3D-прототипирование — это процесс создания физического прототипа объекта на основе его цифровой модели путем послойной 3D-печати. Такая технология изготовления изделий через наращивание объекта слой за слоем и взаимодействие со специальным программным обеспечением называется аддитивной (Additive Manufacturing, от англ. additive — прибавляемый, послойный).
Корпуса приборов, кронштейны, фурнитура – типичные примеры 3D-прототипирования по технологии SLA
Перед тем как начать производство нового изделия, компании предварительно проводят тестирование технического образца. 3D-прототипирование способствует сокращению расходов и поэтому нашло применение во многих отраслях:
3D-прототипы могут использоваться практически во всех сферах человеческой жизнедеятельности. Технологии трехмерного прототипирования улучшаются, оборудование и программное обеспечение совершенствуется. Многие предприниматели, в том числе в сегменте малого бизнеса, приобретают 3D-принтеры, так как это менее трудоемко и экономически выгодно.
Какие бывают прототипы? Виды прототипов
Прототипы можно классифицировать по следующим параметрам.
По областям применения:
промышленные — прототипы деталей механизмов и оборудования;
товарные — производство продукции и ее упаковки;
демонстрационные — реклама, строительство, производство мебели и ювелирных украшений, архитектура и т.д.;
транспортные — создание моделей различных ТС;
медицинские и стоматологические — планирование хирургических операций, обучение, ортопедия.
По способу печати
ультрафиолетовое отверждение жидкого материала;
экструзия;
сплавление/спекание порошков;
струйное напыление.
По используемым материалам:
фотополимерная смола;
пластики в виде нитей (филаментов) и гранул;
полиамид и полистирол в виде порошка;
металл в виде порошка;
воск;
песок.
Технологии быстрого прототипирования (ТБП)
Раньше образец создавался вручную на основе 2D-чертежей. С появлением аддитивных технологий временные затраты сократились в разы и стало возможным быстро и качественно сделать прототип детали.
К основным технологиям создания 3D-прототипов относятся:
Нужен прозрачный прототип или с гладкой глянцевой поверхностью. Используем SLA-печать. После печати деталь требует минимальной постобработки — удаления поддержек и шлифовки. Доступны прозрачные смолы: прототип позволяет увидеть внутреннюю геометрию, оценить толщину стенок и проходы сечений.
Нужна мастер-модель для силиконовой формы. Используем SLA-фотополимер. Гладкая поверхность не даёт дефектов на внутренней стороне формы, силикон снимается чисто, без зацепок.
Нужна термостойкая оснастка или мастер-модель для выкладки композитов. Берём SLA с термоусточивой смолой CUBRUS-RPRO-HT-WT-120. Он держит до +120°C — выдерживает экзотермический разогрев при полимеризации смолы, не ведёт, не деформируется.
Нужна функциональная деталь под нагрузку и вибрацию. Используем SLA-печать с ABS-like смолой. Материал ударопрочный, выдерживает циклические нагрузки, точность 100 мкм. Подходит для узлов, где обычные пластики трескаются или ломаются.
Нужно быстро проверить геометрию на первой итерации. Используем SLA-печать. Это самый быстрый способ получить деталь для оценки формы и ее функциональных характеристик. Поверхность и механические свойства на этом этапе не критичны. Печать занимает несколько часов.
Нет чертежей, есть только физическая деталь. Делаем реверс-инжиниринг: 3D-сканирование, создание CAD-модели, адаптация под вашу задачу. Срок — от 2 дней в зависимости от сложности детали. На выходе вы получаете 3D-модель в формате .STEP для печати прототипа.
Примеры наших работ по cозданию прототипов
Функциональная модель шестерни, изготовленная промышленном на SLA-принтере
Задача: изготовить форму для точного базирования металлических и композитных заготовок, которая выдержит нагрузки при вакуумной формовке. Ключевое требование — шпильки с натягом 0,5 мм для жёсткой фиксации деталей.
Напечатали на 3D-принтере CUBRUS P-SLA 300 из ударопрочного фотополимера CUBRUS. Точность по размерам — 0,05–0,1 мм на 200 мм, поверхность гладкая, не требует постобработки для работы с металлом. Форма вышла вакуум-плотной — пригодной для прямого использования в производстве. Срок изготовления в разы меньше, чем при фрезеровке аналогичной оснастки.
Производитель заказал функциональный узел — воздушный винт в защитном кожухе. Требования жёсткие: высокоскоростные вибрационные нагрузки, точная посадка на стандартные монтажные точки, аэродинамика без компромиссов.
Сначала отсканировали монтажные поверхности, построили CAD-модель. Напечатали на CUBRUS P-SLA 300 из термостойкого фотополимера CUBRUS-RPRO-HT-WT-120 с ABS-подобными характеристиками — материал держит циклические нагрузки и удары. Время печати — 3 часа, точность — 100 мкм. Узел прошёл реальные лётные испытания без замечаний.
Производителю БПЛА нужна была мастер-модель винта для выкладки композитных деталей. Проблема: при полимеризации смолы экзотермическая реакция разогревает форму до +120°C — обычный фотополимер при таких температурах деформируется.
Использовали CUBRUS-RPRO-HT-WT-120 с температурой теплостойкости HDT до +120°C. CUBRUS P-SLA 300, точность 100 мкм, время печати — 3 часа. Мастер-модель выдержала производственный цикл и была интегрирована в серийное производство. Срок изготовления: несколько дней против нескольких недель при традиционной фрезеровке.
Перед запуском в массовое производство с помощью прототипа и технического образца можно оценить различные характеристики будущего изделия (функциональность, прочность, внешний вид, эргономичность и т.д.)
Основные преимущества перед традиционными способами:
быстрота и качество исполнения;
экономия времени;
универсальность;
экономия материалов;
исключение ошибок, связанных с человеческим фактором.
Частые вопросы про 3D-прототипирование
Чем SLA отличается от FDM на практике — когда что выбрать?
FDM (послойная экструзия пластика) — быстро и дёшево, подходит для проверки геометрии на первых итерациях. Поверхность ступенчатая, точность ниже. SLA (лазерная стереолитография) — точность до 100 мкм, поверхность гладкая без постобработки. Выбирайте SLA, если прототип идёт на презентацию, снятие силиконовой формы, испытания с нагрузкой или требует точных посадочных мест. FDM — если нужна быстрая черновая итерация для проверки "как выглядит и держится в руках".
Можно ли сделать прозрачный или полупрозрачный прототип?
Да, для этого используется SLA с прозрачными фотополимерными смолами. Прозрачность — не абсолютная, как у стекла, но достаточная для демонстрации внутренней геометрии, световодов или корпусов с подсветкой. Поверхность можно отполировать для повышения прозрачности.
Какой материал выбрать для прототипа, который будет работать под нагрузкой?
Зависит от типа нагрузки. Ударные и вибрационные нагрузки — фотополимер с ABS-like характеристиками или CUBRUS-RPRO-HT-WT-120. Термонагрузка до +120°C — CUBRUS-RPRO-HT-WT-120 (HDT +120°C). Для деталей, работающих в контакте с металлом или под давлением, уточняйте задачу — подберём под конкретные условия эксплуатации.
У меня нет 3D-модели, только физическая деталь. Вы можете помочь?
Да, это один из стандартных сценариев. Сначала делаем 3D-сканирование детали — получаем полигональную модель. Затем строим параметрическую CAD-модель в Geomagic Design X. После этого печатаем прототип. Весь цикл для детали среднего размера — 1 рабочий день. Если деталь сложная или нужна инженерная доработка — уточняйте сроки отдельно.
Сколько стоит 3D-прототипирование и от чего зависит цена?
Стоимость SLA-печати — от 60 ₽ за 1 см³ напечатанного материала. На итоговую цену влияют: объём детали, материал (стандартный или термостойкий фотополимер), необходимость постобработки, срочность. Если деталь нужно сначала отсканировать и построить CAD-модель — это отдельная работа. Точную стоимость рассчитаем по вашему STL-файлу или фото детали с размерами.
Какие максимальные размеры детали вы можете напечатать?
На 3D-принтере ProtoFab SLA 800 EX DLC — до 800×800×550 мм без склейки. Детали большего размера изготавливаем частями и склеиваем — итоговый размер практически не ограничен, но это влияет на точность и стоимость. Для крупных объектов уточняйте задачу заранее.
