產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境不斷發(fā)展，需要?jiǎng)?chuàng)新方法來彌合想法與現(xiàn)實(shí)之間的差距?？焖僭椭谱饕殉蔀樵擃I(lǐng)域的強(qiáng)大工具，可提高創(chuàng)造力和效率。從本質(zhì)上講，快速原型設(shè)計(jì)是一種徹底改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程的方法，通過創(chuàng)建有形的原型來實(shí)現(xiàn)想法的快速迭代和測(cè)試。這使得設(shè)計(jì)師和工程師能夠盡早收到有價(jià)值的反饋并快速實(shí)施建議，從而獲得更好、更可靠的最終產(chǎn)品和更高的用戶滿意度。在這里我們將深入研究快速原型的世界，特別關(guān)注其在3D打印領(lǐng)域的應(yīng)用。

什么是快速原型制作？此過程涉及對(duì)數(shù)字設(shè)計(jì)中的非最終物理模型進(jìn)行快速3D打印，從而可以根據(jù)現(xiàn)實(shí)世界的反饋和結(jié)果快速測(cè)試和完善零件和想法。快速原型技術(shù)的首次使用恰逢20世紀(jì)80年代初增材制造的出現(xiàn)，最初用于汽車和航空航天領(lǐng)域等工業(yè)環(huán)境中的工具和快速迭代，3D打印技術(shù)的持續(xù)和顯著改進(jìn)使快速原型技術(shù)成為可能。對(duì)于更廣泛的行業(yè)和應(yīng)用來說，更加容易獲得和負(fù)擔(dān)得起。如今，增材制造促進(jìn)了重大創(chuàng)新，并因其產(chǎn)品開發(fā)的靈活性和效率而受到贊譽(yù)，在一系列領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。

3D打印金屬快速原型。（圖片來源：韋肯快速制造）

快速原型制作如何進(jìn)行？

這一切都始于通過CAD軟件創(chuàng)建數(shù)字設(shè)計(jì)。一旦完成，就會(huì)被發(fā)送到3D打印機(jī)，該打印機(jī)可以使用熱塑性塑料、樹脂、金屬或復(fù)合材料打印原型。其結(jié)果是功能性3D打印模型能夠準(zhǔn)確反映預(yù)期的最終零件。這個(gè)過程的主要好處是它允許設(shè)計(jì)師徹底、快速地測(cè)試他們的想法。

發(fā)展

不同的打印工藝可用于快速原型制作，根據(jù)用戶對(duì)美觀、材料特性和功能的要求提供獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。選擇最合適的方法需要考慮每種方法固有的權(quán)衡，并使它們與項(xiàng)目的特定需求保持一致。

圖片來源：增材制造全球

在這些方法中，熔融沉積建模（FDM）被廣泛采用，盡管其分辨率和精度相對(duì)低于其他塑料3D打印技術(shù)，這可能限制其創(chuàng)建復(fù)雜設(shè)計(jì)的能力。立體光刻(SLA)通常是需要高視覺美感的原型的首選，盡管它受到兼容材料范圍的限制并且需要大量的后處理。選擇性激光燒結(jié)(SLS)以其快速生產(chǎn)高質(zhì)量功能部件打印件的能力而聞名，但與SLA一樣，材料選擇有限。MultiJet Fusion在使用多種材料進(jìn)行原型設(shè)計(jì)時(shí)可以提供詳細(xì)的視覺結(jié)果，但成本要高得多-它是成品零件生產(chǎn)的首選技術(shù)。最后，雖然不太流行，但也可以使用金屬3D打印來制作原型。

原型的類型

但是快速原型制作有哪些不同類型？低保真原型，通常稱為概念驗(yàn)證原型，代表原型設(shè)計(jì)的最早和最基本的階段。這些原型優(yōu)先考慮最基本的功能，很少或根本不考慮零件的視覺外觀。盡管美觀和用戶體驗(yàn)不是現(xiàn)階段的主要關(guān)注點(diǎn)，但3D打印的速度和經(jīng)濟(jì)性對(duì)于創(chuàng)建這些原型來說是有利的，尤其是FDM工藝。

視覺原型，也稱為外觀原型，更注重美觀而不是功能。這些模型用于展示產(chǎn)品的外觀和感覺，包括形狀、尺寸、顏色和表面紋理等因素。還原光聚合通常在這個(gè)意義上使用。

照片來源：3ERP

相比之下，功能原型強(qiáng)調(diào)功能而不擔(dān)心美觀。設(shè)計(jì)師使用這些原型來一一測(cè)試各個(gè)功能。這使他們能夠在將這些功能合并到最終產(chǎn)品之前檢查這些功能是否運(yùn)行良好。

最后，工程或預(yù)生產(chǎn)原型是之前所有迭代的頂峰，因?yàn)樗鼈儗⒅暗慕Y(jié)果集成到接近完成的最終模型中。這些原型可以用于多種目的，包括吸引客戶和投資者以及與經(jīng)銷商和制造商建立合作伙伴關(guān)系。

快速原型制作的工業(yè)應(yīng)用

快速原型制作的多功能性擴(kuò)展到廣泛的行業(yè)，每個(gè)行業(yè)都利用該流程來簡(jiǎn)化開發(fā)和提高產(chǎn)品創(chuàng)新。在航空航天和汽車等高性能、高通量行業(yè)中，快速原型制作在復(fù)雜組件的設(shè)計(jì)和測(cè)試中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

航空航天工程師經(jīng)常使用快速原型制作來創(chuàng)建輕質(zhì)且復(fù)雜的部件物理原型，例如用于測(cè)試的渦輪葉片、機(jī)翼和衛(wèi)星附件。這樣可以在現(xiàn)實(shí)條件下評(píng)估最終零件的性能、耐用性和空氣動(dòng)力學(xué)性能。同樣，汽車制造商使用快速原型技術(shù)來開發(fā)和測(cè)試汽車零件，例如齒輪、發(fā)動(dòng)機(jī)部件和空氣動(dòng)力學(xué)車身面板，以便在批量生產(chǎn)之前進(jìn)行快速調(diào)整。

3D打印摩托車車架原型。（圖片來源：建宏原型）

快速原型制作越來越受歡迎，其用途已超出工業(yè)應(yīng)用范圍。在時(shí)尚和珠寶行業(yè)，設(shè)計(jì)師越來越多地轉(zhuǎn)向快速原型制作，以提高他們的創(chuàng)意能力并更有效地實(shí)現(xiàn)他們的設(shè)計(jì)。與航空航天和汽車工程師一樣，這些創(chuàng)作者正在利用快速原型制作的速度優(yōu)勢(shì)。這使他們能夠輕松創(chuàng)造各種服裝，以跟上不斷變化的趨勢(shì)并滿足不同客戶群體的偏好，而無需進(jìn)行重大的重組。

快速原型制作的好處

快速原型設(shè)計(jì)具有多種獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，對(duì)產(chǎn)品開發(fā)過程產(chǎn)生重大影響。其中之一是它能夠提高工作流程的速度和效率，因?yàn)樗梢燥@著加快開發(fā)周期。當(dāng)設(shè)計(jì)師和工程師轉(zhuǎn)向3D打印時(shí)，他們可以使用快速原型制作流程將數(shù)字設(shè)計(jì)快速轉(zhuǎn)化為物理原型，從而減少產(chǎn)品從概念到生產(chǎn)所需的時(shí)間步驟。交貨時(shí)間的大幅縮短可以幫助企業(yè)領(lǐng)先于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，提高靈活性和競(jìng)爭(zhēng)力，從而能夠應(yīng)對(duì)不斷變化的市場(chǎng)需求和消費(fèi)者偏好。

此外，快速原型設(shè)計(jì)可以推動(dòng)迭代設(shè)計(jì)過程，允許在短時(shí)間內(nèi)探索廣泛的設(shè)計(jì)和概念。過去，產(chǎn)品開發(fā)通常意味著要等待最終產(chǎn)品到達(dá)，然后才能收到用戶的重要反饋，這通常會(huì)導(dǎo)致延誤和潛在的返工。與傳統(tǒng)制造方法不同，快速原型制作與3D打印相結(jié)合，可以立即調(diào)整并實(shí)施反饋和測(cè)試結(jié)果。其結(jié)果是設(shè)計(jì)過程促進(jìn)了產(chǎn)品創(chuàng)新和改進(jìn)，因?yàn)樵黾訉?duì)不同幾何形狀、特征和材料的實(shí)驗(yàn)有助于優(yōu)化最終零件。

與3D打印相結(jié)合，快速原型制作使設(shè)計(jì)師和工程師能夠快速從數(shù)字設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向物理原型，從而加快批量生產(chǎn)。（照片來源：Formlabs）

來源：3dnatives