如今，為滿足客戶日益增長的需求，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。這催生了對快速原型技術的迫切需求。快速原型制作，以機器（尤其是3D打印機）為核心，將計算機技術與實際零件的設計和制造緊密結合。這是一系列由計算機精準控制的技術手段。
在3D打印快速原型制作中，涵蓋了多種技術，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（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，包括其種類、應用方法，并對比傳統(tǒng)工具，以揭示其獨特的優(yōu)勢和價值。
什么是3D打印快速原型制作？
3D打印中的快速原型制作，是指利用先進的3D打印技術，快速實現(xiàn)物理模型的設計和制造過程。這種工藝不僅速度快，便于迅速交付市場，而且采用的是增材制造方式。通過這種方法生產(chǎn)的物理部件，我們稱之為高保真原型，它們在外觀和性能上與最終成品幾乎無異。盡管鑄造、CNC加工等技術也與快速原型制作相關，但3D打印因其獨特的優(yōu)勢，在概念驗證階段備受行業(yè)青睞。需要明確的是，原型制作并非目的本身，而是實現(xiàn)最終設計目標的手段。通過原型的不斷迭代和優(yōu)化，最終促成完全設計零件的量產(chǎn)。以下是哈工三維使用3D打印進行快速原型制作的一個典型流程示例：
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 (SLS) | 這適用于塑料和金屬。顧名思義，原型是通過用激光束一次一層地燒結粉末床來創(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 | 這是一種相當便宜的方法，使用一卷熱塑性長絲。將其熔化并通過噴嘴逐層擠出，直到該過程最終完成。 | 使用一卷熱塑性長絲。 | 對于最終使用零件。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)高強度應用。在此過程中，細金屬粉末一次熔化一層，直到形成完整的固體結構。 | 使用細金屬粉末。 | 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行切割工作的設備 | 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?？梢灾谱髁畠r但引人注目的 3D 促銷品。 |
快速原型制作的優(yōu)點和缺點是什么？
快速原型制作的優(yōu)點在于其高效性和成本效益。它能夠迅速實現(xiàn)物理零件的制作，讓設計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)前進行必要的改進和優(yōu)化。然而，快速原型制作也存在一些缺點。有時，產(chǎn)品開發(fā)人員可能過于關注有限的原型，而忽略了對產(chǎn)品的全面分析，這可能影響最終產(chǎn)品的質量。但值得一提的是，該過程高度自動化，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領域發(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)字模型的驗證。這一過程快速高效，有助于在最終迭代前發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題，從而提升產(chǎn)品的質量。
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，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簡單。首先，通過計算機輔助設計（CAD）軟件生成零件的數(shù)字3D模型，并將其轉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打印機根據(jù)這些切片信息逐層構建零件，直至完成整個對象。在打印過程中，可能需要添加支撐結構以避免零件變形或翹曲。最后，對原型進行必要的后處理，如打磨、清潔和噴漆，以達到理想的表面效果。
如何使用快速原型制作？
快速原型設計旨在降低新產(chǎn)品的生產(chǎn)成本和縮短交貨時間。在物理模型的實際驗證之前，原型首先以概念的形式存在，為團隊指明迭代過程的下一步方向。為了確?？焖僭椭谱鬟^程的高效性，需考慮以下要點：
初始階段的原型往往相對粗糙，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，接下來是后處理環(huán)節(jié)，旨在提升產(chǎn)品質量以滿足要求。
隨后，原型逐漸轉化為功能原型，盡管可能尚未完全實現(xiàn)所有功能。在此階段，通常會使用與最終產(chǎn)品相同的材料來制作原型，并進行性能評估，以確保其與預期結果相匹配。評估可能涉及原型對特定條件的適應性、裝配點的匹配度等方面。
為什么工程師青睞快速原型設計？
工程師之所以選擇快速原型技術，是因為它能直接從CAD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)實際測試的反饋來修改設計，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實際產(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打印在技術上存在差異。盡管這兩個詞匯有時可以互換使用，但它們所代表的概念并不完全相同。快速原型制作是一個更廣泛的術語，它指的是使用計算機輔助軟件快速開發(fā)和制作產(chǎn)品原型的過程。而3D打印則是實現(xiàn)這一過程的具體技術手段之一，它負責從CAD模型構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)加工在多個方面存在顯著差異。首先，快速原型制作是一個自動化的過程，它允許設計師通過計算機輔助軟件快速創(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控制。其次，快速原型制作的范圍相對較窄，主要關注于模型的快速生成和驗證。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)加工則在加工復雜度和精度上更具優(yōu)勢。
工業(yè)級SLA3D打印機在快速原型制作中發(fā)揮著重要作用并具有許多優(yōu)勢，包括：
快速制作速度： 3D打印技術能夠快速制作出物理原型，通常在幾小時內完成。相比傳統(tǒng)的原型制作方法，如鑄造或CNC加工，節(jié)省了大量時間。
靈活性和自定義性： 3D打印技術允許根據(jù)設計需求快速定制原型，而無需額外的工具或設備更改。這種靈活性使得在設計過程中進行快速的概念驗證和修改成為可能。
成本效益： 與傳統(tǒng)制造方法相比，3D打印技術通常具有更低的成本，尤其是對于小批量生產(chǎn)或個性化定制的原型制作。這降低了原型制作的成本，使得更多項目能夠承擔。
復雜幾何形狀的制造： 3D打印技術可以制造復雜的幾何形狀和內部結構，這是傳統(tǒng)制造方法難以實現(xiàn)的。這使得設計師能夠實現(xiàn)更加復雜和創(chuàng)新的設計。
減少材料浪費： 3D打印技術是一種增材制造方法，只需使用所需的材料來構建物體，減少了材料浪費。這對于原型制作來說尤為重要，因為它可以節(jié)省成本并提高可持續(xù)性。
快速概念驗證： 由于3D打印的快速制造速度，設計師可以快速制作多個版本的原型，并在短時間內進行概念驗證。這有助于加快產(chǎn)品開發(fā)周期并及早發(fā)現(xiàn)設計問題。
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)級光固化3D打印設備制造的公司，總部位于中國湖南省岳陽市。成立于2018年，公司以光固化3D打印技術為核心，致力于技術研發(fā)、制造、銷售以及提供全面的應用解決方案。
創(chuàng)始人張澤民先生是該領域的資深研究員，他在3D打印行業(yè)中有著豐富的經(jīng)驗和深厚的技術底蘊。公司的產(chǎn)品線涵蓋了LCD、DLP和SLA系列3D打印設備，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)品廣泛應用于汽車、電子電器、工藝品、醫(yī)療、教育等多個領域。
