Czy jesteś zainteresowany prototypami, które będziesz mógł tworzyć dzięki drukowi 3D? Oto krótki przewodnik na temat używania drukarek 3D do tworzenia, produkcji i testowania własnych prototypów.
Po co tworzyć szybkie prototypy?
Jeśli posiadasz drukarkę 3D, prawdopodobnie chcesz tworzyć rzeczy, które jeszcze nie istnieją lub są trudno dostępne. Niezależnie od tego, czy będą to modyfikacje pojazdów RC, elementy wystroju domu, czy narzędzia do warsztatu, produkcja własnych modeli jest wprost stworzona dla drukarek 3D.
Prototypowanie definiuje się jako proces iteracyjnego tworzenia niestandardowego modelu. Prototyp to praca w toku, która wciąż jest ulepszana. Drukarki 3D są idealne do prototypowania, ponieważ sprawiają, że tworzenie niestandardowych obiektów przy użyciu szerokiej gamy materiałów, jest niezwykle łatwe. Od prostych, sztywnych wydruków, do elastycznych, organicznych geometrii – możliwości drukarek 3D stale się powiększają.
W tym przewodniku znajdziesz kompleksowy przegląd procesu prototypowania oraz sposobu korzystania z drukowania 3D, w celu stworzenia niestandardowego projektu. Przeprowadzimy Cię przez proces tworzenia od podstaw prawdziwego modelu i rzucimy światło na to, jak możesz zrobić to sam.
Krok 1: Zdefiniuj problem
Jedynym słusznym powodem, dla którego powinieneś coś prototypować, jest przede wszystkim potrzeba znalezienia rozwiązania szeregu problemów, które nie zostały jeszcze rozwiązane. Nie ma potrzeby wymyślania nowego koła, więc jeśli rozwiązanie Twojego problemu jest już dostępne, po prostu skorzystaj z niego. Proces prototypowania działa najlepiej, gdy istnieje wyraźny problem do poprawy. Przed rozpoczęciem prototypowania upewnij się, że masz uzasadniony, nierozwiązany problem.
W tym przewodniku wykorzystamy przykład etui na myszkę komputerową. Myszki bezprzewodowe są wszechobecne i często muszą być z nami wszędzie tam, gdzie zabieramy nasze laptopy. Problem polega na tym, że bardzo niewiele z nich jest zaprojektowanych tak, aby dobrze znosiły wrzucanie ich do torby i potrząsanie nimi przez cały dzień. Te powtarzające się uderzenia i zadrapania na naszych myszkach komputerowych – w szczególności na ich przyciskach, nie wróżą nic dobrego dla ich wytrzymałości.
Irytujące jest nie tylko klikanie i klikanie za każdym krokiem po schodach, ale także zużycie myszki, co z czasem zmniejsza jej żywotność. Chcieliśmy więc stworzyć coś, co ochroni nasze myszki w transporcie: futerał na myszkę. Oto przykład, którego użyjemy w tym przewodniku.
Krok 2: zaproponuj rozwiązanie z ograniczeniami
Zdjęcie we wczesnych stadiach. Źródło: Mika Yeap / All3DP
Po zidentyfikowaniu problemu nadszedł czas, aby znaleźć rozwiązanie. Powinno ono przynajmniej częściowo wyeliminować problem, co oznacza, że ma pewne ograniczenia. Łatwiej jest prototypować, kiedy myślisz o swoim modelu w ten sposób: projekt, który przestrzega listy pewnych ograniczeń .
W naszym przykładzie myszki, najbardziej oczywistym ograniczeniem są jej wymiary, które próbujemy jak najlepiej określić. Dopasowanie myszki do obudowy musi być odpowiednie, aby ją chronić. Kolejnym ograniczeniem jest rozmiar, ponieważ obudowa nie powinna być zbyt uciążliwa pod względem miejsca jakie będzie zajmowała w torbie.
Ponadto musimy również uwzględnić wygodę futerału, ponieważ myszki mają być wyjmowane szybko i używane często.
Jeśli zamierzasz stworzyć produkt w ramach działalności gospodarczej, koszt może być kolejnym poważnym ograniczeniem.
Po poznaniu ograniczeń, możesz przejść do stworzenia realnego rozwiązania. I nie musisz robić rozległych badań, aby znaleźć rozwiązanie. Kiedy masz już je na myśli, czas na ekscytującą część procesu prototypowania: projektowanie.
Krok 3: Zaprojektuj swoje rozwiązanie (i przetestuj je)
Projektowanie rozpoczyna się inaczej dla różnych osób i aplikacji. Niektórzy ludzie lubią szkicować swoje rozwiązania na papierze, aby je wizualizować, zanim opracują je w oprogramowaniu CAD, a niektórzy zaczynają od oprogramowania CAD. Tak czy inaczej, wybrane oprogramowanie jest ważnym elementem na tym etapie.
W przypadku czegoś takiego, jak nasz futerał na myszkę, który ma określone ograniczenia wymiarowe, zalecamy Autodesk Fusion 360. To niezwykle wydajne oprogramowanie, do którego można uzyskać dostęp za darmo. W przypadku modeli, takich jak doniczki, wazony lub korpusy samolotów RC, wybralibyśmy Blendera, o którym również szeroko dyskutowaliśmy.
Jeśli tworzysz coś bardziej szczegółowego, powinieneś poszukać oprogramowania, z którego korzysta społeczność w swojej niszy. Na przykład, jeśli planujesz prototypować mechanizm zegarka, możesz potrzebować oprogramowania (i komputera, jeśli o to chodzi), które poradzą sobie ze znacznie większą złożonością niż zwykłe oprogramowanie CAD.
Po przygotowaniu wybranego oprogramowania, zacznij go używać do tworzenia rozwiązania. Kluczem w tej części procesu jest drukowanie 3D i testowanie projektu tak wcześnie i tak często, jak tylko to możliwe. Wczesne przetestowanie projektu, często pozwala go dostosowywać krok po kroku. Jest to bardziej zorganizowany i usprawniony proces rozwiązywania problemów, w porównaniu z koniecznością testowania wszystkiego na końcu, kiedy myślisz, że wszystko zostało już zrobione.
Na przykład, w naszym futerale na myszkę najpierw opracowaliśmy kształt pasujący do niej: tak jak chcieliśmy, tylko w jednym kierunku. Następnie skupiliśmy się na innym kierunku. W ten sposób mogliśmy z łatwością stworzyć kształt, który w miarę dobrze pasuje do myszki. Gdybyśmy od razu stworzyli pełny kształt, znacznie trudniej byłoby zdiagnozować problemy i je naprawić.
Zasadniczo ten etap polega na zrobieniu czegoś w oprogramowaniu CAD, wydrukowaniu go, przetestowaniu, a następnie powtórzeniu procesu z naniesieniem poprawek. To jest sedno prototypowania: wprowadzanie stopniowych zmian w celu ulepszenia projektu w oparciu o wyniki małych eksperymentów. Łączymy te dwa kroki, ponieważ projektowanie i testowanie to pętla, która będzie powtarzana dowolną liczbę razy, aż w końcu osiągniesz satysfakcjonujące rozwiązanie.
Przykładowa pętla testowa
W naszym przykładzie najpierw stworzyliśmy zgrubny zarys bocznego profilu myszki na podstawie zdjęcia, które zrobiliśmy kamerą. Wydrukowaliśmy go, aby zobaczyć, jak dobrze pasuje do konturów myszki, a następnie zrobiliśmy to samo z profilem przednim. W tym momencie mieliśmy ogólny zarys kształtu myszki i wszystko inne było modelowane wokół niego.
Za pierwszym razem, gdy wydrukowaliśmy pełną obudowę, miała ona zawias, zamknięcie zatrzaskowe i uchwyt do noszenia. W oparciu o sposób drukowania i sposób ułożenia myszki w etui, pogrubiliśmy niektóre części wewnętrzne, aby etui lepiej utrzymywało myszkę na miejscu, poprawiliśmy wytrzymałość zawiasu, zmodyfikowaliśmy prześwity i wprowadziliśmy kilka innych drobnych poprawek .
Kolejne prototypy były znacznie łatwiejsze do wydrukowania, a także wyglądały lepiej, ale w pewnym momencie musieliśmy skupić się na przetestowaniu naszego projektu w warunkach naturalnych, aby ulepszyć jego funkcjonalność. Jedna z naszych szczęśliwych myszek komputerowych, spędziła tydzień podróżując w jednym z ostatnich prototypów. Do tej pory nie zaobserwowaliśmy kliknięć w transporcie, zadrapań ani innych niechcianych śladów na myszce, nawet po umieszczeniu jej w tej samej torbie co laptop z metalową obudową i butelka wody.
Zawężenie
Na początku niedopasowany kształt jest w porządku, ale ostatecznie musisz zaostrzyć tolerancje, lepiej dopasować wymiary i (co najważniejsze) wyrazić swój wyjątkowy styl projektanta. Twój projekt, bez względu na to, czy będzie to skromny wieszak na ręczniki kuchenne, czy torba na laptopa, musi prezentować Twój styl i spełniać Twoje oczekiwania co do funkcjonalności. Inaczej mówiąc, estetyka nie zawsze jest niezbędna do funkcjonowania modelu, ale z pewnością może poprawić nastrój, kiedy spojrzysz na wyszukany design swojego dzieła.
Usuwanie błędów
Bez wątpienia wystąpią problemy z twoim projektem, i to jest w porządku! Celem każdej pętli prototypowej jest zlokalizowanie tych problemów i ich usunięcie.
Oczywiście nie trzeba wiele, aby zauważyć błędy w naszym projekcie, takie jak np. wadliwy zawias. Ze względu na orientację drukowania naszego modelu, musieliśmy dodawać wszędzie podpory w Cura, co z kolei dodawało niepotrzebnego materiału wewnątrz zawiasu, uniemożliwiając jego poruszanie bez uszkodzeń.
Możliwe, iż inny slicer mógłby zapewnić większą kontrolę nad tym ustawieniem, ale ponieważ tak wiele osób używa Cury, lepszym rozwiązaniem byłoby zoptymalizowanie modelu, aby obejść ten problem, aniżeli poszukiwanie innego oprogramowania.
Pamiętaj: Projektowanie nigdy się nie kończy
Twój model nigdy nie będzie idealny, ale w pewnym momencie będzie wystarczająco dobry, aby przejść od prototypu do produktu. Do Ciebie będzie należeć decyzja, czy Twój projekt jest już gotowy do produkcji. Celem prototypowania jest wytworzenie czegoś, co będzie spełniało określone funkcje, a nie dostosowywanie modelu bez końca.
To powiedziawszy, iteracyjny proces prototypowania jest z pewnością satysfakcjonujący, ponieważ możesz zobaczyć, jak coś co kiedyś było pomysłem, ewoluowało w coś, co można fizycznie wziąć do ręki.
