Panduan untuk Pembuatan Prototipe Cepat untuk Pengembangan Produk

Pembuatan prototipe adalah bagian penting dari proses pengembangan produk, tetapi secara tradisional, hal ini menjadi hambatan.

Desainer dan insinyur produk akan membuat model bukti konsep darurat dengan alat dasar, tetapi memproduksi prototipe fungsional dan suku cadang berkualitas produksi sering kali membutuhkan proses yang sama seperti produk jadi. Proses manufaktur tradisional seperti pencetakan injeksi memerlukan perkakas dan penyiapan yang mahal, yang membuat prototipe kustom volume rendah menjadi sangat mahal.

Pembuatan prototipe cepat membantu perusahaan mengubah ide menjadi bukti konsep yang realistis, memajukan konsep ini menjadi prototipe dengan ketelitian tinggi yang terlihat dan berfungsi seperti produk akhir, dan memandu produk melalui serangkaian tahap validasi menuju produksi massal.

Dengan prototyping cepat, desainer dan insinyur dapat membuat prototipe langsung dari data CAD lebih cepat dari sebelumnya, dan melaksanakan revisi cepat dan sering dari desain mereka berdasarkan pengujian dan umpan balik dunia nyata.

Dalam panduan ini, Anda akan mempelajari seberapa cepat prototyping cocok dengan proses pengembangan produk, aplikasinya, dan alat prototyping cepat apa yang tersedia untuk tim pengembangan produk saat ini.

Apa itu Rapid Prototyping?

Prototyping cepat adalah sekelompok teknik yang digunakan untuk membuat model skala dari bagian fisik atau perakitan dengan cepat menggunakan data desain berbantuan komputer (CAD) tiga dimensi. Karena bagian atau rakitan ini biasanya dibuat menggunakan teknik fabrikasi aditif yang bertentangan dengan metode subtraktif tradisional, frasa ini menjadi sinonim dengan manufaktur aditif dan pencetakan 3D.

Manufaktur aditif adalah kecocokan alami untuk pembuatan prototipe. Ini memberikan kebebasan bentuk yang hampir tidak terbatas, tidak memerlukan perkakas, dan dapat menghasilkan suku cadang dengan sifat mekanik yang sangat cocok dengan berbagai bahan yang dibuat dengan metode manufaktur tradisional. Teknologi pencetakan 3D telah ada sejak tahun 1980-an, tetapi biaya dan kerumitannya yang tinggi sebagian besar terbatas penggunaannya untuk perusahaan besar, atau memaksa perusahaan kecil untuk mengalihdayakan produksi ke layanan khusus, menunggu berminggu-minggu antara iterasi berikutnya.

Menggunakan pencetakan 3D, desainer dapat dengan cepat beralih antara desain digital dan prototipe fisik, dan mencapai produksi lebih cepat.

Munculnya pencetakan 3D desktop dan benchtop telah mengubah status quo ini dan mengilhami gelombang adopsi yang tidak menunjukkan tanda-tanda akan berhenti. Dengan pencetakan 3D internal, insinyur dan desainer dapat dengan cepat beralih antara desain digital dan prototipe fisik. Sekarang dimungkinkan untuk membuat prototipe dalam satu hari dan melakukan beberapa iterasi desain, ukuran, bentuk, atau perakitan berdasarkan hasil pengujian dan analisis kehidupan nyata. Pada akhirnya, proses pembuatan prototipe yang cepat membantu perusahaan mendapatkan produk yang lebih baik ke pasar lebih cepat daripada pesaing mereka.

Kertas putih

Pengantar Pencetakan 3D Dengan Desktop Stereolithography (SLA)

Mencari printer 3D untuk mewujudkan model 3D Anda dalam resolusi tinggi? Unduh kertas putih kami untuk mempelajari cara kerja pencetakan SLA dan mengapa ini merupakan proses pencetakan 3D paling populer untuk membuat model dengan detail luar biasa.

Unduh Buku Putih

Keuntungan Pembuatan Prototipe Cepat

Realisasi dan Jelajahi Konsep Lebih Cepat

Pembuatan prototipe cepat meningkatkan ide awal menjadi eksplorasi konsep berisiko rendah yang terlihat seperti produk nyata dalam waktu singkat. Hal ini memungkinkan desainer untuk melampaui visualisasi virtual, membuatnya lebih mudah untuk memahami tampilan dan nuansa desain, dan membandingkan konsep secara berdampingan.

Mengkomunikasikan Ide Secara Efektif

Model fisik memberdayakan desainer untuk berbagi konsep mereka dengan kolega, klien, dan kolaborator untuk menyampaikan ide dengan cara yang tidak mungkin hanya dengan memvisualisasikan desain di layar. Pembuatan prototipe cepat memfasilitasi umpan balik pengguna yang jelas dan dapat ditindaklanjuti, yang penting bagi pembuat konten untuk memahami kebutuhan pengguna, lalu menyempurnakan dan menyempurnakan desain mereka.

Desain Secara Iteratif dan Instan Menggabungkan Perubahan

Desain selalu merupakan proses berulang yang membutuhkan beberapa putaran pengujian, evaluasi, dan penyempurnaan sebelum mencapai produk akhir. Pembuatan prototipe cepat dengan pencetakan 3D memberikan fleksibilitas untuk membuat prototipe yang lebih realistis dengan lebih cepat dan menerapkan perubahan secara instan, meningkatkan proses coba-coba yang penting ini.

Iterasi berturut-turut dari prototipe gripper robot pick and place pada printer SLA Formlabs.

Model yang baik adalah siklus desain 24 jam:desain selama bekerja, komponen prototipe cetak 3D semalaman, bersihkan dan uji keesokan harinya, sesuaikan desain, lalu ulangi.

Hemat Biaya dan Waktu

Dengan pencetakan 3D, tidak perlu peralatan dan penyiapan yang mahal; peralatan yang sama dapat digunakan untuk menghasilkan geometri yang berbeda. Pembuatan prototipe cepat internal menghilangkan biaya tinggi dan waktu tunggu yang terkait dengan outsourcing.

Interaktif

Hitung Waktu dan Penghematan Biaya Anda

Coba alat ROI interaktif kami untuk melihat berapa banyak waktu dan biaya yang dapat Anda hemat saat mencetak 3D pada printer 3D Formlabs.

Hitung Penghematan Anda

Uji Secara Menyeluruh dan Minimalkan Cacat Desain

Dalam desain dan manufaktur produk, menemukan dan memperbaiki kekurangan desain sejak dini dapat membantu perusahaan menghindari revisi desain dan perubahan perkakas yang mahal di masa mendatang.

Pembuatan prototipe cepat memungkinkan para insinyur menguji secara menyeluruh prototipe yang terlihat dan berfungsi seperti produk akhir, mengurangi risiko masalah kegunaan dan kemampuan manufaktur sebelum beralih ke produksi.

Aplikasi Pembuatan Prototipe Cepat

Berkat berbagai teknologi dan bahan yang tersedia, pembuatan prototipe cepat mendukung desainer dan insinyur di seluruh pengembangan produk, mulai dari model konsep awal hingga teknik, pengujian validasi, dan produksi.

Proses pengembangan perangkat keras. Sumber:Ben Einstein, Bolt

Prototipe dan Model Konsep Bukti (PoC)

Model konsep atau prototipe proof-of-concept (POC) membantu desainer produk memvalidasi ide dan asumsi, dan menguji kelayakan produk. Model konsep fisik dapat menunjukkan ide kepada pemangku kepentingan, membuat diskusi, dan mendorong penerimaan atau penolakan menggunakan eksplorasi konsep berisiko rendah.

Pembuatan prototipe PoC terjadi pada tahap paling awal dari proses pengembangan produk, dan prototipe ini mencakup fungsionalitas minimum yang diperlukan untuk memvalidasi asumsi sebelum memindahkan produk ke tahap pengembangan berikutnya.

Bukti konsep harus sederhana, cukup untuk meniru cara kerja produk. Misalnya, POC untuk dudukan pengisi daya mungkin hanya berupa wadah cetak 3D yang terhubung ke kabel pengisi daya USB standar.

Kunci dari pemodelan konsep yang sukses adalah kecepatan; desainer perlu menghasilkan banyak ide, sebelum membangun dan mengevaluasi model fisik. Pada tahap ini, kegunaan dan kualitas kurang penting dan tim mengandalkan suku cadang yang tersedia sebanyak mungkin.

Desainer di studio desain dan konsultasi Swiss Panter&Tourron menggunakan pencetakan 3D SLA untuk beralih dari konsep ke pameran dalam dua minggu.

Printer 3D adalah alat yang ideal untuk mendukung pemodelan konsep. Mereka memberikan waktu penyelesaian yang tak tertandingi untuk mengubah file komputer menjadi prototipe fisik, memungkinkan desainer untuk dengan cepat menguji konsep tambahan. Berbeda dengan sebagian besar alat bengkel dan manufaktur, printer 3D desktop ramah kantor, sehingga tidak memerlukan ruang khusus.

Seperti Prototipe

Prototipe yang tampak seperti mewakili produk akhir pada tingkat abstrak tetapi mungkin kekurangan banyak aspek fungsionalnya. Tujuan mereka adalah untuk memberikan gambaran yang lebih baik tentang seperti apa produk akhir dan bagaimana pengguna akhir akan berinteraksi dengannya. Ergonomi, antarmuka pengguna, dan pengalaman pengguna secara keseluruhan dapat divalidasi dengan prototipe yang terlihat seperti sebelum menghabiskan waktu desain dan rekayasa yang signifikan untuk sepenuhnya membangun fitur produk.

Pengembangan prototipe yang terlihat seperti biasanya dimulai dengan sketsa, model busa atau tanah liat, kemudian pindah ke pemodelan CAD. Saat siklus desain berkembang dari satu iterasi ke iterasi berikutnya, prototyping bergerak bolak-balik antara rendering digital dan model fisik. Saat desain selesai, tim desain industri bertujuan untuk membuat prototipe mirip yang secara akurat menyerupai produk akhir dengan menggunakan warna, bahan, dan sentuhan akhir (CMF) aktual yang mereka tentukan untuk produk akhir.

Prototipe mirip printer 3D SLA Form 2 dengan solusi berbeda untuk penempatan kartrid.

Prototipe Seperti Kerja

Sejajar dengan proses desain industri, tim teknik bekerja pada set prototipe lain untuk menguji, mengulangi, dan menyempurnakan sistem mekanik, listrik, dan termal yang membentuk produk. Prototipe seperti karya ini mungkin terlihat berbeda dari produk akhir, tetapi mereka menyertakan teknologi inti dan fungsi yang perlu dikembangkan dan diuji.

Seringkali, fungsi inti kritis ini dikembangkan dan diuji dalam sub-unit terpisah sebelum diintegrasikan ke dalam prototipe produk tunggal. Pendekatan subsistem ini mengisolasi variabel, sehingga memudahkan tim untuk membagi tanggung jawab dan memastikan keandalan pada tingkat yang lebih terperinci sebelum menggabungkan semua elemen.

Prototipe awal dari printer SLA 3D format besar Form 3L.

Prototipe Teknik

Prototipe rekayasa adalah tempat pertemuan desain dan rekayasa untuk menciptakan versi minimum yang layak dari produk komersial akhir, yang dirancang untuk manufaktur (DFM). Prototipe ini digunakan untuk pengujian pengguna berbasis lab dengan sekelompok pengguna utama terpilih, untuk mengomunikasikan maksud produksi kepada spesialis perkakas di tahap selanjutnya, dan untuk bertindak sebagai demonstran dalam rapat penjualan pertama.

Pada tahap ini, detail menjadi semakin penting. Pencetakan 3D memungkinkan para insinyur membuat prototipe dengan ketelitian tinggi yang secara akurat mewakili produk jadi. Hal ini memudahkan untuk memverifikasi desain, kesesuaian, fungsi, dan kemampuan manufaktur sebelum berinvestasi pada perkakas yang mahal dan beralih ke produksi, ketika waktu dan biaya untuk membuat perubahan menjadi semakin sulit.

Produsen kamera selam Paralenz menggunakan pencetakan 3D untuk membuat prototipe fungsional yang bertahan dalam pengujian 200+ meter di bawah permukaan laut.

Materi pencetakan 3D canggih dapat sangat cocok dengan tampilan, nuansa, dan karakteristik material suku cadang yang diproduksi dengan proses manufaktur tradisional seperti pencetakan injeksi. Berbagai bahan dapat mensimulasikan bagian dengan detail dan tekstur halus, permukaan sentuhan lembut, halus, dan gesekan rendah, rumah kaku dan kokoh, atau komponen bening. Bagian cetakan 3D dapat diselesaikan dengan proses sekunder seperti pengamplasan, pemolesan, pengecatan, atau pelapisan listrik untuk mereplikasi atribut visual apa pun dari bagian akhir, serta dijalin untuk membuat rakitan dari beberapa bagian dan bahan.

Insinyur di Wöhler membuat prototipe pengukur kelembapan yang terlihat dan berfungsi dari berbagai bahan dengan rangka kaku dan tombol sentuh lembut.

Prototipe rekayasa memerlukan pengujian fungsional dan kegunaan yang ekstensif untuk melihat bagaimana bagian atau rakitan akan berfungsi ketika mengalami tekanan dan kondisi penggunaan di lapangan. Pencetakan 3D menawarkan plastik rekayasa untuk prototipe kinerja tinggi yang tahan terhadap tekanan termal, kimia, dan mekanis.

Pengujian dan Pembuatan Validasi

Pembuatan prototipe cepat memungkinkan engineer membuat proses batch kecil, solusi khusus satu kali, dan sub-rakitan untuk rekayasa, desain, dan validasi produk (EVT, DVT, PVT) build untuk menguji kemampuan manufaktur.

Pencetakan 3D mempermudah pengujian toleransi dengan mempertimbangkan proses manufaktur yang sebenarnya, dan untuk melakukan pengujian internal dan lapangan yang komprehensif sebelum beralih ke produksi massal.

Perkakas cepat cetak 3D juga dapat dikombinasikan dengan proses manufaktur tradisional seperti pencetakan injeksi, thermoforming, atau pencetakan silikon, untuk meningkatkan proses produksi dengan meningkatkan fleksibilitas, kelincahan, skalabilitas, dan efisiensi biaya. Teknologi ini juga memberikan solusi yang efisien untuk membuat jig dan perlengkapan pengujian khusus guna menyederhanakan pengujian dan sertifikasi fungsional dengan mengumpulkan data yang konsisten.

Perusahaan desain perangkat medis, Coalesce, menggunakan jig khusus untuk pengujian internal.

Dengan pencetakan 3D, desain tidak harus berakhir saat produksi dimulai. Alat prototyping cepat memungkinkan desainer dan insinyur untuk terus meningkatkan produk, dan merespons dengan cepat dan efektif untuk masalah di jalur dengan jig dan perlengkapan yang meningkatkan proses perakitan atau QA.

Buku Elektronik

Cara Menemukan Kesuksesan Dengan Pembuatan Prototipe Cepat Cetak 3D

E-book ini mencakup enam studi kasus dunia nyata dari perusahaan yang mendorong inovasi dan peningkatan
proses tradisional dengan pencetakan 3D.

Unduh Buku Putih

Alat dan Metode Pembuatan Prototipe Cepat

Manufaktur Aditif

Pembuatan prototipe cepat pada dasarnya menjadi identik dengan manufaktur aditif dan pencetakan 3D. Ada beberapa proses pencetakan 3D yang tersedia, dengan yang paling umum digunakan untuk pembuatan prototipe cepat adalah fused deposition modeling (FDM), stereolithography (SLA), selective laser sintering (SLS).

Fused Deposition Modeling (FDM)

Pencetakan 3D FDM, juga dikenal sebagai fabrikasi filamen fusi (FFF), adalah metode pencetakan 3D yang membangun bagian-bagian dengan melelehkan dan mengekstrusi filamen termoplastik, yang disimpan oleh nosel printer lapis demi lapis di area pembuatan.

FDM adalah bentuk pencetakan 3D yang paling banyak digunakan di tingkat konsumen, didorong oleh munculnya printer 3D yang hobi. Namun, printer FDM profesional juga populer di kalangan desainer dan insinyur.

FDM memiliki resolusi dan akurasi terendah jika dibandingkan dengan proses pencetakan 3D plastik lainnya dan bukan pilihan terbaik untuk mencetak desain kompleks atau bagian dengan fitur rumit. Hasil akhir berkualitas lebih tinggi dapat diperoleh melalui proses pemolesan kimia dan mekanis. Beberapa printer 3D FDM profesional menggunakan dukungan yang dapat larut untuk mengurangi beberapa masalah ini.

FDM bekerja dengan berbagai termoplastik standar, seperti ABS, PLA, dan berbagai campurannya, sementara printer FDM yang lebih canggih juga menawarkan jangkauan termoplastik rekayasa atau bahkan komposit yang lebih luas. Untuk pembuatan prototipe cepat, printer FDM sangat berguna untuk memproduksi suku cadang sederhana, seperti suku cadang yang biasanya dikerjakan dengan mesin.

Stereolithography (SLA)

Printer SLA 3D menggunakan laser untuk menyembuhkan resin cair menjadi plastik yang mengeras dalam proses yang disebut fotopolimerisasi. SLA adalah salah satu proses paling populer di kalangan profesional karena resolusi tinggi, presisi, dan keserbagunaan materialnya.

Prototipe cepat cetak 3D dari jam tangan yang diproduksi menggunakan printer 3D SLA Form 3 di samping produk akhir.

Suku cadang SLA memiliki resolusi dan akurasi tertinggi, detail paling jelas, dan permukaan akhir paling halus dari semua teknologi pencetakan 3D plastik, menjadikan SLA pilihan yang bagus untuk prototipe yang terlihat seperti fidelitas tinggi dan prototipe seperti karya fungsional yang memerlukan toleransi ketat.

Namun, manfaat utama SLA terletak pada fleksibilitas perpustakaan resinnya. Produsen material telah menciptakan formulasi resin fotopolimer SLA yang inovatif dengan berbagai sifat optik, mekanik, dan termal agar sesuai dengan termoplastik standar, teknik, dan industri.

Dengan Draft Resin, pencetakan 3D SLA juga merupakan salah satu alat pembuatan prototipe tercepat, hingga 10X lebih cepat daripada pencetakan 3D FDM.

bagian sampel

Minta Bagian Sampel Gratis

Lihat dan rasakan kualitas Formlabs secara langsung. Kami akan mengirimkan bagian sampel gratis ke kantor Anda.

Minta Bagian Sampel Gratis

Sintering Laser Selektif (SLS)

Sintering laser selektif adalah teknologi manufaktur aditif yang paling umum untuk aplikasi industri, dipercaya oleh para insinyur dan produsen di berbagai industri karena kemampuannya untuk menghasilkan suku cadang yang kuat dan fungsional.

Printer SLS 3D menggunakan laser bertenaga tinggi untuk menggabungkan partikel kecil bubuk polimer. Bubuk yang tidak menyatu mendukung bagian selama pencetakan dan menghilangkan kebutuhan akan struktur pendukung khusus. Hal ini membuat SLS ideal untuk geometri kompleks, termasuk fitur interior, undercut, dinding tipis, dan fitur negatif. Suku cadang yang diproduksi dengan pencetakan SLS memiliki karakteristik mekanis yang sangat baik, dengan kekuatan yang menyerupai suku cadang cetakan injeksi.

Pencetakan SLS 3D dapat menghasilkan prototipe yang kuat dan fungsional seperti karya dan prototipe rekayasa untuk pengujian fungsional produk yang ketat.

Dalam pembuatan prototipe cepat, pencetakan 3D SLS terutama digunakan untuk prototipe seperti karya dan prototipe teknik untuk pengujian fungsional produk yang ketat (misalnya:pekerjaan saluran, kurung) dan umpan balik pelanggan di lapangan.

bagian sampel

Minta Bagian Sampel Gratis

Lihat dan rasakan kualitas SLS Formlabs secara langsung. Kami akan mengirimkan bagian sampel gratis ke kantor Anda.

Minta Bagian Sampel Gratis

Alat CNC

Alat kontrol numerik komputer (CNC)—tidak seperti FDM, SLA, atau SLS—adalah proses manufaktur subtraktif. Mereka mulai dengan balok padat, batangan, atau batang plastik, logam, atau bahan lain yang dibentuk dengan menghilangkan bahan melalui pemotongan, pengeboran, pengeboran, dan penggilingan.

Alat CNC termasuk mesin CNC, yang menghilangkan material baik dengan alat pemintalan dan bagian tetap (milling) atau bagian yang berputar dengan alat tetap (bubut). Pemotong laser menggunakan laser untuk mengukir atau memotong berbagai bahan dengan presisi tinggi. Pemotong jet air menggunakan air yang dicampur dengan abrasif dan tekanan tinggi untuk memotong hampir semua bahan. Mesin penggilingan dan bubut CNC dapat memiliki banyak sumbu, yang memungkinkan mereka untuk mengelola desain yang lebih kompleks. Pemotong laser dan jet air lebih cocok untuk bagian datar.

Alat CNC dapat membentuk bagian dari plastik, logam lunak, logam keras (mesin industri), kayu, akrilik, batu, kaca, komposit. Dibandingkan dengan alat manufaktur aditif, alat CNC lebih rumit untuk disiapkan dan dioperasikan, sementara beberapa bahan dan desain mungkin memerlukan perkakas khusus, penanganan, pemosisian, dan pemrosesan, yang membuatnya mahal untuk suku cadang sekali pakai dibandingkan dengan proses aditif.

Dalam pembuatan prototipe cepat, mereka adalah desain sederhana yang ideal, bagian struktural, komponen logam, dan bagian lain yang tidak layak atau hemat biaya untuk diproduksi dengan alat tambahan.

Perbandingan Alat Prototipe Cepat

	Fused Deposition Modeling (FDM)	Stereolitografi (SLA)	Sintering Laser Selektif (SLS)	Alat CNC
Resolusi	★★☆☆☆	★★★★★	★★★★☆	★★★★★
Akurasi	★★★★☆	★★★★★	★★★★★	★★★★★
Selesai Permukaan	★★☆☆☆	★★★★★	★★★★☆	★★★★★
Kemudahan Penggunaan	★★★★★	★★★★★	★★★★☆	★★★☆☆
Desain Kompleks	★★★☆☆	★★★★☆	★★★★★	★★★☆☆
Volume Bangun	Hingga 300 x 300 x 600 mm (printer 3D desktop dan benchtop)	Hingga 300 x 335 x 200 mm (printer desktop dan meja 3D)	Hingga 165 x 165 x 300 mm (printer 3D industri benchtop)	Tergantung pada alatnya
Materi	Termoplastik standar, seperti ABS, PLA, dan berbagai campurannya.	Varietas resin (plastik thermosetting). Standar, teknik (seperti ABS, seperti PP, seperti silikon, fleksibel, tahan panas, kaku), dapat dicetak, gigi, dan medis (biokompatibel).	Rekayasa termoplastik, biasanya nilon dan kompositnya (nilon 12 bersifat biokompatibel + kompatibel dengan sterilisasi).	Plastik, logam lunak, logam keras (mesin industri), kayu, akrilik, batu, kaca, komposit.
Aplikasi	Model bukti konsep dasar, pembuatan prototipe suku cadang sederhana dengan biaya rendah.	Prototipe cepat, prototipe mirip fidelitas tinggi, dan prototipe fungsional yang membutuhkan toleransi ketat dan permukaan halus.	Geometri kompleks, prototipe fungsional, dan prototipe rekayasa.	Desain sederhana, bagian struktural, komponen logam.
Rentang Harga	Printer murah dan kit printer 3D mulai dari beberapa ratus dolar. Higher quality mid-range desktop printers start around $2,000, and industrial systems are available from $15,000.	Professional desktop printers start at $3,500, large-format benchtop printers at $11,000, and large-scale industrial machines are available from $80,000.	Benchtop industrial systems start at $18,500, and traditional industrial printers are available from $100,000.	Small CNC machines start around $2,000, but professional tools go well beyond that. Basic engravers are available for less than $500, while mid-range laser cutters start around $3,500. Water jet cutters start around $20,000.

Get Started With Rapid Prototyping

Rapid prototyping is used in a variety of industries, by Fortune 500 companies and small businesses alike, to speed up development, decrease costs, improve communication, and ultimately create better products.

While 3D printing traditionally had been complex and cost-prohibitive, desktop and benchop 3D printers have made the technology accessible to any business.

Learn more about 3D printers and explore how leading manufacturers leverage 3D printing to save money and shorten lead times from design to production.