egy pillanat alatt:

• akár high-tech, akár alacsony tech, prototípus jön sok formában. A folyamat jellemzően iteratív, nemlineáris és automatizált.
• a Protolabs egy integrált életciklusú e-kereskedelmi platformon keresztül automatizálja az additív gyártási folyamatot.
• a Ford csatlakozott a rivális GM-hez és a Fiat Chryslerhez, hogy gyártási erejükkel gyors prototípusokat készítsenek az egyéni védőfelszerelésekhez a COVID-19 kitörése során.
• Pipeline Design & a mérnöki munka kedvez egy nemlineáris prototípus stílusnak, amely hangsúlyozza a fejlesztés alatt álló orvosi eszközgépek funkcionális követelményeinek jól meghatározott listáját.

Thomas Edison nem találta fel a villanykörtét, de az első izzólámpás világítási rendszer prototípusának kidolgozásában végzett munkája a próba és a hiba klasszikus példája.

A termékeny feltaláló embereket küldött, hogy a legtávolabbi Afrika, Japán keres kielégítő végtelen anyag, ez pedig több mint 1200 kísérletek, 6,000 példány növények $40,000, hogy leleplezzük a díjazott izzó elektromos villanykörtét. A prototípus (223 898-as amerikai szabadalom), amelynek izzószála karbonizált varrócérna volt, 13,5 órán át égett, és felgyújtotta az egész Menlo Park ipari kutató laboratóriumát.

egyrészt Edison találmányai-összesen 1,093 szabadalmat adtak ki – a tökéletes jóváhagyás a gyors iteráláshoz, hogy helyes legyen. Másrészt kevés gyártó cég rendelkezik azzal a luxussal, hogy számtalan hibát kövessen el a mai hevesen versenyképes, gyorsabb, jobb, olcsóbb piacon.

Thomas Edison első villanykörte a Menlo Parkban.A Wikimedia Commons

2020-ban például az IBM az 1.számú rangsort állította 9130 szabadalommal azon vállalatok között, amelyeknek a legtöbb szabadalma volt hozzárendelve, felülmúlva a Samsung Electronics, a Canon és a Microsoft. Nem volt rá garancia, hogy minden ilyen szabadalmaztatott ötletek, fogalmi megoldások lenne integrálva egy végtermék, de a tervező mérnökök valószínűleg értékelni minden fogalom, hogy biztosítsa, csak a legígéretesebb közül kiválasztott tervezéséhez, illetve prototípus a gyárthatóság.

felgyorsítani a Folyamatot

– E high-tech, vagy low tech, prototípus folyamatok sokféle formát ölthet, de rendszerint fejlődő kezdeti verzió a termék kiértékelése céljából a design, megoldó tervezési problémák meghatározásával területek javítása, mielőtt a terméket kap a fejlesztés. A fizikai változat látásának előnyei közé tartozik, hogy lehetővé teszi a tervezők számára a meglévő technológiák bővítését, valamint a következő generációs technológiák megkönnyítését.

a gyors prototípus-készítés kiterjesztéssel olyan technológiákat foglal magában, amelyek számítógéppel támogatott tervezési és gyártási (CAD/CAM) adatok felhasználásával gyorsan és pontosan kézzelfogható háromdimenziós méretarányos modelleket hoznak létre. A CAD technológiák, valamint az additive manufacturing (am) szoftverek és hardveres képességek jelentősen felgyorsították a prototípus-készítési folyamatokat. Mindig, gyors prototípus társul VAGYOK, de nagyobb beszállítók egyedi 3D-s nyomtatási egyre újratervezés a prototípus megközelítések kiterjeszti a szolgáltatások közé tartozik fröccsöntés, fémlemez gyártás, illetve CNC megmunkálás.

a Protolabs e-commerce platformján egy javasolt kidobó elrendezés látható.Protolabs

Rising to the challenge of productionizing 3D printing, Protolabs, a Maple Plain, Minn.- az egyedi prototípusok és igény szerinti gyártóalkatrészek gyártója februárban indított egy e-kereskedelmi platformot, amely állítólag az online idézés, a tervezési elemzés és a megrendelés felgyorsításával átalakítja a termék életciklusát. “A platform középpontjában segít átalakítani az ötlet, hogy a tervező mérnök—a pillanattól kezdve, hogy van egy ötletem, hogy hogy őket iterating, prototípus, átjutni az út—egészen a végső piacon” – mondta Mark Flannery, globális termék igazgató, e-kereskedelem, a Protolabs. “A valódi érték az, hogy az ügyfelek pontosan tudják, mit fognak kapni gyakorlatilag, mielőtt fizikailag megkapják, mert ez csökkenti az életciklust.”

a Protolabs egyik módja a fejlődő igények kielégítése az e-kereskedelmi platformon található “gyártási elemzés” funkció hozzáadásával. A rendszer végre mély elemzése egy háromdimenziós modell visszajelzést ad a geometria egy CAD fájl, beleértve a kiemelve a területeken, amelyek bizonyítják zavaró, illetve arról, hogy a változások javítása, gyárthatóság. “Az összes információt bemutatjuk a mérnököknek, így dönthetnek arról, hogy finomításokat kell-e végezniük, mielőtt az (alkatrész vagy alkatrész) ténylegesen elkészül” – mondta Flannery.

A Protolabs e-kereskedelmi platformja gyártási elemzést végez.Protolabs

keverje össze a kínálatot

sehol nem volt szükség a gyors prototípuskészítésre, mint amikor az egyéni védőeszközök, például az N95 maszkok hiányosak voltak a koronavírus kitörésének kezdetén.

Will Martin, a Protolabs marketing és kommunikációs igazgatója büszkén mondja el a B2 légzőkészülék háttértörténetét. Az idő 2020-as legjobb találmányai közül a B2 egy prototípus újratervezése volt, amelyet Max Bock-Aronson gépészmérnök 2013-ban felidézett a légszennyezés leküzdésére-mondta Martin. A Protolabs támogatta a Bock-Aronson indítását, a Breathe99-et a mosható légzőkészülék szűrőpoharainak, az előlap szubsztrátumának és a szennyeződések 99% – át eltávolító szűrősapkájának fejlesztésével.

a GT500 tartják számon, mint a legtöbb aerodinamikailag fejlett Mustang valaha.Ford Motor Company

tartsa a kerekek fordulását

Hasonlóképpen, a nem gyors módszerek alkalmazása a termékfejlesztés felgyorsítására, valamint a műszaki visszacsatolás kritikus fontosságúnak bizonyult az autóipar számára. A Ford Motor Company csatlakozott fickó autógyárak GM pedig a Fiat-Chrysler, hogy használja a 3D nyomtatás, gyártás, lehet, hogy a gyors prototípus, készülő arcvédők, illetve bővíteni a termelést az orvosi eszközök, például a légtisztító gázmaszk, valamint ventilátorok. Ford együttműködött a GE Healthcare, hogy felerősítse a design Airon Corp. FDA-elszámolt ventilátor produkál 50.000 100 napon belül a Michigan növény.

Ez a bravúr a gyártási volt, nem kis részben köszönhetően a gyors prototípus képesség, valamint a több évtizedes tapasztalat 3D-s nyomtatás, megjegyezte Ellen Lee, műszaki vezető Additív Kutatás a Ford Motor Company. “Bár a világjárvány minden bizonnyal megváltoztatta az együttműködés és a hálózat módját, ezeknek a virtuális platformoknak a birtoklása valóban segített abban, hogy együtt folytassuk az innovációt” – mondta Lee.

munkája arra összpontosít, hogy az adalékanyag-gyártás számos módon új értékforrásokat hozhat létre a vállalkozásban, valamint olyan feltörekvő technológiák kifejlesztésére, amelyek a termelés léptékű elérésének hiányosságait kezelik. Lee Ellen, műszaki vezető – Additív Kutatás, a Ford Motor Company

ne feledje, hogy a Ford szuperszámítógépet, valamint a state-of-the-art 3D-s nyomtatási képességek napfogyatkozás közös gyakorlat termelési szabványok. Alacsony volumenű termelés az autóipar bármit jelenthet a telek mérete az egyik, hogy akár több tízezer egység, ami megmagyarázza, hogy miért az autógyártó magas teljesítmény osztály tervezők, erőátviteli rendszer, valamint aerodinamikai mérnök számíthatok state-of-the-art VAGYOK prototípus eszközök, hogy felszabadítsa a végső teljesítmény utca-jogi Mustang Shelby GT500 2020-ban.

ennek a kalibernek a végrehajtásához minden milliméternek számítania kell a leszorítóerő, a fékezés és a hűtési célok teljesítéséhez. A fejlesztési idő felgyorsult, a legígéretesebb terveket napokon belül kinyomtatták. Aerodinamikai finomság készült, valamint növeli a hűség, a teljesítmény, szimulációk dolgozni kellett csinálnunk a fizikai adatellenőrzés a Ford szélcsatornák Michiganben pedig Windshear rolling szélcsatorna a Concord-mondta Lee.

“Több mint 700 lóerőt szállít 93 oktánszámú üzemanyaggal, az elülső hűtés maximalizálása kritikus a Shelby GT500 erőteljes pályateljesítménye szempontjából” – jelentette ki a Ford akkori sajtóbeszámolója. “A nyitott fojtószelepnél a hűtőrendszernek akár 230 kilowatt hőenergiát kell kinyernie, ami elegendő egy tucat otthon melegítéséhez. A hatalmas elülső fékek elutasítjuk egy másik 100 kilowatt hő maximális fékezés, így a csapat használt speciális 3D légáramlás modellezés, hogy maximalizálja az általános hűtés, miközben dolgozik, hogy minimalizálja hatással front-end emelje fel, majd húzza.”

A Mustang Shelby GT500 előlapjának leleplezése.A Ford Motor Company

Abban az időben a dob Ford büszkélkedhet, hogy a tervező csapat győzött elérése maximális hátsó leszorító 550 kg 180 km / h, kihasználva a Mustang GT4 faj bizonyított pálya hátsó szárny kiszállítani a leszorító valaha az utcán-jogi Mustang. A szuperautó hátsó spoiler design, szinkronizált “a hinta, a” speciális szimulációk, a prototípus folyamatok voltak felelősek azért, hogy a járművet szállít 379 lb hátsó leszorító 180 km / h.

mivel a Shelby performance jármű fékrendszere különbözik az alapmodelltől, új kialakításra volt szükség ehhez a részhez. Lee szerint a Ford képes volt egy fémrészből 60% – os súlycsökkenéssel rendelkező műanyag részre konvertálni, és képes volt csökkenteni a bonyolultságot az eredeti modell kialakításában, amely balkezes és jobbkezes konzolból állt.

a hagyományos szerszámozási eljárásokkal ellentétben az AM tervezési eszközök lehetővé tették a mérnökök számára, hogy a részt három részből egy “ambidextrous” részre konszolidálják, amelyet a jármű vezető-vagy utasoldalán lehet használni, valamint csökkent a komplexitás és az összeszerelés. “Jelentős költségmegtakarításunk volt a rész szerszámozásához képest” – mondta Lee.

A Shelby performance jármű elektromos rögzítőfék-tartója.Ford Motor Company

Puttering in The Sandbox

az autógyártók korán felfedezték, hogy az AM megváltoztathatja a terméktervezés és a folyamatok megközelítésének módját. A Ford 3D nyomtatással kapcsolatos története 1986-ban nyúlik vissza, amikor az autógyártó az első SLA 3D nyomtató megvásárlása után sztereolitográfiába fektetett be. Az új eljárás számos alkatrészt hozna létre, megteremtve a terepet a további am beruházásokhoz az olvasztott lerakódás modellezésében, a szelektív lézeres szinterezésben és a 3D homoknyomtatásban.

“2004-re a motor prototípuskészítésének jelentős elmozdulása a homoknyomtatás vagy a gyors homoköntés bevezetése miatt következett be, ami tovább csökkentette az új motortervek tervezési idejét” – mondta Lee. Az érték nem feltétlenül az a képesség, hogy az öntött fém alkatrészek végfelhasználás, de a prototípus új motor design, mivel lehetővé tette a Ford használni az anyagot öntött alumínium, vagy bármelyik anyag lenne a gyártás során használt motor, anélkül, hogy egy eszköz, Lee-mondta.

2014 – ben az autógyártó tesztelte az AM-nyomtatott elemek teljesítményét, hogy megnézze, mit tud nyújtani a folyamat egy nyomtatásra kész eszköz számára. Ez a prototípuskészítő eszközökre szánt kutatási terület viszonylag olcsóbb és gyorsabb a gyártás-mondta Lee. A nyomtatás közvetlen képessége is növekszik. “Mivel olyan új anyagokat fejlesztünk ki, amelyek jobban hasonlítanak a gyártási minőségű anyagokra és a nyomtatott alkatrészek teljesítményére, tovább bővíthetjük a prototípus funkcionális tesztelését a folyamat során” – mondta Lee.

VAGYOK folyamatok megvan a lehetősége, hogy napfogyatkozás a hagyományos módszerek, hogy egy prototípus egy eszköz—vágás egy anyagot, ami olcsóbb, mint az acél, mint például az alumínium, illetve öntvény alkatrészek a prototípus tesztelését, mielőtt a végső nehéz eszköz lehet vágni a termelés. A prototípusok ma már a jármű szinte minden részének tesztelésére használhatók, mivel az új tervek praktikusságának, erősségének és népszerűségének felmérésére használják őket.

míg a hagyományos szerszámozási módszerek hónapokig is eltarthatnak, és a túlzott költségek felszámolására, a 3D-nyomtatott alkatrészek gyors prototipizálása néhány nap alatt, alacsony költséggel előállítható. “A 3D nyomtatási technológiák képességeinek bővítése potenciálisan lemondhat egy prototípus eszköz teljes készítéséről” – mondta Lee.

egy 3D-nyomtatott Elülső grill.Ford Motor Company

tervezés gyárthatóság

Aaron Moncur, vezérigazgatója csővezeték tervezés & Engineering, az egyik korlátozás a gyors prototípus, hogy ez nem feltétlenül a legjobb módszer érvényesítésére egy új megoldás. De az alacsony költség és a sebesség erényei meghaladhatják a drága, munkaigényes lágyszerszám öntést vagy megmunkálást-mondta, különösen, ha a prototípust a tervezés és a funkció ellenőrzésére szánják, és ha nem gyártásra szánják.

mindössze 10 alkalmazottal, a Tempe, Ariz.a 2009-ben alapított Moncur cég termékfejlesztési szolgáltatásokat nyújt, elsősorban az orvostechnikai cégek automatizálási berendezéseire és tesztgépeire összpontosítva. “Az általunk végzett munka nagy része, különösen az elmúlt hat évben, magában foglalta a CNC megmunkált alumíniumot” – magyarázta Moncur. “Nagyjából minden általunk kifejlesztett berendezésnek tartalmaznia kell egy eszközt. Ez a fajta munka gyakran nagy, darabos, nehéz alkatrészekre támaszkodik, szemben a fogyasztási cikkekkel, amelyek jellemzően vékony falú fröccsöntött műanyag alkatrészekkel rendelkeznek.”

Aaron Moncur, CEO, Pipeline Design & EngineeringPipeline Design & Engineering

a csővezeték prototípusozási folyamata progresszióként jellemezhető ez akkor indul el, ha az ügyfél bemutatja az ötletet. Egy kezdeti rövid megnyilvánulhat egy robusztus követelmények listáját, vagy egy durva-and-bukfenc ötlet. Hasonlóképpen, egy prototípus terjedhet, egy nyers vázlat, vagy “rajzfilm CAD,” hol egy blokk alakú jelenthet egy része pedig egy nyíl is jelezi, hogy egy egyszerű mozdulattal, hol karton, majd forró ragasztó lehet használni, hogy a macskaköves össze egy mock-up vizsgálat.

Moncur csapata hangsúlyozza a fejlesztés alatt álló gép funkcionális követelményeinek jól meghatározott listájának kidolgozásának szükségességét. Minden kialakításnak ismételten és gazdaságilag gyárthatónak kell lennie ahhoz, hogy végtermékké váljon. “Ez a szabálykönyvünk—tudnunk kell, hogy néz ki a siker” – mondta Moncur, a bio-mérnöki mesterfokozattal rendelkező gépészmérnök. “Ha van egy jól definiált listája funkcionális követelmények, akkor pont vissza a lista végén a projekt, és azt mondják,” ez a gép megfelel minden követelménynek (az ügyfél) adott nekünk.””

egy korai fázisú koncepció elkészítése és az ügyfél visszajelzései beépítése után a munka részletesebb tervezési és mérnöki munkákkal kezdődik. “Ez nagyrészt egy CAD művelet, ahol heteket vagy hónapokat töltünk az összes részletes tervezési munka elvégzésével” – mondta Moncur. A szállítható általában a megmunkált alkatrészek és a nyomtatott alkatrészek kombinációjaként végződik

amikor a projekt a beszerzési szakaszba lép, döntés születik az alkatrészek házon belüli nyomtatásáról vagy a gépbolt partnereivel való együttműködésről a CNC különböző alkatrészekhez. “Mindent megkapunk a létesítményünkben, elvégezzük az összeszerelést és a funkcionális érvényesítést, hogy minden megfelelően működjön, majd szállítjuk a berendezést” – mondta Moncur.

egy alkalmazásban a Pipeline megbízást kapott az optikai orvosi katétereken végzett funkcionális és jellemzők tesztelésére szolgáló lámpatestek sorozatának megtervezésére. Moncur elmondta, hogy a tartókat úgy fejlesztették ki, hogy a készüléket nagyon pontos helyre helyezzék a környező egyéb berendezésekhez és teszteszközökhöz képest. “A készülék mechanikus pozicionálásának ismételhetőnek kell lennie, ezért van egy pontossági szint” – magyarázta Moncur. “Történelmileg CNC megmunkált alumíniumból készítettük őket, ami általában 2500-3000 dollárba kerülne, és két-három hétbe telik, hogy megmunkálják a részt.

“a 3D nyomtatást folyamatos szénszálakkal kezdtük, ami az alkatrészeket majdnem olyan erősvé tette, mint az alumínium” – tette hozzá. “Most, ahelyett, hogy háromezer, és vár három hétig, hogy egy ilyen tulajdonosok, töltünk egy-két nap nyomtatás őket, és az ügyfél fizethet $500 helyett $2,500. Sokkal gyorsabbak, sokkal olcsóbbak és ugyanolyan funkcionálisak, mint a CNC-megmunkált alumínium verziók.”

Validate the Approach

a csővezeték prototípuskészítési megközelítése határozottan kevésbé automatizált, mint a Protolabs digitális platformja. De ez egyáltalán nem kevésbé robusztus; csővezeték, amelynek életképes prototípus csak a fele a csata, és amelynek mérnöki csapatok lefordítani felhasználói igények mechanikai követelményeknek, hogy megteremtse a vizsgálati berendezési tárgyak és képesítési berendezések érvényesítéséhez szükséges termék teljesítményét egy szigorú gyakorlat.

Flannery rámutatott arra, hogy Protolab automatizált folyamat alakult át a beszerzési stratégia során a 20 év—a kezdeti összpontosítani, fröccsöntés, valamint a gyors fröccsöntés, felvásárlások révén, illetve egyesített szolgáltatások fröccsöntés, CNC gyártás, 3D nyomtatás, fémlemez. A Protolab digitális idéző platformja nagyobb következetességet biztosít az összes ilyen szolgáltatásban. A végeredmény, Flannery mondta, az, hogy az ügyfélközpontúság eltolódott attól, hogy eldöntse, melyik gyártási folyamatot vagy szolgáltatást használja, arra összpontosítva, hogy mi a legjobb eredmény.

Mark Flannery, global product director, ProtolabsProtolabs

“De most már vannak olyan mérnökcsapatok is, akik több szolgáltatáson keresztül több alkatrészt végeznek, és prototipizálást, gyártást, valamint igény szerinti gyártást végeznek.”

a Ford Lee egyetért azzal, hogy a gyors prototípuskészítésnek a teljes gyártási eszközkészlet részét kell képeznie. “Sokkal nagyobb hangsúlyt látok az iparban az additív gyártás alkalmazása körül az autóipar különböző alkalmazásai számára” – mondta.

Lee egyetért azzal, hogy az akadályok továbbra is fennállnak a gyártási minőségű alkatrészek gyártásakor. A nagy volumenű termelésre való áttérés magas a korlátozások listáján; a gyors prototípus készítés drága lehet, az anyagi tulajdonságok nem mindig illeszthetők össze, néhány kulcsfontosságú tulajdonság még mindig nem prototípusosítható, és a folyamat szakképzett munkát igényel. A közvetlen nyomtatási részek méretezése tőkeigényes lehet-mondta. A forma, az illesztés és a funkció gyakran feláldozásra kerül a gyártási folyamatokban, amikor a magas hozamot rangsorolják.

a gyártás egyedi megközelítéseivel a Ford, a Pipeline és a Protolabs mindegyik nemlineáris prototípuskészítési stílussal rendelkezik. Ha Ford szándéka, hogy előre a VAGYOK prototípus technológiák kellett erősíteni a termelés, Protolabs, illetve Csővezeték vagy hajlított segíteni ügyfél kapcsolatok, amelyek elősegítik a kiválasztott prototípus, ahol a hűség megegyeznek a tervezési folyamat során.

szerkesztő megjegyzése: Machine Design ‘ s Women in Science and Engineering (WISE) hub összeállítja a mérnöki területet érintő nemi reprezentációs kérdések lefedettségét, a női szerzők és a különböző alosztályokon belüli tárgy szakértői hozzájárulások mellett. Kattintson ide további.