Články

Výroba prototypů - nezbytný pomocník vývoje

Prototyp je díl, sestava, nebo celý stroj vyrobený alternativními technologiemi tak, aby se co nejvíce blížil sériově vyráběnému produktu. Alternativními technologiemi jsou myšleny výrobní procesy umožňující výrobu bez nutnosti vysokých investic do jednoúčelových strojů, forem a přípravků nezbytných pro ekonomickou sériovou výrobu.

Jak vypadá prototyp?

Prototyp může a nemusí plně simulovat budoucí sériově vyráběný díl. Výroba prototypu bývá nákladná. Proto není vždy nutné vyrábět celý produkt, nebo trvat na materiálu plánovaném pro sérii. Pojďme si projít různé pohledy na prototyp:

  1. Imitace vs. funkční prototyp
    V případě potřeby testování ergonomie a vizuální stránky, nebo propagace produktu mnohdy postačí pouhá imitace výrobku tzv. Mock-up. Moderními výrobními procesy lze docílit perfektních povrchů. Vhodně umístěným závažím lze simulovat rozložení váhy bez nutnosti výroby vnitřních součástí.V případě potřeby testování funkce, mechanických vlastností, spolehlivosti, nebo hluku lze prototypovat jen konkrétní části celku, jako jsou mechanismy, klipy, světlovody a kanály.

    Obr. 1.: Plastový prototyp betonového umyvadla. 3D tisk FDM, materiál PETG + ruční dokončení povrchu.
    Obr. 1.: 3D tisk FDM, materiál PETG + ruční dokončení povrchu.

    Teprve pokud se domníváme, že jsou všechny dílčí nejasnosti vyřešené, je vhodné přejít k výrobě kompletního prototypu, případně malé sérii.

  2. Materiál prototypu - Je nutné použít stejný materiál u prototypu jako v sériové výrobě?
    Odpověď na tuto otázku je nejednoznačná. U kovových materiálů většinou není problém vyrobit prototyp ze stejného, nebo velmi podobného materiálu.
    U plastů určených ke vstřikování je situace jiná. Vstřikovaných materiálů je velké množství, dodávají se jako granulát a není problém je míchat na míru výrobku. Při výrobě prototypu jsme materiálově omezeni a je potřeba rozmyslet jaké materiálové vlastnosti jsou klíčové a k nim pak hledat vhodnou alternativu v prototypových materiálech. Toto rozhodnutí je klíčové pro volbu technologie výroby prototypu.
    Je ovšem možné zvolit i opačnou cestu. Nejprve vybrat materiál na prototyp, ověřit, že vše funguje jak má a následně, podle datového listu prototypového materiálu, hledat vhodný materiál pro sériovou výrobu. Tímto postupem se nám rozevírá škála prototypových výrobních procesů a tím i prostor ke zlevnění prototypování.

    Obr 2.: Prototyp sestavy (vlevo) vyrobený 3D tiskem z nerezové oceli a polyamidu PA12 vs. sériový díl (vpravo) ocel s povrchovou úpravou a polyamid PA6.6 (Nylon)
    Obr 2.: Prototyp sestavy (vlevo) vyrobený 3D tiskem z nerezové oceli a polyamidu PA12 vs. sériový díl (vpravo) ocel s povrchovou úpravou a polyamid PA6.6 (Nylon)

Proč vyrábět prototyp?

Protože chci uvést svůj výrobek na trh co nejrychleji, skvěle funkční a bez následných reklamací.
Pojďme se zamyslet nad tím kdy a co prototypovat.

  1. Testování dílčích částí
    V průběhu vývoje je potřeba otestovat funkčnost dílčích mechanismů, klipů, pružných členů… zkrátka všech částí, kde je nutná perfektní funkčnost. Každý prototyp něco stojí, ale ve srovnání s následnými úpravami v sériové výrobě je to naprosto zanedbatelná částka.

  2. Ověřování simulací a výpočtových modelů
    Moderní výpočetní systémy dokáží zázraky, ale je potřeba umět je správně kalibrovat, případně jejich výpočty následně ověřit. Na prototypech, ať už zmenšených, nebo ve skutečné velikosti, lze provádět kalibrační nebo ověřovací testy pevnosti, tuhosti, únavy, aerodynamiky, hydrodynamiky, akustiky a dalších.
     
    Obr 3.: Prototyp kanálu pro test vnitřní aerodynamiky. 3D tisk MJF, Polyamid PA12.
    Obr 3.: Prototyp kanálu pro test vnitřní aerodynamiky. 3D tisk MJF, Polyamid PA12.

  3. Estetika, ergonomie, funkčnost
    K čemu je perfektní funkčnost, když se výrobek zákazníkům nelíbí? Na co je vrtačka se skvělým výkonem a ergonomickou rukojetí, když jí řemeslník neunese? Pro úspěch Vašeho produktu jsou tyto tři slova klíčová a je to přesně ta fáze vývoje, kdy by se mělo do výroby věrného prototypu zainvestovat. Tato fáze nastává většinou, ke konci vývoje, kdy už jsou jasně dané vnější tvary výrobku i rozložení vnitřních komponent. Je to totiž jedinečná příležitost pro odhalení nedostatků, případně fatálních chyb, které až do této doby nebyly zřejmé a bez prototypu by se projevily až v sériové výrobě. Jen otrlý manažer dokáže vrátit vývoj o několik měsíců zpět, ale jen hlupák se pustí s děravou lodí na oceán.

    Obr. 4.: Prototyp cvičební pomůcky vyrobený vakuovým litím. Zákazník se po otestování prototypu rozhodl pomůcku o 6% zmenšit, čímž docílil lepší ergonomie a zvýšil efektivitu cvičení.
    Obr. 4.: Prototyp cvičební pomůcky vyrobený vakuovým litím. Zákazník se po otestování prototypu rozhodl pomůcku o 6% zmenšit, čímž docílil lepší ergonomie a zvýšil efektivitu cvičení.

  4. Testování montáže
    Každá zbytečná vteřina, nebo zbytná speciální operace při sériové výrobě stojí nemalé peníze. Montáž je velmi složité simulovat, proto se zde vyplácí výroba prototypu. Dá se na něm odladit vedení a uchycení kabelových svazků, montáž pružných členů, sestavení jednotlivých celků, lepení, šroubování atd. Většinou se po této fázi do jednotlivých dílů doplní drobnosti, které v sériové výrobě ušetří statisíce.
     

Výpis článků