Prototypy z druku 3D – od modelu do testów

Dodano: 20 lut 2022

Prototypy z druku 3D – od modelu do testów

Druk 3D jest jedną z metod pozwalających szybko przejść od cyfrowego modelu do fizycznego prototypu. W zależności od celu można w ten sposób sprawdzić wygląd, wymiary, montaż, ergonomię albo działanie projektowanej części.

Prototyp nie musi być gotowym produktem. Często jego najważniejszym zadaniem jest wykrycie problemu przed rozpoczęciem właściwej produkcji.

W P3DRC wykonujemy prototypy z druku 3D w technologiach FFF/FDM, SLS, MJF oraz SLA, mSLA i DLP. Technologię i materiał dobieramy do tego, co ma zostać sprawdzone.

Czym jest prototyp?

Prototyp to fizyczna wersja projektu przygotowana w celu sprawdzenia określonych założeń przed wykonaniem części docelowej lub uruchomieniem produkcji.

Nie zawsze musi odwzorowywać wszystkie właściwości finalnego produktu.

Pierwsza wersja może służyć wyłącznie do sprawdzenia gabarytów albo sposobu montażu. Kolejna może już zostać wykonana z materiału pozwalającego ocenić funkcję części.

Takie podejście ogranicza ryzyko rozwijania projektu, którego podstawowe założenia wymagają jeszcze korekty.

Co można sprawdzić na prototypie z druku 3D?

W zależności od projektu prototyp może służyć do sprawdzenia:

• wymiarów i proporcji,
• dopasowania do innych części,
• ergonomii,
• położenia otworów i złączy,
• sposobu montażu,
• zatrzasków i połączeń,
• miejsca na elektronikę lub przewody,
• wyglądu produktu,
• zachowania części podczas testów,
• zmian konstrukcyjnych przed wykonaniem kolejnej wersji.

Najważniejsze jest więc określenie celu prototypu przed wyborem materiału i technologii.

Prototyp wizualny

Jeżeli celem jest przede wszystkim sprawdzenie kształtu, wymiarów lub wyglądu, nie zawsze potrzebny jest materiał o parametrach odpowiadających części końcowej.

Prototyp wizualny może pomóc ocenić proporcje produktu, wielkość obudowy, rozmieszczenie przycisków albo sposób, w jaki element wygląda po fizycznym wykonaniu.

Na tym etapie najważniejsza może być geometria, a nie maksymalna wytrzymałość części.

Prototyp do sprawdzenia montażu

Bardzo częstym zastosowaniem druku 3D jest kontrola pasowania przed wykonaniem elementów docelowych.

Można w ten sposób sprawdzić między innymi położenie otworów, rozstaw śrub, miejsce pod elektronikę, dostęp do złączy, działanie zatrzasków albo współpracę kilku elementów.

Fizyczny model często pozwala wykryć problem, którego trudno zauważyć wyłącznie na ekranie komputera.

Jeżeli potrzebna jest poprawka, model cyfrowy można zmodyfikować i wykonać kolejną wersję.

Prototyp funkcjonalny

Jeżeli prototyp ma być testowany podczas rzeczywistej pracy, większego znaczenia nabiera dobór materiału i technologii.

Trzeba wtedy określić między innymi obciążenie, temperaturę, kontakt z substancjami chemicznymi, wymagane pasowania oraz sposób mocowania.

Prototyp funkcjonalny może służyć do sprawdzenia działania konstrukcji przed rozpoczęciem produkcji części docelowej.

Nie oznacza to jednak, że właściwości prototypu automatycznie będą identyczne z właściwościami późniejszego produktu wykonanego inną metodą.

Kolejne wersje prototypu

Jedną z zalet druku 3D jest możliwość wykonywania kolejnych wersji bez przygotowywania nowej formy dla każdej zmiany.

Typowy proces może wyglądać następująco:

1. powstaje model 3D,
2. wykonywany jest pierwszy prototyp,
3. część zostaje sprawdzona,
4. model jest poprawiany,
5. wykonywana jest kolejna wersja.

Liczba iteracji zależy od projektu. W prostym elemencie może wystarczyć jedna wersja testowa, a bardziej złożony produkt może przejść przez kilka etapów zmian.

FFF/FDM do prototypowania

Technologia FFF jest często wykorzystywana do prototypów ze względu na dostępność różnych materiałów oraz możliwość wykonywania zarówno małych, jak i większych elementów.

Może dobrze sprawdzać się przy obudowach, uchwytach, częściach montażowych, elementach testowych oraz prototypach funkcjonalnych.

Dostępne są między innymi PLA, PET-G, ABS, ASA, TPU oraz tworzywa techniczne i kompozytowe.

Widoczna struktura warstw jest naturalną cechą tej technologii i trzeba ją uwzględnić, jeżeli wygląd powierzchni jest istotnym elementem testu.

SLS w prototypach technicznych

SLS pozwala wykonywać części z proszków polimerowych, najczęściej poliamidów.

Model jest podczas procesu otoczony proszkiem, dlatego złożone geometrie mogą być wykonywane bez klasycznych konstrukcji podporowych.

Technologia może być przydatna przy prototypach zawierających zatrzaski, kanały, cienkie ścianki lub bardziej złożone kształty.

SLS pozwala również wykonać jednocześnie większą liczbę elementów, co może mieć znaczenie przy prototypach całego zespołu albo niewielkiej partii testowej.

MJF do prototypów i pierwszych serii

MJF jest stosowany między innymi do części technicznych z PA12.

Może być przydatny wtedy, gdy po prototypie planowana jest również niewielka seria takich samych elementów.

Pozwala wykonać części o złożonej geometrii i dobrej powtarzalności w obrębie konkretnego procesu.

SLA, mSLA i DLP przy drobnych detalach

Technologie żywiczne sprawdzają się w projektach, w których szczególne znaczenie mają drobne elementy i odwzorowanie powierzchni.

Mogą być wykorzystywane do niewielkich prototypów, elementów prezentacyjnych albo części zawierających małe detale.

Właściwości mechaniczne zależą jednak od konkretnej żywicy, dlatego materiał trzeba dobrać do celu prototypu.

Prototyp a krótka seria testowa

Czasem jedna sztuka nie wystarcza.

Przed uruchomieniem właściwej produkcji może być potrzebna niewielka seria części przeznaczonych do testów montażowych, sprawdzenia u użytkowników albo wykonania pierwszych urządzeń.

Druk 3D pozwala przejść od pojedynczego prototypu do krótkiej serii produkcyjnej bez konieczności natychmiastowego przygotowywania formy produkcyjnej.

Przy większym i stabilnym nakładzie warto już porównać druk 3D z CNC, formowaniem wtryskowym lub inną metodą docelową.

Jak przygotować model prototypu?

Do wyceny najlepiej przesłać plik STL, STEP lub STP.

Jeżeli model nie jest jeszcze gotowy, można przesłać dokumentację, szkic, zdjęcia lub opis projektu. Na tej podstawie można ustalić, jaki zakres przygotowania modelu będzie potrzebny. Pełne projektowanie CAD od zera nie jest podstawową usługą P3DRC; jeżeli projekt wymaga większego zakresu prac, może być potrzebny udział partnera projektowego.

Nie trzeba samodzielnie wybierać wysokości warstwy, wypełnienia ani orientacji na stole drukarki.

Znacznie ważniejsze jest określenie, co prototyp ma pozwolić sprawdzić.

Druk 3D prototypów na zamówienie

W P3DRC wykonujemy prototypy od pojedynczych modeli testowych po krótkie serie części.

Dobór technologii zależy od geometrii, materiału, zastosowania i celu testu. Innego podejścia może wymagać model do sprawdzenia wyglądu, a innego część przeznaczona do testów funkcjonalnych.

Jeżeli masz gotowy model STL, STEP lub STP, prześlij go przez formularz wyceny wraz z krótką informacją o tym, co chcesz sprawdzić. Na tej podstawie można dobrać technologię i materiał odpowiednie do konkretnego etapu projektu.