Американскому бренду продукции необходимо было провести оценку нескольких функциональных компонентов перед тем, как приступить к серийному производству. Детали отличались друг от друга конструкцией сборки, требованиями к поверхности, резьбовыми участками, элементами прессовой посадки и деталями брендирования. Вместо того чтобы сразу переходить к размещению крупного заказа, заказчик решил сравнить материалы, технологии печати и методы отделки в ходе нескольких раундов испытаний прототипов.
Этот проект наглядно демонстрирует, почему быстрое прототипирование — это не просто изготовление физической модели. В случае функциональных изделий прототип должен также помогать заказчику оценить посадку деталей, прочность, внешний вид поверхности, способы сборки и себестоимость производства.
Требования к проекту
Изначально заказчик предоставил несколько 3D-файлов функциональных пластиковых деталей. Среди них были крышки изделий, корпуса в форме капсул, заглушки и мелкие соединительные элементы.
К основным требованиям относились:
- Функциональные нейлоновые материалы
- Хорошая механическая прочность
- Точные монтажные размеры
- Отдельная печать нескольких компонентов
- Гладкие видимые поверхности
- Особенности сборки с резьбовым или прессовым соединением
- Нанесение логотипа на изогнутые поверхности
- Испытания прототипа перед запуском серийного производства
Заказчик хотел сравнить технологии печати MJF и SLS, а также материалы PA12 и нейлон, армированный стекловолокном. Это позволило инженерной команде определить, какая комбинация обеспечивает наиболее оптимальный баланс между качеством поверхности, жесткостью, прочностью и стоимостью.
Сравнение вариантов изготовления прототипов методами MJF и SLS
На первом этапе заказчик запросил образцы в нескольких комбинациях технологических процессов и материалов:
- MJF PA12
- MJF PA-GF
- SLS PA12
- SLS PA-GF
Детали, изготовленные методом MJF, как правило, отличаются относительно однородной поверхностью и стабильными механическими характеристиками. Детали, изготовленные методом SLS, также подходят для создания прочных функциональных прототипов, хотя их необработанная поверхность может казаться более шероховатой на ощупь.
PA12 широко используется для изготовления функциональных деталей, поскольку обеспечивает оптимальный баланс между прочностью, гибкостью, стабильностью размеров и стоимостью. PA-GF содержит стекловолоконное армирование и лучше подходит для случаев, когда требуется дополнительная жесткость.
Изготовление образцов из различных материалов дало заказчику возможность провести реальные испытания на сборку и долговечность, а не выбирать технологический процесс, опираясь исключительно на технические данные.
Исправление деталей, напечатанных в виде единой сборки
Одна из первых проблем, выявленных в ходе испытаний прототипа, касалась детали, состоящей из четырёх частей. Некоторые образцы слиплись во время печати, в результате чего заказчик не смог проверить сборку в соответствии с замыслом.
После получения отзывов был пересмотрен метод производства. Заказчик подтвердил, что мелкие элементы следует печатать в виде отдельных деталей, а не в виде единого узла.
Разделение компонентов позволило улучшить несколько аспектов проекта:
- Каждую деталь можно было осмотреть по отдельности.
- Зазор при сборке можно было бы проверить с большей точностью.
- Контроль за обработкой поверхности стал проще.
- Поврежденные детали можно заменить самостоятельно.
- Заказчик смог оценить реальный процесс монтажа.
Такая обратная связь особенно важна на этапе изготовления прототипа. Деталь может выглядеть правильно в 3D-файле, но при этом для обеспечения требуемой функциональности может потребоваться иная схема изготовления.
Обзор резьбовых вставок и расстояния до края
Еще одна техническая проблема была связана с резьбовой вставкой M3, расположенной в непосредственной близости от края небольшой нейлоновой детали. Расстояние между отверстием и внешним краем составляло всего около 1,1 мм.
Установка металлической вставки в столь ограниченном пространстве может привести к растрескиванию окружающего нейлона. Кроме того, вокруг другого элемента не хватало материала для надёжной установки вставки M5.
Вместо того чтобы устанавливать вставки, не проанализировав связанные с этим риски, инженерная команда разъяснила существующие ограничения и запросила подтверждение у заказчика. После испытаний образцов заказчик принял решение, что винт M3 можно вкручивать непосредственно в пластик. Для соединения M5 планировалось использовать имеющееся шестигранное углубление и отдельную гайку.
Благодаря этой доработке удалось исключить ненужную дополнительную операцию и одновременно снизить вероятность появления трещин при установке пластин.
Это также демонстрирует важность проведения инженерной экспертизы перед запуском в производство. Строгое следование исходному чертежу без обсуждения производственных рисков могло привести к повреждению деталей и дополнительным затратам на их замену.
Улучшение качества видимой поверхности
Клиент также сообщил, что на одном из первых образцов, изготовленных по технологии SLS, были заметны линии слоев. Поскольку данная деталь предназначалась для внешнего использования потребителями, её внешний вид имел большое значение.
Было рассмотрено несколько вариантов отделки:
- Сглаживание пара
- Ручная шлифовка
- Окраска из распылителя
- Прозрачное покрытие
- Ламинированное нейлоновое покрытие
- Печать без дополнительной послепечатной обработки
Для разных изделий были выбраны разные варианты отделки.
Один корпус требовал шлифовки, окраски, нанесения логотипа и защитного прозрачного покрытия. Для другого корпуса использовалось ламинированное нейлоновое покрытие, придающее ему более гладкий вид. Для более мелкого элемента использовалась стандартная обработка с выравниванием поверхности без применения более дорогостоящих операций по окраске.
Выбор метода отделки отдельно для каждой детали позволил избежать неоправданного удорожания проекта. Детали, для которых требовалась высококачественная видимая поверхность, подвергались дополнительной обработке, тогда как для менее заметных частей применялись более простые методы обработки.
Процесс выбора подходящего логотипа
Нанесение логотипа на изогнутую поверхность создало ещё одну производственную проблему. Рассматривался вариант трафаретной печати, однако из-за изогнутой формы было сложно обеспечить стабильное позиционирование и внешний вид.
Для изготовления изогнутой детали в качестве более подходящего метода был выбран тампопечать.
Первоначально предполагаемый размер логотипа составлял примерно 80 мм на 19 мм. Однако при таких размерах не удавалось сохранить правильные пропорции логотипа. Команда производителей рекомендовала изменить высоту до примерно 16,5 мм, оставив ширину на уровне 80 мм.
Заказчик одобрил эту поправку, поскольку сохранение правильных пропорций логотипа было важнее, чем соблюдение первоначально указанной высоты.
Благодаря этой проверке удалось избежать нанесения искажённого логотипа на готовые детали.
Регулировка прессового соединения
В ходе последующего анализа производственного процесса команда выявила проблему, связанную с размерами цилиндрической детали с прессовой посадкой.
Диаметр соединительного отверстия составлял примерно 4,3 мм, тогда как диаметр стандартной цилиндрической детали — примерно от 3,9 до 4,0 мм. Такая разница не позволяла обеспечить плотную посадку, требуемую заказчиком. Деталь могла ослабнуть или выпасть во время эксплуатации.
Предложенное решение заключалось в том, чтобы изготовить цилиндрическую деталь отдельно и увеличить её диаметр примерно до 4,2 мм. Это обеспечило более плотную прессовую посадку, при этом заказчик по-прежнему мог установить деталь на место вручную.
Заказчик подтвердил, что диаметр можно изменить.
Эта корректировка была произведена до начала серийного производства, что позволило избежать проблемы с функциональной сборкой, которая в противном случае могла бы быть обнаружена уже после поставки.
Переход от изготовления образцов к серийному производству
После нескольких этапов испытаний, оценки качества поверхности и утверждения чертежей заказчик одобрил прототипы и разместил заказ на серийное производство.
В заказ входило:
- 250 деталей капсул из PA12 с прозрачным покрытием и логотипом
- Четыре размера готовых деталей обшивки
- 200 компонентов штекера с системой сглаживания паров
- Изготовленные отдельно соединительные детали
- Разнообразные виды обработки поверхностей в зависимости от назначения изделия
Указанный срок изготовления составлял примерно 25–30 рабочих дней в зависимости от окончательного объема заказа и графика производства.
Проведение испытаний прототипов в первую очередь позволило обеим сторонам проверить эксплуатационные характеристики материалов, стандарты отделки, конструкцию сборки, внешний вид логотипа и критические размеры перед запуском серийного производства.
Сочетание разработки прототипов с производством металлоизделий
Многие проекты по разработке продукции включают в себя более одного производственного процесса. Готовое изделие может состоять из напечатанных на 3D-принтере нейлоновых деталей в сочетании с металлическими кронштейнами, внутренними каркасами, панелями, монтажными пластинами или внешними корпусами.
В рамках этих проектов сотрудничество с поставщиком, способным обеспечить как техническую поддержку при разработке прототипов, так и услуги по изготовлению изделий из листового металла может упростить взаимодействие между пластиковыми и металлическими деталями.
Инженеры могут анализировать положения крепления, зазоры между крепежными элементами, размеры прессовой посадки, пространство в корпусе и последовательность сборки в рамках единого целого продукта, а не рассматривать каждый компонент отдельно.
Двадцать лет опыта в сфере производства
Хофэн имеет около двадцати лет опыта в сфере производства и оказывает поддержку зарубежным клиентам в создании прототипов, организации мелкосерийного производства и выполнении повторных заказов.
Наша команда инженеров может проанализировать чертежи заказчика и дать рекомендации по оптимизации конструкции (DFM) в следующих областях:
- Выбор материала
- Толщина стенки
- Размер отверстия и расстояние до края
- Зазор при сборке
- Резьбовые вставки
- Размеры прессовой посадки
- Отделка поверхности
- Использование логотипа
- Себестоимость продукции
- Стабильность серийного производства
В рамках этого проекта для заказчика из США своевременное техническое взаимодействие позволило выявить ряд потенциальных проблем ещё до начала серийного производства. К ним относились: слившиеся детали, недостаточное количество материала вокруг резьбовых вставок, заметные линии разъёмов слоёв, несоответствующие пропорции логотипа и неправильный диаметр прессовой посадки.
Учет этих деталей на этапе создания прототипа позволил снизить производственные риски и укрепил уверенность заказчика при размещении более крупного заказа.
Если вы занимаетесь разработкой функциональных компонентов, кожухов для оборудования, кронштейнов, деталей шасси или готовых сборок, пришлите нам свои CAD-файлы для получения бесплатного коммерческого предложения и технической экспертизы. Наша команда готова оказать поддержку в быстрой разработке прототипов, мелкосерийном производстве и профессиональном услуги по изготовлению изделий из листового металла для международных проектов.
Свяжитесь с нами: mia@hofengfab.com