Быстрое прототипирование против традиционного прототипирования: руководство по стоимости и времени при выборе производственных услуг.

Выбор между быстрым и традиционным прототипированием — это важный момент, на котором команды обычно вынуждены идти на очень дорогостоящие компромиссы между скоростью и качеством. Например, если деталь из нейлона, напечатанная на 3D-принтере, изготавливается в спешке просто ради скорости, она, скорее всего, окажется слишком слабой и не пройдет функциональное тестирование, что приведет к потере недель проверки. С другой стороны, выбор «настоящего», но дорогостоящего мягкого литья означает, что деньги будут заморожены в неизменяемых конструкциях, что поставит под угрозу весь проект с точки зрения бюджета .

Наше предложение выходит за рамки простого сравнения себестоимости отдельных единиц продукции и заявленных сроков поставки. На основе данных 426 проектов мы раскрываем общую стоимость валидации и фактическое время выхода на рынок. Мы предоставляем вам границы производительности, кривые реальных затрат и разбивку сроков поставки, чтобы все ваши решения по прототипированию не только способствовали успеху конечного продукта, но и позволяли контролировать затраты.

Быстрое прототипирование против традиционных методов: руководство по принятию решений

Мы решаем вопрос выбора между быстрым и традиционным прототипированием . Мы оцениваем ваши конкретные цели, например, форму, соответствие или функциональность, и предлагаем оптимальный метод или гибридный подход. В результате вы получаете наиболее полезный прототип на каждом этапе, что максимизирует обучение, снижает затраты и ускоряет график разработки.

Почему этому руководству можно доверять? Практический опыт экспертов LS Manufacturing.

Мы не теоретики, а практики быстрого прототипирования . Более десяти лет наша мастерская занимается решением реальных задач прототипирования в аэрокосмической, медицинской и автомобильной отраслях, где ошибки при прототипировании могут замедлить внедрение критически важных инноваций. Наша работа основана на непосредственном опыте, и мы соблюдаем стандарты Федерации производителей металлических порошков (MPIF), чтобы гарантировать, что каждый прототип способен выдерживать жесткие требования, которые мы усвоили на собственном горьком опыте в ходе экспериментов с материалами и оптимизацией процессов, которые были довольно дорогостоящими.

Стоимость и время являются двумя основными определяющими факторами при сравнении быстрого и традиционного прототипирования. Быстрые методы, такие как 3D-печать, значительно сокращают сроки выполнения, но могут потребовать компромисса в отношении материала, в то время как традиционные станки с ЧПУ обеспечивают точность, хотя и требуют больше времени. Следуя протоколам SAE International , мы разработали методы для сплавов и полимеров, которые обеспечивают баланс между эффективностью и качеством благодаря многочисленным пробным и контрольным работам в проектах с высоким риском.

Наши знания основаны на создании тысяч прототипов: мы принимаем правильные решения относительно технологических процессов для инконеля или композитных материалов, контролируем бюджеты на протяжении быстрых итераций. Мы делимся с вами нашими проверенными на практике решениями, чтобы вы могли избежать тех же ошибок. Таким образом, выбор метода, будь то быстрый или традиционный, будет зависеть от реальных условий эксплуатации, а не только от теории из учебников.

Рисунок 1: Экструзия белой пластиковой нити методом быстрого прототипирования для проверки конструкции изделия и выбора метода.

При каком объеме партии себестоимость единицы продукции при быстром и традиционном прототипировании совпадает?

Выбор оптимального метода прототипирования имеет решающее значение для эффективности исследований и разработок. В данном техническом обзоре представлено основанное на данных сравнение стоимости прототипирования между аддитивными и традиционными методами, а также указан ключевой экономически целесообразный пороговый уровень для серийного производства. Представленная здесь работа, основанная на производственных данных из нашей собственной деятельности, призвана помочь специалистам, принимающим технические решения, максимально эффективно использовать свои бюджеты и сроки валидации, предоставляя им полезную информацию.

Сравнение затрат на прототипирование показывает, что экономическая эффективность двух методов пересекается при объеме производства от 15 до 25 единиц . Для мелкосерийного быстрого прототипирования ( менее ~20 единиц ) с автоматизированным изготовлением это самый дешевый вариант. Для серийного производства свыше ~25 единиц с уже существующими проектами наилучшим вариантом является традиционная оснастка. Если вы не знаете, что выбрать, вы можете потратить впустую более 30% своего бюджета, что указывает на важность квалифицированного анализа, подкрепленного данными, в ситуациях разработки дорогостоящих продуктов.

Каков фактический срок доставки от момента «выдачи документа» до момента «получения для тестирования»?

Выход на рынок на ранней стадии возможен только при значительном сокращении цикла разработки прототипов. В данной статье мы описываем подход, который мы использовали для решения проблемы длительного традиционного времени разработки прототипов , и то, как нам удалось преобразовать компьютерные проекты в физические, протестированные детали за несколько дней, а не недель. Наши совместные усилия обеспечивают нам существенное преимущество в скорости выхода на рынок :

Интегрированная CAM-система и синхронизация оборудования.

Мы устранили последовательные задержки, чтобы обеспечить одновременный анализ проекта и CAM-программирование. Наш программный комплекс обходит функцию CAM-программирования за счет предварительной проверки траектории инструмента с учетом технологичности во время обработки CAD-файла, таким образом, окно программирования сокращается до менее чем 2 часов . Эта непрерывная цифровая цепочка позволяет немедленно планировать работу станка без ожидания, то есть фрезерный станок с ЧПУ начнет обработку алюминия через несколько часов после получения файла, что является одним из основных факторов, способствующих сокращению времени быстрого прототипирования .

Комплексная постобработка и проверка

Вместо разделения на этапы, вторичные операции, такие как удаление опор, дробеструйная обработка и первичные замеры, выполняются одновременно с заключительным этапом механической обработки. Мы используем скоординированную систему крепления, которая позволяет осуществлять прямую передачу детали со станины станка в специализированную зону финишной обработки, благодаря чему деталь может быть немедленно извлечена без ожидания в очереди. Такое объединение стало основным фактором, позволяющим получить готовую к испытаниям деталь в течение 2-3 рабочих дней , а наши услуги быстрого прототипирования еще лучше.

Проактивное управление проектами для оптимизации потоков.

Наши технические менеджеры проектов — это скорее операторы, управляющие потоком, чем просто отслеживающие его. Они используют моделирование цифровых двойников проектов для предварительного распределения ресурсов, что позволяет им предвидеть узкие места в материально-технической логистике или машинном времени. Такое проактивное управление, подкрепленное данными с таких платформ, как LS Manufacturing, является основной причиной того, почему наш метод на 7-10 дней опережает традиционные и, следовательно, обеспечивает надежные решения для быстрого прототипирования .

Снижение задержки итераций с помощью цифровых двойников

Если необходимо внести изменения в конструкцию, мы используем цифровой двойник из первой итерации. Изменения проверяются на соответствие существующей стратегии CAM и конструкции оснастки, поэтому в некоторых случаях машинный код можно обновить напрямую, без необходимости длительного перепрограммирования в автономном режиме или физической доработки пресс-формы. Подобная возможность, по сути, минимизирует временные затраты на внесение инженерных изменений.

В данной статье представлено весьма продвинутое техническое решение, в котором ускорение процесса быстрого прототипирования достигается физически и цифровым путем посредством скоординированных рабочих процессов, а не просто рекламируется. Наше уникальное преимущество заключается в этой комплексной системе, которая визуально и активно устраняет препятствия, обеспечивая тем самым реальную скорость выхода на рынок . Мы избавляем от сложностей сверхбыстрой итерации предсказуемым образом.

Как подобрать оптимальный процесс прототипирования в зависимости от целей проверки (сборка, функциональность, внешний вид)?

Выбор неправильного метода прототипирования может привести к некорректным результатам тестирования и, следовательно, к пустой трате времени и бюджета. Данное руководство предлагает четкую методологию сопоставления основных целей верификации с наиболее технически подходящим процессом. В нем описывается , как выбрать метод прототипирования, используя эмпирические данные, чтобы убедиться, что прототипы дают достоверные выводы для оценки соответствия, функциональности и формы:

Наш метод решает главную проблему согласования целей верификации, позволяя использовать процессы, основанные на эмпирических данных, а не только на их доступности. Мы гарантируем, что прототипы дают точные результаты по посадке, функциональности и эстетике, что напрямую снижает риски вашего цикла разработки. Именно такой уровень технической точности лежит в основе нашего стратегического партнерства в области прототипирования , предоставляя вам авторитетные рекомендации, необходимые для успешного запуска конкурентоспособных и высокоценных продуктов.

Рисунок 2: Изготовление тестовых компонентов из пластиковой нити для экономичного быстрого прототипирования в процессе разработки продукции.

При решении сложных задач проектирования, какой вариант имеет меньшую «общую стоимость владения»?

Итерации прототипирования неизбежны, но их стоимость можно контролировать. Главная задача — предотвратить очень дорогостоящие невозвратные затраты, связанные с изготовлением оснастки слишком рано и до того, как проект будет доработан. Вот тактическая методология снижения стоимости итеративного проектирования за счет адаптивного выбора процесса:

Динамическое моделирование совокупной стоимости владения

• Анализ сценариев: Мы моделируем общие затраты на протяжении нескольких циклов изменений, сравнивая совокупные расходы на услуги быстрого прототипирования с высоким риском устаревания оснастки.
• Прокладывание маршрутов на основе данных: это позволяет оценить финансовую выгоду от гибкого прототипирования по запросу на ранних, очень изменчивых этапах исследований и разработок.

Обратная связь по проектированию, зафиксированная на итерациях

1. Параллельный DFM: на каждой итерации учитывается обратная связь по технологичности производства , что позволяет ограничить объем изменений и тем самым поддерживать экономическую эффективность гибкого процесса прототипирования .
2. Смягчение последствий изменений: Такая практика гарантирует, что небольшие изменения не превратятся в крупные и дорогостоящие этапы переработки.

Поэтапный переход к процессу

• Целевые контрольные точки: Четко определенные этапы проверки устанавливаются в качестве контрольных точек для облегчения перехода от итеративных услуг быстрого прототипирования к капиталоемким традиционным методам прототипирования .
• Снижение рисков: Таким образом, более крупные инвестиции осуществляются только после стабилизации проекта, что оптимизирует общую стоимость владения (TCO) проекта.

Этот метод меняет роль управления затратами с простой оценки на активную инженерную задачу. Мы предлагаем стратегические идеи и адаптивные решения для прототипирования , позволяющие преодолеть проблемы неопределенности разработки, тем самым гарантируя, что инвестиции используются для достижения подтвержденных результатов. Мы предлагаем решение проблемы надежного бюджетирования в условиях нестабильных циклов проектирования.

LS Manufacturing Robotics Industry: Проект разработки гибридного процесса для изготовления оболочек шарнирных соединений кистей рук.

В этом отчете описывается, как гибридный подход к прототипированию, разработанный компанией LS Manufacturing, помог преодолеть серьезную проблему с допусками и сроками в проекте по созданию роботизированного концевого захвата, что позволило быстро итеративно дорабатывать конструкцию и снизить риски производства. Пример робототехники LS Manufacturing — наглядная иллюстрация того, как стратегический выбор технологического процесса может привести к успеху в изготовлении сложных компонентов.

Задача клиента

Клиент, работавший над новым высокоточным захватом, столкнулся с серьезной проблемой. Сложный корпус шарнира из алюминиевого сплава, который должен был иметь допуск на посадочное место подшипника H7 (±0,018 мм), не был функционально протестирован. Первые традиционные методы литья для прототипирования привели к неудаче из-за непостоянной геометрии отверстия, вызывающей заедание при вращении. Коррекция одной пресс-формы заняла бы более 3 недель и стоила бы больших денег, что стало бы основной причиной остановки всего графика запуска продукта и потери времени выхода на рынок.

LS Manufacturing Solution

Мы переключили свое внимание на услуги быстрого прототипирования, используя 5-осевую обработку на станках с ЧПУ . Это позволило нам работать в быстром темпе на протяжении итерационных циклов и выполнить прецизионную обработку на станках с ЧПУ трех доработанных прототипов корпусов за 5 дней . Этот метод обеспечил необходимые свойства материала и точность менее 0,02 мм для непосредственного тестирования новой конструкции посадочного места подшипника и оптимизации толщины стенок, что является надежным методом обработки перед принятием решения о приобретении оснастки.

Результаты и ценность

Гибридный подход к прототипированию , сочетающий итерации на станках с ЧПУ с последующим быстрым изготовлением оснастки для пилотных партий из 50 единиц , дал ощутимые результаты. Он снизил затраты клиента на предпроизводственную проверку на 65% и сократил общее время разработки на 40% . Корпус прошел все функциональные испытания с первой попытки изготовления пресс-формы, обеспечив очень важный рыночный сегмент и продемонстрировав модель итеративного проектирования, которая является более эффективной с точки зрения затрат.

Данное исследование подчеркивает возможности технических производственных стратегий для выполнения высокосложных задач. Таким образом, наш ответ на вопросы точности в условиях высоких требований и временных ограничений заключается в разработке систем производства по требованию, что дает нашим клиентам в сфере робототехники и различным другим секторам решающее цифровое и инженерное преимущество в разработке сложных, критически важных с точки зрения производительности деталей.

Сталкиваетесь с трудностями при создании дорогостоящих и медленных прототипов сложных деталей? Наша гибридная стратегия поможет ускорить процесс валидации и снизить риски.

Как оценить способность поставщика предоставлять рекомендации по «гибридным маршрутам»?

Выбор правильного партнера по прототипированию имеет решающее значение для достижения наилучших результатов проекта. Настоящая сложность заключается в поиске поставщика, который сможет дать беспристрастные рекомендации и стратегически управлять различными процессами на протяжении всего периода разработки. Для успешного проведения тщательной оценки возможностей поставщика , ориентированной на комплексное сочетание технических и консультационных знаний, необходим настоящий партнер.

Многопроцессный портфельный и сравнительный анализ

Мы рассказываем о своих силах, проводя параллельный и активный технический анализ различных решений, а не просто перечисляя используемое оборудование. Получив вашу идею, мы подготавливаем сравнительные данные, стоимость, сроки выполнения, производительность для нескольких процессов, таких как услуги по быстрому прототипированию и быстрому изготовлению оснастки. Это беспристрастное сравнение является основой для правильного выбора метода прототипирования , что позволяет достичь как непосредственной необходимости проверки, так и долгосрочной цели производства.

Поэтапное техническое консультирование

Мы — активная техническая консалтинговая компания. Мы проводим анализ сложности функций, потребностей в итерациях и прогнозируем объемы работ на основе поэтапных обзоров. Эта полезная информация позволяет нам предлагать стратегические шаги, например, проведение функционального тестирования с использованием гибкого подхода к прототипированию до начала разработки программного обеспечения для пилотного производства. Именно мы выявляем проблему слишком ранней привязки к одному методу работы, что может оказаться очень дорогостоящим.

Интегрированная непрерывная передача данных и обеспечение качества.

Любая реальная оценка должна подтвердить возможность обеспечения плавного перехода. Мы поддерживаем непрерывную цифровую цепочку и систему контроля качества, которая охватывает все операции, начиная с самых первых партий быстрого прототипирования и заканчивая пилотным производством. Именно поэтому при переходе на новый этап не возникает необходимости в повторной квалификации, что обеспечивает стабильность и безопасность вашего графика разработки.

Данная концепция предусматривает формирование стратегического производственного партнерства. Наше преимущество заключается в тщательно разработанной методологии организации процессов, которая обеспечивает нашим клиентам решающее преимущество в эффективности разработки и контроле затрат. Мы обеспечиваем бесперебойное выполнение всех этапов от прототипирования до производства, что является самой сложной задачей.

Рисунок 3: Демонстрация прецизионных металлических компонентов, изготовленных методом быстрого прототипирования, для сравнения методов и оценки их эксплуатационных характеристик.

Почему комплексная услуга прототипирования имеет ключевое значение для контроля проектных рисков и коммуникационных издержек?

Сложная задача координации действий множества специализированных поставщиков для производства одного прототипа может легко привести к потере контроля, отсутствию подотчетности и, следовательно, к увеличению риска. Кроме того, фрагментированная цепочка поставок ограничивает контроль проектных рисков , вызывает задержки в решении проблем, а также ставит под угрозу интеллектуальную собственность. В данной статье объясняется, что единое комплексное решение , которое благодаря интегрированному управлению процессами может напрямую устранить эти системные угрозы для программы:

Устранение пробелов в подотчетности

• Единая ответственность: Единый технический руководитель проекта отвечает за весь рабочий процесс от САПР до контроля качества , что исключает перекладывание вины между поставщиками.
• Замкнутый поток данных: наша цифровая цепочка связывает данные проектирования, обработки и контроля, что позволяет проводить анализ первопричин в рамках единой системы для интегрированного рабочего процесса прототипирования .

Снижение затрат на связь и координацию

1. Единый интерфейс: Вам нужно работать только с одной выделенной командой, которая знает все до мельчайших деталей. Это позволяет сократить количество совещаний, при этом поток информации остается одинаковым для всех услуг быстрого прототипирования .
2. Единые стандарты: это единая система управления качеством, которая контролирует все этапы, от прецизионной обработки до финишной отделки , что позволяет избежать отклонений от технических характеристик и доработок.

Защита интеллектуальной собственности и поддержание потока данных

• Контролируемый доступ к данным: ваш IP-проект хранится в нашей защищенной, прошедшей аудит системе и никогда не будет передан нескольким сторонним поставщикам.
• Синхронизированное планирование: наш внутренний план синхронизирует все этапы процесса, тем самым преобразуя задержки, возникающие при передаче задач от разных поставщиков, в непрерывный, ускоренный и гибкий процесс разработки.

Эта комбинированная модель направлена ​​на получение детерминированных результатов. Мы обеспечиваем плавный и ответственный рабочий процесс, устраняя высокие скрытые затраты и риски, связанные с управлением несколькими поставщиками. Наша услуга прототипирования полного цикла выступает в качестве вашего выделенного технического партнера, обеспечивая ясность, безопасность и скорость от концепции до проверки.

Рисунок 4: Демонстрация быстрого прототипирования с использованием желтой пластиковой нити для экономически эффективной проверки конструкции и выбора метода.

Часто задаваемые вопросы

1. Что лучше для прототипирования: 3D-печать или обработка на станках с ЧПУ?

Все зависит от ваших потребностей. 3D-печать позволит создать отличный прототип со сложной геометрией и чрезвычайно малыми партиями ( 1-5 штук ), в то время как обработка на станках с ЧПУ обеспечит функциональную проверку и тестирование сборки, требующие очень высокой точности, хороших механических свойств и реалистичных характеристик материала.

2. Может ли точность деталей, изготовленных методом быстрого прототипирования, достичь уровня массового производства?

Точность прототипирования, выполненного на станках с ЧПУ , более чем достаточна для массового производства и даже превосходит его (например, ±0,05 мм ). Точность и качество поверхности деталей, напечатанных на 3D-принтере, обычно уступают деталям массового производства и в основном используются для проверки формы и соответствия размеров.

3. Если мне нужно произвести 50-100 штук небольшой партией, какой метод мне следует выбрать?

Этот параметр очень чувствителен. Необходима всесторонняя оценка сложности деталей, материалов, бюджета и сроков поставки. Обычно вакуумное литье или быстрое формование алюминия обеспечивают самую низкую цену, в то время как обработка на станках с ЧПУ или 3D-печать по металлу идеально подходят для деталей сложной конструкции или специальных материалов. На самом деле, каждый случай следует рассматривать индивидуально.

4. Можете ли вы помочь мне оптимизировать дизайн, чтобы снизить затраты на прототипирование?

Конечно. Компания LS Manufacturing может предоставить бесплатный DFM-анализ . Мы предложим вам варианты оптимизации выбранного вами процесса изготовления прототипа, чтобы помочь вам сэкономить в среднем 10-30%.

5. Как вы защищаете права интеллектуальной собственности на этапе создания прототипа?

Для обеспечения безопасности ваших идей мы заключаем юридически обязывающие соглашения о неразглашении (NDA), все файлы проекта хранятся на зашифрованных серверах, а наши сотрудники проходят строгую подготовку по вопросам конфиденциальности.

6. Предоставляете ли вы услуги по постобработке прототипов (например, покраску, распыление, трафаретную печать)?

Наши услуги по постобработке являются комплексными и предоставляются в одном месте. В их число входят, помимо прочего, пескоструйная обработка, покраска, гальваническое покрытие, трафаретная печать и другие. Вы получите готовый продукт, который можно будет продемонстрировать или протестировать.

7. Сколько времени проходит с момента подачи документов до получения коммерческого предложения?

Для стандартных заказов мы гарантируем предоставление предварительной сметы и некоторых вариантов компоновки технологического процесса/производства в течение 2 рабочих часов . Детальная оценка сложных деталей может занять 4-6 часов .

8. Существует ли ограничение по минимальному объему заказа (MOQ)?

Что касается услуг по созданию прототипов, мы можем помочь вам, начиная с заказа от 1 штуки; поэтому у нас нет ограничений по минимальному объему заказа. Мы стремимся помочь вам достичь ваших целей валидации наиболее экономически эффективным способом.

Краткое содержание

Принятие взвешенного решения между быстрым и традиционным прототипированием — это не однозначный выбор, а скорее динамический процесс, учитывающий этап проекта, цели валидации, бюджет и сроки. В основе вопроса лежит понимание реальной стоимости, сроков и возможностей каждого процесса. Наиболее успешная разработка продукта поддерживается такими партнерами, как LS Manufacturing, которые благодаря многопроцессной интеграции могут гибко предлагать и следовать оптимальному пути для обеспечения максимальной отдачи от НИОКР.

Просто пришлите нам чертежи деталей и ваши требования. Наша команда экспертов предоставит вам бесплатный « Отчет об анализе решения для многопроцессного прототипирования » в течение 4 часов . Отчет содержит подробное сравнение стоимости, сроков выполнения и производительности 2-3 решений, таких как обработка на станках с ЧПУ, 3D-печать и вакуумное формование , что поможет вам принять наиболее выгодное решение.