Почему для разработки и вывода новых устройств на рынок выгодна 3D-печать?
Придумав какое-либо устройство, разработчики должны проверить изделие на собираемость, отладить все недочеты, протестировать функциональность, а в случае успешной реализации всех этапов выпустить продукт в тираж. 3D-печать позволяет оперативно сделать прототип корпуса (срок 3D-печати от 1 дня в зависимости от выбранного материала и технологии), встроить в него электронику, проверить сборку и при необходимости удобно внести изменения в цифровую 3D-модель, повторно отпечатать прототип, и так несколько итераций, пока не получится идеальный по техническим параметрам продукт.
При этом традиционное мелкосерийное изготовление корпусов методом литья в силиконовые формы при единичном тираже получается нерентабельным за счет переноса на одно изделие стоимости литейной формы. Кроме того, для снятия этой самой формы, в первую очередь, нужна мастер-модель. Например, порошковая SLS технология 3D-печати позволяет создавать модели различной сложности, в том числе подвижные конструкции или деталь в детали. Для 3D-печати нет ограничений по тиражу, принимаются заказы от 1 шт, а стоимость зависит от «полезного» объема затраченного материала.
Как все работает: кейс по разработке корпуса «Умного дома».
Несколько месяцев назад к нам обратилась команда разработчиков ООО “ИТЦ МОЛНЕТ” с задачей создания корпуса «умного» устройства «Управдом».
Идея создать свою систему мониторинга жилых помещений родилась в коллективе ООО “ИТЦ МОЛНЕТ”, потому что там набралась критическая масса людей, которые столкнулись с одинаковыми проблемами в своей загородной недвижимости - зимой случались отказы систем отопления и разморозка, весной - подтопления, отключения электричества и кражи - круглый год. А ещё потому, что собрались вместе все необходимые специалисты - программисты системные, back- и front-end, разработчики электроники, верстальщики, дизайнер, даже специалист по информационной безопасности и, главное, руководитель. Тогда и стало ясно, что команда может сделать свой “умный дом” под свои задачи - устройство будет востребовано на рынке, поскольку многие сталкиваются с описанными выше проблемами.
По словам разработчиков, проект “Управдом” открыл для них целый новый мир проектирования и производства электроприборов. По сути, для компании это был первый опыт такого рода, поскольку до этого в основном специализировались на создании ПО. Сразу был задан высокий темп работ - путь от идеи до первой пробной партии в 15 экземпляров был пройден за полгода.
Устройство получилось довольно сложным и многофункциональным - оно контролирует массу параметров: температура в помещении, влажность, напряжение в электросети, содержание в воздухе горючих газов и продуктов горения, уровень шума, освещённость. Выносные датчики реагируют на затопление помещения и открытие двери, а в само устройство также встроены видеокамеры и датчик движения. На случай отключения электричества предусмотрены резервные аккумуляторы.
Есть возможность управления электроприборами: в комплект поставки входят две радиоуправляемые лампы и радиоуправляемая розетка.
Пользователь может получить доступ к устройству откуда угодно со своего компьютера или мобильного телефона: для связи с Интернетом «Управдом» оснащён встроенным GPS-модемом, который также отправляет SMS-сообщения при выходе параметров за допустимые пределы или иных тревожных событиях. Кроме того, «Управдом» создает свою WIFI сеть, выполняя роль домашнего роутера.
У команды разработчиков возникало много проблем в процессе реализации проекта, но самой пугающей - потому что неизведанной - была разработка корпуса устройства, который получался довольно сложным, содержащим много деталей. С этой задачей компания обратилась к нам, и, надо признаться, что сотрудничество получилось плодотворным.
Началось все с разработки конструкции корпуса и создания цифровой 3D-модели. Исходными материалами для разработки были электронная «начинка» и эскиз корпуса с примерными основными габаритами. На основе этих данных наш 3D-дизайнер смог оперативно сделать 3D-модель.
Первый прототип был отпечатан на настольном 3D-принтере по FDM-технологии из недорогого ABS-пластика, камера принтера имеет ограничение 200х200х200 мм, корпус с габаритами около 30 см пришлось печать по частям с дальнейшей склейкой. Этот образец позволил проверить собираемость, общую компоновку устройства, температурные режимы и многое другое.
Первый прототип, напечатанный из ABS-пластика
После оперативного внесения правок в 3D-модель был отпечатан второй образец, тоже из ABS-пластика. Благодаря высокой скорости и небольшой цене 3D-печати на этих прототипах удалось быстро обнаружить и устранить недостатки не только самого корпуса, но и электроники, а также программного обеспечения.
После отладки 3D-модели был напечатан более точный прототип на промышленном 3D-принтере из полиамида по технологии SLS. Корпус был отпечатан цельным, с более ровной поверхностью и точностью.
Прототип, напечатанный из полиамида, в дальнейшем использовался как литейная мастер-модель
Когда этот вариант был протестирован и утвержден, приступили к производству первой пробной партии методом литья полиуретана в силиконовые формы.
Отпечатанный из полиамида корпус использовали как мастер-модель для снятия силиконовой формы.
Обработанная мастер-модель перед снятием силиконовой формы
При этом мастер-модель задней стенки печатали на промышленном FDM-принтере из ABS-пластика, поскольку при печати из полиамида подобные габаритные и относительно плоские вещи начинает «вести». После тщательной доводки поверхностей с мастер-моделей сняли силиконовые формы, в которые была отлита партия из 15 пластиковых корпусов.
Первая партия отлитых и укомплектованных корпусов
В ходе производства первой партии выяснилось, что вентиляционные отверстия сложно проливаются, поэтому их конструкция была изменена. На данный момент мы отливаем вторую небольшую партию с несколько усовершенствованным дизайном. Для внесения изменений, чтобы не перепечатывать весь корпус, мы просто вырезали на уже готовой мастер-модели обозначенные элементы и вклеили напечатанные из фотополимера скорректированные вентиляционные решетки.
Параллельно с этим создатели «Управдома» ведут испытания: пробная партия из 15 устройств эксплуатируется всего несколько месяцев, однако уже дважды спасала владельцев от крупного ущерба: в одном случае «Управдом» поднял тревогу, так как зимой зафиксировал быстрое понижение температуры из-за отключения котла — хозяин успел вовремя приехать и предотвратить разморозку труб. Второй случай произошёл совсем недавно, весной, когда грунтовые воды подтопили подвал у другого пользователя, о чём он узнал также благодаря «Управдому», быстро приехал и установил дренажный насос.
Таким образом, в реальных условиях удаётся изучить отклик рынка, и теперь ООО «ИТЦ МОЛНЕТ» готовится к серийному производству.
Отлитый корпус со встроенной электроникой
Это не единственный наш опыт такого рода, но, безусловно, один из самых интересных и насыщенных. О реализации других проектов по разработке и выпуску инновационных устройств с помощью 3D-печати и литья читайте в следующих материалах.
Полный текст статьи с предисловием о том, почему мы переквалифицировались в инженерную сферу читайте на RusBase.
