Как выбрать правильную технологию для прототипирования корпуса

Разные технологии прототипирования нужны для решения разных задач. Как из множества способов создания прототипа выбрать оптимальный? Инструкция ниже

«Прототип — это работающая модель, опытный образец устройства, механизма или детали».

Wikipedia

Давайте начнём с назначения прототипа. Для чего он нужен? Для проверки свойств устройства, механизма или детали. Ниже — примерный список этих свойств.

  • 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

…и есть ещё много всего, что можно оценить по прототипу.

Иными словами, прототип (опытный образец) нужен в тот момент, когда виртуальная модель устройства «переходит» в физический мир и становится реальной и осязаемой.

Однако при этом переходе обязательно возникают проблемы, которые нельзя выявить в среде разработки. Но их нужно «выловить» до того, как начнётся процесс подготовки корпуса или изделия к серийному производству.

Технологий прототипирования много. Рассмотрим самые распространённые из них, предназначенные для изготовления пластиковых корпусов — как самых популярных.


! — Чем дальше к концу списка, тем ближе описываемый способ к технологиям серийного производства.

Технологии прототипирования корпусов

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.

Макет ручной работы


2. Печать пластиковой нитью (FDM, Fused deposition modeling) — послойное нанесение расплавленного пластика на площадку.

Точность FDM-печати растёт, но пока напечатанные этим способом детали приходится серьезно дорабатывать перед использованием.

Подобные прототипы, как и сделанные вручную макеты, позволяют оценить дизайн и эргономику. С их помощью также можно примерно определить реальный вес изделия и его жёсткость.

Срок производства — часы (если не считать ручной обработки). Стоимость — копейки.

3D-печать пластиковой нитью (FDM)


3. Лазерное спекание, печать фотополимером (SLA (StereolithographyApparatus), SLS (Selective Laser Sintering).

Прототип корпуса, сделанный по этим технологиям, уже более-менее полноценен: он позволяет проверить не только дизайн и эргономику, но и в первом приближении оценить удобство сборки изделия, а также в какой-то степени оценить жёсткость.

Плюсом технологии является возможность печатать многотельные прототипы, т.е. изделие в сборе. Готовые детали требуют минимальной шлифовки, годятся для окрашивания и издалека неотличимы от реальных. Можно сделать их даже прозрачными.

Минус таких прототипов — их хрупкость и жёсткость. Сломать напечатанный корпус легко, а проверить, например, хорошо ли нажимается кнопка, может не получиться. Короче, реального представления деталь, сделанная по технологиям SLA или SLS, не даст.

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

3D-печать SLA, SLS


4. Фрезеровка пластика и металла. Прототип, изготовленный по этой технологии, уже близок по характеристикам к серийному изделию: материал корпуса обладает такими же свойствами (жёсткость, кручение, пружинистость и т.д.). С помощью такого прототипа можно оценить удобство сборки, дизайн, вес, устойчивость к разрушению, «поведение» в реальных уличных условиях.

Чуть хуже обстоят дела с проверкой герметичности — ведь резиновую прокладку фрезеровкой не изготовить (кстати, прозрачные элементы тоже не сделать).

Срок изготовления — несколько дней, однако оборудование для многоосной фрезеровки есть не у всех, то есть подрядчика надо еще поискать (пишите, дадим контакты). Цена — несколько десятков тысяч рублей.

На фото: фрезерованный корпус и корпус того же устройства, напечатанный пластиковой нитью (FDM)


5. Литьё полиуретана в силиконовые формы (и схожие малосерийные технологии) — отличный способ. Имея изготовленный литьём в силикон прототип, можно узнать практически всё о внешнем виде и физических свойствах готового изделия — его жёсткости, пружинности, поведении на морозе и жаре, цвете, фактуре. Кроме того, с помощью этой технологии можно делать и прозрачные детали.

Технология хоть и простая, но дорогая. Подрядчиков немного, ещё меньше — тех, кто делает аккуратно и красиво. Срок изготовления — несколько дней, стоимость — десятки тысяч рублей.

Корпус, изготовленный методом литья полиуретана в силиконовые формы


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 полноценной оснастки и существенно быстрее. Оснастка под такое литье изготавливается из мягких металлов с помощью фрезеровки и ручной доводки. А вот материал (расплавленный пластик) подается под давлением как при нормальном производстве. Можно получить прототип, идентичный серийному изделию по всем свойствам. И изготавливать малые (тысячи штук) серии тестовых корпусов или деталей.

Стоимость — сотни тысяч рублей, срок — недели.

Сделано способом литья пластика под давлением

Технологии прототипирования для конкретных задач

Имеет смысл ответить себе на вопрос: «Для чего мне нужен прототип?» и, исходя из ответа, выбрать технологию.

Цель создания прототипа? Оценить только то, как будет выглядеть устройство в реальности.

Тогда вам нужна 3D-печать.

Цель создания прототипа? Проверить сборку устройства с реальными компонентами (например, платой).

Вам подойдут 3D-печать или фрезеровка пластика.

Цель создания прототипа? Для тестирования в реальных условиях с реальным «железом» / Нужно продемонстрировать устройство клиенту, инвестору или показать на выставке.

Для этой цели подходят фрезеровка пластика или литьё полиуретана.

Цель создания прототипа? Много для чего — у меня сложная задача (например, мне важно проверить ресурс работы кнопки и понять, на котором по счёту нажатии она сломается).

Технологии производства прототипа — только литьё полиуретана или литьё пластика под давлением.

Важно: все технологии прототипирования требуют различной степени проработки исходной модели и конструкции. Первые три из перечисленных здесь (сделанные вручную макеты и 3D-печать), скажем так, «терпят» ошибки при проектировании. Но если вы решили воспользоваться другими технологиями (фрезеровкой пластика, например), то вам потребуется опыт конструктора, а в случае с литьём пластика под давлением — конструктора с опытом разработки литьевых изделий

Если вы так и не сумели определиться с технологией производства прототипа (ведь нестандартных ситуаций очень много), пришлите информацию о вашем проекте нам на почту, — поможем подобрать оптимальный вариант.

И не забудьте заглянуть в наш список проверенных подрядчиков по производству.

Когда 3D-печать бесполезна:

Галерея макетов и прототипов Формлаба

Поможем и вам с разработкой или производством

Если вы хотите проконсультироваться или получить коммерческое предложение, то заполните данную форму.

Чем больше подробностей вы укажите, тем лучше наш эксперт подготовится к разговору с вами, а значит общение пройдет продуктивно для всех. Конфиденциальность информации гарантируем! Можно подписать NDA.

Ниже не обязательно, но помогает ответить вам более точно.
Выберите близкую вам отрасль. По выбранной отрасли мы сможем подобрать кейсы из нашего опыта под вашу специфику
 
Это поле позволяет загрузить неограниченное количество файлов. Ограничение 999 МБ.

Допустимые типы: gif, jpg, jpeg, png, bmp, eps, tif, pict, psd, txt, rtf, odf, pdf, doc, docx, ppt, pptx, xls, xlsx, avi, mov, mp3, mp4, ogg, wav, bz2, dmg, gz, tar, zip.
Нажимая на кнопку, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь c Политикой конфиденциальности
подпиши НДА

Прежде чем обсудить задачу, подпишите соглашение о неразглашении

Подписать NDA