Концептуальные модели: необходимый первый шаг от идеи к прототипу

Что такое концептуальная модель?

Концептуальная модель — ценный инструмент для предоставления идей пользователям. Физический концептуальный прототип, созданный быстрым прототипированием, может предоставить эффективную информацию о производимости дизайна и может быть уточнен до конкретных требований клиентов, поэтому концептуальное моделирование помогает сократить производственное время на ранних этапах процесса дизайна. Задействованные продукты способны соблюдать сроки, развиваться быстрее и вводить их в эксплуатацию как можно быстрее.

Поскольку все прототипы производятся через технологии быстрого прототипирования, нет необходимости разрабатывать дорогие инструменты для проектирования прототипов. Это значительно снижает производственные затраты и позволяет быстрое и легкое интегрирование дизайнов. Это обеспечивает очень низкорисковый способ обнаружения дефектов дизайна и внесения модификаций, и предоставляет точные модели, которые могут использоваться в производственных инструментах.

Концептуальные модели играют важную роль на протяжении всего жизненного цикла разработки системы. Рисунок 1-1 ниже изображает роль концептуальной модели в типичном сценарии разработки системы. Очевидно, если концептуальная модель не полностью разработана, выполнение базовых системных атрибутов может быть не реализовано правильно, оставляя проблему в будущем, и эти неудачи происходят в индустрии. Важность концептуальных моделей очевидна, когда такие системные неудачи смягчаются через разработку системы и соблюдение проверенных техник разработки.

Как реализовать концептуальную модель?

(1) SLA (Стереолитографический аппарат)

SLA основана на принципе фото полимеризации жидкой фоточувствительной смолы. Жидкий материал может быстро пройти фото полимеризацию под облучением ультрафиолетовым светом определенной длины волны и интенсивности. Молекулярный вес резко возрастает, и материал меняется от жидкого к твердому.

Рисунок 2-1 показывает принцип работы SLA. Жидкий бак заполнен жидкой фото полимерной смолой. Под действием отражательного зеркала лазерный луч может сканировать на поверхности жидкости. Траектория сканирования и наличие или отсутствие света контролируются компьютером. Там, где достигает световое пятно, жидкое затвердевает. В начале времени формовки рабочая платформа находится на определенной глубине ниже уровня жидкости, и сфокусированное пятно сканируется точкой за точкой на поверхности жидкости в соответствии с инструкцией компьютера, которая затвердевает точку за точкой. Когда слой сканирования завершен, необлученная область все еще жидкая смола. Затем подъемная платформа опускает платформу на высоту, и сформированный слой покрывается слоем смолы. Скребок соскребает жидкую поверхность смолы с более высокой вязкостью, а затем сканируется следующий слой, и вновь застывший слой прочно приклеен к предыдущему слою, так повторяется до тех пор, пока вся деталь не будет изготовлена, и получается трехмерная твердая модель.

2-1                                                                         2-2

(2) SLS (Выборочная лазерная синтеризация)

SLS была разработана в 1989 году К.Р. Дечардом из Университета Техаса в Остине. Процесс SLS формируется из порошкового материала. Материальный порошок распределяется ровно на верхней поверхности сформированной детали. Высокомощный CO₂ лазер используется для сканирования поперечного сечения детали на только что уложенном слое, и материальный порошок синтерируется вместе под высокоинтенсивным лазерным облучением для получения. Сечение новой нулевой синтеризированной детали соединено с сформированной деталью ниже. После синтеризации сечения сечения, новый слой порошкового материала наносится, и нижнее сечение выборочно синтерируется, как показано на рисунке 2-2. После завершения синтеризации излишки порошка удаляются, а затем полируются, сушатся и т.д.

Процесс SLS характеризуется широким спектром материалов, не только для производства пластиковых деталей, но и для производства керамических, восковых и других материалов, в частности для производства металлических деталей. Процесс SLS не требует поддержки, потому что несинтеризированный порошок действует как поддержка.

(3) CNC-обработка

CNC означает компьютерное числовое управление и существует с начала 1970-х годов. До этого это называлось NC для числового управления. Хотя большинство людей никогда не слышали это слово, если вы в производственной отрасли, вы, вероятно, будете иметь дело с CNC долгое время.

Как вы могли догадаться, все операции, которые оператору нужно выполнить на обычном станке, могут быть запрограммированы на станке с ЧПУ. После настройки CNC-кода и запуска, станок с ЧПУ довольно прост в поддержке работы. Фактически, многие станки с ЧПУ могут работать без присмотра в течение всего цикла обработки, позволяя оператору выполнять другие задачи. Это дает пользователям CNC несколько сопутствующих преимуществ, включая снижение усталости оператора, снижение ошибок, вызванных человеческой ошибкой, и согласованные и предсказуемые времена обработки для каждой заготовки.

Поскольку станок будет работать под управлением программы, уровень мастерства, требуемый операторами CNC (в отношении базовых практик обработки), снижен по сравнению с механиками, использующими традиционные станочные инструменты для производства заготовок. Тем временем, станки с ЧПУ гибки. Поскольку эти станки работают от программы, запуск разных артефактов почти так же просто, как загрузка другой программы. После того как программа была проверена и выполнена производственным запуском, она может легко вызвать следующий запуск. Это приносит большие выгоды для быстрых преобразований.

CNC-технология превосходит SLA и SLS в терминах точности. Сегодняшние станки с ЧПУ имеют почти невероятные спецификации точности и повторяемости. Это означает, что после валидации программы, два, десять или одна тысяча идентичных артефактов могут быть легко и точно сгенерированы.

Цель концептуальных моделей

Используйте концептуальную модель как первый шаг в процессе создания физического продукта. Это модели ранней стадии дизайна, которые могут использоваться для завершения сборки, улучшения дизайна, демонстрации образцов и реализации функций. Инженеры WayKen строят концептуальные модели с диапазоном материалов, технологий и отделок для производства реалистичных отделок, чтобы с уверенностью увидеть, как конечный продукт будет выглядеть. Цвета и текстуры могут быть усилены анодированием, напылением, пескоструйной обработкой и многим другим. Некоторые концептуальные модели продуктов используют CNC-обработку, быстрое прототипирование и другие процессы для достижения функциональных требований сборки. Наши инженеры хороши в работе с вами, чтобы преобразовать ваши ранние CAD-файлы в концептуальные модели, которые элегантно передают ваш дизайнерский замысел вашей аудитории.