Se sei un progettista di prodotti, ingegnere, o imprenditore che si prepara allo sviluppo del prototipo, Una delle prime e le domande più critiche che dovrai affrontare è: Quali materiali possono essere utilizzati per l'elaborazione del prototipo? La scelta del materiale giusto influisce direttamente sulla funzionalità del prototipo, durata, costo, E anche quanto bene rappresenta il prodotto finale. In questa guida, Abbatteremo tutti i materiali prototipo comuni, dai metalli alla plastica e oltre, spiegherebbero le loro proprietà chiave, Casi d'uso ideali, e suggerimenti di elaborazione, Quindi puoi prendere una decisione informata per il tuo progetto.
Perché la scelta del materiale è importante per l'elaborazione del prototipo
Prima di immergersi in materiali specifici, chiariamo perché questa decisione è così importante. Un prototipo non è solo un "pezzo di prova", è uno strumento per convalidare il design, prestazioni di prova, e mostra il tuo prodotto alle parti interessate. Il materiale sbagliato può portare a:
- Test di prestazioni imprecisi: Per esempio, L'uso di una plastica debole per un prototipo di parte strutturale non rifletterà il modo in cui reggerà la versione in metallo finale.
- Tempo sprecato e denaro: Se un materiale è troppo difficile da macchina o non soddisfa le esigenze del tuo progetto, Dovrai riavviare il processo prototipo.
- Scarsa percezione delle parti interessate: Un prototipo di bassa qualità (PER ESEMPIO., una plastica fragile che si rompe facilmente) può minare la fiducia nel tuo design.
Ecco perché capire i professionisti, contro, e i migliori usi di ogni materiale sono essenziali. Sotto, Copriremo le tre principali categorie di materiali prototipo: leghe di metallo, acciaio inossidabile, E plastica—Le materiali speciali per esigenze uniche.
Leghe di metallo: Materiali prototipi forti e resistenti
Le leghe metalliche sono una scelta migliore per i prototipi che necessitano di resistenza, durezza, o resistenza all'usura. Sono comunemente usati per le parti industriali, componenti automobilistici, e prototipi strutturali. Abbattiamo le leghe metalliche più popolari per l'elaborazione del prototipo, le loro proprietà, e applicazioni ideali.
| Tipo in lega di metallo | Gradi comuni | Proprietà chiave | Metodo di elaborazione (Stampa CNC/3D) | Opzioni di trattamento superficiale | Casi di utilizzo del prototipo ideale |
| Leghe di alluminio | 2024, 6061, 6063, 6082, 7075, ADC12 | Leggero (densità: 2.7 g/cm³), buona forza, resistente alla corrosione | MACCHING CNC (più comune); 3D Stampa (per forme complesse) | Sabbiatura, Anodizzante, pittura | Parti aerospaziali, staffe automobilistiche, recinti elettronici |
| Bronzo | C51000, C54400 | Elevata duttilità, Buona conduttività elettrica | MACCHING CNC | Lucidare, placcatura | Connettori elettrici, parti decorative |
| Ottone | C26000 (Ottone a cartuccia) | Machinabile, resistente alla corrosione, Aspetto dorato | MACCHING CNC | Lucidare, laccatura | Prototipi decorativi, Componenti hardware |
| Rame | Rame elettrolitico (C11000) | Ottima conducibilità elettrica, malleabile | MACCHING CNC, 3D Stampa (metallo) | Lucidare, Tin Plating | Dissipatori di calore, prototipi elettrici |
| Lega di titanio | Ti-6al-4v | Rapporto elevato di forza-peso, resistente alla corrosione (anche in acqua salata) | MACCHING CNC (lento, a causa della durezza); 3D Stampa | Anodizzante, passivazione | Dispositivi medici, componenti aerospaziali |
| Lega di magnesio | AZ31B, AZ91D | Peso ultra-leggero (densità: 1.8 g/cm³), Buona rigidità | MACCHING CNC | Rivestimento di conversione chimica | Parti automobilistiche leggere, Elettronica di consumo |
| Lega di zinco | Per-8, Per-12 | Punto di fusione basso, facile da lanciare | Morire casting (per piccoli lotti), MACCHING CNC | Rivestimento di conversione cromato | Prototipi giocattoli, Piccole parti strutturali |
Note chiave sulle leghe di alluminio
Le leghe di alluminio sono i materiali metallici più utilizzati per i prototipi e per una buona ragione. Gradi come 6061 E 6063 sono facili da macchina (La lavorazione a CNC può finire a 6061 prototipo in 1-3 giorni) e offrire un grande equilibrio di forza e costo. 7075 L'alluminio è più forte (Utilizzato per parti ad alto stress) ma leggermente più difficile da macchina, Quindi può aggiungere 1-2 giorni al tempo di consegna del prototipo.
Dopo la lavorazione, I prototipi di alluminio sono spesso sabbia per rimuovere i segni degli utensili e anodizzato (un processo che aggiunge uno strato di ossido protettivo) per migliorare la qualità e la durata della superficie. Anodizing ti consente anche di aggiungere colore (PER ESEMPIO., nero, argento, blu) al tuo prototipo: perfetto per la presentazione.
Acciaio inossidabile: Resistenti ad alta resistenza e corrosione
L'acciaio inossidabile è un sottoinsieme di acciaio che contiene cromo (almeno 10.5%), che gli dà un'eccellente resistenza alla corrosione. È ideale per i prototipi che saranno esposti all'umidità, prodotti chimici, o alte temperature. Di seguito sono riportati i tipi di acciaio inossidabile più comuni per i prototipi.
| Tipo di acciaio inossidabile | Gradi comuni | Proprietà chiave | Machinabilità (1= Facile, 5= Duro) | Magnetico? | Casi di utilizzo del prototipo ideale |
| Austenitico (Più comune) | 304, 316 | Non magnetico, elevata resistenza alla corrosione, Duchi | 3 (Moderare) | NO | Attrezzatura per la trasformazione alimentare, Strumenti medici, parti marine |
| Ferritico | 409, 430 | Magnetico, Buona resistenza alla corrosione, Costo inferiore | 2 (Facile) | SÌ | Parti di scarico automobilistico, elettrodomestici |
| Martensitico | 410, 420 | Magnetico, induribile (tramite trattamento termico), alta resistenza | 4 (Difficile) | SÌ | Utensili da taglio, valvole, Parti meccaniche ad alto stress |
| Acciaio zincato | G90, G60 | Rivestito di zinco (impedisce la ruggine), basso costo | 2 (Facile) | SÌ | Prototipi esterni, staffe strutturali |
| Acciaio dolce (Acciaio a basso contenuto di carbonio) | 1018, 1020 | Basso costo, Facile da macchina, Buona saldabilità | 1 (Facile) | SÌ | Prototipi strutturali di base, parentesi |
Perché 304 E 316 L'acciaio inossidabile sono le migliori scelte
304 acciaio inossidabile è il più popolare per i prototipi: è conveniente, Facile da macchina, e funziona per la maggior parte degli ambienti non estremi. 316 acciaio inossidabile è più resistente alla corrosione (Grazie all'aggiunto molibdeno) ma costa il 20-30% in più. Vale il costo aggiuntivo per i prototipi che saranno esposti all'acqua salata (PER ESEMPIO., parti marine) o sostanze chimiche (PER ESEMPIO., Attrezzatura di laboratorio).
Un vantaggio unico dell'acciaio inossidabile è il suo assorbimento magnetico (per voti ferritici e martensitici). Questo lo rende ideale per i prototipi che devono essere collegati alle superfici magnetiche, come un prototipo di strumenti che deve attenersi a una scheda magnetica del workshop.
Materiali plastici: Versatile ed economico per i prototipi
Le materie plastiche sono i materiali prototipi più versatili: sono disponibili in una vasta gamma di durezza, flessibilità, trasparenza, e resistenza al calore. Sono perfetti per i prodotti di consumo, elettronica, dispositivi medici, e prototipi in cui il peso o il costo sono una preoccupazione. Abbattiamo la plastica più comune per l'elaborazione del prototipo, Inoltre quando scegliere la stampa 3D vs. MACCHING CNC.
Materiali plastici comuni per prototipi
| Tipo di plastica | Gradi/varianti comuni | Proprietà chiave | Elaborazione dell'idoneità (3D Printing/CNC) | Resistenza alla temperatura (Max) | Casi di utilizzo del prototipo ideale |
| Addominali | ABS standard, ABS ad alta temperatura | Resistente all'impatto, Facile da macchina, basso costo | MACCHING CNC (eccellente); 3D Stampa (FDM) | 80–100 ° C. | Recinti di elettronica di consumo, prototipi giocattoli |
| Pp (Polipropilene) | Pp homo, Copolimero PP | Resistente ai prodotti chimici, flessibile, leggero | MACCHING CNC; 3D Stampa (FDM) | 100–120 ° C. | Contenitori di cibo, Alloggi per dispositivi medici |
| PC (Policarbonato) | Lexan (marchio) | Elevata forza di impatto, trasparente, resistente al calore | MACCHING CNC; 3D Stampa (SLA/FDM) | 120–135 ° C. | Goggles di sicurezza, Copertine di visualizzazione elettronica |
| PMMA (Acrilico) | Plexiglas (marchio) | Trasparente (92% trasmissione leggera), resistente ai graffi | MACCHING CNC; 3D Stampa (SLA) | 80–90 ° C. | Visualizza casi, prototipi trasparenti |
| Pom (Acetale) | Rutto (marchio) | Basso attrito, alta rigidità, resistente all'usura | MACCHING CNC | 100–110 ° C. | Marcia, cuscinetti, componenti meccanici |
| Pu (Poliuretano) | Pu domestico, PU importato, PU trasparente, PU morbido | Flessibile (Durezza della costa: 30A - 90d), durevole | 3D Stampa (SLA per varianti morbide); MACCHING CNC (Per varianti rigide) | 80–100 ° C. | Parti imbottite, impugnature, recinti flessibili |
| Silicone | Traslucido 905, 918; T-4 trasparente, 8678 | Resistente al calore, flessibile, biocompatibile | 3D Stampa (SLA); Casting di muffe | 200–250 ° C. | Sigilli medici, guarnizioni, prototipi flessibili |
3D Printing Vs. MACCHINAZIONE CNC per prototipi di plastica
Quando dovresti usare la stampa 3D vs. MACCHINAZIONE CNC per prototipi di plastica? Dipende dalla dimensione del tuo lotto, bisogni di precisione, e progettare complessità:
- 3D Stampa: Meglio per 1–5 prototipi di unità con forme complesse (PER ESEMPIO., Strutture reticolari, sottosquadri). È più veloce per piccoli lotti (1–2 giorni) e non richiede strumenti costosi. Tuttavia, 3D La plastica stampata può avere una precisione leggermente inferiore (tolleranza: ± 0,1 mm) Rispetto alla lavorazione del CNC.
- MACCHING CNC: Ideale per piccoli lotti (5–50 unità) che necessitano di alta precisione (tolleranza: ± 0,05 mm) o migliori proprietà meccaniche. Le materie plastiche lavorate a CNC hanno superfici più fluide (meno post-elaborazione necessaria) e sono più durevoli per i test funzionali. Il rovescio della medaglia? Ci vuole più tempo (3–5 giorni) e costa di più per design molto complessi.
Materiali speciali per esigenze prototipo uniche
Mentre leghe di metallo, acciaio inossidabile, e la plastica copre la maggior parte delle esigenze prototipo, Alcuni progetti richiedono materiali speciali. Questi vengono utilizzati quando il prodotto finale funzionerà in condizioni estreme (PER ESEMPIO., alto calore, prodotti chimici) o ha requisiti unici (PER ESEMPIO., biocompatibilità). Gli esempi includono:
- Leghe speciali: Incontro (per parti aerospaziali ad alta temperatura), Hastelloy (per resistenza chimica), e grado in titanio 23 (biocompatibile per gli impianti medici). Questi sono più costosi e più difficili da macchina ma essenziali per prototipi specializzati.
- Materie plastiche ad alte prestazioni: SBIRCIARE (Politherethetone) -Risistente al calore (Max temp: 260° C.) e biocompatibile, Utilizzato per prototipi medici e aerospaziali; Ptfe (Teflon) -antiaderente e resistente alle sostanze chimiche, Utilizzato per i prototipi di apparecchiature di laboratorio.
- Materiali compositi: Plastiche rinforzate in fibra di carbonio (Cfrp) -leggero e ultra forte, Utilizzato per prototipi ad alte prestazioni come parti di auto da corsa o cornici per droni.
Come scegliere il materiale giusto per il tuo prototipo
Con così tante opzioni, Come scegli il miglior materiale per il tuo progetto? Segui questi quattro passaggi:
- Definisci lo scopo del tuo prototipo:
- È per presentazione visiva (PER ESEMPIO., una demo del cliente)? Dai la priorità ai materiali con una bella finitura (PER ESEMPIO., ottone lucido, PMMA trasparente).
- È per Test funzionali (PER ESEMPIO., Stress test)? Scegli un materiale con proprietà che corrispondono al prodotto finale (PER ESEMPIO., 6061 alluminio per una parte strutturale che sarà in alluminio in produzione).
- È per Test ambientali (PER ESEMPIO., Resistenza all'umidità)? Scegli materiali resistenti alla corrosione (PER ESEMPIO., 316 acciaio inossidabile, Pp plastica).
- Considera i requisiti di proprietà meccanica:
- Hai bisogno di forza? Andare per 7075 alluminio o 304 acciaio inossidabile.
- Ha bisogno di flessibilità? Scegli PU o silicone morbido.
- Hai bisogno di trasparenza? Optare per PMMA o PC trasparente.
- Imposta un budget dei costi:
- Budget basso: Plastica addominali, acciaio dolce, O 6063 alluminio.
- Budget medio: 6061 alluminio, 304 acciaio inossidabile, o plastica per PC.
- Budget elevato: Lega di titanio, 316 acciaio inossidabile, o sbircia in plastica.
- Controllare la fattibilità dell'elaborazione:
- Se il tuo design ha curve o sottosquadri complessi, 3D Printing (con plastica o metallo) può essere l'unica opzione.
- Se hai bisogno di alta precisione, La lavorazione a CNC è migliore della stampa 3D per la maggior parte dei materiali.
La prospettiva della tecnologia Yigu sulla selezione dei materiali prototipo
Alla tecnologia Yigu, Riteniamo che la selezione del materiale prototipo sia un processo collaborativo: non solo "fornire materiali" ma aiutiamo i clienti ad abbinare i materiali ai loro obiettivi. Il nostro team: 1) Fornisce campioni di materiale (PER ESEMPIO., 6061 alluminio, 304 acciaio inossidabile, Addominali) Quindi i clienti possono testare la sensazione e finire; 2) Raccomanda alternative economiche (PER ESEMPIO., 6061 invece di 7075 Se le esigenze di forza sono moderate); 3) Ottimizza l'elaborazione (Stampa CNC/3D) Per ogni materiale per tagliare i tempi di lead del 15-20%. Diamo la priorità alla trasparenza: i costi materiali di condivisione, Sfide di lavorazione, e compromessi in anticipo per evitare la rielaborazione. Per la maggior parte dei progetti, Aiutiamo i clienti a restringere 2-3 materiali ideali in 1-2 giorni.
Domande frequenti:
1. Posso usare un materiale diverso per il mio prototipo rispetto al prodotto finale?
SÌ, Ma solo se non influisce sullo scopo del prototipo. Per esempio, L'uso della plastica ABS per un prototipo visivo di una parte metallica va bene, poiché stai solo mettendo in mostra il design. Ma per i test funzionali (PER ESEMPIO., Stress o test di calore), Il materiale prototipo dovrebbe corrispondere alle proprietà chiave del prodotto finale (PER ESEMPIO., forza, Resistenza al calore) per ottenere risultati accurati.
2. Che è più conveniente: prototipi di metallo o plastica?
I prototipi di plastica sono generalmente più economici: ABS o PP in plastica costa il 30-50% in meno rispetto all'alluminio o in acciaio inossidabile. Richiedono anche meno tempo di lavorazione (inversione di tendenza più veloce) e minori costi di post-elaborazione. Tuttavia, Se il tuo prototipo ha bisogno di forza (PER ESEMPIO., una parte strutturale), Il metallo può valere il costo aggiuntivo per evitare i guasti ai test.
3. Come faccio a sapere se un materiale è adatto per la stampa 3D vs. MACCHING CNC?
Controlla due cose: 1) Progettare complessità: Se il tuo prototipo ha un tocco, Strutture reticolari, o canali interni, 3D la stampa è migliore (Il CNC non può raggiungere facilmente queste aree). 2) Dimensione batch: Per 1-5 unità, 3La stampa D è più veloce ed economica. Per 5+ unità, La lavorazione a CNC è più conveniente (ha una velocità più alta per unità una volta impostata). La maggior parte delle materie plastiche e alcuni metalli (alluminio, titanio) Lavora per entrambi i metodi: basa il tuo produttore per una guida se non sei sicuro.