Pemilihan proses pembuatan prototipe yang cepat

Keberhasilan atau kegagalan prototipe tergantung pada pemilihan proses pembuatan prototipe cepat untuk pengembangan produk baru. Ada berbagai cara di mana prototipe desain produk teknik dapat dibuat, mulai dari tiruan karton sederhana hingga sub-rakitan logam yang dikerjakan sepenuhnya.

Prototyping sangat penting untuk setiap desain produk rekayasa, terutama pengembangan produk baru. Ini adalah proses pembuatan model kasar produk, misalnya, untuk menguji fungsionalitas, bentuk, ukuran, dll. Baca lebih lanjut tentang berbagai jenis prototipe dan kepentingannya di sini.

Artikel ini adalah tentang prototipe berbasis bagian yaitu bagaimana bagian individu dapat dibuat untuk membuat prototipe produk tingkat sistem.

5 faktor utama yang perlu dipertimbangkan saat memilih Proses Pembuatan Prototipe Cepat

Prototipe bervariasi dalam banyak hal karena setiap proyek, produk, dan elemen desain produk berbeda. Karena keberhasilan prototipe apa pun akan bergantung pada kriteria pemilihan proses pembuatan prototipe, 5 faktor utama ini harus dipertimbangkan pada awal pemilihan proses pembuatan prototipe cepat.

Tujuan
Kualitas
Kuantitas
Kompleksitas
Anggaran/biaya

Mari kita selidiki faktor-faktor kunci ini untuk memahami mengapa faktor-faktor tersebut penting dalam memilih proses pembuatan prototipe Anda selanjutnya.

1. Tujuan

Dalam proyek desain dan pengembangan produk rekayasa, prototipe dibuat untuk empat tujuan, menurut Ulrich dan Eppinger (2008). Mereka Belajar , Komunikasi , Integrasi dan Tonggak Sejarah . Tujuan pembuatan prototipe ini akan bervariasi tergantung pada 4 tahap pengembangan produk baru (NPD) mana yang Anda masuk. Setiap tahap NPD akan memiliki persyaratan fitur dan fungsionalitas untuk menghilangkan risiko. Ini kemudian akan menentukan tipe fidelitas dari prototipe yang diperlukan, yang merupakan kualitas prototipe yang akan dibahas nanti.

Pertama, ini akan bergantung pada pengujian yang direncanakan atau latihan mitigasi risiko seperti jenis pengujian, umpan balik interaksi pelanggan, dll. Jika produk akan melalui pengujian yang ketat, penerapan di luar, dan verifikasi produk, maka pemilihan material akan memainkan peran penting dalam pemilihan teknik pembuatan prototipe.

Kedua, aspek fungsional any Anda ingin pada prototipe Anda perlu dipertimbangkan. Apakah Anda berencana melakukan tes fungsional atau apakah Anda memiliki bagian yang bergerak? Ini akan menentukan pemilihan dan perakitan.

Ketiga, perubahan dan modifikasi . Sangat tidak mungkin bahwa prototipe Anda akan sukses tanpa beberapa penyesuaian. Jadi, pertimbangkan seberapa mudah atau sulitnya memodifikasi agar prototipe berfungsi.

Tahap NPD

Perencanaan produk dan tugas klarifikasi
- Tahap ini umumnya membutuhkan bukti awal dari konsep mock-up, unit demonstrasi dan prototipe desain industri
- Teknik pembuatan prototipe
  - Model busa mesin CNC
  - Mock-up karton
  - Suku cadang dan rakitan cetak 3D (FDM, SLA, SLS, dll.)

Desain konseptual
- Pada tahap ini, Anda mungkin memerlukan bagian atau rakitan desain yang berskala bersama dengan beberapa antarmuka pengguna dan terbatas secara fungsional
- Sekali lagi, suku cadang FDM sangat bagus untuk merasakan bentuk dan ukurannya. Jika Anda membutuhkan lebih banyak akurasi maka Anda bisa pindah ke tingkat pencetakan 3D berikutnya yaitu bagian SLA, SLS dan poli jet. Jika bagiannya terbuat dari logam, maka CNC pada tahap ini adalah pilihan terbaik Anda. Dalam beberapa kasus, fabrikasi lembaran logam juga patut dipertimbangkan
Desain perwujudan
- Ini adalah fase pengembangan di mana Anda perlu menjelajahi prototipe yang berfungsi penuh (bentuk, kesesuaian, dan fungsi), oleh karena itu detail menjadi penting. Pada tahap ini, kemungkinan besar prototipe akan berfungsi sebagai rakitan yang berisi banyak suku cadang
- Pada tahap ini, Anda juga memerlukan lebih dari satu unit untuk tujuan pengujian, dan juga perlu mempertimbangkan teknik pembuatan akhir sehingga dapat disimulasikan
- Pertimbangkan pengecoran vakum dan pencetakan 3D resolusi tinggi seperti SLS dan SLA untuk komponen plastik
- Suku cadang SLM/DMLS ideal untuk mensimulasikan komponen casting (Pasir, investasi, dan die casting)

Desain detail
- Prototipe apa pun yang dibuat selama fase ini kemungkinan besar akan digunakan untuk pengujian fungsional dan juga akan digunakan untuk uji coba praproduksi
- Bagian yang dicetak dengan injeksi dapat dibuat prototipe menggunakan pengecoran vakum, sedangkan suku cadang plastik mesin dapat dicetak 3D

2. Kualitas

Seperti yang telah dibahas sebelumnya tentang kesetiaan atau keakuratan produk diperlukan akan menentukan jenis proses dan pasca-pemrosesan apa yang Anda perlukan. Kualitas prototipe dibandingkan dengan produk akhir atau subkomponen Anda juga perlu dipertimbangkan. Karena prototipe high-fidelity lebih mahal, mereka harus dipertimbangkan dalam hal laba atas investasi.

Misalnya, jika Anda memiliki fitur utas pada suatu bagian, maka SLA lebih baik daripada FDM tetapi akan lebih mahal.

Kehidupan prototipe juga penting ketika memutuskan teknologi. Misalnya, jika suku cadang memiliki pengencang yang akan sering digunakan, maka sisipan mesin atau logam adalah pilihan yang lebih baik daripada lubang berulir atau lubang sadap otomatis yang dicetak 3D.

Pilihan bahan juga memainkan peran penting dalam hal kualitas prototipe. Jika elemen fungsional dikaitkan dengan sifat material khusus, seperti permukaan akhir dan daya tahan, maka memilih suku cadang pabrikan aditif mungkin bukan pilihan terbaik. Pilihan bahan umum untuk metode manufaktur yang berbeda adalah sebagai berikut:

pencetakan 3d	CNC	Pengecoran vakum
Nylon, PLA, ABS, ULTEM, ASA, TPU	ABS, Nylon, Polycarbonate, MENGINTIP	ABS, Nylon Nylon HT
Aluminium, Baja Tahan Karat, Titanium, Inconel	Aluminium, Baja Tahan Karat, Titanium, Kuningan	T/A

Jika prototipe dibuat lebih dari satu bagian, maka toleransi bagian prototipe harus dipertimbangkan untuk kemudahan integrasi.

3. Kuantitas

Jumlah bagian prototipe yang diperlukan sangat penting dalam menentukan proses karena beberapa teknologi prototipe hanya hemat biaya untuk jumlah yang lebih kecil. Untuk pembuatan aditif, volume suku cadang juga memainkan peran penting dalam penetapan biaya karena suku cadang yang lebih besar akan membutuhkan lebih banyak waktu untuk dicetak dibandingkan dengan suku cadang yang lebih kecil. Sebagai aturan praktis, aturan berikut berlaku.

Bagian plastik

Prototipe proses
Bagian plastik		Jumlah
Bagian plastik		Rendah (1)	Sedang (10)
Ukuran	Kecil	pencetakan 3D	Pemesinan CNC (sederhana) pencetakan 3D (rumit)
Ukuran	Besar	pencetakan 3D	Pengecoran vakum pemesinan CNC

Bagian logam

Prototipe proses
Bagian Logam		Jumlah
Bagian Logam		Rendah (1)	Sedang (10)
Ukuran	Kecil	Pemesinan CNC pencetakan 3D	Permesinan CNC Casting investasi
Ukuran	Besar	pemesinan CNC	pemesinan CNC

4. Kompleksitas

Kompleksitas bagian dan kerumitan fitur juga akan menentukan pemilihan proses prototipe yang cepat. Manufaktur aditif baik untuk memproduksi bagian-bagian kecil yang sangat rumit, tetapi kita harus berhati-hati tentang desain akhir karena rumit berarti produksi massal sangat mahal.

Proses	Toleransi (mm)	Ketebalan dinding minimum (mm)
FDM	±0,20 – ±0,50	0.8 -1.0
SLS/SLA	±0,20 – ±0,30	0,7 – 1,0
SLM/DMLS	±0,10	0,4 – 0,5
Pengaliran pengikat	±0,20	1,5 mm – 2,0 mm
CNC *	±0,012	0,5
Pengecoran vakum	±0,1	0,9 – 1,0

Harap dicatat bahwa toleransi dan ketebalan dinding minimum ini adalah nilai tipikal dan sangat bervariasi tergantung pada pilihan material dan desain fitur.

Bagian-bagian yang akhirnya diproduksi dengan cetakan injeksi, berbagai bentuk coran dapat dibuat prototipe menggunakan pencetakan 3D sementara bagian-bagian mesin dapat dicetak 3d atau diproduksi menggunakan proses pembentukan konvensional atau manufaktur subtraktif.

5. Biaya

Akhirnya, sumber daya yang tersedia; tujuan prototipe akan berjalan seiring dengan sumber daya yang tersedia. Waktu, uang, dan jam kerja yang dibutuhkan untuk membuat prototipe diproduksi dan berfungsi, perlu dipertimbangkan saat memilih teknologi prototipe cepat.

Hal-hal yang perlu direnungkan:

Sebagian besar waktu, waktu yang digunakan untuk pasca-pemrosesan atau untuk mendapatkan bagian yang bekerja dari prototipe berkualitas rendah akan lebih banyak daripada prototipe berkualitas tinggi
Beberapa proses seperti pencetakan 3D mungkin memerlukan waktu pasca-pemrosesan tetapi relatif lebih cepat dan lebih murah sementara pengecoran vakum akan memberikan bagian-bagian yang hampir identik dengan cetakan injeksi dan dapat digunakan tanpa pasca-pemrosesan. Namun, ini akan lebih mahal dengan biaya perkakas
Biaya CNC sebanding dengan kerumitan bagian sedangkan biaya AM berbanding lurus dengan volume dan ukuran
Biaya keseluruhan juga akan terkait erat dengan kuantitas yang lebih banyak untuk proses seperti CNC karena biaya penyiapan yang lebih tinggi

Ringkasan

Pengembangan produk rekayasa baru hampir selalu melibatkan pembuatan prototipe untuk menguji ide, fungsionalitas, dll. Tetapi kualitas pengujian Anda dan pengambilan keputusan selanjutnya akan sangat bergantung pada seberapa baik prototipe Anda mensimulasikan produk akhir. Jadi, memilih proses yang tepat untuk membuat prototipe sangat penting untuk keberhasilan setiap produk rekayasa.

Setelah Anda memiliki pemahaman yang jelas tentang 5 faktor utama di atas, Anda dapat memutuskan jenis proses yang akan dieksplorasi. Ada begitu banyak cara untuk membuat prototipe, dan setiap proses pembuatan prototipe akan memiliki kelebihan dan keterbatasan. Oleh karena itu, memilih yang tepat sangat penting untuk kesuksesan pembuatan prototipe Anda.

Langkah-langkah proses pemilihan prototipe cepat