после чего подаются в экструдер, который печатает слои детали.
4. Ламинирование (LOM). Метод предполагает послойное склеивание пленок, которые разрезаются с помощью лазера или специального лезвия.
5. Послойное наплавление ( FDM ). В этой технологии каждый слой наносится расплавленным материалом, которые выдавливается через сопло. Зачастую для печати используется какой-либо пластик, но могут применяться и другие материалы, например металл. Объекты, созданные этим методом, имеют низкое качество, но он наиболее дешевый в реализации.

Этапы прототипирования 3D-моделей

Процесс прототипирования включает в себя такие шаги:

1. Сначала создается компьютерная модель будущего объекта.
2. После этого с помощью 3D-печати изготавливается макет.
3. Готовый прототип проходит тестирование.
4. При необходимости изделие дорабатывается и корректируется.

Моделирование

3D-моделирование происходит на компьютере с использованием специальных программ для инженерной трехмерной графики. Для создания модели используются рисунки, эскизы, графики, чертежи и необходимая техническая документация.

Изготовление мастер-модели

После моделирования печатается мастер-модель. Создается макет продукта, который должен перекрыть все базовые потребности.

Тестирование макета

Мастер-модель тестируется на соответствие предъявляемым требованиям. Это может быть внешний вид, эргономичность, правильность форм и т. д. Все зависит от сферы использования будущего изделия.

Корректировка

Если во время тестирования были выявлены какие-либо неточности или несоответствия предъявляемым требованиям, то их исправляют в компьютерной модели. После этого все предыдущие этапы повторяются.

Создание прототипа

Если мастер-модель прошла все тесты, создается прототип. Это полнофункциональный продукт.

Требования к прототипированию

Качественный прототип должен быть:

• наглядным;
• точным;
• функциональным.

Точность в основном зависит от качественного и профессионального 3D-моделирования.

ПО

Лучшие программы для прототипирования:

1. Wings 3D. Эта программа относится к продвинутым инструментам для трехмерного моделирования. С ее помощью можно создавать максимально точные модели. Wings 3D имеет настраиваемый интерфейс, а также она может сохранять готовые файлы в большинстве 3D-форматов.
2. Open SCAD. Это бесплатное ПО для 3D-моделирования. Open SCAD является трехмерным компилятором, отображающим детали в трех плоскостях.
3. AutoDesk 123D. Программа имеет огромный набор инструментов для CAD и 3D-моделирования. Она позволяет создавать проекты и визуализировать практически любые трехмерные модели.
4. 3DReshaper. Это доступный и довольно простой инструмент для моделирования. Программа используется в различных областях, например искусстве, строительстве, судостроении, горной промышленности и т. д. 3DReshaper имеет встроенную поддержку разных текстур и сценариев, что значительно облегчает процесс 3D-моделирования.
5. form·Z pro. Программа, которая отлично подходит для проектировщиков мебели и домов, а также дизайнеров. Позволяет создавать объекты любой сложности. Основная особенность программы заключается в возможности структурированного моделирования для обработки уникальных форм. Построение объектов происходит на базе сетки, которая остается параметрической при сжатии и растягивании. Это значительно упрощает корректировку.

Использование трехмерной печати в прототипировании позволило значительно сократить расходы и временные затраты на работу. Для любой сферы можно подобрать нужный тип технологии, который сделает производственный процесс быстрее, эффективнее и надежнее.