使它活泼：金属制品的快速原型制作

优质产品从设计，亚博账号审核不过生产到市场发展，比以往任何时候

将新产品引入市场涉及复杂的设计，市场研究和制造过程。快速原型制作是该过程的一部分，其中制作了组件零件以开发产品的工作模型，以测试其功能和局限性。这些原型可以由与最终产品相同的材料制成，也可以用于测试案例的目的。

金属原型的一些方法包括：

• 3D打印
• 沙子铸造（木制图案）
• 投资铸造（蜡模式）
• 直接用金属库存制造零件
• 直接从金属库存中加工零件

快速原型制作方法和应用

每种原型方法都有其优点和缺点，以及使其最适合某些项目的因素。

3D打印

3D打印是一个相对较新的过程，也称为添加剂制造 - 一次打印一层产品的过程，直到许多层建立3D组件。每一层的厚度约为100微米。打印机由计算机系统控制，该系统以3D设计为输入，并将3D产品作为输出创建。

随着时间的流逝，技术已经发展，并且已经可以打印多种材料。塑料，尼龙，树脂，银，钛，钢，蜡，光聚合物和聚碳酸酯都可以用作3D打印材料。

3D打印机有三种主要类型：

• 选择性激光烧结（SLS）使用以粉末形式提供的印刷材料。零件的每一层都是通过使用激光熔化粉末来创建的。新鲜的粉末在部分完成的部分的顶部滚动，然后重新开始该过程，直到整个零件构建为止。
• 融合沉积建模（FDM）使用热塑性细丝并将其融化以挤出。挤出由计算机准确地由3D设计控制，连续打印每一层。
• 立体光刻还使用激光器，但是在这种情况下，激光动作一次将液体产品固化一层 - 它受到控制以匹配设计。

3D打印对于快速原型制作很受欢迎，因为该过程非常有效。不需要生产线的工具，人工要求最少，几乎没有浪费。3D打印的缺点是，要耗时数小时，有时甚至是几天，建造复杂的零件可能会很耗时。零件大小受机器的打印区域的限制。另外，由于某些金属的熔点非常高，可能无法在所需材料中产生零件。

砂模铸造

在金属铸造厂中图案用于制作将用于铸造金属零件的模具。原型图案是以最简单，最具成本效益的方式制成的，因此可以在必要时进行测试和调整。因此，该图案通常用于制作砂模，因为这是最便宜，最快的模具。从头到尾，可以使用松散的木制图案在2到4周内制作原型。

使用木制制造商制成的木质图案宽松，使用诸如转动，工具，模制和精细木材工作的技术。该图案是根据原型设计制造的，其中包括用于收缩的一些公差，这是金属冷却的。如果原型设计需要带有背景的零件，则将这些零件制成，作为销钉固定在适当的图案的松散部分。

成型砂特别由右组件混合物组成，因此具有金属铸造所需的特性。它必须保持其形状，不会释放太多水分，并具有良好的质量饰面。沙子围绕松散的木质图案堆积，形成铸件，然后可以将其用于制造金属原型。

铸造金属原型是一种标准铸造工艺，金属融化，控制成分并将熔融金属倒入模具中。冷却后，模具被打破，金属原型准备好完成。

金属铸造由于生产成本较低，并且在必要时相对易于调整图案和重新铸造，因此具有宽松木制图案的快速原型很受欢迎。也可以使原型从与最终产品相同的材料中取出，从而削减了沿线开发步骤。制造商经常发现，开发原型的过程通常会成为最终生产的方法，并进行了少量修改。

投资铸造

投资铸造也是金属铸造工艺，但使用不同的技术来制作模式来创建模具。第一步是创建与原型设计相匹配的蜡模式。从历史上看，蜡模式是通过注射机器或蜡压机制成的，但是新材料和3D打印的开发为投资铸造模式提供了机会，使其更容易，快速地制造。

制作图案后，将其套管在陶瓷材料中，以构建图案的形状。然后将模具加热，直到蜡融化并从铸造模具中流出，因此其替代名称失去了蜡铸造。随后是标准的铸造铸造过程，将熔融金属倒入铸件中。当金属冷却和固化后，陶瓷铸件被打破，使金属原型准备好完成。

这种快速原型制作方法的优点与木制宽松的图案相似，这是较大的公差和饰面的额外好处。

制造金属原型

库存金属材料包括床单，杆，油管，条和电线。这些中的任何一个都可以用作制造金属原型作为下游次要步骤的原材料，而不是通过诸如铸造或3D打印之类的主要制造。

对于钣金原型制造，可以使用许多不同的工艺来制造原型。例如，可以将物理模型扁平并放在金属板上以将其用作模板，然后激光或火炬可用于切割轮廓和开口，并标记弯曲。压机可用于在标记的边界处弯曲金属，并且可以使用专门的焊接设备将零件连接在一起。

管道可通过通过多种不同的操作来处理原型来制作原型，以创建与设计相匹配的原型部分：

• 耀斑- 将管子末端的开口扩大到漏斗形状
• 挥舞- 减少或增加管道直径
• 凹痕- 金属表面上的小变形
• 弯曲- 通过在管道中定义的点插入弯曲来创建形状
• 扁平- 使用按下压缩管
• 冲孔- 在材料中创建孔
• 扩展- 使用热量和工具打开管道的直径

用储备材料制造金属原型的主要优点是时间效率。不需要图案或模具，并且可以在架子上使用原材料。缺点是，对于标准制造过程，某些原型设计将太复杂，因此无法使用此技术进行。

加工金属原型

加工是通过受控的材料驱动过程（也称为减法制造）将原材料切成所需的最终形状和尺寸的任何过程。它可用于制造各种金属产品以及诸如木材，塑料，陶瓷和复合材料之类的材料。亚博账号审核不过在现代生产中，加工是通过计算机数值控制（CNC）进行的。

CNC是对加工设备的计算机控制控制，可以根据3D设计进行零件。加工设备包括车床，磨坊，路由器，演习和研磨机。CNC机器的原材料是钢板和棒等库存金属产品。亚博账号审核不过

3D设计将转换为计算机程序，然后由控制系统将其用于指导机器。所选的原材料必须大于制造的原型，因为它是通过加工原型来清除金属的。高级CNC机器控制所有3个轴（X，Y和Z）上的操作，并且可以自动翻转零件并开关加工工具，从而产生高质量的饰面和准确性。

CNC机器比其他制造技术的优点是基于3D设计的自动化动作。人类干预是有限的，制造的原型与设计相匹配，具有高度的精度。与手动操作相比，可以使用CNC机器制造更复杂的原型。加工零件的缺点是该零件是通过从原材料中去除金属而制造的，这导致浪费。尽管可以回收废物，但会产生成本的影响和损失。

关于快速原型制作的案例研究

汽车行业

研究表明，3D打印中的发展正在对工程师测试其想法并迅速将产品带入市场的能力产生巨大影响。亚博账号审核不过一个汽车文章强调了一个事实，即某些汽车零件的空气动力学对于衡量其对汽车性能的影响至关重要。在获得测试结果时，可以对设计进行较小的调整，并很快重印一个新的原型。对于空气动力学测试，对于最终材料制成的零件不是必不可少的，因为它是正在测试的形状，而不是强度。3D打印正在帮助汽车工程师加速其开发并提高效率。

不同的应用适用于不同的制造方法。在一个示例中，设计师发现了这个当制造一个2部分的环形组件时，在内部空间中使用微型SD卡的空间。第一个原型是通过直接金属激光烧结（DML）制成的，但是质量较低的表面饰面和较差的组装导致对使用具有静电放电加工的CNC机进行了研究。原型的改进性能突出了CNC在此特定应用中的优势。

高科技行业

对于许多高科技公司来说，降低发展成本是经济上的必要性，因为它们将新创造物带到了市场。当Icon飞机为其A5休闲飞机推出该项目时，他们投入了大量时间和精力，以寻找最具成本效益和高效的方法来构建其原型制作和批量生产的组件。一项案例研究表明，通过减少对专业工具的需求，ICON飞机在生产计划中获得了2至3周的收益，每天为2000美元，每个空气管道部分两人。

飞机行业

美国铸造协会的奖项2017年度演员被授予一家为飞机乘客座椅框架开发新铸件的公司。从历史上看，这种结构成分是由单个坯料制成的，但是详细的设计和工程过程产生了由镁制成的晶格结构，镁比铝制较轻，但不能打印3D。铸造原型产生的产品具有所需的强度，但比现有的机械零件轻得多。基于较轻的座椅以及相关的排放减少，为一架客机节省了$ 10万美元/年。

快速原型和前进的道路

越来越多的方法快速原型制造可用于创新者和工程师。每种方法都有自己的优势和缺点。铸造过程适用于必须以与成品相同的材料制作原型的应用，尤其是对于高熔点金属。3D打印适用于由特定可打印材料制成的较小组件 - 这项技术正在不断发展和改进。加工可以用来从复杂性不太严重的库存产品中切除金属，并且仍然可以使用铣削和研磨等标准过程。

詹姆斯·戴森（James Dyson）爵士是一位标志性的发明家，企业家和工程师，最著名的是他开发了旋风真空系统，该系统取代了家庭清洁系统中的袋装真空系统。令人着迷BBC的访谈，戴森（Dyson）透露，他的发明花了五年的时间才能完美，总共进行了5,127种不同的调整和修改。他坚信古老的座右铭：“如果您一开始您不成功，请尝试，再试一次！”戴森（Dyson）的故事强调了一个现实，即产品开发人员和工程师需要多次开发和改进的迭代才能将新产品推向市场。亚博账号审核不过快速原型制作的改进将继续降低效率低下，并降低成本，从而使创新者和消费者受益。

参考

• 3ders。“3D打印基础知识透明
• 马林钢。“3D打印与传统制造透明
• 机械发明。“模式的类型透明
• 机械工业。“成型图案 /沙子铸造图案 /模式和模具透明
• mibot。“制作沙模和图案透明
• 制造库。“投资铸造透明
• 铸造管理和技术。“使投资成为更好的投资透明
• 托马斯网。“有关CNC加工的更多信息透明
• 快速金属。“快速原型制造透明
• 创造性机制。“您需要了解的有关CNC机器的一切透明
• 维基百科。“加工“