Формлаб I 2017

Электронный дверной замок

Разработка конструкции корпуса электронного дверного замка под серийную технологию производства. Весь проект поэтапно и в деталях
Этап #1

Постановка задачи

Дизайн электронного дверного замка у заказчика уже готов. Нам оставалось лишь “отехнологичить” его — разработать конструкцию корпуса и механической части и при этом учесть такие требования, как серьёзный срок наработки на отказ (замок не должен ломаться как минимум в течение гарантии, а это три года), универсальность установки (горизонтально или вертикально) и использование корпуса с различными типами замков.

Ещё нужно обеспечить минимальную себестоимость производства и предложить подрядчика.

Электрика и электроника остаются за командой заказчика.
Дизайн замка
Дизайн замка у заказчика уже готов
Замок состоит из корпуса, ручки, основной части, крышек батарейного отсека и корпуса, механической части, электронной платы с датчиком Холла и батареек.
Этап #2

Инжиниринг

Конструкторская разработка
Основная задача — собрать все компоненты в корпусе, не изменяя дизайна (и чтобы всё работало как надо). Дополнительных тоже хватает: оптимизировать конструкцию корпуса для изготовления по технологии литья пластмасс под давлением. При этом каждая деталь должна литься простой пресс-формой, не требующей в своем составе подвижных элементов. Также следует определить размеры и посадочные места для электронных компонентов.

Электронный замок не должен позволить себя легко сломать. Для этого ему нужен крепкий корпус (например, если пользователь решил заменить батарейки, но не может с первого раза сообразить, как лучше снять крышку отсека, и дергает её, то она не должна ломаться). То же и с механической частью — замок должен отработать гарантийный срок, как бы его ни крутили.

Необходимо предусмотреть как горизонтальное, так и вертикальное крепление замка.

Ну и ничего не должно ни заедать, ни скрежетать.

Эскизная конструкция:
Этап #3

Макетирование

Для дальнейшей работы нужен макет. Вот он — напечатанный на 3D-принтере:
Макет — это, конечно, не прототип, но некоторые существенные недостатки корпуса с его помощью выявить можно. Вот как сейчас: оказалось, что батарейки в отсек вставляются не очень-то и удобно:
Поскольку мы занимаемся механической частью, необходимо обеспечить чёткое зацепление шестерён, а до того — выбрать их материал, размеры, форму, продумать геометрию зацепления,.

Шестерни сейчас работают плохо — когда моторчик крутит ручку замка, они проскакивают.

Но всё-таки это макет, и на нём далеко не все можно проверить — многое зависит от точности деталей, которая в случае с 3D-принтером очень примерная. Обязательно нужен прототип, который изготавливается либо по серийным либо по близким к серийным технологиям.
Этап #4

Прототипирование

Первый прототип:
Он далеко не идеален (есть нестыковки линий, виден зазор в районе крышки батарейного отсека), но в любом случае качество этого прототипа гораздо лучше, чем напечатанного на принтере макета. То есть такой несовершенный прототип позволил отработать многие узлы и узнать, что ещё нужно скорректировать в корпусных элементах.

Забегая вперёд: проект сложный, и на прототип мы заходили аж 3 раза. Основной причиной доделок была отладка механики и подбор геометрии шестерёнок.
Этап #5

Инжиниринг

Конструкторская документация 
Модель, подготовленная для серийного производства:
Предсерийные тестовые отливки:
Предсерийные корпуса. Перед запуском в производство нужно проверить не только геометрию деталей, но и цвет отливок.
А это — не прошедшие испытаний тестовые отливки:
Корпуса будут выглядеть так: