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原型是什麼以及作用? 製作原型有多少種方法?

原型設計是產品開發流程的重要組成部分; 然而, 這常常是個障礙. 快速原型製作是一種用於製造塑膠的過程, 金屬, 或陶瓷製品. 其英文名稱又稱為 “增材技術或減材技術 “, 由於3D列印製造過程是逐層添加材料. 以及CNC加工 (車削和銑削) 是一層一層的減材技術.

3D列印快速成型

產品設計師和工程師使用基本工具建立臨時概念驗證模型, 但功能原型設計和高品質零件創建通常需要與最終產品相同的流程. 傳統製造工藝, 例如註塑成型, 需要昂貴的工具和設置, 這對定制來說太貴了, 小批量原型製作.

在某些情況下，其物理特性與傳統方法所生產的產品相似, 例如註塑和擠出, 或吹塑成型. 透過這種方式，可以避免製造昂貴的模具來製造可以改變其形狀的原型. 最初, 快速原型技術僅用於原型設計.

快速原型製作幫助公司將想法轉化為現實的概念證明. 將這些概念轉化為與最終產品具有相同外觀和感覺的高保真原型，並使產品通過一系列驗證階段進行鍊式生產.

3D 列印塑膠原型

透過快速原型製作, 設計師和工程師可以直接透過電腦輔助設計進行原型設計 (電腦輔助設計) 數據比以往快, 並根據實際測試和回饋對其設計進行快速、頻繁的審查. .

在本指南中, 您將發現如何將快速原型設計整合到產品開發過程中, 它的應用是什麼, 產品開發團隊目前可以使用哪些快速原型設計工具.

什麼是快速原型製作?

快速原型製作是一組用於透過三維電腦輔助設計快速製造零件比例模型或一組實體零件的技術 (電腦輔助設計) 數據. 由於這些零件或組件通常是使用積層製造技術製造的, 而不是傳統的減法方法, 這一概念已與增材製造和 3D 列印緊密相連.

積層製造非常適合快速原型製作. 它提供了幾乎無限的形狀自由, 無需任何工具, 並且可以生產機械性能與傳統製造方法製成的各種材料非常相似的零件. 3D 列印技術自 20 世紀 80 年代以來就已存在, 但大多數情況下, 它們的高成本和複雜性限制了大公司的使用，或迫使小公司將生產外包給專業服務，並在每次迭代之間等待數週.

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附3D列印, 工程師和設計師可以在數位設計和實體原型之間快速迭代，並更快地投入生產.

桌面和工作 3D 列印的到來改變了這種情況，並促進了這項技術的採用，而且沒有停止的跡象. 現場3D列印, 工程師和設計師可以在數位設計和實體原型之間快速迭代. 現在可以在一天內製作原型並執行多種設計, 尺寸, 形狀, 或基於實際測試和分析結果的組裝迭代. 最終, 快速原型製作流程幫助公司比競爭對手更快地將更好的產品推向市場.

快速原型製作的優點

更快地創造和探索概念
快速原型製作將最初的想法轉變為低風險的概念探索，並立即出現實際產品. 它使設計師能夠超越虛擬視覺化，並更容易理解設計的外觀和感覺, 以及比較概念.

有效地傳達您的想法
實體模型使設計師能夠與同事分享他們的概念, 客戶, 和合作者以僅透過在螢幕上查看設計無法實現的方式傳達想法. 快速原型製作可以從用戶那裡獲取清晰有用的信息，這對於創作者了解用戶需求並完善和改進他們的設計至關重要.

迭代設計並立即合併更改
設計始終是一個迭代過程，需要多個測試週期, 評估, 並在達到最終產品之前進行細化. 使用 3D 列印進行快速原型製作可以靈活地更快地創建逼真的原型並立即實施更改, 改善這項關鍵的試誤流程.

一個好的模型是24小時的設計週期: 工作時間設計, 讓原型零件連夜進行 3D 列印，並在第二天進行排練, 修改設計, 並重新開始.

節省時間和金錢
附3D列印, 無需投資昂貴的工具和安裝. 相同的設備可用於生產不同的幾何形狀. 快速現場原型製作消除了與外包相關的高成本和交貨時間.

進行廣泛的測試並最大限度地減少設計缺陷
在產品設計和製造方面, 提前發現並修復設計缺陷可以幫助公司在整個過程中避免昂貴的設計審查和工具變更.

快速原型製作使工程師能夠徹底測試外觀和功能與最終產品相同的零件, 在投入生產之前降低可用性或可製造性問題的風險.

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快速原型設計應用
得益於各種可用的技術和材料, 快速原型設計在整個產品開發過程中為設計師和工程師提供支持, 從最初的概念模型到工程, 驗證測試, 和生產.

概念原型與概念模型證明
概念或概念驗證模型原型可幫助產品設計人員驗證想法和假設並測試產品的可行性. 實體概念模型用於向股東展示想法, 鼓勵討論, 並透過低風險概念探索影響對該想法的接受或拒絕.

概念驗證原型設計發生在產品開發過程的早期, 這些原型提供了在將產品轉移到下一開發階段之前驗證假設所需的最低功能.

成功概念建模的關鍵是速度. 設計師在建構和闡述實體模型之前需要產生大量的想法. 現階段, 可用性和品質不太重要，團隊盡可能多地使用商業部件.

3D 印表機是製作概念模型的理想工具. 將電腦檔案轉換為實體原型的交付時間是無與倫比的, 讓設計師更快測試更多概念. 與大多數車間和製造工具不同, 專為辦公室量身訂製的桌上型 3D 列印機, 消除對專用辦公空間的需求.

功能原型

與工業設計過程並行, 工程團隊正在開發另一系列原型進行測試, 迭代, 並且完善機械, 電力, 以及構成產品的熱系統. 這些功能原型可能看起來與最終產品不同, 但具備必須開發和測試的基礎技術和功能.

很多時候，這些基本功能是在單獨的子單元中開發和測試的，然後再整合到單一產品原型中. 此子系統方法隔離變數, 使團隊在將所有專案捆綁在一起之前更容易劃分職責並確保更細粒度的可靠性.

工程原型

工程原型是設計和工程結合在一起創建最終商業產品的最小可行版本的地方, 具有面向製造的設計. 這些原型用於在實驗室中與一組選定的試點使用者進行使用者試驗, 在後期階段向模具專家傳達生產意圖，並在早期銷售會議中作為演示.

現階段, 細節變得越來越重要. 3D 列印使工程師能夠創建準確代表最終產品的高保真原型. 這使得驗證設計變得容易, 合身, 在投資昂貴的工具並進入生產階段之前，對產品的功能和可製造性進行評估，在生產階段進行更改的時間和成本變得越來越令人望而卻步.

先進的 3D 列印材料能夠再現外觀, 使用傳統製造流程（例如注塑成型）製造的零件的手感和材料特性. 各種材料可以模擬具有精確細節和紋理的零件, 光滑的, 低摩擦, 觸感柔軟的表面, 堅固耐用的外殼, 和透明組件. 3D 列印零件可以透過打磨等二次製程完成, 拋光, 噴漆或鍍鋅以再現最終零件的任何視覺特徵. 它們還可以組合起來創建多件和多材料組件.

工程原型需要廣泛的可用性和功能測試，以了解零件或組件在實際使用的嚴格條件和條件下的表現. 3D 列印提供工程塑料，用於製造能夠承受熱的高性能原型, 化學, 和機械應力.

驗證和製造測試

快速原型製作使工程師能夠小批量生產, 客製化點解決方案, 和設計子組件, 工程, 以及測試原型可製造性的產品驗證測試項目.
3D 列印可以輕鬆測試目前製造流程的公差, 並在內部和使用環境中進行廣泛的測試, 在進入生產線之前.
快速 3D 列印模具還可與傳統製造流程結合, 例如註塑成型, 熱成型或矽膠成型, 透過提高靈活性來改善生產流程, 敏捷, 可擴充性和成本效益. 該技術還為創建測試夾具和固定裝置提供了有效的解決方案，因為它們透過收集有用的數據來簡化功能測試和認證.

附3D列印, 設計不必在生產開始時結束. 快速原型設計工具使設計師和工程師能夠不斷改進他們的產品，並快速有效地採取行動，透過夾緊和夾具佈置來解決鏈條中的問題，從而改進裝配或品質控制流程.

CNC加工
計算機數控 (CNC系統) 工具是減材製造工藝, 與 FDM 不同, SLA 或 SLS. 這些過程從固體塑膠開始, 金屬, 或其他材料塊, 酒吧, 或切割去除材料而成型的棒, 鑽孔, 鑽孔, 和研磨.

數控刀具包括CNC加工, 它以兩種方式從零件上去除材料: 帶有旋轉工具和固定部分 (銑削), 或使用固定工具旋轉零件 (轉動). 雷射切割機使用雷射以極高的精度雕刻或切割各種材料. 水刀切割機使用與磨料混合的水和高壓來切割幾乎任何材料. CNC車床和銑床可以有多個軸, 使他們能夠處理更複雜的設計. 雷射和水刀切割機最適合切割扁平零件.

CNC 工具可以對塑膠零件進行成型, 軟金屬, 硬金屬 (工業機器), 木頭, 丙烯酸纖維, 結石, 玻璃, 複合材料. CNC 工具的設定和操作比積層製造工具更複雜, 雖然某些材料和設計可能需要特殊工具, 處理, 定位, 和加工, 與增材製程相比，點零件的成本更高.

在快速原型製作中, 簡單的設計, 結構件, 金屬部件, 以及其他使用積層工俱生產不可行或不具成本效益的零件是理想的選擇.