金属プロトタイプ:4 つの金属ラピッド プロトタイピング手法の探索

プロトタイプは、初期段階で新しい設計、コンセプト、またはプロセスを検証するために作成される物理モデルまたはサンプルです。自動車、航空宇宙、医療機器、電子機器、建築など、さまざまな業界で広く使用されています。

金属のプロトタイプは、私たちの社会で果たしている役割に対して十分な評価を得ることはできません。それらは非常に重要であるため、私たちが日常生活で使用するすべての製品はそれらから始まります.プロトタイピング プロセスは、新しいアイデアの評価と最終化の間のステップだからです。

金属プロトタイプとは?

金属プロトタイプは、新製品のサンプルまたはモデルとして使用されるオブジェクトです。プロトタイプを使用すると、メーカーやデザイナーはアイデアやコンセプトを物理的なオブジェクトに変換できます。このアイテムは、テスト、デモンストレーション、またはさらなる設計作業のための製品開発プロセスの一部として使用できます。

金属プロトタイプは、3D プリント、CNC 機械加工、鋳造、シート メタル プロトタイピングなど、さまざまな方法を使用して作成できます。これらのプロトタイプは、アルミニウム、炭素鋼、シート メタル、真鍮、銅、とブロンズが最も広く使用されています。

金属プロトタイプの用途と機能

1.金属プロトタイプは、さまざまな金属材料からさまざまな業界で使用されています。建設業界で新しい建物や橋のモデルを構築したり、自動車分野で車やトラックのサンプルを作成したりするために使用できます。

2. 製造プロセスでは、液体金属を使用して、新しいツール、ファスナー、電子機器、または家庭用品のプロトタイプまたはテスト モデルを作成することもできます。

3. 製造業者は、プロトタイピング プロセスを使用して、本格的な製造と製造を開始する前に、新しいツールをテストおよび改良できます。金属プロトタイプは、開発者の目標に応じて、さまざまな形を取ることができます。提案されたオブジェクトの物理的表現として機能するだけで、実際の機能はありません。

一部のプロトタイプ モデルは、完全な機能を備えている場合があり、提案されたオブジェクトとまったく同じタスクまたはアクションを実行する場合があります。たとえば、新しいハンドヘルド リグの金属プロトタイプは、詳細なプロトタイプの作成に使用できる中空のケーシングのみで構成されている場合があります。

4. 金属の試作品は、メーカーや設計者に多くの利点をもたらします。これらは、製造業者が生産を開始する前に製品を改善できるように、設計または機能をテストするために使用できます。また、投資家や潜在的な購入者を新製品に興奮させるためにも使用できます。

金属プロトタイプの作成を選択する理由

ラピッド プロトタイプを作成することを決定した後、別の質問が表示されます。金属のプロトタイプを作成する必要がありますか?それともプラスチックのプロトタイプを作成する必要がありますか?プラスチックと比較して、金属のラピッド プロトタイピングにはいくつかの競争力があります。利点を知るために、以下を見てみましょう:

<強い>1.優れた強度

ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、およびマグネシウム合金には、いくつかの優れた特性があり、その 1 つは強度と耐久性です。

設計された部品が猛烈な熱、風、重量物に耐えなければならないなどの極端な条件にさらされる場合、ほとんどのプラスチック部品はそれほど強く耐久性がないため、これは完璧なソリューションです。

<強い>2.信じられないほどの費用対効果

直感的に、プラスチックは金属よりも安いと考えるかもしれませんが、これはある程度正しいです。ただし、プラスチック製のコンポーネントは摩耗しやすいため、早めに交換する必要があります。

部品をプラスチックではなく金属で作る方が費用対効果が高くなるもう 1 つの理由は、独自の構造です。したがって、場合によっては、金属プロトタイプがプラスチックよりも潜在的で競争力があります。

<強い>3.金属表面

メタリックで滑らかで明るい表面仕上げをお探しなら、間違いなくお勧めです。さらに、金属製のプロトタイプは陽極酸化して耐腐食性仕上げを実現できますが、プラスチック製のプロトタイプは塗装しかできません。これにより、金属のプロトタイピングも比類のないものになります。

<強い>4.多彩なアプリケーション

素材自体が金属であるため、デザインの自由度が高く、さまざまな分野で使用できます。プロトタイプと生産の両方の段階で、金属は機能的および美的目的の両方で好まれます。

金属プロトタイプを作成する 4 つの方法

金属のプロトタイプを作成するにはさまざまな方法があり、すべてのコインに 2 つの面があるように、方法によって長所と短所が異なります。金属ラピッド プロトタイピングでは、これらの技術には、CNC 機械加工、金属 3D 印刷、板金加工、金属鋳造法、およびその他のプロセスが含まれます。それでは、それぞれの詳細を見てみましょう。

1. CNC 加工金属プロトタイプ

CNC 機械加工 (コンピューター数値制御機械加工) とは、事前にプログラムされたソフトウェアの一般的な技術を使用して、生産設備の全体の動きを制御するコンピューター化された製造プロセスを指します。

CNC 金属加工に適した材料には、アルミニウム合金、銅、鋼 (特にステンレス鋼)、チタン合金、亜鉛合金、およびマグネシウム合金が含まれます。人気のある製造方法ですが、長所と短所はまだ不明なままです.

一部の CNC マシンは X 平面と Y 平面のみで動作し、他のマシンは 3 次元 (X、Y、Z 平面) で動作します。通常、CNC マシン ショップでは 3、4、3+2、および 5 軸マシンが最適なソリューションであることがわかります。

主なメリット:

MOQなし – CNC加工には金型が必要ないため、MOQなどはありません.したがって、10個と30個の単価は非常に近いです。金属部品を少量生産する場合は、CNC 機械加工が最適です。

その他の素材オプション – 前述のように、さまざまな金属ブロックから選択できます。ただし、アルミニウム、スチール、および銅は、優れた機械的および熱的特性を提供するため、最も一般的に選択されています.

高精度 – 医療、航空宇宙、ロボット産業はハイテクを伴うことが多く、この分野で使用されるコンポーネントは高精度でなければなりません。複雑で、高精度で、強力です。

短所:

より高い単価 – 高精度は CNC マシンで製造できますが、複雑なプロジェクトでは時間がかかる場合があります。鋳造や印刷とは異なり、数量が多いとコストがかかります。このような場合、表面と精度に要件がない場合、CNC 加工はお勧めできません。

材料の無駄 – 大量生産のための減法製法であるため、金属ブロックから一部の材料が除去されるため、材料の無駄は避けられません。

2. 3D プリント金属プロトタイプ

付加製造とも呼ばれる金属 3D 印刷は、デジタル モデル ファイルを使用して、金属粉末やプラスチック粉末などの接着材料の層を印刷することによって物理的な物体を構築する技術です。

製造業の新星として台頭している 3D プリントは、追加または代替技術として機能し、近年急速な成長を遂げています。これは通常、ライフ サイクルが短く、軽量で複雑な 1 回限りの作品に役立ちます。

主なメリット:

デザインの自由 – アンダーカットと内部構造は CNC 機械加工では難しいため、非常に複雑な形状を作成するには 3D プリントが唯一の方法です。これにより、設計者とエンジニアは、設計上の制限なしに物理プロトタイプを作成できます。

短納期 – 3D プリントには、自由な設計が可能になるだけでなく、金属の試作品を短時間で製造できるという別の利点もあります。特に設計プロジェクトなど、生産時間を短くする必要がある場合に適しています。

短所:

粗い表面仕上げ – CNC 機械加工部品と比較して、3D プリントされた金属プロトタイプは強度が低く、表面仕上げが粗くなります。ざらざらした手触りが感じられ、表面の凹凸が見えます。

費用対効果が低い – 3D プリントされたプラスチック製品が最近かなり頻繁に使用されていることがわかりますが、3D プリントされた金属は、印刷に使用される金属粉末が高価であるという点でそれほど一般的ではありません。これは、利益が最も重要なビジネス モデルに反します。

3.金属鋳造プロトタイプ

剛性のある金属鋳造部品を形成するプロセスです。溶かした金属を金型に流し込み、金属と金型が冷えると金属部分を金型から取り出し、次のラウンドに進みます。

このプロセスは何千年も前から使用されており、現在も発展を続けています。インベストメント キャスティングは、複雑な形状やデザインを大量に製造する安価な方法です。

技術の発展に伴い、今日では金型を 3D プリントまたは CNC 加工することができるようになり、プロトタイプを安価かつ迅速に作成できるようになりました。

主な利点：

生産品質 – お客様から金属の試作品を求められることもありますが、量産に進むと金属鋳造を求められることがあります。したがって、最終製品が鋳造で作られる場合、試作品は生産品質を提供します。機能的でしっかりしたものを手に入れることができるので、支払う価値があります。

サイズと重量 – 20 フィートの金属プロトタイプを構築しようとしている場合は、鋳造が唯一の選択肢になります。それは単純に大きすぎるので、CNC や 3D プリントで作ることはまずありません。サイズと重量は鋳造に限定されません。小さな卓上ガジェットから工場出荷時の淡水化タンクまで、あらゆるものを作成するために使用できます。

短所:

高価な金型費 – 金型は将来の使用のために取っておくことができますが、少量の金属プロトタイプ プロジェクトには金型のコストが高すぎます。大量生産のための技術です。

粗い表面仕上げ – 金属鋳造の試作品の表面仕上げは比較的粗いため、より広い公差を考慮する必要があります。これは、接合インターフェースを備えたプロトタイプには適していません。

4.板金プロトタイプ

板金加工は、プロトタイプを作成するもう 1 つの方法です。シート メタルのプロトタイピングでは、標準の厚さ (通常は薄い) のシート メタルワークが机の上に置かれ、レーザー カッターがプログラムを使用してパターニングを行います。

次に、形状要件に応じて、スピニング、曲げ、打ち抜き、溶接などのさまざまな成形プロセスが行われます。シート メタル プロトタイプは、エンクロージャ、ケーシング、および構造フレームに適しています。

主なメリット:

費用対効果の高い – ターンアラウンド タイムが短いため、板金プロトタイピングは高品質の部品を提供する金属加工方法です。

交換可能- 板金の最大の利点の 1 つは、いつでも交換できることです。組み立てに複数のコンポーネントが使用される場合、個々の部品または部品を取り外して、新しい部品と交換することができます。これにより、特に必要な新しい変更や調整のコストを節約できます。

生産品質 – プロトタイピングは設計と最終製品の間のステップであるため、生産品質は製品をテストするために重要であり、板金プロトタイプは通常最終製品の品質です

短所:

限られたデザインの自由 – CNC や 3D プリントとは異なり、板金プロトタイピングでは設計の自由度が高くありません。

より広い寸法公差 – 他の金属加工方法と比較して、シート メタル プロトタイピングは、厳密な寸法公差を達成できません。

要するに、短納期と低コストが必要な場合は、3D プリントが最適なオプションです。ただし、高度な精度や複雑な形状が必要な場合は、CNC 加工の方が適しています。金属鋳造と板金プロトタイピングは、大型または複雑な部品に適したオプションです。どちらの方法を選択する場合でも、最高の結果を得るには、資格のあるプロトタイプ メーカーと協力してください。

金属ラピッド プロトタイピングに関する 6 つの重要な考慮事項

1. 素材特性 :金属で試作する場合、材料の機械的および物理的特性を考慮することが重要です。金属が異なれば、強度と密度も異なります。

金属ラピッド プロトタイピング用の材料は、CNC マシン、直接金属レーザー焼結、レーザー切断、または印刷部品を使用して完全に設計することで製造できます。

2. 機械加工性 :金属の機械加工性とは、工作機械を使用して切断または成形する能力を指します。一部の金属は他の金属よりも機械加工しやすいため、より簡単に目的の形状に成形できます。

3. ツーリング :金属プロトタイプを作成するには、特別なツールを使用する必要があります。このツールは高価で、すぐには入手できない場合があります。試作用の金属を選択する前に、金型のコストと入手可能性が問題になるかどうかを検討することが重要です。

4. 表面仕上げ :金属パーツの表面仕上げは、プロトタイプ作成時に重要な考慮事項になる場合があります。一部の金属は他の金属よりも表面仕上げが粗く、プロトタイプの外観と機能に影響を与える可能性があります。

5. 費用 :試作品の形状とサブトラクティブまたはアディティブ プロセスの性質によってリード タイムが決まり、複雑な設計にはさらに時間がかかります。特に特別な工具が必要な場合、金属を使った試作のコストはかなりの額になる可能性があります。ラピッド プロトタイピング用の金属を選択する前に、材料と製造のコストを考慮することが重要です。

6. ボリュームと予算 :大量生産の量は、予算と上記の適切な方法に応じて調整できます.

結論

結論として、金属プロトタイプは製品開発プロセスの重要なステップです。製造に移る前に、設計をテストし、必要な変更を加えることができます。

さらに、潜在的な問題を早期に特定することで、費用と時間を節約できます。金属プロトタイプの利点を理解することで、製品開発プロセスを可能な限り効率的にすることができます。

高度な設備と高度な訓練を受けた専門チームを擁する WaKen は、プラスチックおよび金属のラピッド プロトタイピングを専門としています。カスタム仕上げを備えた公差の厳しい CNC から、複雑な形状と低コストの迅速なツーリングを備えた 3D プリントまで、製品ライフサイクルのあらゆる段階で俊敏性を向上させることができます。プロジェクトの詳細については、今すぐお問い合わせください!