最適なプロトタイピング方法を見つけるには、適切な質問をしてください

マイケル・パロイアン | 2021年2月7日

製品の設計および開発における重要な段階は、設計の検証です。設計検証はシミュレーションまたはプロトタイピングによって行うことができます。通常、プロトタイピングは、費用対効果、精度、利便性の点から、小型プラスチック部品の設計検証には好まれる方法です。

少し前までは、デザイナーやエンジニアが利用できるプロトタイピングのオプションは 2 つだけでした。それは、機械加工または手作業で製造されたプロトタイプ、またはプロトタイプの射出成形部品です。現在、さらに多くのオプションが利用可能ですが、その中で最も人気のあるのは 3D ラピッドプロトタイピングです。ただし、どのプロトタイピング方法にも利点だけでなく制限もあります。この記事では、ニーズに最適な方法を決定できるように、さまざまなプラスチックプロトタイピングオプションを長所と短所に基づいてレビューします。

以下は、現在利用可能なプラスチックプロトタイピング方法のリストです。

最適なオプションは要件に基づいて選択する必要があります。重要な考慮事項の推奨リストには次のものがあります。

少し前までは、プラスチックのプロトタイプを作成するための選択肢はほとんどありませんでした。約 25 年前、プラスチックのプロトタイプはすべて、機械加工、手作業で製造、鋳造されるか、または非常に限られた範囲で一時的な工具を使用して射出成形されていました。他に選択肢はありませんでした。

プラスチックのプロトタイプの製作には、非常に費用と時間がかかり、非常に不正確でした。プロトタイプの射出成形を提供しているショップは非常に限られたグループに限られており、リードタイムが長く、非常に高価でした。このオプションはほとんど使用されませんでした。したがって、プラスチックのプロトタイプのほとんどは手作業で製造されるか、場合によっては CNC 機械加工で作られます。

3D CAD がまだ初期段階にあったため、設計は主に従来の 2D で詳細化されていたことも忘れてはなりません。当時、3D CAD は主にワイヤーフレームまたは非常に原始的なソリッドモデリングでした。エンジニアリングの「製品に似た」プロトタイプは、2D 図面の手作業による解釈に基づいて手作業で製造されました。モデル作成者の解釈や誤り、ツールの制限により、プリントからの大幅な逸脱が生じることがよくありました。デザイナーはプロトタイプが完成するまで何週間も、あるいは何か月も辛抱強く待ちましたが、これが常にデザインプロセスのボトルネックとなっていました。デザインがどうなるか分からないので、とても緊張した経験でした。さらに、モデルの精度については常に疑問があり、モデルの製造者が誤差を隠すために設計を改ざんしたかどうかは、部品が成形されるまではわかりませんでした。

現在、3D CAD モデリング、コンピューターシミュレーション、および多くのプロトタイピングオプションにより、設計プロセスが飛躍的に加速されています。かつては開発に 1 年を要したプロジェクトが、今では 1 ～ 2 か月、場合によっては数週間で完了できるようになりました。 3D CAD モデルは、人間による解釈やエラーを一切発生させることなく、抜き勾配、半径、エンボスロゴ、その他の重要な特徴を含むすべての微妙な詳細を正確に複製できるようになりました。もちろん、このパラダイム変化は 3D CAD、3D プリンティング、CNC 加工の結果です。ただし、これらのプロトタイピングオプションのいずれかが誤って適用された場合、結果は誤った結論につながる可能性があります。設計者は、要件に最も適したプロトタイピング方法を選択する必要があります。前述の 12 の考慮事項に基づいて、これらのプロトタイピングのオプションを確認します。

プロトタイプの作成方法を決定する前に、まず「プロトタイプの目的は何ですか?」と自問する必要があります。プロトタイプはさまざまな理由で使用されます。たとえば、マーケティングや営業に提示するために、見た目は現実的で機能しないモデルが必要な場合があります。このモデルは、最終製品デザインを正確に表現して、閲覧者が外観を評価できるように、正しい表面仕上げ、色、グラフィックス、およびマテリアルを備えている必要があります。他の状況では、プロトタイプは過酷な化学薬品や衝撃テストにさらされることがあります。プラスチックのカバーやボトルのキャップをスナップリリースする力などの人的要因を評価するには、プロトタイプが必要な場合があります。組み立ての容易さと保守性を評価するとよいでしょう。最後に、最小限のコストでコンセプトを迅速に評価したい場合もあります。これらすべての状況により、別のプロトタイピングオプションが選択されます。