今日のペースの速い製造環境では、プラスチック製のプロトタイピングは、アイデアを具体的でテスト可能な製品に変えるための不可欠なステップになりました。本格的な生産に取り組む前に、企業はプロトタイプに依存して設計意図を検証し、機能を評価し、後の生産段階での費用のかかる間違いのリスクを最小限に抑えます。多くの場合、よく実行されたプラスチックプロトタイプは、概念と商業的に実行可能な製品の間の重要な橋渡しとして機能します。
では、プラスチック製のプロトタイプをどのように作成しますか?スマートデザインの決定、適切な資料、適切なものが含まれています製造方法 - この記事では、すべて段階的に分類されます。
プラスチックプロトタイピングは、プラスチック材料を使用した製品の初期の物理モデルまたはサンプルを作成するプロセスです。これらのプロトタイプは、製造業者が本格的な生産前に製品のフォーム、適合、機能、美学をテストおよび改良するのに役立ちます。このプロセスにより、エンジニアリングチームは設計の概念を検証し、潜在的な問題を特定し、ユーザーのフィードバックを収集し、製品が製造準備ができており、市場のニーズに合わせていることを確認できます。
デザインの成熟度に応じて、プロトタイプは最終製品のように見える、機能する、または非常に似ている場合があります。しかし、プロトタイプを分類する唯一の方法ではありません。以下は、それらを分類するために使用される追加の一般的な用語です。
これらのプロトタイプがより洗練されると、複数のテスト段階を経て、生産の準備ができます。これらのテスト段階は、設計の完全性、パフォーマンス、製造可能性を検証するために重要です。
一般的に使用されるテストには3つのタイプがあります。
初期の概念検証からプロダクション前のテストまでの製品開発サイクルでは、多様な目標を達成するために違いのない手法が採用されています。迅速な反復を優先する方法もあれば、最終製品の品質とパフォーマンスを再現することを目指している方法もあります。プラスチックプロトタイピングでは、4つの広く使用されている製造方法が、独自の利点と汎用性に対して際立っています。
3D印刷、または積層造形は、デジタルモデルから層ごとに材料層を追加することにより、3次元オブジェクトを構築するさまざまな手法を含む傘の用語です。これらの手法は、迅速なプロトタイピングと複数の反復をサポートし、金型やカスタムツールを必要とせずに複雑なジオメトリを生成できます。以下は、プラスチックプロトタイプを製造するための最も一般的な方法の3つです。
ウレタン鋳物としても知られる真空鋳造は、シリコン型とポリウレタン樹脂を使用して、高い表面の品質と細かい細部を備えたプラスチック部品を生産する低容量の製造方法です。このプロセスは、高品質の3Dプリントされたマスターモデルから始まります。これは、複雑なジオメトリと微妙な表面の特徴を複製できる柔軟なシリコン金型を作成するために使用されます。
この手法は、通常、設計が成熟し、一貫したプロトタイプの小さなバッチが必要な場合の後のプロトタイピング段階で使用されます。特に、機能的なプロトタイプ、プレゼンテーションモデル、およびケーシング、ハウジング、カバーなどのフィットチェックコンポーネントを作成するのに適しています。
特に、真空鋳造は、エンジニアリング検証テストのために10〜100ユニットを生産するための費用対効果の高いソリューションです。複数の同一の部品が必要な場合、特に短期レプリケーションの場合、3D印刷よりもユニットごとのコストが低いことがよくあります。さらに、シリコン型は金属型よりも安価ですが、寿命は限られており、通常は金型あたり20〜25部が生成されます。
CNC加工プラスチックコンピューター制御の工作機械を使用して、固体ブロックから材料を除去します。このプロセスは、緊密な許容範囲をサポートし、優れた再現性を提供し、細かいスレッド、アンダーカット、その他の複雑な機能など、複雑なジオメトリの作成を可能にします。
CNC加工は、多くの場合、高精度と強度を必要とする中間から副次的な段階の機能プロトタイプに使用されます。信頼できるフィット感、フォーム、および機能テストのための均一な材料特性を提供します。これは、層間の弱点に苦しむ可能性のある3D印刷のようなものではありません。また、このプロセスにより、さまざまな材料を使用することもでき、特定のニーズに最適なオプションを選択できる柔軟性が得られます。利用可能なサービスには、製粉、ターニング、ギアホブが含まれます。
射出成形は通常、プロトタイピングの最初の選択肢ではありません。なぜなら、それは長い時間がかかり、より多くの費用がかかるからです。ただし、Chiggoは、PVT(生産前の最終テスト段階であるPVT用のスチール型)を迅速かつ費用対効果的に生成できます。T1サンプル(生産ツールから生産された最初の部品)は10日間速く利用可能です。
さらに、100個以上のプラスチックプロトタイプを生産する場合、標準の金型ベースを備えたアルミニウムまたは3Dプリントされた金型を使用したクイックターンメソッドは、品質を犠牲にすることなく時間とコストの両方を削減できますが、通常は低精度を提供し、スチール型ほど耐久性がありません。
集合的に、4つのプラスチックプロトタイピング方法は、幅広いプラスチック樹脂材料をサポートしています。ただし、以下の表に示すように、各メソッドがサポートするものには違いがあります。
材料 | 3D印刷 | 真空鋳造 | CNC加工 | 射出成形 |
腹筋 | 良い | 良い | 素晴らしい | 素晴らしい |
ポリカーボネート(PC) | 公平 | 良い | 良い | 素晴らしい |
ポリプロピレン(PP) | 公平 | 公平 | 公平 | 素晴らしい |
ナイロン | 素晴らしい | 良い | 良い | 良い |
アクリル(PMMA) | 良い | 素晴らしい | 公平 | 良い |
ポリエチレン(PE) | 貧しい | 公平 | 公平 | 素晴らしい |
ポリラトン酸(PLA) | 素晴らしい | 公平 | 公平 | 公平 |
熱可塑性ポリウレタン(TPU) | 良い | 良い | 貧しい | 良い |
ポリエーテルエーテルケトン(ピーク) | 良い | 貧しい | 素晴らしい | 素晴らしい |
酢酸(POM) | 公平 | 良い | 素晴らしい | 素晴らしい |
ポリエチレンテレフタレート(PET) | 良い | 公平 | 良い | 素晴らしい |
塩化ポリビニル(PVC) | 公平 | 良い | 公平 | 素晴らしい |
それを覚えておいてください:
1.真空鋳造定格は、ベースポリマーの直接鋳造ではなく、類似のPU樹脂の実現可能性を反映しています。
2。3D印刷評価は、各材料の最も成熟した費用対効果の高い添加物プロセスに基づいています。
3.同じ素材は、メソッドに応じて異なる動作をすることができます。たとえば、CNCによって作成されたABS部分は、構造的な違いのために注入型の強度または仕上げと一致しない場合があります。
4.材料の選択と製造方法を常に現在のテストフェーズとパフォーマンスの目標に合わせてください。
次に、プラスチックのプロトタイプを構築する方法を段階的に説明し、途中で重要な考慮事項を強調します。
技術的なプロセスに入る前に、プロトタイプの目的と意図を特定することが重要です。アプリケーションは、どのタイプのプロトタイプが最も適しているかを決定します。
必要なプロトタイプのタイプを明確にしたら、2番目のステップは、プロトタイプのデジタル青写真として機能するCAD(コンピューター支援設計)モデルを作成することです。 CADモデルは、部品のジオメトリ、寸法、およびアセンブリインターフェイスを定義します。明確で適切に準備されたCADファイルは、あいまいさを減らし、生産エラーを最小限に抑え、プロトタイピングプロセスを加速できます。
製造可能性を確保するために、以下のポイントに従うことができます。
設計が完成したら、タイムライン、予算、材料のニーズ、パフォーマンス要件に合ったプロトタイピング方法を選択します。それぞれの方法は、独自の強みとトレードオフを提供します。一部の方法は急速な反復を支持しますが、他の方法は機能テストまたは生産の検証に優れています。以下の表は、あなたが決定するのに役立つさまざまな開発段階のコスト、リードタイム、および適合性に基づいて、4つの一般的なプロトタイピング方法を比較しています。
アイテム | 3D印刷 | 真空鋳造 | CNC加工 | 射出成形 |
ツーリングコスト | n/a | 低い | n/a | 高い |
単位コスト | 適度 | 高い | 高い | 低い |
数量 | 1-50 | 5-100 | 1-50 | 100以上 |
リードタイム | 数時間から数日 | 1〜2週間 | 3〜7日 | 2週間以上 |
プラスチック材料オプション | 適度 | 良い | 良い | 素晴らしい |
初期段階のプロトタイプ | 素晴らしい | 適度 | 良い | 貧しい |
美的 | 良い | 素晴らしい | 良い | 素晴らしい |
プロトタイプを形成し、適合します | 適度 | 良い | 良い | 素晴らしい |
機能プロトタイプ | 適度 | 良い | 素晴らしい | 素晴らしい |
プラスチックプロトタイピングは、設計を生産に橋渡しする重要なステップです。これは、デザインの問題を早期に特定し、リワークを最小限に抑え、高価なツーリングの変更を回避することでコストを削減するのに役立ちます。 Chiggoでは、単一のプロトタイプ、小規模なカスタマイズされた生産が必要な場合でも、本格的な製造に移行する準備ができている場合でも、カバーしています。経験豊富なエンジニアとデザイナーは、デザインを最適化し、スムーズに製造できるようにするために、お客様と緊密に協力しています。さらに、最低注文要件はありません。考えを考えていますか?今日お問い合わせくださいそして、それを生き返らせましょう!
ストレスとひずみは、材料が力にどのように反応するかを説明するための最も重要な概念の2つです。応力は、負荷下の材料内の単位面積あたりの内部力であり、ひずみは、適用された力から生じる材料の形状の変形または変化です。 ただし、ストレスとひずみの関係は理論をはるかに超えています。これは、健全なエンジニアリングの決定に不可欠です。それらを並べて比較することにより、材料のパフォーマンス、安全性がどれだけ安全に変形できるか、いつ失敗する可能性があるかをよりよく予測できます。この記事では、それらの定義、違い、関係、および実用的なアプリケーションについて説明します。 詳細に入る前に、ストレスと緊張に関するこの短い入門ビデオが役立つことがあります。 ストレスとは ストレスは、外部負荷に抵抗するために材料が発達する単位面積あたりの内部力です。顕微鏡的に、適用された負荷は、変形に反対し、構造を一緒に「保持」する原子間力を誘導します。この内部抵抗は、私たちがストレスとして測定するものです。 負荷の適用方法によっては、ストレスは次のように分類されます。 引張応力(σt)および圧縮応力(σc):これらは、断面領域に垂直に作用する正常な応力です。 せん断応力(τ):断面領域と平行に作用する接線力によって引き起こされます。 ねじれ応力(τt):トルクまたはねじれによって誘発されるせん断応力の特定の形態。 その中で、引張ストレスは、エンジニアリング設計における最も基本的なタイプのストレスです。計算式は次のとおりです。 どこ: σ=ストレス(Paまたはn/m²;時々psi) f =適用力(n) a =力が適用される元の断面領域(m²) 材料のストレスがどのように測定されるか 直接ストレスを測定することは不可能なので、代わりに、適用された力または結果として生じる変形のいずれかを測定する必要があります。以下は、重要な測定技術の簡潔な概要です。 方法 /テクノロジー原理測定デバイス /ツール精度と精度一般的なアプリケーションユニバーサルテストマシン(UTM))測定力(f)、ストレス= f/aを計算します統合されたロードセルを備えたUTM★★★★★(高精度)基本的な材料テスト:ストレス - ひずみ曲線、機械的特性評価ひずみゲージ測定ひずみ(ε)、σ= e・ε(線形弾力性を想定)を介して応力を計算する ひずみゲージ、データ収集システム★★★★☆(高)コンポーネント応力分析;疲労評価;組み込み構造監視拡張計測定値の長さの変化、εとσを計算します接触または非接触拡張メーター★★★★☆(高)標本の引張試験;弾性弾性率と降伏ひずみの検証デジタル画像相関(DIC)光学方法は、フルフィールドの表面変形を追跡します高速カメラシステム、DICソフトウェア★★★★☆(フルフィールド)フルフィールドひずみ分析。クラック追跡;物質的な不均一性研究超音波ストレス測定ストレス下での材料の波速度の変化を使用します超音波プローブとレシーバー★★★☆☆(中程度)残留応力検出;溶接されたジョイントと大きな構造における応力監視X線回折(XRD)内部応力によって引き起こされる格子歪みを測定しますXRD回折計、専門ソフトウェア★★★★☆(高精度、表面層に局在する)薄膜、溶接ゾーン、金属およびセラミックの表面残留応力光弾性透明な複屈折材料の光学干渉フリンジを介してストレスを視覚化します偏光のセットアップと複屈折ポリマーモデル★★★☆☆(半定量的な定性)教育デモ;透明モデルにおける実験的ストレス分析マイクロ/ナノスケールの特性評価技術 EBSD、マイクロラマン、ナノインデンテーションなどのテクニックは、マイクロまたはナノスケールのひずみ/ストレスマッピングを提供します 電子またはレーザーベースのシステム、画像分析ソフトウェア★★★★☆(高精度;ローカライズされたマイクロ/ナノスケール) マイクロエレクトロニクス、薄膜、ナノインデンテーション、複合界面の動作 ひずみとは ひずみは、外力にさらされると材料が受ける相対変形の尺度です。これは、単位のない量またはパーセンテージとして表現され、元の長さ(または寸法)の長さ(またはその他の寸法)の変化を表します。 ひずみのタイプは、適用されるストレスに対応します:引張ひずみ、圧縮ひずみ、またはせん断ひずみ。 通常のひずみの式は次のとおりです。 どこ: ϵ =ひずみ(無次元または%で表されます) ΔL=長さの変化 l0=元の長さ 材料の株が測定される方法 さまざまな方法を使用して、ひずみを測定できます。最も一般的に使用される手法は、ひずみゲージと伸筋です。以下の表は、材料のひずみを測定するための一般的な方法をまとめたものです。 方法センシング原則センサー /トランスデューサー測定シナリオ備考ひずみゲージ抵抗の変化フォイルタイプのひずみゲージ静的または低周波ひずみ;一般的に使用されます業界で広く使用されています。低コスト;接着剤の結合と配線接続が必要です拡張計変位クリップオン /コンタクト拡張計材料テスト;全セクション測定高精度;動的テストや高度に局所的な株に適していませんデジタル画像相関(DIC)光学追跡カメラ +スペックルパターンフルフィールドひずみマッピング。亀裂伝播;複雑な形の標本非接触; 2D/3D変形マッピング。高価なシステム圧電センサー圧電効果圧電フィルムまたはクリスタル動的ひずみ、圧力、衝撃、振動高周波応答;静的ひずみ測定には適さないファイバーブラッググレーティング(FBG)光学(ブラッグリフレクション)FBG光ファイバーセンサー長距離にわたる分布または多重化測定EMIの免疫;航空宇宙、エネルギー、スマート構造に適していますレーザードップラー振動計(LDV)ドップラー効果LDVレーザープローブ動的ひずみ/速度測定と表面振動分析非接触;高解像度;高い;表面条件に敏感です ストレスとひずみの重要な違い 以下は、直接の概要を提供するクイックテーブルです。 側面ストレス歪み式σ= f / aε=Δl /l₀ユニットPA(n/m²)、またはpsi(lbf/in²)無次元または%原因外力ストレスによって引き起こされる変形効果内部力を生成して、外部負荷に対抗します。高すぎる場合、塑性変形、骨折、疲労障害、ストレス腐食亀裂につながる可能性があります材料のジオメトリを変更します。降伏点を超えて永続的に弾性制限で回復可能行動材料が抵抗しなければならない領域ごとの内部力。分布に応じて、圧縮、張力、曲げ、またはねじれを引き起こす可能性があります適用された応力下で材料がどれだけ変形するかを説明します。弾性またはプラスチックにすることができます ストレスと緊張が互いにどのように関連するか ストレスはひずみを引き起こします。応力 - ひずみ曲線は、適用された応力に対してひずみ(変形)をプロットすることにより、材料が徐々に増加する荷重の下でどのように変形するかをグラフ化します。その重要なポイントを確認しましょう。 1。弾性領域(ポイントO – B) […]
ファスナーはほぼすべての業界で不可欠なコンポーネントであり、材料を結合して耐久性と信頼性の高いアセンブリを作成します。ネジ山に依存して取り外し可能な接続を作成するネジやボルトとは異なり、リベットは尾部を変形させて永久的な接合部を形成することで材料を固定し、大きな応力や振動の下でも接続が強力に保たれるようにします。
ストレス - ひずみ曲線は、入門材料科学または材料の仕組みで満たす最も一般的なグラフの1つです。その多くのラベル付けされたポイントと領域は、最初は気が遠くなるように見えるかもしれませんが、ストレスと緊張のプロットとマスタリングの両方は、実際には非常に簡単です。この記事では、ストレスとひずみの曲線を詳細に調べて、それをよりよく理解できるようにします。
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