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.

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, 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.

3. Лазерное спекание, печать фотополимером (SLA (Stereolithography Apparatus), 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.

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.

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.

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.

В следующем письме — про цены: будем считать, во сколько действительно обойдётся производство.