كيفية إنشاء نموذج أولي بلاستيكي

في بيئة التصنيع السريعة اليوم ، أصبح النماذج الأولية البلاستيكية خطوة أساسية لتحويل الأفكار إلى منتجات ملموسة قابلة للاختبار. قبل الالتزام بالإنتاج على نطاق واسع ، تعتمد الشركات على النماذج الأولية للتحقق من نية التصميم وتقييم الوظائف والمساعدة في تقليل مخاطر الأخطاء المكلفة في مراحل الإنتاج اللاحقة. في كثير من الحالات ، يعمل النموذج الأولي البلاستيكي جيدًا كجسر حرج بين المفهوم والمنتج القابل للتطبيق تجاريًا.

لذا ، كيف يمكنك إنشاء نموذج أولي بلاستيكي؟ يتضمن مزيجًا من قرارات التصميم الذكي والمواد المناسبة ومناسبةطرق التصنيع- كل ذلك سننهار خطوة بخطوة في هذه المقالة.

ما هو النماذج الأولية البلاستيكية؟

النماذج الأولية البلاستيكية هي عملية إنشاء نماذج مادية أو مادية أو عينات من المنتج باستخدام المواد البلاستيكية. تساعد هذه النماذج الأولية للمصنعين على اختبار وصقل النموذج والتناسب والوظيفة والجمال لمنتج ما قبل الإنتاج على نطاق واسع. تتيح هذه العملية للفريق الهندسي التحقق من صحة مفاهيم التصميم ، وتحديد المشكلات المحتملة ، وجمع ملاحظات المستخدم ، والتأكد من أن المنتج جاهز للتصنيع ويتوافق مع احتياجات السوق.

اعتمادًا على استحقاق التصميم ، قد يبدو النموذج الأولي ، مثل العمل أو يشبه عن كثب المنتج النهائي. لكن "تبدو" و "تشبه الأعمال" ليست هي الطرق الوحيدة لتصنيف النماذج الأولية. فيما يلي مصطلحات شائعة إضافية تستخدم لتصنيفها:

• النموذج الأولي البصري/اللمس:نسخة أولية تستخدم لإظهار الميزات الأساسية مثل حجم وشكل المنتج ، دون الاهتمام بالوظائف أو المظهر التفصيلي. تُستخدم الطباعة FDM أو SLA ثلاثية الأبعاد بشكل شائع لإنتاج هذه النماذج الأولية بسرعة وفعالية من حيث التكلفة.
• النموذج الأولي الوظيفي:يُعرف أيضًا باسم النموذج الأولي العاملة ، ويتضمن ميزات ومواد رئيسية لتكرار الوظائف الأساسية للمنتج النهائي. يتيح اختبار الملاءمة والأداء الميكانيكي وسهولة الاستخدام. للحصول على متطلبات خاصة مثل سلامة الأغذية أو الوضوح أو مقاومة الضغط ، غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى طرق مثل الآلات أو الصب.
• النموذج الأولي عالي الدقة:نسخة قريبة من النهائي تشبه عن كثب المنتج النهائي في المظهر والوظيفة والانتهاء. إنه مثالي للعروض التقديمية لأصحاب المصلحة أو اختبار المستخدم أو التسويق أو موافقة ما قبل الإنتاج. عادة ما تستخدم تقنيات عالية الاستخدام مثل SLA أو polyjet أو صب الفراغ.

عندما تصبح هذه النماذج الأولية أكثر دقة ، فإنها تمر بمراحل اختبار متعددة لضمان استعداد الإنتاج. تعتبر مراحل الاختبار هذه مهمة للتحقق من صحة سلامة التصميم والأداء والتصنيع.

هناك ثلاثة أنواع من الاختبارات شائعة الاستخدام:

• اختبار التحقق من صحة الهندسة (EVT)يتم إجراء عادة في المرحلة المبكرة من النماذج الأولية ، والتحقق مما إذا كانت الوظائف الأساسية للمنتج تعمل على النحو المقصود. تركز هذه المرحلة على تحديد عيوب التصميم الأساسية والقضايا المحتملة ، مما يوفر ردود فعل قيمة لمزيد من تحسينات التصميم.
• اختبار التحقق من صحة التصميم (DVT)يتم تنفيذها عادة بعد التحقق من صحة التصميم الأولي والتحسين. إنه لا يتحقق من وظائف المنتج فحسب ، بل يختبر أيضًا قابلية الاستخدام وموثوقيته وامتثاله للوائح والمعايير والجوانب الأخرى.
• اختبار التحقق من صحة الإنتاج (PVT)يتم تنفيذها عندما يتم الانتهاء من تصميم المنتج تقريبًا ويقترب من الإنتاج الضخم. إنه انتقال حاسم من الركض التجريبي إلى التصنيع على نطاق واسع. يركز PVT على التحقق من صحة إعداد خط الإنتاج ، وعمليات التصنيع ، ومعايرة المعدات. ويشمل اختبار الإنتاج ، وفحص المقالة الأولى (FAI) ، والتأكيد على أنه يمكن بناء المنتج على نطاق واسع بجودة ثابتة.

الطرق الشائعة للنماذج الأولية البلاستيكية

في دورة تطوير المنتج-من التحقق من صحة المفهوم المبكر إلى اختبار ما قبل الإنتاج-يتم استخدام التقنيات المتمايزة لتحقيق أهداف متنوعة. تعطي بعض الطرق الأولوية للتكرار السريع ، بينما تهدف البعض الآخر إلى تكرار جودة المنتج النهائي وأداءه. في النماذج الأولية البلاستيكية ، تبرز أربع طرق تصنيع تستخدم على نطاق واسع لمزاياه الفريدة وتنوعها.

طباعة ثلاثية الأبعاد

الطباعة ثلاثية الأبعاد ، أو التصنيع المضافة ، هي مصطلح شامل يشمل مجموعة متنوعة من التقنيات التي تبني كائنات ثلاثية الأبعاد عن طريق إضافة طبقة المواد حسب الطبقة من نموذج رقمي. تدعم هذه التقنيات النماذج الأولية السريعة والتكرارات المتعددة ويمكن أن تنتج هندسة معقدة دون الحاجة إلى القوالب أو الأدوات المخصصة. فيما يلي ثلاثة من أكثر الطرق شعبية لتصنيع النماذج الأولية البلاستيكية:

• نمذجة ترسب تنصهر (FDM):طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد منخفضة التكلفة ، تستخدم على نطاق واسع لنماذج مفهوم المرحلة المبكرة والنماذج الوظيفية البسيطة. إنه يبقى خيوط لدائن حرارية مثل PLA أو ABS أو PETG من خلال فوهة ساخنة ، ودائع طبقة المواد حسب الطبقة. ومع ذلك ، قد يكون أجزاء FDM خطوط طبقة مرئية وتقليل النزاهة الهيكلية.

• تصوير الاستواءات (SLA):يستخدم ليزر الأشعة فوق البنفسجية لعلاج راتنجات سائلة في ضريبة القيمة المضافة ، وإنتاج أجزاء بدقة عالية وإنهاء سطح ممتازة. هذا يجعلها خيارًا أفضل للنماذج المرئية والنماذج الأولية عالية الدقة وأجزاء من فئة العرض التقديمي. ومع ذلك ، فإن SLA أكثر تكلفة عمومًا بسبب الراتنجات والمعدات المتخصصة ، وعادة ما تكون أجزائها المطبوعة أكثر هشاشة من البلاستيك الحراري. غالبًا ما يكون هناك حاجة لما بعد المعالجة لتحقيق قوة ميكانيكية كاملة.

• تلبد الليزر الانتقائي (SLS):يستخدم ليزر عالي الطاقة لدمج المواد البلاستيكية المسحوقة مثل النايلون أو TPU في طبقات صلبة ، مما ينتج عن نماذج أولية متينة ووظيفية. نظرًا لأن المسحوق غير المرغوب فيه يحيط الجزء أثناء الطباعة ، فلا توجد حاجة إلى هياكل دعم-مما يجعل SLS مناسبًا جيدًا للهندسة المعقدة والقنوات الداخلية والميزات المغلقة. ومع ذلك ، فإن الأجزاء المطبوعة غالبًا ما يكون لها سطح محبب قليلاً وقد تتطلب معالجة ما بعد المعالجة لمظهر أكثر سلاسة.

صب فراغ

يعد صب الفراغ ، والمعروف أيضًا باسم urethane ، طريقة تصنيع منخفضة الحجم تستخدم قوالب السيليكون وراتنجات البولي يوريثان لإنتاج أجزاء بلاستيكية ذات جودة عالية من السطح وتفاصيل دقيقة. تبدأ العملية بنموذج رئيسي ذو جودة عالية ثلاثية الأبعاد ، والذي يستخدم لإنشاء قالب سيليكون مرن قادر على تكرار الأشكال الهندسية المعقدة والميزات السطحية الدقيقة.

عادةً ما تستخدم هذه التقنية في مراحل النماذج الأولية اللاحقة عندما يكون التصميم ناضجًا ، وهناك حاجة إلى مجموعة صغيرة من النماذج الأولية المتسقة. إنه مناسب بشكل خاص لإنتاج النماذج الأولية الوظيفية ، ونماذج العرض ، ومكونات التحقق من الملاءمة مثل الأغلفة أو العلب أو الأغطية.

على وجه الخصوص ، يعد صب الفراغ حلاً فعالًا من حيث التكلفة لإنتاج 10 إلى 100 وحدة لاختبار التحقق من الصحة الهندسي. عندما تكون هناك حاجة إلى أجزاء متطابقة متعددة ، فإنه يوفر في كثير من الأحيان تكاليف أقل لكل وحدة من الطباعة ثلاثية الأبعاد-وخاصة للتكرار على المدى القصير. بالإضافة إلى ذلك ، تكون قوالب السيليكون أقل تكلفة من القوالب المعدنية ولكن لها عمر محدود ، وعادة ما تنتج 20 إلى 25 جزءًا لكل قالب.

تصنيع CNC

CNC تصنيع البلاستيكيستخدم أدوات الجهاز التي يتم التحكم فيها بالكمبيوتر لإزالة المواد من كتلة صلبة. تدعم هذه العملية التحمل الضيق وتوفر التكرار الممتاز ، مما يتيح إنشاء هندسة معقدة - بما في ذلك الخيوط الدقيقة ، والخوض ، وغيرها من الميزات المعقدة.

غالبًا ما يتم استخدام تصنيع CNC للنماذج الوظيفية الوظيفية للمرحلة المتوسطة إلى اللاصقة التي تتطلب دقة وقوة عالية. يوفر خصائص موحد موحدة للتناسب والشكل والوظائف الموثوقة - على عكس الطباعة ثلاثية الأبعاد ، والتي يمكن أن تعاني من نقاط الضعف بين الطبقة البينية. تسمح العملية أيضًا باستخدام مواد مختلفة ، مما يتيح لك المرونة لاختيار الخيار الأفضل لتلبية احتياجاتك المحددة. وتشمل الخدمات المتاحة الطحن والتشغيل والرصاص.

صب الحقن

لا يعد صب الحقن هو الخيار الأول للنماذج الأولية لأنه يستغرق وقتًا طويلاً ويكلف أكثر. ومع ذلك ، يمكن لـ Chiggo أن تنتج بسرعة وفعالية من حيث التكلفة قوالب فولاذية لل PvT-مرحلة الاختبار النهائية قبل الإنتاج-مع عينات T1 (الأجزاء الأولى المنتجة من أداة الإنتاج) متوفرة بأسرع 10 أيام.

بالإضافة إلى ذلك ، عند إنتاج 100 أو أكثر من النماذج البلاستيكية ، يمكن أن يؤدي طرق الدوران السريع باستخدام القوالب المصنوعة من الألومنيوم أو المطبوعة ثلاثية الأبعاد مع قاعدة العفن القياسية إلى تقليل الوقت والتكلفة دون التضحية بالجودة ، على الرغم من أنها توفر عادةً دقة أقل وليست متينة مثل القوالب الفولاذية.

مواد شائعة للنموذج الأولي البلاستيكي

بشكل جماعي ، تدعم طرق النماذج الأولية الأربعة مجموعة واسعة من مواد الراتنج البلاستيكية. كما يوضح الجدول أدناه ، هناك اختلافات فيما تدعمه كل طريقة. 

ضع في اعتبارك ذلك ：

1. تصنيفات الصب الفراغ تعكس جدوى راتنجات PU المماثلة ، وليس الصب المباشر للبوليمر الأساسي.

2. تستند تصنيفات الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى عملية إضافة أكثر نضجًا وفعالة من حيث التكلفة لكل مادة ：

• FDM/FFF:مناسبة لـ ABS ، PLA ، PETG ، TPU (انخفاض درجة الحرارة إلى منتصف درجة الحرارة). يكافح مع انكماش عالية PP/PE. يمكن لآلات درجة الحرارة العالية طباعة نظرة خاطفة ولكنها تتطلب تحكمًا صارمًا للعملية.
• SLS/MJF:نايلون PA11/PA12 ومركباتها ممتازة. مسحوق PP المخصص عادل. PE ، PVC ، TPU تبقى متخصصة أو تجريبية.
• SLA/DLP:يطبع الأكريليك مثل ABS ، و PP مثل photopolymers مع وضوح ممتازة وإنهاء السطح ، ولكن الخصائص الميكانيكية تتخلف عن البلاستيك الأصلي ؛ غير مناسب للبلاستيك الهندسي شبه البلوري مثل POM أو نظرة خاطفة.

3. يمكن أن تؤدي نفس المادة بشكل مختلف حسب الطريقة. على سبيل المثال ، قد لا يتطابق جزء ABS الذي تصنعه CNC مع قوة أو إنهاء جزء مقترن بالحقن بسبب الاختلافات الهيكلية.

4. قم دائمًا بمحاذاة طريقة اختيار المواد وطريقة التصنيع الخاصة بك مع مرحلة الاختبار الحالية وأهداف الأداء.

دليل خطوة بخطوة لصنع نموذج أولي بلاستيكي

بعد ذلك ، سنشرح خطوة بخطوة كيفية بناء نموذج أولي من البلاستيك وتسليط الضوء على الاعتبارات الرئيسية على طول الطريق.

الخطوة 1: توضيح نوع النموذج الأولي الذي تحتاجه

قبل الدخول في العملية التقنية ، من الأهمية بمكان تحديد الغرض والاستخدام المقصود للنموذج الأولي الخاص بك. سيحدد التطبيق نوع النموذج الأولي الأكثر ملاءمة:

• إذا كنت في مرحلة التفكير المبكر وتحتاج إلى استكشاف أو تقديم نموذج المنتج أو الحجم أو بيئة العمل - دون القلق بشأن الوظيفة - فإن نموذج المفهوم مناسب.
• إذا كان الهدف هو اختبار السلوك الميكانيكي ، أو تقييم تفاعل الجزء ، أو محاكاة تجربة المستخدم ، فإن النموذج الأولي الوظيفي هو الخيار الصحيح.
• بالنسبة للتحقق المرئي أو العروض التقديمية لأصحاب المصلحة أو المواد التسويقية ، يوفر النموذج الأولي عالي الدقة المظهر والدقة المطلوبة.
• إذا كنت تستعد للإنتاج الضخم وتحتاج إلى التحقق من المواد أو التصنيع أو الامتثال لمعايير الصناعة ، فإن النموذج الأولي على مستوى الإنتاج سيساعد على ضمان الاستعداد.

الخطوة 2: إعداد نموذج CAD

بمجرد توضيح نوع النموذج الأولي اللازم ، فإن الخطوة الثانية هي إنشاء نموذج CAD (تصميم بمساعدة الكمبيوتر) ، والذي يعمل بمثابة مخطط رقمي للنموذج الأولي الخاص بك. يحدد نموذج CAD هندسة الجزء والأبعاد وواجهات التجميع. يمكن أن يقلل ملف CAD واضح وجيد الجودة من الغموض ، ويقلل من أخطاء الإنتاج ، وتسريع عملية النماذج الأولية.

لضمان التصنيع ، يمكنك اتباع النقاط أدناه:

• حدد الأبعاد والتحمل الحرجة ، وخاصة بالنسبة للأجزاء أو الواجهات المتحركة.
• قم بتضمين علاقات التجميع إذا كان منتجك متعدد المكونات.
• النظر في زوايا المسودة ، سمك الجدار ، وقوضى إذا كنت تخطط لاستخدام تقنيات صب.
• قم بإعداد الرسومات ثنائية الأبعاد إذا لزم الأمر ، لتسليط الضوء على المواصفات الرئيسية التي قد لا تكون واضحة في النموذج ثلاثي الأبعاد.

الخطوة 3: اختر طريقة النماذج الأولية الصحيحة

بمجرد الانتهاء من التصميم الخاص بك ، اختر طريقة النماذج الأولية التي تناسب الجدول الزمني وميزانيتك واحتياجات المواد ومتطلبات الأداء. توفر كل طريقة نقاط قوة ومقاييس فريدة-بعضها يفضل التكرار السريع ، بينما يتفوق آخرون في الاختبار الوظيفي أو التحقق من صحة الإنتاج. يقارن الجدول أدناه أربع طرق النماذج الأولية المشتركة بناءً على التكلفة ، ووقت الرصاص ، ومدى ملاءمة مراحل التطوير المختلفة لمساعدتك في اتخاذ القرار.

إنشاء نماذج أولية بلاستيكية مع chiggo

النماذج الأولية البلاستيكية هي خطوة حاسمة تقوم بتجديد التصميم الخاص بك إلى الإنتاج - فهي تساعد في تقليل التكاليف من خلال تحديد مشكلات التصميم في وقت مبكر ، وتقليل إعادة العمل ، وتجنب التغييرات الأدوات باهظة الثمن - مما يساعدك في النهاية على تسريع طريقك إلى السوق. في Chiggo ، سواء كنت بحاجة إلى نموذج أولي واحد ، أو إنتاج مخصص صغير ، أو جاهز للتحرك نحو التصنيع على نطاق واسع ، فقد قمنا بتغطيتك. يعمل المهندسون والمصممين ذوي الخبرة لدينا عن كثب لتحسين التصميم الخاص بك والتأكد من أنه يمكن تصنيعه بسلاسة. علاوة على ذلك ، ليس لدينا الحد الأدنى من متطلبات الطلب. هل لديك فكرة في الاعتبار؟اتصل بنا اليومودعونا نعيد الحياة!