كيفية صنع نموذج أولي من البلاستيك

ويحتاج تطوير الأفكار إلى منتجات فعلية إلى تخطيط شامل، حيث تبرز النماذج الأولية البلاستيكية كخطوة أساسية. يستخدم المهندسون والمصممون النماذج الأولية البلاستيكية للتحقق من تشغيل المنتج ومراجعة جماليات المنتج مع جمع ردود أفعال العملاء قبل الانتقال إلى الإنتاج النهائي. وتوفر تقنية النماذج الأولية للمنتج في شركة فيرست ملد وظائف متعددة تتيح تقييم الأداء الوظيفي وعروض المستثمرين. تسمح هذه الطريقة باستقبال المستهلكين لضمان التطوير الأمثل للتصميم ووضوح سير عمل المشتريات.

تنتج الشركات نماذج أولية عالية الجودة تتطابق تمامًا مع المنتجات النهائية من خلال طرق تصنيع النماذج الأولية البلاستيكية المختلفة. تتضمن بعض التقنيات القياسية في شركة Firstmold الطباعة ثلاثية الأبعاد، والتصنيع باستخدام الحاسب الآلي، والقولبة بالحقن السريع. ويصبح الحل أكثر فعالية من حيث التكلفة والكفاءة عندما تختار الشركات المواد وتقنيات النماذج الأولية المناسبة لأنها تقلل من نفقات الإنتاج وتقلل من المخاطر. تتكون العملية الكاملة للنماذج الأولية البلاستيكية من أربعة أقسام رئيسية، بما في ذلك تحديد الغرض واختيار المواد. ثم تنتقل بعد ذلك إلى الاختبار قبل الوصول إلى نقطة التحسين النهائية.

لماذا تحتاج إلى نموذج أولي بلاستيكي؟

يستخدم المهندسون والمصممون النماذج الأولية البلاستيكية لربط مفاهيمهم بين عمليات التصميم والإنتاج على نطاق واسع. تتيح النسخة المادية من المنتج للفرق تقييم شكله وقدرته على العمل وجاهزيته للإنتاج خلال مراحل التطوير المبكرة. يساعد هذا الإجراء الاستباقي المصممين على تحسين منتجاتهم وتقليل مخاطر الإنتاج، مما يقلل من الإنفاق على الأخطاء التي يمكن تجنبها مع توفير انتقال أفضل من مرحلة التطوير إلى مرحلة التصنيع. فيما يلي بعض الأسباب التي تجعل النماذج الأولية البلاستيكية مفيدة.

تصور التصميم

يحول النموذج الأولي التصاميم الرقمية إلى نقاط تلامس فعلية لأن المصممين يستخدمون النماذج الأولية لتقييم الجماليات وبيئة العمل ووجود الشكل في التفاعلات العملية. تسمح التفاعلات مع النماذج المادية للمصممين بالتعرف على مشكلات التصميم، وتحسين أبعاد المنتج، وتحسين قابلية الاستخدام قبل التصنيع. يمكّن اختبار النموذج الأولي من خلال التقييم العملي من التحقق من جودة المنتج للتحقق من وظائف التصميم ومعايير المظهر وتحديد المشكلات المتعلقة بالبناء أو المواد. يمنح نهج الاختبار المادي المصممين ملاحظات حول ظروف العالم الحقيقي التي لا يمكن للنمذجة الرقمية وحدها اكتشافها. يمكن تطوير جودة المنتج وتجربة المستخدم إلى جانب الكفاءة من خلال إجراءات النماذج الأولية التكرارية.

الاختبار والتنقيح

يمكن للمهندسين الوصول إلى إمكانيات التقييم التشغيلي في العالم الحقيقي من خلال تصنيع نماذج أولية بلاستيكية. يختبر المهندسون قوة المتانة إلى جانب سلوك المواد للتحقق من أن التصميم يفي بمعايير الأداء. يتيح اختبار مراحل الإنتاج المبكرة للمهندسين اكتشاف نقاط الضعف، وبالتالي منع ظهور مشاكل كبيرة خلال دورات التطوير اللاحقة. يتيح اختبار النماذج الأولية البلاستيكية للمهندسين تعزيز القوة الهيكلية مع اختيار مواد أفضل لمنتجاتهم وتحسين التصميم من خلال تحليل البيانات الموضوعية. تعمل التعديلات السريعة على التصميم على تحسين الموثوقية والكفاءة، مما ينتج عنه منتج نهائي أكثر قوة. تضمن عملية التقييم المتكررة عمل التصميم وفقاً للمواصفات للتقدم إلى نطاق التصنيع الكامل.

تحسين الأداء الوظيفي

الغرض من النموذج الأولي هو التحقق من طريقة عمل المكونات مع التحقق من دقة الملاءمة والمحاذاة والتحقق من أداء النظام. ويؤدي تقييم الوظائف وتحديد المشكلات إلى قيام المهندسين بتنفيذ التعديلات المطلوبة. يصبح من الممكن تحسين جودة المنتج مع تعزيز الكفاءة وسهولة الاستخدام من خلال تنقيح التصميم قبل البدء في الإنتاج بكميات كبيرة.

تحسين قابلية التصنيع

كثيرًا ما تُحدث عمليات التصنيع مشاكل إنتاج غير متوقعة. عندما يقوم المصنعون بإنتاج نموذج أولي من البلاستيك، يكتشفون مشاكل التصنيع الناتجة عن تباين المواد وتعقيدات الأبعاد. يقوم المهندسون بحل مشاكل الإنتاج مسبقًا من خلال الوقاية المبكرة لتبسيط طرق الإنتاج وتقليل التأخيرات الزمنية المكلفة.

سيناريوهات تطبيق النماذج الأولية البلاستيكية في الصناعات المختلفة

التطبيق في صناعة السيارات

تعتمد شركات السيارات على النماذج الأولية البلاستيكية لمحاكاة مكوناتها الداخلية والخارجية المستقبلية. ويستخدم فريق المهندسين تحليل العناصر المحدودة (FEA) والاختبارات الميدانية الفعلية لتقييم مدى ملاءمة الأجزاء معاً، ومدة تحملها وصلابتها.

يقوم مهندسو الاختبار بتقييم الخواص الميكانيكية للمكونات، بما في ذلك قوة الشد ومقاومة الصدمات والتمدد الحراري، للتحقق من مقاومة المواد لعوامل الإجهاد والتغيرات في درجات الحرارة. يكشف اختبار النماذج الأولية عن المشكلات المحتملة مثل الاعوجاج والانكماش وكذلك ضعف الأجزاء في المنتجات المصنوعة عن طريق القولبة بالحقن حتى يمكن تحسين تصميم القالب. يستخدم المهندسون عمليات محاكاة ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD) كجزء من عملهم لتحسين الديناميكا الهوائية للمكونات الخارجية.

يوضح الاختبار كيفية تكامل الأجزاء مع الأنظمة الحالية لتمكين الاتصال السلس وقابلية التشغيل البيني بين جميع أدوات التثبيت والمواد اللاصقة والتركيبات الإلكترونية. تقلل الشركات المصنعة للمنتجات من هدر التصنيع وتعزز الكفاءة التشغيلية وتحسين أداء المركبات من خلال تعديل التصاميم أثناء التطوير الأولي للمنتج.

التطبيق في الصناعة الطبية

ينتج عن عمل المهندسين الطبيين نماذج أولية بلاستيكية تساعد في تطوير الأجهزة الطبية وكذلك الأدوات الجراحية خلال مراحل إنشائها. تقوم فرق التصنيع بإجراء تقييمات التوافق الحيوي أثناء إجراء الاختبارات على خصائص البلاستيك الطبي لسلامة المواد إلى جانب معايير الأداء. يمكن للعاملين في مجال الرعاية الصحية والجراحين تقييم بيئة العمل الخاصة بالتصميم من خلال النماذج الأولية لأن الأجهزة تسمح بإجراء فحوصات فعلية لقابلية الاستخدام والراحة.

يقوم المهندسون بتقييم قدرات التمدد والصلابة وخصائص الحركة للوصول إلى المواصفات الدقيقة. ويسرّع الجمع بين تقنيات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي وتقنيات التصنيع المضافة من تطوير الغرسات المخصصة والأجهزة الطبية التشخيصية والأطراف الصناعية من خلال النماذج الأولية السريعة. يعمل المهندسون الذين يحسّنون النماذج الأولية على تحسين معايير السلامة الطبية والدقة الإجرائية إلى جانب التقدم في تطوير المنتجات الطبية.

الإلكترونيات الاستهلاكية

يعتمد تقييم حاويات وأزرار الإلكترونيات الاستهلاكية ومكوناتها على النماذج البلاستيكية كأدوات يستخدمها المهندسون. فهم يتحققون من الملاءمة المناسبة والمتانة وخصائص تبديد الحرارة لضمان الأداء والموثوقية.

تشمل مزايا النماذج الأولية اختبار المواد، مما يؤكد القوة ضد الصدمات ومعايير الثبات الهيكلي. يقوم المهندسون بفحص ردود الفعل اللمسية للأزرار للتأكد من حصول المستخدمين على استجابات متسقة من خلال تفاعلات اللمس الموحدة.

يتم تحسين أداء المبيت الإلكتروني من خلال برامج محاكاة درجة الحرارة، مما يحسن تدفق هواء النظام وإدارة الحرارة. يتحسن تصميم المكونات التي يتم تركيبها بشكل سريع وملائم للبراغي من خلال تقنيات النماذج الأولية لتحسين أساليب التجميع. يقوم المصنعون الذين يعملون على حل مشكلات التصميم في جميع مراحل الإنتاج بإنشاء جودة ممتازة للمنتج مع زيادة طول العمر الافتراضي وجعل التصنيع الضخم أكثر فعالية.

الفضاء الجوي

كما يقوم المهندسون الذين يعملون في مجال تصميم الطائرات وتطوير النماذج البلاستيكية لبناء مكونات خفيفة الوزن بإظهار خصائص الأداء المحسنة. تقوم اختبارات الدخان بتقييم ثلاثة مكونات: الديناميكا الهوائية، والقوة الهيكلية، والقدرة على التحمل الحراري لأغراض الموثوقية.

ينتج عن تصنيع المكونات المعقدة من خلال طرق الإضافة إنتاج نماذج أولية سريعة تحقق تقليل هدر المنتج إلى جانب تقصير أوقات الإنتاج. يقوم المهندسون بإجراء اختبارات لقوة الشد ومقاومة الإجهاد والتخميد الاهتزازي لتحسين المتانة.

تمكّن عمليات محاكاة ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD) المهندسين من تحسين أداء المكونات الحرجة من خلال إدارة تدفق الهواء بالإضافة إلى تقييم التحكم الحراري. ستسمح النماذج الأولية للباحثين بتحديد مدى التفاعل بين المكونات والمعدن والمواد المركبة.

يعد اختيار المواد أحد الجوانب المهمة في صناعة الطيران. فالاختيار المناسب للمواد، مثل النماذج الأولية البلاستيكية، يعزز الإنتاجية. يمكن أن تساعد هذه المواد على تقليل وزن الطائرات، وبالتالي زيادة الكفاءة التشغيلية لصناعة الطيران.

طلب الحصول على معدات صناعية

تعمل النماذج الأولية البلاستيكية بشكل جيد في الإنتاج الصناعي من خلال تطبيقاتها الواسعة. تعتمد غالبية معدات المصانع على مستويات دقة دقيقة. وتؤدي عيوب الماكينات إلى معظم الحوادث التي يتم الإبلاغ عنها في المنشآت الصناعية. يعد تحديد هذه العناصر الرئيسية الثلاثة أمرًا ضروريًا للمهندسين عند تصميمهم للماكينات. تعتبر النماذج الأولية البلاستيكية أدوات ضرورية عند استخدامها في مثل هذه التطبيقات.

تمكن المواد البلاستيكية من اختبار وتحديد تشغيل المعدات الصناعية، والتي تعمل بشكل أفضل في ظل ظروف الحرارة الحرارية الشديدة والاحتكاك الشديد. يسمح استخدام طرق التنقيح أثناء تصميم المكونات بتحسين ميكانيكا التجميع وتقليل الاحتكاك، مما يؤدي إلى تحسين الإنتاج الميكانيكي. يُمكِّن تحليل FEA الصناعات من تحديد المناطق التي يمكن أن تتعطل فيها المنتجات قبل انتهاء عمرها الإنتاجي المتوقع.

خطوات إنشاء نموذج أولي بلاستيكي

الخطوة 1: تحديد الأهداف والمتطلبات

الهدف المناسب هو عنصر أساسي في التصميم الهندسي. أثناء إنشاء النماذج الأولية البلاستيكية، يجب أن يبدأ المهندسون بتحديد هدفهم. يمكن ربط الهدف بمتطلبات النموذج الأولي. ينشأ الهدف من المشكلة التي يحتاج النموذج الأولي إلى حلها. تعتمد قدرات فحص النماذج الأولية للاختبار بشكل كبير على مدى توافق خصائصها الميكانيكية مع الخصائص الميكانيكية المتوقعة في المنتج النهائي المصنّع. الهدف الرئيسي للنماذج الأولية للعرض المرئي هو تحقيق جودة سطح عالية وتفاصيل دقيقة للمكونات. تتطلب النماذج الأولية لردود فعل المستخدم تحسين بيئة العمل والمظهر الفعال في التصميم من خلال تحديد الغرض الأساسي في البداية.

تحدد القيود المالية للمشروع المواد التي سيتم استخدامها وتقنيات الإنتاج ونفقات المعدات. ويعتمد الاختيار بين الطباعة ثلاثية الأبعاد والتصنيع باستخدام الحاسب الآلي على متطلبات حجم النموذج الأولي، ولكن أصبح القولبة بالحقن ضرورية للتصنيع بكميات كبيرة. يؤدي اختيار طرق التصنيع الميسورة التكلفة التي لا تؤثر على جودة المنتج إلى الاستدامة الاقتصادية. فيما يلي معادلة تحديد التكلفة الإجمالية لإنشاء النموذج الأولي.

C_{الإجمالي}=C_m+C_p+C_ص

C_{الإجمالي} هي التكلفة الإجمالية, C_m تكلفة المواد الخام, C_p تكلفة المعالجة، و C_ص هي نفقات ما بعد المعالجة.

يساعد الجدول الزمني المصمم للواقعية في الحفاظ على تقدم المشروع. يجب أن يحدد المشروع قيودًا زمنية لجميع مراحل التطوير، بدءًا من التصميم ومرورًا بالتصنيع وانتهاءً بالاختبار. يعتمد الجدول الزمني للتصنيع بأكمله على المهل الزمنية لاقتناء المواد وعمليات التصنيع وأنشطة ما بعد المعالجة. ويعطى الوقت الإجمالي للمشروع على النحو التالي:

T_{الإجمالي}=T_d+T_m+T_t

T_{الإجمالي} هو زمن التصميم, T_m هو زمن التصنيع، و T_t هو وقت الاختبار. 

الخطوة 2: التصميم والنمذجة ثلاثية الأبعاد

يحدد مستوى الدقة في النموذج ثلاثي الأبعاد جميع معايير الجودة الحاسمة اللازمة لإنتاج نماذج أولية بلاستيكية ناجحة. يتيح برنامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) للمهندسين إنشاء تصميمات نماذج أولية محسنة باستخدام أدوات التطبيق. يتيح التصميم الذي خضع للتحسين المناسب إمكانية تصنيع المنتجات بكفاءة مع تقديم أداء متميز بسعر معقول.

اختر برنامج CAD المناسب

يعتمد إنتاج النماذج الأولية الجيدة على برامج CAD المتقدمة التي تمكن المهندسين من تصميم نماذج ثلاثية الأبعاد دقيقة.

يمنح برنامج SolidWorks مستخدميه قدرات نمذجة بارامترية قوية للتصاميم الميكانيكية والصناعية، إلا أن برنامج Fusion 360 يتألق بشكل أفضل عند استخدامه للنماذج السطحية التي تتطلب التعاون السحابي. ويتميز البرنامج بأفضل القدرات للصياغة ثنائية الأبعاد وتطبيقات النمذجة ثلاثية الأبعاد البسيطة. ويخدم البرنامجان CATIA و NX التطبيقات الصناعية والسيارات عالية الدقة بسبب قدراتهما القوية. يمكّن استخدام النمذجة القائمة على الميزات في التصميم المطورين من وضع قيود هندسية وتعيين التفاوتات وتحديد هدف التصميم، وبالتالي إنشاء نماذج أولية بلاستيكية صلبة وقابلة للإنتاج.

تحسين قابلية التصنيع

يقلل إنشاء نموذج أولي من البلاستيك القابل للتصنيع من مشاكل التصنيع إلى جانب نفقات الإنتاج. ويتضمن العامل الرئيسي الذي يجب مراعاته أثناء التصميم تقليل الهياكل غير المدعومة والامتدادات المتراكمة. يحتاج أي تراكب بزاوية تتجاوز 45 درجة في الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد إلى هياكل داعمة تتسبب في زيادة هدر المواد ووقت إجراء ما بعد الطباعة. يصل الحد المقبول للزوايا المتراكمة إلى الحد الأقصى عند:

θ_{الحد الأقصى}≈45°

يجب دمج الزوايا ذاتية الدعم أو شرائح التصميم كلما أصبحت الزوايا المتدلية أمرًا حتميًا لتقليل الحاجة إلى الدعم. يكتسب الفحص الصحيح لسمك الجدار أهمية أساسية نظرًا لأن الجدران ذات الجودة المنخفضة تتشوه أو تنكسر في نهاية المطاف عندما تتعرض للإجهاد. أثناء عمليات التصنيع، يجب الحفاظ على الحد الأدنى من متطلبات مواصفات محيط المواد.

يصبح تحقيق التبريد المتوازن وانخفاض تطور الإجهاد ممكناً من خلال الحفاظ على سُمك موحد للجدار. يجب استخدام تعزيزات الأضلاع بشكل صحيح لمواجهة ضعف المقطع الرقيق دون إنتاج وزن غير ضروري للمادة. يؤدي تكوين زوايا داخلية حادة إلى تراكم الإجهاد الموضعي مما يزيد من فرصة فشل المادة. توافق الشرائح على نشر توزيع الإجهاد في جميع أنحاء المادة. يظهر حساب عامل تركيز الإجهاد (SCF) على النحو التالي:

K_t​= 1+2(ص/د)

يشترط الأطباء المقيمون أن يكون نصف قطر الشريحة r وسُمك المقطع d. يبلغ الحد الأدنى لنصف قطر الشريحة الموصى به للأجزاء المصبوبة بالحقن 0.5 × سُمك الجدار لتحسين متانة المكوّن إلى جانب تقليل مخاطر الفشل.

ضمان القوة والجمال والوظائف الوظيفية

يجب على المهندسين المعنيين بتصنيع النماذج الأولية البلاستيكية إنشاء طرق السلامة الهيكلية مع بناء القدرات الجمالية والاختبارات الوظيفية. يسمح تحليل العناصر المحدودة (FEA) بمحاكاة القوى الأساسية، مما يمكّن الباحثين من تقييم توزيعات إجهاد فون ميزس في جميع أنحاء النظام.

σ_v=√[(σ₁-σ₂)²+(σ₂-σ₃)²+(σ₃-σ₁)²]/2

المكان σ₁, σ₂و σ₃ هي الإجهادات الرئيسية. تفشل المادة فقط إذا ظل الإجهاد أقل من قوة الخضوع (σ_yield).

تعمل التركيبات السطحية المطبقة على الأجزاء على تقليل العيوب في المكونات المصبوبة بالحقن، كما أنها تعمل مع التشطيبات المادية على حل مشكلات الوهج وبقع بصمات الأصابع. تحتاج النماذج الأولية المرئية إلى معالجات تشطيبية، بما في ذلك إجراءات الطلاء أو التلميع، لتحقيق جودة متقدمة.

الخطوة 3: اختر طريقة وضع النماذج الأولية

توجد تقنيات متعددة لتتناسب مع سرعة عمليات النماذج الأولية البلاستيكية ودقتها وفعاليتها من حيث التكلفة. توفر طريقتا الطباعة ثلاثية الأبعاد FDM SLA وSLS تقنيات تصنيع لبناء الأجزاء البلاستيكية.

تنتج هذه التقنيات أشكالاً معقدة مع دورات تطوير متسارعة. يعمل الحل السريع والمناسب للميزانية بشكل مثالي لصنع عدد قليل من العناصر في وقت واحد. إن التصنيع باستخدام الحاسب الآلي هو الطريقة الرئيسية لإنتاج نماذج أولية عالية الدقة لأنها توفر متانة ودقة ممتازة مع إمكانات التكرار، مما يجعلها مثالية للاختبار الوظيفي والتحقق من صحة الميكانيكية.

تستفيد الشركات، بما في ذلك شركة First Mold، من الحقن السريع للأدوات كشكل من أشكال إنتاج النماذج الأولية البلاستيكية. تعزز هذه التقنية تطوير مخرجات جماعية عالية الجودة. تتمتع الشركات بمزايا الأسعار التنافسية لمتطلبات الإنتاج. بالنسبة لتصنيع الدفعات الصغيرة، تحقق عملية الصب بالتفريغ نتائج متميزة لأنها تكرر مواصفات القولبة بالحقن مع تقديم خيارات متنوعة ومرنة من المواد.

الخطوة 4: اختيار المواد

يحدد اختيار المواد البلاستيكية المناسبة نجاح الحصول على السمات الميكانيكية والسلوك الحراري والصفات الجمالية المطلوبة في النماذج الأولية البلاستيكية. تستخدم قطع الإلكترونيات الاستهلاكية وقطع غيار السيارات الأكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS) كمادة مفضلة لأنها توفر قوة استثنائية ومقاومة قوية للصدمات.

الخطوة 5: الاستعانة بمصادر خارجية مقابل الاستعانة بمصادر خارجية

يعتمد اختيار تصنيع النموذج الأولي من البلاستيك داخل خط إنتاج المؤسسة أو الاستعانة بمصادر خارجية من الشركات المصنعة الأخرى على عوامل عديدة. وبينما تشارك فاستمولد في إنتاج هذه المنتجات، يتم الاستعانة بمصادر خارجية لتصنيع بعض الأجزاء المختلفة. كمهندس، يجب على المرء كمهندس تقييم عوامل الإنتاج، بما في ذلك توافر المواد، ووقت الإنتاج، ومدى إلحاح المنتج.

على سبيل المثال، مع وجود خط إنتاج وآلات واضحة المعالم، تعتمد First Mold بشكل أساسي على طريقة "اصنعها بنفسك" بدلاً من الاستعانة بمصادر خارجية. تُظهر المراحل الأولية للتطوير وتعديلات التصميم السريعة أفضل أداء لطريقة النماذج الأولية التي تتم بطريقة "اصنعها بنفسك". يمكنك استخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد المتوفرة لديك أو ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي لعمل النماذج الأولية داخل مؤسستك، مما يوفر تحكمًا أفضل ونتائج أسرع بمستوى ميزانية مماثل. تُظهر تقنيات DIY نقاط ضعف في إنتاج مكونات ذات دقة عالية وتفاوتات ضيقة وأداء متقدم للمواد.

يجب اختيار الشركات المصنعة المحترفة لإنتاج النماذج الأولية البلاستيكية التي تتطلب دقة عالية وخصائص هندسية معقدة وجودة من الدرجة الصناعية. ويتفوق البائعون المتخصصون على المعدات الداخلية من خلال توفير قدرات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي عالية الدقة والقولبة بالحقن والطباعة ثلاثية الأبعاد من الدرجة الصناعية. يُمكّن المصنعون الخبراء العملاء من الوصول إلى العديد من المواد إلى جانب خيارات التشطيب المتنوعة وطرق ما بعد المعالجة من خلال الاستعانة بمصادر خارجية. وتحتاج عملية التخطيط للاستعانة بمصادر خارجية إلى الاهتمام لأن مقدمي الخدمات المختلفين لديهم مهل زمنية وهياكل تكلفة مختلفة.

يتطلب الحصول على بائعين للاستعانة بمصادر خارجية تقييماً يركز على عناصر السعر والأطر الزمنية للبناء وقدرات الإنتاج وشهادات المستهلكين. تحقق من أن الشركة المصنعة تعمل وفقًا لمعايير الصناعة مع تقديم تسليم ثابت طوال الإطار الزمني المحدد مسبقًا.

الخطوة 6: الاختبار والتكرار

يصل تصنيع النموذج الأولي البلاستيكي إلى نقطة حاسمة مع الاختبار. يوضح الاختبار ما إذا كان التصميم يفي بمتطلباته الوظيفية. كما يضمن الاختبار أيضاً أن المنتج يفي بالمتطلبات الميكانيكية والمعايير الجمالية. ويستخدم تقييم العناصر الرئيسية من خلال الاختبار الوظيفي عمليات محاكاة تستنسخ الظروف الفعلية لاكتشاف نقاط الضعف قبل إطلاق المنتج. ويستخدم المهندسون تحليل العناصر المحدودة (FEA) للتنبؤ بكيفية توزيع الإجهاد نفسه وكيفية تشوه العناصر في جميع أنحاء هياكلها. يتيح الاختبار الفيزيائي للمصنعين التحقق من سلامة المنتج من خلال فحوصات اختبار السقوط الحامل وتقييمات مقاومة الإجهاد الحراري للمواد المختارة.

تعتبر آراء العملاء حول وظائف المنتج أساسية في تطوير نموذج أولي أفضل. تُظهر الاختبارات المعملية مع المستخدمين النهائيين والمهندسين وأصحاب المصلحة القدرة القيّمة على تحديد المشكلات المتعلقة بالنظام التي تؤثر على قابلية الاستخدام مع اكتشاف التغييرات السهلة الاستخدام على المظهر المادي. يجب أن يعالج اختبار عنصر التنقل الكفاءة الوظيفية وسهولة التجميع والإدراك اللمسي لتلبية متطلبات المنتج. يستفيد النموذج الأولي من ترقيات الأداء المتعددة من خلال المدخلات المباشرة من التطبيقات الواقعية، مما يؤدي إلى تعزيز قابلية الاستخدام بين المستخدمين النهائيين.

تتضمن الخطوة الأولى من استراتيجية تحسين التصميم جمع البيانات من الملاحظات المستلمة. يقوم المهندسون بتعديل نموذج التصميم بمساعدة الحاسوب قبل إنشاء الإصدار الجديد من خلال تغيير التفاوتات وتحسين الأشكال الهندسية وتنفيذ تعديلات التصميم. ويضمن التحسين التكراري للمنتج تلبية المصنعين للخصائص المطلوبة. وتزيل هذه العملية الأخطاء المحتملة في تلبية طلبات العملاء.

توفير التكلفة في النماذج الأولية البلاستيكية

يجب اختيار المواد الفعالة من حيث التكلفة أولاً كنهج لخفض النفقات للنماذج الأولية البلاستيكية مع التوافق مع أهداف النموذج الأولي. تظل نماذج النماذج الأولية ملائمة للميزانية في مراحل التصميم الأولية من خلال استخدام مواد PLA و ABS لأنها تقدم أداءً ممتازًا مع خفض النفقات. عند اختيار مواد النماذج الأولية الوظيفية، يعد اختيار المواد التي تتميز بخصائص القوة والحد الأدنى من عوامل التكلفة والمتانة أمرًا بالغ الأهمية.

يستخدم الخبراء تقنيات تحسين التصميم المكتوبة لتقليل المواد أثناء الإنتاج وتسريع عمليات التصنيع، وبالتالي خفض تكاليف التصنيع. يقوم المهندسون بتنفيذ هذه الأهداف من خلال عناصر دعم مبسطة وأبعاد جدارية موحدة وإزالة كل مكون من مكونات الأجهزة.

لتقليل النفقات، يجب أن يتناسب اختيار تقنيات النماذج الأولية المناسبة مع كمية الإنتاج ومستوى تعقيد التصميم. تستفيد التصاميم التقنية منخفضة الحجم من الطباعة ثلاثية الأبعاد، ويستخدم الإنتاج المعقد عالي الدقة التصنيع باستخدام الحاسب الآلي. عندما يستعين الإنتاج الصناعي بمصادر خارجية لمصنعي النماذج الأولية البلاستيكية، فإنه يحصل على خبرة متخصصة بأسعار مخفضة بالجملة من خلال الوصول إلى معدات الإنتاج المتقدمة. يجب تقييم الموردين من خلال هذه العوامل لتحقيق أفضل الحلول، والجمع بين الفعالية من حيث التكلفة والجودة الممتازة والتسليم السريع.

دراسات الحالة والأدوات

يوفر استخدام تقنيات النماذج الأولية البلاستيكية بشكل كبير في الإنتاج الصناعي وفقًا للتطبيقات الصناعية العملية. فقد انخفضت تكاليف التصنيع في شركة ناشئة للإلكترونيات الاستهلاكية بنسبة 401 تيرابايت في 4 تيرابايت من خلال استخدام النماذج الأولية البلاستيكية المطبوعة ثلاثية الأبعاد في مرحلة الاختبار المبكر. اكتشفت الشركة من خلال تكرارات طباعة FDM وSLA عيوب التصميم الإشكالية، مما حال دون استخدام أدوات حقن الصب المكلفة. وقد أدى التنفيذ المبكر لهذا النهج إلى توفير نفقات التصنيع وتجنب نفقات الأدوات وإعادة العمل غير الضرورية، مما سهل الاستعداد للإنتاج بكميات كبيرة.

تعمل كل من SolidWorks و Fusion 360، إلى جانب ANSYS، على تعزيز الكفاءة من خلال أدوارها في محاكاة نمذجة التصميم بمساعدة الحاسوب والتحليل الهيكلي. ويصبح تحسين مواد صلاحية التصميم واختبار الضغط على التصاميم ممكناً من خلال هذه الأدوات خلال فترة الإنتاج قبل بدء التصنيع المادي. يساعد برنامج تقدير تكاليف التصنيع المهندسين في مقارنة نفقات المنتج بين المواد وطرق الإنتاج إلى جانب الموردين لإيجاد الحل الأكثر اقتصاداً في النماذج الأولية.

الخاتمة

قبل الالتزام بالإنتاج بكميات كبيرة، يجب على الشركات تصميم نماذج أولية بلاستيكية تؤكد الأداء الوظيفي وتصميم المنتج من خلال الاختبار مع تعزيز كفاءة عملية التصنيع. تحقق الشركات متطلبات النماذج الأولية من خلال تحديد الأهداف واختيار المواد المناسبة واستخدام طرق التصنيع البلاستيكية المناسبة لإنشاء النماذج الأولية.

يمكن لدورات الاختبار والتحسين المتكررة تحسين أداء المنتج وكفاءة التكلفة. وتساعد النماذج الأولية المناسبة للطرق البلاستيكية مع الموارد الداخلية أو المصنعين الخارجيين على تسريع سرعة الابتكار والحد من المخاطر من أجل الانتقال السلس من الأفكار إلى الإنتاج الضخم.