如今，為滿足客戶日益增長(zhǎng)的需求，產(chǎn)品開發(fā)人員正積極尋求優(yōu)化制造工藝的途徑，特別是在成本控制和生產(chǎn)效率方面。這催生了對(duì)快速原型技術(shù)的迫切需求?？焖僭椭谱?，以機(jī)器（尤其是3D打印機(jī)）為核心，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與實(shí)際零件的設(shè)計(jì)和制造緊密結(jié)合。這是一系列由計(jì)算機(jī)精準(zhǔn)控制的技術(shù)手段。
在3D打印快速原型制作中，涵蓋了多種技術(shù)，包括增材制造、減材制造以及鑄造等。而3D打印作為其中的重要一環(huán)，更是涵蓋了立體光刻（SLA）、熔融沉積成型（FDM）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）、粉床熔融和選擇性激光熔化（SLM）等多種原型制作方法。本文將深入探討3D打印中的快速原型技術(shù)，包括其種類、應(yīng)用方法，并對(duì)比傳統(tǒng)工具，以揭示其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值。
什么是3D打印快速原型制作？
3D打印中的快速原型制作，是指利用先進(jìn)的3D打印技術(shù)，快速實(shí)現(xiàn)物理模型的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程。這種工藝不僅速度快，便于迅速交付市場(chǎng)，而且采用的是增材制造方式。通過(guò)這種方法生產(chǎn)的物理部件，我們稱之為高保真原型，它們?cè)谕庥^和性能上與最終成品幾乎無(wú)異。盡管鑄造、CNC加工等技術(shù)也與快速原型制作相關(guān)，但3D打印因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在概念驗(yàn)證階段備受行業(yè)青睞。需要明確的是，原型制作并非目的本身，而是實(shí)現(xiàn)最終設(shè)計(jì)目標(biāo)的手段。通過(guò)原型的不斷迭代和優(yōu)化，最終促成完全設(shè)計(jì)零件的量產(chǎn)。以下是哈工三維使用3D打印進(jìn)行快速原型制作的一個(gè)典型流程示例：
快速原型制作有哪些不同類型？
| 類型 | 描述 | 差異 | 例子 |
| SLA——立體光刻（SLA） | 這是第一種已知的商業(yè) 3D 打印方法。將光敏樹脂床暴露在紫外線下，并以逐層方法在不同點(diǎn)融合直至完成。 | 使用光敏樹脂浴。 | 電子電器、化妝品、零部件等概念模型或原型。 |
| SLS - 選擇性激光燒結(jié) (SLS) | 這適用于塑料和金屬。顧名思義，原型是通過(guò)用激光束一次一層地?zé)Y(jié)粉末床來(lái)創(chuàng)建的。 | 使用粉床。 | 原型和最終使用零件。 |
| FDM（熔融沉積成型）或材料擠出 | 這是一種相當(dāng)便宜的方法，使用一卷熱塑性長(zhǎng)絲。將其熔化并通過(guò)噴嘴逐層擠出，直到該過(guò)程最終完成。 | 使用一卷熱塑性長(zhǎng)絲。 | 對(duì)于最終使用零件。它的用例還包括食品和藥品包裝。 |
| SLM（選擇性激光熔化 (SLM) 或粉床熔融 (PBF) | 這是一種高效的工藝，用于大多數(shù)高強(qiáng)度應(yīng)用。在此過(guò)程中，細(xì)金屬粉末一次熔化一層，直到形成完整的固體結(jié)構(gòu)。 | 使用細(xì)金屬粉末。 | 生產(chǎn)醫(yī)療假肢、最終用途零件和功能原型。 |
| 層壓物體制造 (LOM) 或片材層壓 | 一系列薄層壓板被創(chuàng)建并相互粘合，直到物體完成。該方法使用激光束或其他進(jìn)行切割工作的設(shè)備 | 使用涂有粘合劑的塑料、紙張或金屬層壓板 | 用于塑料零件原型制作。可以制作廉價(jià)但引人注目的 3D 促銷品。 |
快速原型制作的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是什么？
快速原型制作的優(yōu)點(diǎn)在于其高效性和成本效益。它能夠迅速實(shí)現(xiàn)物理零件的制作，讓設(shè)計(jì)者能夠提前感受到最終產(chǎn)品的外觀和操作方式，從而在最終生產(chǎn)前進(jìn)行必要的改進(jìn)和優(yōu)化。然而，快速原型制作也存在一些缺點(diǎn)。有時(shí)，產(chǎn)品開發(fā)人員可能過(guò)于關(guān)注有限的原型，而忽略了對(duì)產(chǎn)品的全面分析，這可能影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。但值得一提的是，該過(guò)程高度自動(dòng)化，減少了人力成本。
快速原型制作有什么用？
快速原型制作在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。它既可以用于制作物理模型，也可以用于數(shù)字模型的驗(yàn)證。這一過(guò)程快速高效，有助于在最終迭代前發(fā)現(xiàn)并解決潛在問(wèn)題，從而提升產(chǎn)品的質(zhì)量。
什么是快速原型制作方法？
至于快速原型制作的方法，它涵蓋了多種技術(shù)，包括3D打?。ㄔ霾闹圃旃に嚕?、高速加工（減材制造工藝）、注塑成型以及鑄造等。這些方法各具特色，可以根據(jù)具體需求選擇適合的工藝。
快速原型制作如何工作？ 快速原型制作的工作原理是：
快速原型制作的工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單。首先，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件生成零件的數(shù)字3D模型，并將其轉(zhuǎn)換為特定的文件格式。然后，利用切片軟件將3D模型切割成一系列2D分層切片。接著，3D打印機(jī)根據(jù)這些切片信息逐層構(gòu)建零件，直至完成整個(gè)對(duì)象。在打印過(guò)程中，可能需要添加支撐結(jié)構(gòu)以避免零件變形或翹曲。最后，對(duì)原型進(jìn)行必要的后處理，如打磨、清潔和噴漆，以達(dá)到理想的表面效果。
如何使用快速原型制作？
快速原型設(shè)計(jì)旨在降低新產(chǎn)品的生產(chǎn)成本和縮短交貨時(shí)間。在物理模型的實(shí)際驗(yàn)證之前，原型首先以概念的形式存在，為團(tuán)隊(duì)指明迭代過(guò)程的下一步方向。為了確?？焖僭椭谱鬟^(guò)程的高效性，需考慮以下要點(diǎn)：
初始階段的原型往往相對(duì)粗糙，可能使用不同材料和顏色制成。在確定原型的基本形態(tài)后，接下來(lái)是后處理環(huán)節(jié)，旨在提升產(chǎn)品質(zhì)量以滿足要求。
隨后，原型逐漸轉(zhuǎn)化為功能原型，盡管可能尚未完全實(shí)現(xiàn)所有功能。在此階段，通常會(huì)使用與最終產(chǎn)品相同的材料來(lái)制作原型，并進(jìn)行性能評(píng)估，以確保其與預(yù)期結(jié)果相匹配。評(píng)估可能涉及原型對(duì)特定條件的適應(yīng)性、裝配點(diǎn)的匹配度等方面。
為什么工程師青睞快速原型設(shè)計(jì)？
工程師之所以選擇快速原型技術(shù)，是因?yàn)樗苤苯訌腃AD文件中快速開發(fā)出原型模型。這意味著工程師可以根據(jù)實(shí)際測(cè)試的反饋來(lái)修改設(shè)計(jì)，而非僅依賴概念框架。在大規(guī)模生產(chǎn)之前，他們能夠直觀地看到最終或?qū)嶋H產(chǎn)品的外觀和性能，從而做出更明智的決策。
快速原型制作與3D打印相同嗎？
不同，快速原型制作與3D打印在技術(shù)上存在差異。盡管這兩個(gè)詞匯有時(shí)可以互換使用，但它們所代表的概念并不完全相同。快速原型制作是一個(gè)更廣泛的術(shù)語(yǔ)，它指的是使用計(jì)算機(jī)輔助軟件快速開發(fā)和制作產(chǎn)品原型的過(guò)程。而3D打印則是實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的具體技術(shù)手段之一，它負(fù)責(zé)從CAD模型構(gòu)建出三維的物理模型。因此，3D打印只是快速原型制作中所采用的一種方法。
快速原型制作與傳統(tǒng)加工有何不同？
快速原型制作與傳統(tǒng)加工在多個(gè)方面存在顯著差異。首先，快速原型制作是一個(gè)自動(dòng)化的過(guò)程，它允許設(shè)計(jì)師通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助軟件快速創(chuàng)建產(chǎn)品模型。而傳統(tǒng)加工則更多地依賴于人工操作和手動(dòng)控制。其次，快速原型制作的范圍相對(duì)較窄，主要關(guān)注于模型的快速生成和驗(yàn)證。而傳統(tǒng)加工則涵蓋了更廣泛的加工工具和工藝，如車床、鉆床和銑床等，適用于更廣泛的制造需求。因此，快速原型制作在速度和效率上通常優(yōu)于傳統(tǒng)加工，而傳統(tǒng)加工則在加工復(fù)雜度和精度上更具優(yōu)勢(shì)。
工業(yè)級(jí)SLA3D打印機(jī)在快速原型制作中發(fā)揮著重要作用并具有許多優(yōu)勢(shì)，包括：
快速制作速度： 3D打印技術(shù)能夠快速制作出物理原型，通常在幾小時(shí)內(nèi)完成。相比傳統(tǒng)的原型制作方法，如鑄造或CNC加工，節(jié)省了大量時(shí)間。
靈活性和自定義性： 3D打印技術(shù)允許根據(jù)設(shè)計(jì)需求快速定制原型，而無(wú)需額外的工具或設(shè)備更改。這種靈活性使得在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行快速的概念驗(yàn)證和修改成為可能。
成本效益： 與傳統(tǒng)制造方法相比，3D打印技術(shù)通常具有更低的成本，尤其是對(duì)于小批量生產(chǎn)或個(gè)性化定制的原型制作。這降低了原型制作的成本，使得更多項(xiàng)目能夠承擔(dān)。
復(fù)雜幾何形狀的制造： 3D打印技術(shù)可以制造復(fù)雜的幾何形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這是傳統(tǒng)制造方法難以實(shí)現(xiàn)的。這使得設(shè)計(jì)師能夠?qū)崿F(xiàn)更加復(fù)雜和創(chuàng)新的設(shè)計(jì)。
減少材料浪費(fèi)： 3D打印技術(shù)是一種增材制造方法，只需使用所需的材料來(lái)構(gòu)建物體，減少了材料浪費(fèi)。這對(duì)于原型制作來(lái)說(shuō)尤為重要，因?yàn)樗梢怨?jié)省成本并提高可持續(xù)性。
快速概念驗(yàn)證： 由于3D打印的快速制造速度，設(shè)計(jì)師可以快速制作多個(gè)版本的原型，并在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行概念驗(yàn)證。這有助于加快產(chǎn)品開發(fā)周期并及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題。
哈工三維（湖南哈工三維科技有限公司）是一家專注于工業(yè)級(jí)光固化3D打印設(shè)備制造的公司，總部位于中國(guó)湖南省岳陽(yáng)市。成立于2018年，公司以光固化3D打印技術(shù)為核心，致力于技術(shù)研發(fā)、制造、銷售以及提供全面的應(yīng)用解決方案。
創(chuàng)始人張澤民先生是該領(lǐng)域的資深研究員，他在3D打印行業(yè)中有著豐富的經(jīng)驗(yàn)和深厚的技術(shù)底蘊(yùn)。公司的產(chǎn)品線涵蓋了LCD、DLP和SLA系列3D打印設(shè)備，以及各類桌面和工業(yè)用途的掃描儀，還包括光敏樹脂耗材等。這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車、電子電器、工藝品、醫(yī)療、教育等多個(gè)領(lǐng)域。
