Будьте осторожны при выходе из виртуала

Как выбрать правильную технологию для прототипа корпуса любого устройства, какие головные боли возникают у разработчиков, когда виртуальная 3D-модель становится физической, и как их лечить? Смотрите инструкцию. Главное здесь — понять, что конкретная технология прототипирования предназначена для решения конкретной задачи.

«Прототип — это работающая модель, опытный образец устройства, механизма или детали». Так пишет Википедия об этом термине.

Для чего нужен прототип? Для проверки свойств устройства, механизма или детали. Свойств для проверки может быть несколько.

• Собираемость

• Реальная жёсткость

• Герметичность

• Электропроводность и защита от наводок

• Трение деталей

• Реальный вес и эргономика, проверяемая людьми с разной степенью влажности ладоней

• Точное соответствие серийному изделию по цветам, качеству поверхности, тактильному восприятию

• Дизайн

• Эргономика

… и есть ещё много всего, что можно проверить, сделав прототип.

Иными словами, опытный образец нужен в тот момент, когда виртуальная модель переходит в физический мир. При этом переходе обязательно всплывают проблемы, которые нельзя выявить в среде разработки. Их нужно выловить до того, как начнётся процесс подготовки корпуса или изделия к серийному производству.

Технологий прототипирования много. Берём самые распространённые для изготовления пластиковых корпусов (как наиболее популярных). Кстати, чем дальше к концу списка, тем ближе эта технология находится к серийному производству.

1. Макеты, сделанные вручную — из пластилина, пенопласта, глины и других легкообрабатываемых материалов. Такие макеты позволят условно оценить внешний вид изделия, не более. Ну, может, ещё и эргономику проверить. Срок производства — дни (один, два и т.д.), стоимость — несущественная.

2. Печать пластиковой нитью (FDM) — послойное нанесение расплавленного пластика на площадку. Пока такие детали нужно серьёзно дорабатывать перед использованием (плюс покраска и финишная обработка). Подобные прототипы, как и макеты, тоже не решают сложных проблем, но позволяют оценить дизайн и эргономику. Часто с их помощью можно понять реальный вес изделия, какие-то свойства по жёсткости. Срок производства — часы (если не считать ручной обработки). Стоимость — копейки.

3. Лазерное спекание, печать фотополимером (SLA, SLS). Прототип корпуса, сделанный по таким технологиям, уже более-менее полноценен: позволяет проверить не только дизайн и эргономику, но ещё организовать первичную проработку собираемости изделия, а также в какой-то степени оценить жёсткость.

Плюсом технологии является возможность печатать многотельные прототипы, т.е. сразу всё изделие. Детали требуют уже минимальной шлифовки, годятся для окрашивания и издалека неотличимы от реальных. Можно сделать их даже прозрачными.

А проблема таких прототипов кроется в хрупкости и жёсткости — сломать напечатанный корпус легко, а проверить, например, хорошо ли нажимается кнопка, может не получиться. Короче, реальной картины деталь, сделанная по технологиям SLA или SLS, не даст.

Срок изготовления — несколько часов, ценник — несколько тысяч рублей.

4. Фрезеровка пластика и металла. Такие технологии позволят близко подойти к свойствам серийного изделия. По сути, с этой технологии начинается «проверка жизнью» дизайна или корпуса устройства. Ведь материал прототипа обладает теми же свойствами, что и серийного корпуса — жёсткость, кручение, пружинистость и т.д. И таким прототипом можно закрыть все вопросы по собираемости, дизайну, весу, разрушению, поведению в реальных "уличных" условиях.

Хуже обстоят дела с проверкой герметичности — ведь резиновую прокладку фрезеровкой уже не сделать. С прозрачностью тоже непросто.
Срок изготовления — несколько дней, оборудование для многоосной фрезеровки нельзя назвать распространённым, то есть подрядчика надо ещё поискать (но если нужно, пишите, дадим контакты). Ценник — десятки тысяч рублей.

5. Литьё полиуретана в силиконовые формы — отличная технология, которая отвечает на почти все вопросы по физическим свойствам корпуса: резина, прозрачные детали, точное соответствие пластику по жёсткости, пружинности, цвету, фактуре. Литьё в силикон позволяет проверить даже такие свойства будущего устройства, как его "поведение" на морозе или жаре.

Эта технология хотя и простая, но дорогая. Подрядчиков немного. Ещё меньше тех, кто делает аккуратно и красиво. Срок — несколько дней, стоимость — десятки тысяч рублей.

6. Литьё пластика под давлением в легкообрабатываемые формы. По сути, это уже тиражное производство, максимально близкое к серии. Но его стоимость иногда в 2-3 раза дешевле производства с изготовлением полноценной оснастки, да и по срокам всё быстрее.

Оснастка под такое литьё изготавливается из мягких металлов с помощью фрезеровки и ручной доводки. А вот материал (расплавленный пластик) подаётся под давлением, как при нормальном производстве. Можно получить прототип, идентичный серийному изделию по всем свойствам, и изготавливать малые (тысячи штук) серии корпусов или деталей. Стоимость — сотни тысяч рублей, срок — несколько недель.

Итак, нужно ответить себе на вопрос: "Для чего мне нужен прототип?" и выбрать технологию в зависимости от ответа. Например:

— Прототип нужен, чтобы проверить только дизайн → Выбираем трёхмерную печать (3D).

— Важна проверка "собираемости" корпуса прибора с реальными компонентами (например, платой) → Лучше использовать 3D-печать или фрезеровку пластика.

— Изделие тестируем в реальных условиях с реальным железом. Или вы хотите показать устройство клиенту, инвестору или отвезти на выставку → Выбираем фрезеровку или литьё полиуретана.

— Если задача ещё сложнее (например, важно, как, сколько раз нажимается и когда сломается кнопка) → Только полиуретан или литьё пластика под давлением.

ВНИМАНИЕ! Все технологии требуют разной степени проработки исходной модели и конструкции. И, если первые три из перечисленных выше достаточно терпимы к ошибкам при проектировании, то начиная с фрезеровки при подготовке документации вам потребуется опыт конструктора, а при выборе последней технологии в списке (6) — конструктора с опытом подготовки литьевых изделий.

Если есть вопросы, присылайте информацию по вашему изделию (проекту), посоветуем технологию производства и/или подрядчика (разумеется, уже много раз проверенного). #формлаб #промдизайн