Перед тем как начать производство нового изделия, многие компании предпочитают предварительно проводить его тестирование. Применение новейших технологий помогает сократить расходы на выполнение этой задачи при минимальных временных затратах. Чаще всего для этого используют 3D прототипирование – что это такое и как это работает подробно рассмотрим далее.
Изготовление модели представляет собой комплексный процесс, при котором происходит создание технического образца продукта. Его можно продемонстрировать целевой аудитории для оценки функциональности, свойств, а также других характеристик перед запуском в массовое производство. Еще образ используется для создания обратной литейной формы.
Виды прототипов
Существует классификация, которая определяется по сфере применения объекта:
- Промышленный. Образцы, которые создают на предприятиях. Например: запчасть, деталь, корпус.
- Транспортный. Применяют в машиностроении, авиа- и космоинженерии. Это модели разных видов водного, наземного и воздушного транспорта.
- Презентационный. Объемный макет города, помещения и других объектов в сфере дизайна, интерьера и архитектурных строений.
- Товарный/продуктовый. Выставочный экземпляр продукта или упаковки.
Разработка мастер-моделей помогает во всех направлениях жизни человека, позволяя исправлять недочеты при разработке различных товаров до начала их производства.
Технологии быстрого прототипирования (ТБП)
Раньше образец создавался долго, вручную, на основе чертежей. С появлением различных современных средств временные затраты сократились и стало возможным быстро и качественно сделать муляж любого уровня сложности.
ТБП включают несколько этапов. Специалисты используют для этого компьютерное ПО. Основные платформы для создания трехмерных деталей:
- AutoCAD – программа с большими возможностями от известного разработчика Autodesk.
- ZWCAD от ZWSOFT – аналог ACAD по функциональности, который имеет облегченную систему лицензирования и приемлемую стоимость.
- BRL-CAD – кроссплатформенная система для 3д моделирования с открытым кодом.
При помощи одного из таких приложений создают математическую модель изделия и сохраняют в удобном формате из представленных ниже:
- *.WRL;
- *.PLY;
- *.STL;
- *.3DS.
Когда макет создан, его отпечатывают на 3D-принтере, который представляет собой устройство, способное выводить трехмерные данные объемной геометрии. То есть, на обычном принтере, где происходит печать на бумаге (условно назовем его 2D), в результате получается плоское изображение, а этот аппарат выдает физический объект, созданный на основе заданных параметров. В основе его работы находится принцип послойного наращивания.
Разработка прототипов изделий осуществляется с помощью разных технологий:
- Fused Deposition Modeling (нанесение пластин термопласта (ТП).
- MJM Multi Jet Modeling (технология многосопельного прототипирования).
- Solid Ground Curing (отверждение в сосуде с веществом).
- Ballistic Particle Manufacturing (распыление ТП).
- Laminated Object Modeling (при помощи склейки).
- Selective Laser Sintering (селективное лазерное спекание порошков).
Эти способы отличны видами исходных материалов и методом нанесения слоев.
Чаще всего применяют:
- SLS – сыпучее вещество спекается по краю всех слоев по очереди лазерным лучом. Используют: металлический порошок, керамику, сложные полимеры.
- FDM – на контур будущей модели послойно накладывается поликарбонатная или восковая нить, которая нагревается до полуплавления, проходя сквозь экструзионную головку. Это и служит основой образования монолитной поверхности.
Если первый метод используется для создания металлических образцов, то второй применяется для медицинских, ювелирных изделий и другой продукции.
Этапы прототипирования 3Д моделей
Этот процесс состоит из такой последовательности:
- сначала проводится построение объекта;
- изготавливается мастер-модель с помощью трехмерной фрезеровки, печатается на 3D-принтере;
- готовый макет проходит тестирование;
- при надобности изделие корректируют и дорабатывают до идеала.
Создание технического образца обычно нужно при проведении выставки или перед запуском новой серии изделий.
Требования к нему довольно высокие, исходя из них, он должен обладать определенными свойствами:
- точность, что обеспечивается качественным, выполненным 3Д моделированием на профессиональном уровне в ПО для создания инженерной трехмерной графики;
- наглядность – на этапе проектирования используется функция визуализации;
- функциональность;
- оперативность.
Для создания образца используют всевозможные графики, рисунки, эскизы, чертежи и обязательно техническую документацию. Чаще всего, это макет одноразового использования.
Методы промышленного прототипирования и других его разновидностей
Существует 2 основных способа, при помощи которых создается объемная модель:
- 3D печать делают на 3Д-принтере, послойно наращивая деталь. Сюда относят стереолитографию, селективное лазерное спекание порошков и струйное моделирование. Применяется на основе материалов: PLA, ABS, ПВА-пластика и полимерного сыпучего вещества, не только по прямому назначению, но также для малосерийного и единичного производства.
- 3D фрезеровка представляет собой процесс по изготовлению макета изделия на фрезерном станке с ЧПУ. Таким образом создают объекты любой сложности, спецификации и конфигурации. Это самый точный метод. С его помощью можно работать с такими материалами, как древесина, металл, пластмасса.
Появление новых технологий подарило людям разных профессий большие возможности в разных областях.
Сферы применения трехмерного прототипирования
3d printing – уникальная система, которая может быть успешно задействована в различных отраслях промышленности и разработках. Ее используют в:
- макетировании;
- инженерном проектировании;
- дизайне;
- архитектурном моделировании;
- медицине;
- литье металлов, пластиков;
- обувном производстве;
- картографии;
- машиностроении и других промышленных нишах.
Например, прототипирование в хирургии сокращает время на изучение анатомических особенностей пациентов перед проведением операции. Доктора могут в отдельных случаях оценить количество потери крови, а также рассмотреть методы, которые помогут его сократить и обезопасить больного от заражения.
Использование ТБП в геоинформационных видах систем, печать 3Д увеличивает скорость проведения точных ландшафтных рельефов, проектов зданий, строений, планов местности.
Историки воссоздают с помощью этой технологии облик древних городов и поселений, а также других артефактов.
Основы прототипирования деталей и изделий понятны и доступны для понимания, поэтому это средство создания мастер-моделей становится все более популярным.
Выбираем ПО для создания трехмерных моделей
Разработка макетов для 3Д печати начинается с использования компьютерной программы. При покупке учитывайте, что не все из них прямо связаны с 3D printing, и возможно придется совместить пакеты или дополнить базовый софт модулями и надстройками.
Компания ЗВСОФТ предлагает продукты для проектирования formZ и ZWCAD. Каждый из них имеет широкий набор возможностей и обладает высокими показателями эффективности. САПР является аналогом AutoCAD, SketchUP, BricsCAD Shape и 3D MAX. Версии этого ПО бывают с разными комплектациями и надстройками, что-то можно получить бесплатно, а часть из них покупается отдельно. В целом приобретение подходит для любого финансового положения – от владельцев крупного бизнеса до персонального использования дома.
При выборе инструментов, с помощью которых будет производиться моделирование, отдайте предпочтение тому, основными возможностями которого будут:
- моделирование трехмерной графики, включая разработку сцены и объектов в ней;
- построение проекции модели – визуализация (рендеринг);
- обработка/редактирование;
- выведение изображения на дисплей ПК или принтер.
Рассмотрим ПО, которое предлагает пользователям компания ЗВСОФТ.
ZWCAD 2018 Professional. Это профессиональный САПР. Он выпускается с локальной и сетевой лизензицензиями. Вместе с функциями версии «Стандарт» предоставляется возможность трехмерного моделирования, редактирования в процессе работы с разных точек доступа, интеграции с прочими приложениями и экспорт\импорт в файлы многих расширений; эта разработка позволяет самостоятельно проектировать свои приложения для автоматизации выполнения работ проектировщиков, конструкторов. Среди дополнительных функций следует выделить возможность просматривать 3Д модель в перспективе, а также рендеринг не только полной сцены, но и ее частей.
ZW3D. Включает три версии: Standard, Lite, Professional. У каждого пользователя есть возможность выбрать подходящий вариант относительно своего уровня профессионализма и степени трудности задач. Универсальная CAD/CAM система разработана для 3Д моделирования, производства реверсивного инжиниринга и выполнения других видов работ, относящихся к созданию мастер-модели. В программе можно задавать материалы для прототипирования с целью анализа по толщине, коррекции дизайна, например, листового металла и много других полезных функций.
form•Z Pro. Программное обеспечение, которое идеально подходит для проектировщиков и дизайнеров мебели, интерьеров, домов, внутренних помещений и других объектов разного уровня сложности. Это мощный инструмент для создания твердотельных и поверхностных моделей в 3Д формате. Софт включает трансляторы IGES и Step, сетевой рендеринг, качественную визуализацию и другие полезные опции. Особенностью программы является структурированное моделирование для обработки органических уникальных форм. Объекты строятся на базе сетки, которая автоматически может растягиваться, сжиматься, при этом оставаясь параметрическими. Это упрощает контроль поверхности и ее дальнейшую корректировку.
form•Z free – для домашнего и коммерческого пользователя. В качестве обучающего варианта пользователи выбирают этот продукт. Он бесплатен, но с его помощью создают 3d модели, которые могут быть напечатаны на 3Д-принтере. ПО содержит много инструментов для работы, но не поддерживает плагин рендеринга. Интерфейс понятен на уровне интуиции, состоит из окон, панели инструментов, палитры и простого меню. Выбор деталей и построения автоматизирован, что предполагает облегчение задачи пользователю.
Для успешного прототипирования подбирайте удобные и мощные инструменты, чтобы выполнять сложнейшие задачи и развиваться в этой творческой, сложной работе. Делайте грамотный выбор и совершенствуйтесь.
