Быстрое прототипирование: Ускорение инноваций для игровых консолей

Без быстрого прототипирования, которое позволяет токарям с ЧПУ и инженерам превращать масштабную модель в физический, осязаемый продукт, Microsoft возможно не была бы так взволнована — или быстра — чтобы показать свою последнюю игровую консоль. «Объявленная как самая мощная игровая консоль когда-либо, она готова предложить нативное 4K-гейминг в гостиной», — по данным All3DP.

Можно сказать, путь к успеху мог быть длиннее без удивительной инновации быстрого прототипирования.

Почему быстрое прототипирование так критично для брендов вроде Microsoft — и бесчисленных других, меньших производителей? Что означает быстрое прототипирование для токарей и инженеров?

Если спросить Тома Чи, небо — предел, ведь быстрое прототипирование предлагает быстрые решения для более светлого будущего. Последствия для быстрого прототипирования потенциально так же меняют правила игры (поняли?) для предпринимателей, как и для крупных корпораций вроде Microsoft, в плане серьезной экономии и времени, и денег.

Итак, что такое быстрое прототипирование? Почему есть такой толчок к всё большей интеграции его в обработку и инженерию?

Понимание этого процесса критично для расширения возможностей превращения наших дизайнов в продукты быстрее, чем когда-либо. Посмотрите следующее и представьте, как быстрое прототипирование может помочь трансформировать ваш бизнес и, возможно, поднять вашу прибыль.

Что такое быстрое прототипирование?

Рискуя упростить сложный процесс, быстрое прототипирование определяется как «быстрое создание полноразмерной модели. Слово прототип происходит от латинских слов proto (оригинальный) и typus (модель)».

Под созданием мы не имеем в виду создание в абстракции. Скорее, быстрый прототип представляет собой осязаемое, физическое создание, которое можно держать в руках.

Существуют разные типы быстрого прототипирования, с текущими трендами, следующими аддитивному производству и 3D-печати. Однако субтрактивное быстрое прототипирование продолжает быть основным драйвером и часто лучше подходит для определённых типов проектов и дизайнов продуктов.

Независимо от того, делаете ли вы аддитивное, субтрактивное или комбинацию обоих, факт остаётся: быстрое прототипирование позволяет дизайнерам оживлять свои модели. «Это часто делается с использованием сложного компьютерно- поддержанного дизайна или другого сборочного ПО, и физически реализуется с помощью 3D-принтеров», — определяет Techopedia.

Команда из UK-базированного 3D Creation Lab объясняет: «Прогресс в 3D быстром прототипировании позволяет быстрее и дешевле создавать прототипы и модели, устраняя рабочую силу и дорогое инструментирование, что позволяет компаниям и изобретателям выводить свои продукты и дизайны на быстрее, чем конкуренты».

Учитывая все возможности продукта, которые предлагает быстрое прототипирование, приходится предполагать, что где-то есть недостаток.

Как что-то настолько инновационное может не иметь подвоха или двух?

Оказывается, не может.

Для всех плюсов, быстрое прототипирование представляет несколько минусов, не в последнюю очередь потенциал устранения рабочей силы, тем самым сокращая количество рабочих мест для токарей с ЧПУ.

Однако в «Будущем быстрого прототипирования» Сорен Петерсен, Ph.D. по дизайн-исследованиям и автор «Прибыль от дизайна», предсказывает следующее:

Преимущества многочисленны и продолжают поднимать планку по отраслям. Но ради баланса мы взвесим обе стороны медали.

Плюсы и минусы

Мы рассмотрели плюсы быстрого прототипирования, но просто для резюме: они сводятся к скорости и стоимости. APT Mold утверждает, что также существует внутренняя реальность сервиса клиента и удовлетворённости клиента в быстром прототипировании:

Получить преимущество на рынке… какой бизнес этого не хочет?

Это преимущество имеет свою цену, конечно, и эта цена представляет минусы быстрого прототипирования. Всего сказано, есть три основных недостатка быстрого прототипирования.

Туннельное зрение

К сожалению, легко получить туннельное зрение и потерять вид всего проекта, когда сфокусированы на одном прототипе. Подвох здесь — потенциал для разработчиков продукта упустить решение, которое могло бы оказаться лучше в долгосрочной перспективе, фокусируясь слишком интенсивно на прототипе под рукой (буквально).

Случай ошибочной идентичности

Прототипы, в чужих руках клиента, могут быть ошибочно приняты за готовый продукт и несправедливо или поспешно оценены как таковой. Обратная сторона — когда прототип предпочтительнее конечного продукта. Ни один случай не полезен инженерам и токарям за этими прототипами.

Разнообразие — соль жизни

Быстрое прототипирование, однако, ограничивает количество вариантов, которые у вас есть, и, возможно, лучше зарезервировано для более простых проектов.

Однако, как показывают следующие пять брендов, несмотря на эти потенциальные подводные камни, быстрое прототипирование остаётся эффективным средством к очень выгодному концу.

Пять брендов, представляющих мощь быстрого прототипирования

Хотя эти пять компаний определенно не единственные, делающие быстрое прототипирование работающим для них, каждая иллюстрирует, что этот процесс может сделать для продуктов бренда… и чистой прибыли.

Brightwake

Конечно, не домашнее имя, тем не менее Brightwake — исследовательская и дизайнерская фирма, спасающая жизни, спасая кровь. Или, точнее, перерабатывая кровь, которая иначе была бы потеряна.

Hemosep — знаковая машина компании, способная перерабатывать кровь, потерянную во время операции. Чтобы создать Hemosep, Brightwake полагалась на 3D-печать как процесс быстрого прототипирования. Это, как сообщается, сократило производственный процесс на 96%. Безопасно предположить, что финансовая экономия была аналогично значительной.

Fender

Любители музыбы мгновенно узнают бренд Fender как производителя инструментов, предпочитаемого как любителями, так и рок-легендами вроде Джими Хендрикса.

Чтобы ускорить уже быстрый процесс быстрого прототипирования, Fender приобрела промышленные 3D-принтеры Stratasys и теперь создаёт свои собственные прототипы, вплоть до ручек на усилителях. Время на создание этих прототипов сократилось с примерно двух недель до ночи. Безопасно предположить, что более короткое лид-тайм равно более длинным маржам прибыли.

Ford

Даже крупные автопроизводители вроде Ford должны быть осторожны с бюджетированием. Быстрое прототипирование сделало «Ford tough» ещё более tough, сэкономив компании миллионы долларов на пластиковых и металлических прототипах.

3D-печать доказала себя настоящим спасателем времени, так как процесс создаёт прототипы за считанные часы, позволяя инженерам Ford решать, окажется ли фактическое производство выгодным.

Это всего несколько компаний, использующих быстрое прототипирование в дизайне продуктов. Другие включают крупные бренды вроде BMW, Lamborghini, Valero и Volkswagen.

Lockheed Martin

Высокоскоростное CNC-прототипирование критично для разработки продукта в Lockheed Martin, глобальном корпоративном гиганте, преданном передовым технологиям в погоне за аэрокосмическими, оборонительными и безопасностными инициативами, который утверждает: «Мы толкаем пределы аддитивной технологии и привозим инженеров-проектировщиков на заводской пол, чтобы производить детали, слой за слоем, которые ранее не могли быть построены».

Epson

Использование высокоскоростной CNC-обработки позволило японской корпорации Seiko Epson удовлетворить спрос потребителей на более лёгкие, комфортные очки дополненной реальности (AR) Moverio.

«С предшественником у нас было много запросов от пользователей относительно веса и размера, поэтому мы поставили цели разработки на улучшение комфорта и сделать умные очки более компактными и лёгкими», — здесь и пригодилось высокоскоростное CNC-прототипирование, по словам Кадзуя Камакура, старшего сотрудника, управления бизнесом HMD, отдела визуальных продуктов, операций визуальных продуктов в Epson.

Эти бренды экземплифицируют возможности, предоставляемые передовым производством, но когда речь идёт о быстром прототипировании, что лучше: субтрактивное vs аддитивное?

Ода субтрактивному быстрому прототипированию

Здесь в Datron мы хвалим субтрактивное быстрое прототипирование за его опору на эффективные процессы обработки. В отличие от других вариантов быстрого прототипирования, субтрактивное быстрое прототипирование даёт прототипы из конечного материала с более высокой структурной целостностью.

Процесс субтрактивного фрезерования быстрого прототипирования удаляет более мелкие куски материала из большего, оставляя цельную или неповреждённую деталь. Аддитивное быстрое прототипирование, с другой стороны, создаёт слои материалов, с конечным результатом, не таким структурно надёжным.

Почему это важно?

Более того, фрезеровка обеспечивает более широкий спектр чистовых поверхностей по сравнению с «ступенчатой чистовой поверхностью», ассоциируемой с аддитивным быстрым прототипированием. Использование высокоскоростного CNC (Computer Numerical Control) фрезерного станка даёт прототипы с повторяемостью, которая доказала себя идеальной для материалов конечного использования.

«Одним из главных преимуществ субтрактивного производства является способность фрезеровать экстремально тонкий кусок пластика в живой шарнир. Такой процесс просто ещё невозможен в 3D-принтере», — по словам Creative Mechanisms. «Передовые CNC-станки используют множественные инструменты и режут по крайней мере по трём (x, y и z) осям так, что они минимизируют необходимость для дизайнеров переворачивать блок».

В конечном счёте, «Это подходящий выбор для деталей, используемых для малых и больших производственных запусков, для получения конкретных чистовых поверхностей или для получения конкретных механических свойств».

Конечно, мы не могли бы поддерживать проекты субтрактивного быстрого прототипирования без правильного оборудования.

Чего ожидать от высокоскоростной CNC-обработки

Высокоскоростные CNC-станки — идеальная альтернатива для инженеров, когда 3D-принтеры не справляются, и они обычно не справляются из-за материала, используемого для конкретного прототипа. В настоящее время инженеры не могут 3D-печатать металлы вроде алюминия.

Другие преимущества высокоскоростной CNC-обработки включают способность производить более мелкие детали — вроде фрезеровки корпусов электроники, используя режущие инструменты с максимальными диаметрами 0,50" на основе повышенного спроса. Эти станки теперь оснащены шпинделями 60 000 об/мин, позволяющими более высокие подачи и быструю резку без ущерба критическим компонентам. В паре с оптимизированным инструментом, эти станки улучшают удаление стружки для снижения тепла и более чистых резов.

Операционно, пожалуй, лучшая часть высокоскоростных CNC-станков — удобный сенсорный экран, который позволяет любому, способному пользоваться мобильным телефоном, управлять станком.

Изучение текущих вариантов CNC-станков

Исторически CNC-станки нужно было ретробировать к существующим инструментам; однако по мере эволюции технологии новые станки проектировались исключительно для CNC-целей. Примеры ретробированных станков включают токарные и фрезерные станки. В обоих случаях встроенные механизмы заменяются на высокоточные компоненты и новые крепления для актуаторов.

Новые CNC-станки включают 3D-принтеры, CNC-лазерные резаки, CNC-плазменные резаки, фрезерные станки, pick-and-place машины, а также рутеры.

3D-принтер

Похожий по дизайну на лазерный резак или CNC-рутер, 3D-принтеры требуют пластиковый экструдер, который проталкивает горячий пластик через маленькую дырку, наслаивая материал до построения прототипа.

CNC-лазерный резак

Идеален для резки металла, пластика и дерева, CNC-лазерные резаки используют лазеры, специфичные для требуемого материала.

CNC-плазменный резак

Плазменные резаки имеют плазменный бреннер, идеальный для резки 2-мерных форм в листовом металле.

CNC-фрезерный станок

Когда-то доступные только в огромных размерах, фрезерные станки, построенные специально для CNC-целей сегодня, меньше по футуру и могут включать автоподачу, встроенные сменщики инструментов и электрические сенсоры для тщательного мониторинга безопасной резки.

Pick-and-place машина

Оснащённая множеством маленьких сопел, pick-and-place машины быстро перемещают электрические компоненты, размещая их в печатные платы, необходимые для личных устройств вроде телефонов и планшетов.

Рутер

Построенные для более крупных работ, рутеры работают с материалами вроде пластиков, листового металла и дерева, используя 3-осевую установку, что делает резку профилей и 3D-рельефную фрезеровку лёгкой. Для более сложных форм 4, 5 или 6-осевые машины — путь к успеху.

Быстрое прототипирование возводит инженеров и CNC-токарей

Как инженер или CNC-токарь, что означает быстрое прототипирование в целом для вас в долгосрочной перспективе?

Для начала, вы на правильном пути.

В настоящее время «мировая индустрия прототипирования оценивается примерно в $12 млрд, но переживает быстрый рост более 22,6% ежегодно с 2010 по 2015 год», — по данным Robotics Business Review, с прототипированием, «ожидаемым к достижению $20 млрд в оценке к 2020 году. Прогнозы на следующие 15–20 лет предсказывают рост до $40 млрд, так как непрерывная технологическая инновация топлит отрасль — и рынки, которые на ней полагаются».

Прогноз по рабочим местам отличный; «Различные CNC-услуги в таком высоком спросе, что люди, обученные в области точной обработки, входят в топ-5 самых нужных сотрудников в США».

Другими словами, вперёд и вверх!

Отрасли для наблюдения за потенциалом быстрого прототипирования

Один из плюсов жизни в обществе, которое продолжает проталкивать границы традиционных показателей смертности — спрос на инновационные предметы здравоохранения. В данный момент более 98% слуховых аппаратов, производимых во всем мире, теперь 3D-печатаются, из-за значительной экономии времени, стоимости и точности, приходящей от производства каждой уникальной модели таким образом.

И хорошие новости для CNC-производства продолжаются с быстрым прототипированием, делающим возможным производство гениальных персональных медицинских устройств, разработанных для облегчения болезней и недугов, когда-то считавшихся нелечимыми.

Другие вертикали, собирающие плоды быстрого прототипирования, специально через CNC-производство, включают авиацию и робототехнику.

Фактически, Robotics Business Review утверждает, что:

Эволюция передового производства продолжается с захватывающими новостями, объявляющими партнёрство US Army и Lockheed Martin для разработки методов быстрого прототипирования, «использующих биопроизводство и самосборку для создания строительных блоков новых материалов, имеющих применения для оборонительной оптической технологии и защитных покрытий».

US Army потратил десять миллионов долларов на финансирование Self-Assembly of Nanostructures for Tunable Materials, разработанного для рассмотрения возможностей интеграции биопроизводства инновационных материалов для оборонительных усилий.

Мелисса Роадс, старший исследовательский менеджер Lockheed Martin и руководитель проекта, объяснила: «Клетки эффективно создают всевозможные материалы, как паутинка паука или иридесные крылья бабочки».

Мы уже видели, что аддитивное и субтрактивное быстрое прототипирование могут сделать для передового производства. Это последнее партнёрство безусловно найдёт новые рубежи для разработки продуктов, ещё не воображимых.

Итак, что такое быстрое прототипирование? С нашей перспективы — это самый быстрый путь вперёд.

Если вы заинтересованы в добавлении быстрого прототипирования на ваш промышленный производственный пол или инновационную лабораторию, начните разговор с нами сегодня.