Домашняя метеостанция: измеритель-регистратор «Цельсиум»

Разработка конструкции, макетирование, производство прототипа и тестовой партии

Этап #1 Постановка задачи

Работаем над домашней метеостанцией — датчиком микроклимата: устройство измеряет температуру, влажность и давление в помещении (а заодно и качество воздуха — подсчитывает количество летучих органических веществ). Этот проект мы делали не совсем нуля — дизайн у заказчика уже имелся. Название тоже: метеостанцию назовут «Цельсиум».

Наша задача — разработать конструкцию корпуса, пакет КД, напечатать на 3D-принтере масштабный макет, затем обеспечить производство пяти опытных образцов по технологии литья пластика в силиконовые формы), а уже после всего этого обеспечить производство тестовой партии из 100 штук.

В свою очередь, «серия» будет производиться литьём под давлением — КД придётся скорректировать под другую технологию.

Внешние элементы корпуса — отверстие для датчика воздуха, два отверстия для монтажа на стену и рычажковый переключатель, включающий и выключающий прибор.

Корпус «Цельсиума»

Вы видите, что на самом датчике никаких дисплеев для отображения показаний нет: предполагается, что метеостанция будет висеть где-нибудь на стене или лежать на полке, измерять себе данные и передавать их по сети стандарта NB-IoT на удаленный сервер. И только оттуда они будут уходить пользователю.

Получается, что конечный потребитель работает только с платформой, а к самой метеостанции ему можно вообще не подходить. Разве что заменить батарейки. Вряд ли замена будет происходить часто — раз пять-шесть за 10 лет; нужно предусмотреть в корпусе отсек для источника питания.

Дополнительные требования: защита оболочки — IP50, радиопрозрачность; а пластик нужно подобрать так, чтобы «яйцо» (давайте называть вещи своими именами) не треснуло и не разлетелось вдребезги, упав с высоты полутора-двух метров.

И ещё: на плате есть светодиод, который будет просвечивать через пластиковый корпус. Там, где он будет расположен, нужно сделать утоньшение. А вот где именно будет расположен, пока неизвестно — решим в процессе вместе с заказчиком.

У конкурентов, как правило, подобные игрушки оснащены дисплеями:

Этап #2 3D-моделирование

Начинаем с определения способа разборки корпуса: саморезы или винты — что будет дешевле?

Собственно, ответ на этот вопрос мы уже знаем: закладные будут стоить больше за счёт операции по их установке, времени литья и сложности формы. Плюс технология производства: поскольку бобышки расположены на лицевой стороне устройства, литьё закладных под винты практически наверняка даст так называемые утяжины, что точно испортит внешность «яйца». Если делать бобышки под саморезы, вероятность появления утяжин снизится.

Конечно, вариант с саморезами повлияет на сборку-разборку устройства. Но метеостанцию будут разбирать редко. Небольшое количество разборок/сборок корпус выдержит. Поэтому вариант подходящий.

Ну, это мы всё уже поняли, однако заказчик хочет знать точные цифры.

Продолжают поступать замечания от конструктора. «Яйцо» должно светиться, но оставлять в конструкции световод, как планировалось, смысла нет. Освещать нужно весь корпус полностью, а не его часть. В итоге световода не будет, договорились отработать свой вариант свечения на макетах. На нём в итоге и остановились — светим через корпус. 

Этап #3 Макетирование

В корпусе есть отверстия вдоль плоскости разъема. Они не для красоты, а для циркуляции воздуха. В свою очередь, циркуляция необходима для корректной работы датчиков температуры и загрязнения воздуха. 

Обсуждение ясности не внесло: придётся делать предварительную компоновку, печатать макет, согласовывать и только потом приступать к конструкции. 

Печатаем макет:

Макет собрали, поставили плату. Мелочи: нет отметок «плюс» и «минус» для батареек, слегка съехал разъём под крышкой батарейного отсека, есть смещение отверстий для крепления платы к корпусу. Главное: крышка батарейного отсека выступает по бокам — образуется такая «ступенька». Нужно сделать переход между корпусом и крышкой более плавным.

Вносим коррективы и печатаем второй макет.

Уже можно приступать к эскизной конструкции «Цельсиума».

Этап #4 Конструкция

Передняя крышка датчика. Конструкция с обнижением (это необходимо для подсветки)

Параллельно посовещались с подрядчиком на опытную партию и забраковали ABS-пластик для крышки аккумуляторного отсека: начнутся проблемы при отливке. Крышка будет из PC. А для корпуса остается ABS-пластик.

Конструкция делается пока для прототипа. Технология — литьё в силиконовые формы. Для серии будет литьё под давлением, а КД будем сдавать по стандартам ЕСКД

Этап #5 Прототипирование

Важное: ещё в самом начале работы встала проблема текстуры корпуса: метеостанция рассчитана не только на домашнее использование. По замыслу производителя её можно будет использовать и в школах, и в офисах, и в медучреждениях. Для последних важно, чтобы корпус можно было легко дезинфицировать.  В свою очередь, для дезинфекции важно, чтобы пыль и грязь не забивались в текстуры поверхности. Поэтому была выбрана легкая матовость: остановились на «сатине».

Технология производства прототипов — литьё пластика в силиконовые формы. Прототипов «Цельсиума» будет пять штук (чтобы раздать их для тестирования), они едут из Китая. 

Дело было все во время пандемии и проблем с производством и логистикой. А сроки по этому пункту были очень важны: намечались презентации людям на высоких должностях. Чтобы успеть, Формлаб разместил два одинаковых заказа у двух разных подрядчиков, один — в России, другой — в Китае. Так мы гарантированно могли всё сдать к нужной дате (и всё получилось). 

Так «яйцо» выглядит в собранном виде. Оно и светится в темноте — всей поверхностью.

Этап #6. Производство опытных образцов

Опытных образцов заказали 105 (пять штук прибавили на случай брака). Технология производства — тоже литьё в силиконовые формы. 

Крышки сидят плотно, в целом — очень хорошее качество и вообще — приятно в руках держать. 

Сравнение корпусов из разных материалов
Пресс-форма

Метеостанция «Цельсиум» в упаковке:

— Этот проект для нас очень показательный: заказчик чётко понимает, что нужно его пользователям, что нужно ему, а остальное его не особо волнует — он нанял специальных людей (т.е. Формлаб и Ред Бис) для решения своей очень конкретной  задачи, выйти в массовый продукт для широкого рынка. 

Проект стал для совмещённой команды этаким «правильным», — когда не нужно убеждать других в чём-то, не нужно проламывать возражения по ключевым точкам разработки и так далее. Просто хорошая планомерная работа. 

Спасибо коллегам из МТС и партнеру Ред Бис за то, что позвали в разработку «Цельсиума» — ждём реакции покупателей!

Андрей Востриков,
руководитель

ФОРМЛАБ, специалисты по корпусам

Официальный сайт производителя устройства:

подпиши НДА

Прежде чем обсудить задачу, подпишите соглашение о неразглашении

Подписать NDA