Выбор технологии 3D печати для производства небольшого количества корпусов


    Эта история должна помочь разработчикам “хардверных” продуктов, сэкономить их время при выборе технологий 3D печати и уберечь от ошибок.

    Данная публикация — продолжение статьи о процессе производства пилотной партии LaMetric, а именно о том, как создавался корпус прибора. Нижеизложенный опыт основывается на несколько пройденных итераций производства, во время которых мы опробовали и объединили различные технологии.


    Проблема


    Задача состояла в изготовлении нескольких корпусов прибора.

    Корпус состоит из 4 деталей:
    • “Shell” — деталь представляет собой кожух, напоминающий форму “ракушки” “профиля“ (внешняя часть устройства);
    • “Mounting frame“ — рама, на которую крепятся все внутренние элементы (электроника, разъемы и т.д.);
    • “Reflector“ — по конструкции напоминает “соты” с квадратными ячейками (часть конструкции экрана);
    • “Screen” — передняя часть экрана из прозрачного материала;


    Как правило, пилотная партия корпусов должна решить две задачи:
    • проверить UX/UI прибора (внешний вид устройства, тактильные ощущения, правильность размеров и пропорций, реакция пользователей и другое);
    • произвести полное функциональное тестирование (защелки, крепления, фиксаторы для внутренней электроники и различных деталей корпуса, перепроверка размеров под посадочные места для разъемов и места стыковки всех деталей и т.д.);

    Сегодня при изобилии и доступности различных технологий 3D печати, тяжело быстро выбрать необходимую, которая бы решила эти задачи.

    Технология FDM (Fused Deposition Modeling)


    Изначально мы выбрали технологию послойного выращивания объектов полимерной нитью FDM. Из-за обширной популярности и доступности основные ставки были поставлены именно на неё. Был найден небольшой сервис, который согласился взяться за работу и распечатать детали.

    Результат не оправдал ожиданий.


    Деталь “Shell”. 3D печать, FDM метод

    По сравнению с остальными, деталь “Shell” получилась более удачной, несмотря на некоторые недостатки. Один торец вышел слегка «подплавленный» и визуально чуть грубоват.


    Деталь “Mounting frame”. 3D печать, FDM метод

    Перед печатью деталь “Mounting frame” пришлось основательно видоизменить, так как некоторые конструктивные моменты вообще невозможно было напечатать (квадратные отверстия, бортики толщиной в 1мм, которые отступали от несущей стенки и т.д.) Кроме того, базовые размеры конструкции отличались от модели на 1-3мм. Поэтому, для правильной и точной установки всех внутренностей пришлось много дорабатывать напильником.


    Деталь “Reflector”. 3D печать, FDM метод (слева), лазерная резка (справа)

    От конструкции “Reflector” требовалось повышенная точность, идеальные углы квадратиков и ровность стенок. В результате углы вышли закругленными, а одна сторона получилась “подплавленной” и неровной. Деталь не годилась для дальнейших испытаний. Решили переделать, используя технологию лазерной резки (материал — акрил). Точность детали вышла намного лучше.


    С помощью данной технологии также изготовили деталь «Screen».


    Деталь “Screen”. Лазерная резка, дымчатый акрил

    На процесс изготовления со всеми исправлениями приблизительно ушло дней 10, плюс
    два дня на доработку деталей напильником. Печать трёх деталей обошлась в $85,
    лазерная резка обошлась в $8 (“Reflector” + “Screen”).



    Собранный прототип (FDM технология + лазерная резка)

    Выводы:
    1. Из-за ограничений FDM технологии прототип нельзя было назвать законченным, проводить на нем функциональные тесты оказалось невозможно, а внешний вид оставался грубым. В конечном итоге мы столкнулись со всеми проблемами, связанными с технологией FDM (хорошо описанными в статье). В свою очередь лазерная резка показала себя с хорошей стороны и для данного типа деталей подошла на 100%.
    2. FDM технология прекрасно подходит для таких задач как выбор размера прибора, подходящей формы или для изготовления деталей, которые не критичны и скрыты от глаз пользователя. Данная технология не подходит для проверки так званного “look and feel” прибора, а также ее будет сложно использовать когда деталь хрупкая, или в нее будут монтироваться платы.


    Технология SLS (Selective Laser Sintering)



    В конечном результате наши исследования остановились на технологии 3D печати методом селективного лазерного спекания порошковых материалов SLS. Использовали известный сервис Shapeways, материал для печати был выбран “Strong & Flexible Plastic”.

    Так как технология имеет более точные допуски и характеристики печати, все детали были отправлены без конструкторских изменений и доработок, все в первоначальном варианте.


    Деталь “Shell”. 3D печать, SLS метод

    Оболочка вышла с идеально закругленными краями. На верхней части тем же лазером что и для резки акрила были выгравированы указатели под сенсорные кнопки.



    Деталь “Mounting frame”. 3D печать, SLS метод

    Деталь “Mounting frame” вышла намного точнее чем по технологии FDM. Все конструктивные моменты были напечатаны с точностью 0,2 мм.


    Хотя для детали “Reflector” была выбранная технология лазерной резки по акрилу, для интереса мы отправили её на 3D печать также. Результат оказался превосходным.


    Деталь “Reflector”. 3D печать, SLS метод

    Три детали были готовы через 10 дней. Стоимость изделий с доставкой обошлись в €132.

    Выводы:
    1. Сервис Shapeways оказался очень удобным и лояльным. На сайте можно выбрать различные варианты материалов в разном цвете. Процедура оформления заказа очень быстрая.
    2. Технология 3D печати SLS методом оправдала все наши ожидания. Детали были напечатаны с точностью до 0,1-0,2 мм, что позволило более тщательно произвести функциональное тестирование без дополнительных доработок. Все внутренние платы и разъемы четко фиксировались в корпусе.
    3. Поверхность корпуса обрела качественный товарный вид, воспринималась пользователями как конечный продукт и они с восторгом комментировали и тестировали пилотную партию.
    4. Большой плюс, что материал поддается лазерной гравировке (использование лазерной гравировки можно увидеть на фото выше).
    5. Данная технология почти в два раза дороже FDM технологии, но зато отличное качество.



    Собранный прототип на испытаниях (SLS технология + лазерная резка)

    Заключение


    Основываясь на собственном опыте, считаем что SLS технология идеально подходит для целей пилотных партий. Тем не менее старайтесь по максимуму использовать различные технологии, не останавливайтесь на одной и не бойтесь комбинировать. Просмотрите различные технологии 3D печати и подберите какая именно подходит для Ваших задач.

    Для изготовления нескольких корпусов выбирайте понравившийся сервис, количество которых ежедневно растет. При использовании SLS технологии рекомендуем Shapeways как по качеству, цене, времени исполнения, так и по большому портфолио материалов, которые помогут создать разнообразные продукты.
    Ads
    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More

    Comments 26

      +2
      Интересная статья, спасибо! Скриншоты отличные, гораздо приятнее читать, чем просто текст.
        +1
        Простите, но статья примерно абсолютно ни о чем. Сравнили две с половиной технологии, причем на уровне «заказали тут, заказали там — это хорошо, это плохо».

        «FDM» — Где название материала? Что за принтер? Какая толщина проволоки и диаметр сопла экструдера, кто производитель и источник сырья? Какая точность позиционирования? Температурный режим, подложка? Как постобрабатывалась деталь — вымывались ли подпорки, чем-то обрабатывалась, покрывалась?

        «SLS» — здесь информации больше, но, опять же, не благодаря статье, а благодаря ссылке на Shapeways, у которых написано все и про материал, и про гранулярность, и про принтер и т.д.

        Про «лазерную гравировку» — почему-то сделан вывод, что ее нельзя сделать на пластиковом корпусе из PLA или ABS — почему? Прекрасно все гравируется, если есть желание.

        Где все остальные методы, раз уж «сравнение»? Где стереолитография, где MJM, где DMLS? Почему не попробовать разные материалы? Если уж совсем не хочется разбираться в тонкостях — почему бы в конце концов банально не попробовать заказать в 3-4 разных местах и сравнить результаты — хоть какой-то смысл бы был?

        Замечательное исследование, в котором при почти полном отсутствии данных фактически ставится крест на всем FDM. А потом выводы из этой статьи большие начальники растиражируют и я очередной раз буду выслушивать от какого-то большого босса авторитетное мнение о том, что «я читал, что только SLS дает хорошее качество».
          0
          Для каждой технологии свои применения. В данном случае если не жалко денег, можно и sls. Но меня б жаба задушила >130 евро отдавать. На fdm можно получить лучший результат, чем показан.
            +1
            В первую очередь нам было важно добиться хорошего восприятия продукта людьми на выставках и теми, кто тестировал.

            Варианты корпусов изготовленных по технологии FDM, которые нам удалось встречать раньше, по визуальному восприятию не воспринимались как законченные продукты, и сразу можно было догадаться, что это прототип.

            Характеристики печати FDM какие использовали мы:
            — Точность позиционирования по осям X-Y: 0.12 мм
            — Толщина слоя материала: 0.25 мм
            — Диаметр сопла печатающей головки: 0.4 мм
            — Материал PLA

            Можно было выбрать толщину слоя 0.1 мм, но тогда цена, была бы почти равной цене SLS метода и в конечном итоге выглядело и воспринималось бы хуже чем SLS.

            Следовательно для сохранения баланса цены, качества, времени изготовления, визуального восприятия плюс то, что конструктивно детали были не из простых, мы выбрали SLS технологию и пока остановились на ней.
            Что касается гравировки, то мы просто хотели отметить, что порошковый материал Strong & Flexible Plastic прекрасно поддаётся гравированию, за этот момент мы больше всего переживали перед заказом корпусов на Shapeways.

            В данной статье мы рекомендуем исследовать другие технологии 3D печати кроме FDM и SLS используя статью. Было бы здорово, если Вы посоветуете для такого типа деталей технологию, которая подойдет также как и SLS с соизмеримой ценой и не хуже качеством, мы попробуем ее при изготовлении следующего продукта и обязательно поделимся опытом.
          +2
          На данный момент 3Д-печатью лучше не пользоваться, ибо очень дорого. Только для прототипирования.
            +1
            В нашей, скромной пилотной партии (5-10штук) тяжело было найти другую технологию. Были варианты фрезерования, но выходило еще дороже. Также думали про метод литья в силиконовые формы, но данная технология приемлема если партия минимуму 25-50штук.
              +1
              Мне как стоматологу это не очень понятно. Первый экземпляр изготавливается вручную, из пенопласта/фанеры/изоленты или чего-то еще. Снимается оттиск супергипсом. Разрезается. А потом хоть алюминий заливайте, если форма не очень сложная. В вашем варианте проблемой стала бы тлько решетка. остальное — фигура экструзии сплайна. Лить несложно вроде.
                0
                Там на самом деле по скриншотам неочевидно, но вообще размеры здоровые по меркам 3D-печати и уж тем более стоматологии. Эта штука, насколько я понимаю, сантиметров 20 в длину.

                Ну и да, то, там кроме «решетки» еще и «mounting frame» лить сильно нетривиально.
                  0
                  20 см не проблема. Но вот форма с поднутрениями это напряжно, согласен. Не получится вынуть без разрушения оттиска — будет замок.
                    0
                    По классике это минимум на 2 части надо пилить и потом соединять. Шов, все такое…
                      0
                      Можно А-силикон использовать.
                    0
                    Самый маленький размеры камеры в sls принтере 200 х 250 х 330 мм, так что напечатать можно без проблем. А есть sls принтеры с метровой диагональю, с ними вообще можно разгуляться.
                    0
                    Цифровое производтсво позволяет автоматизировать процесс и делает его легко масштабируемым.
                    Вообще интересно как происходит процесс сейчас. Вообще уже есть новые технологии 3D-печати и материалы для стоматологов, правда в России они, вроде, еще не получило большого распространения. Но думаю это скоро изменится и 3D-печать вытеснит старые методы.
                +1
                Подскажите, по лазерной резке акрила — вы лазером ступеньку по краям сделали, за счет которой в корпусе деталь держится?
                Мне казалось, что лазер только насквозь режет детали.
                  +1
                  Да Вы правы, лазер только насквозь режет детали и умеет делать гравировку. А «ступеньки по краем» удалось сточить фрезой.
                  +2
                  Где фотография финального результата??
                    0
                    Результат конечного прототипа, используя технологию SLS + лазерная резка, самая первая (с температурой) и последняя фотографии в посте. Больше фото в альбоме
                    0
                    Красивый прибор, интересная идея.
                    От чего он питается? На фотографиях не видно проводов, там аккумулятор?
                    Какое примерно суммарное потребление тока у такого экранчика?
                      0
                      Питается и заряжается от обычного блока питания на 5В (в прототипе mini USB вход). В первоначальной пилотной версии и прототипах аккумулятор есть (варианты, что на фото). В массовом варианте аккумулятора не будет, так как устройство стационарное, а не мобильное. Светодиодный экран в отдельности потребляет около 300 мА (4В) при среднем свечении, а прибор целиком при активном WiFi пиково достигает до 1А.
                      +1
                      Этот бы Ламетрик, да размером с зажигалку!..
                        +1
                        Очень понравился ваш LaMetric, предзаказал.
                          0
                          Спасибо!
                          +1
                          Я что-то не пойму, вы в какой стране живёте и работаете? Потому что я регулярно проверяю доставляет ли Shapeways в Россию — мне при попытке оплаты на последнем шаге говорит:
                          «UPS has temporarily suspended the acceptance of dutiable shipments sent to private individuals in Russia until further notice. We apologize for the inconvenience.»
                          (проверил только-что) и никаких вариантов для выбора
                            +3
                            Живем и рботаем в Украине. С Shapeways проблем не возникало. (способ доставки — UPS)
                            +3
                            деталь представляет собой кожух, напоминающий форму “ракушки”

                            Вы ракушку хоть раз видели? Деталь больше на профиль похожа.
                              –1
                              Да согласен, больше похоже на профиль.

                              Only users with full accounts can post comments. Log in, please.