ハードウェアプロトタイピングツールとベストプラクティスガイド

競争の激しいハードウェア市場では 優れた製品は 偶然ではなく 概念化から始まる 厳格な開発プロセスから生まれます複数の設計・復習とエンジニアリングの検証を受けます数十年に渡って エンジニアやデザイナーが ハードウェアプロトタイプの工芸を 精巧に改良し革命的な変化を経験しています.

現代のプロトタイピングは かつてないほど 容易で速く 精密で 費用対効果が高くなりました この進化により チームが効率的にデザインを検証する生産前のコストのかかる最終的な変更を最小限に抑えながら 優れた最終的な製品を保証しますこの記事では,ハードウェアプロトタイプ作成に使用されるツールのスペクトル,基本的なインプリメントから高度な技術まで,さまざまな製品開発段階におけるそれらのアプリケーションを調査します..

プロトタイプは製品の初期モデルまたはシミュレーションとして機能し,その目的は外観や触覚の質を証明する以上のものです.プロトタイプはデザインの可行性を根本的に検証します設計を早期に評価しテストすることで,企業は後期にコストのかかる問題へと拡大する前に潜在的な問題を特定し,解決することができます.

企業 が 製品 の 開発 や 発売 に 相当 な 時間 と 資源 を 投資 し て も,その 製品 が ユーザー の ニーズ や 機能 的 な 要求 に 満たさ ない こと を 発見 する 時 の 結果 を 考え て ください.開発が進むにつれて デザインの変更のコストは劇的に上昇しますプロトタイプ作成は,高価な後期改変を効果的に削減し,製品が市場へ成功的に到達することを保証します.

ハードウェアプロトタイピングには,開発段階によって異なるさまざまなツールと方法が含まれます.一般的に,プロトタイピングアプローチは,基本および高度の2つのカテゴリーに分類されます.

初期の開発段階では,チームは最小限の時間とコスト投資で仮説と機能をテストするために迅速な繰り返しを優先する必要があります.基本的なプロトタイプ作成ツールと方法が費用対効果が高い柔軟なワークフローをサポートし,標準的なコンポーネントと安価な材料を最大限に活用します

粘土,紙,泡,モジュール型おもちゃなど (例えば設計者やエンジニアが空間概念や3次元製品設計を迅速かつ経済的に開発できるようにしますこれらの材料は,製品が全尺度モックアップやスケールモデルとして見られるように,一般的なツールや粘着剤を使用して簡単に操作できます.

利点は低コスト,短い処理時間,簡単な変更,簡単な複製です.しかし,制限は明らかです.機能的側面のテストの困難,複雑な形状や部品を作れないモデリングの技術が要する.

基本的な製造はモデル製作に似ているが 機能的な要素を持つ より堅牢で正確なプロトタイプを作るために 電力ツールとより質の高い材料を使用する.製造されたプロトタイプは,設計の意図と構造要件をより良く伝えているエンジニアや設計者は,耐久性のあるプロトタイプを組み立てるために,様々な電動工具―ドリルプレス,切断サー,フレッシングマシン,ドリル,および溶接機―を使用します.

材料は,モジュール型システム (例えば,80/20®アルミ挤出物) から,金属板,プラスチック,木材まであります.すべての企業が必要なツールや設備を有しているわけではありませんが,Fab Labs は デザイナー に 設備 と 作業 場 を 提供 し て い ます工学家やエンジニアやメーカーです

製品開発が進むにつれ チームには 外見や触覚や機能に合わせて 試作製品を作るツールが必要になります先進的なプロトタイプ作成ツールでは,同一または類似した材料を使用してカスタムコンポーネントを作成します機能的な必要性のために様々なポリマーを使用する大量販売製品のように,エンジニアはしばしば複数の材料と方法を組み合わせて 個々のプロトタイプ部品を製造します.

低コストで高速で 便利な内部操作により 工業用3Dプリンタは エンジニアリングとデザインの 急速なプロトタイプ作成に革命をもたらしました3Dプリンタは,完全な物理部品が形成されるまで,CADモデルから直接 3次元パーツを層ごとに層ごとに構築します新しいデザインには道具も設置も必要ないため,3Dプリントによる複数のプロトタイプを製造するコストは,従来の製造と比較してほとんどありません.

多くの先進的なプロトタイプ作成ツールには 高価な機器と熟練した操作者が必要であり,設計者やエンジニアはこれらのプロセスを外包するようになります.3Dプリントの主要な利点は,企業が内部でプロトタイプを作成できるようにすることですコンパクトなデスクトップシステムは,原型作成と製品開発のために,ステレオリホグラフィー (SLA) と選択レーザーシンター (SLS) などの工業レベルの3Dプリンティング技術を利用可能にした.

SLA樹脂3Dプリンタは 特殊な工学材料を用いて 高精度・強度で 滑らかで同極性のあるパーツを製造しますSLSプリンタは耐久性のある工学用熱塑料を用いて機能的なプロトタイプと生産部品を製造する3Dプリントは,鋳造可能な部品,低容量型模具,マスターパターン,またはカスタム生産ツールを作成することで,伝統的な製造を補完します.

機械加工は,手動およびCNCフライディング,ターニング,電気放電機械加工 (EDM),および他の減算プロセスを含む.これらの技術は,固体金属またはプラスチックブロック,棒,または棒から始まります.切断による材料の除去掘削,掘削,磨きを行って,望ましい形状を得ることができます.

CNC機械はCADモデルも使いますが,ツールパスの生成と検証には CADからCAMまでの中間段階が必要です.専門知識を必要とする時間がかかるプロセスです.高精度な機械の製造に優れている3Dプリンタと比較して,これらのプロセスは,ツールへのアクセスと特定の幾何学 (例えば.伝統的な減法法で生産するのが困難または不可能である.

基本的なCNC機械は数千ドルで,高度なシステムは6桁に簡単に達します.すべてのCNC機械には熟練した操作者が必要ですが,プロトタイプの複雑さは機器に依存します.材料その結果,多くの企業は機械加工を外包し,製造期間とコストを増加させています.

異なるプロトタイプは,ハードウェア開発中に異なる用途に役立つ.適切なプロトタイプ作成ツールの選択は,検証目標と開発段階に依存する.

PoCプロトタイプは,初期の開発段階でアイデアの実現可能性と市場可能性を実証します.これらのプロトタイプは,次の段階に移る前に仮説を検証するために必要な最小限の機能を含んでいます.

推奨 ツール:基本モデル製作,製造,3Dプリンティング

外観モデルは,抽象的に最終製品を表しますが,機能的側面が欠けることがあります.彼らは最終製品の視覚化やユーザーインタラクション,エルゴノミクス,インターフェース,完全な機能開発にリソースを委ねる前に.

外観モデル開発は,通常スケッチ,泡,粘土モデルからCADモデリングへと進みます.デザインが進化するにつれて,プロトタイプはデジタルレンダリングと物理モデルの間に交替します.設計が完了すると工業デザインチームは,最終製品に指定された実際の色,材料,仕上げ (CMF) を使って外観モデルを作成します.

推奨 ツール:基本モデル製作,製造,3Dプリンティング

産業設計プロセスと並行して エンジニアリングチームは 機械的,電気的,熱学的システムをテストし,繰り返し,改良するためのプロトタイプを開発します機能モデルは,最終製品と視覚的に異なるが,開発と試験を必要とするコア技術を組み込むことができる.重要な機能は,完全な製品プロトタイプに統合される前に,しばしば別々のサブシステムで開発およびテストされます.

推奨 ツール:製造,3D印刷,加工

設計とエンジニアリングのプロトタイプが出会うコンバージェンスポイントを表し,通常は両分野からの妥協を必要とします.通常は,製造者認証ビルドの前に,内部で構築された最後のビルド高価な道具に早急な投資をせずに,最終材料,部品,プロセスを使用する必要があります.

例えば engineering prototypes with nylon and ABS structural plastic components might use SLS 3D printing for nylon parts and CNC machining for ABS components instead of committing to injection molding tooling厳格な開発プロセスは,長時間のテスト中にエラーが出現する可能性があるが,最後の瞬間の変更を最小限に抑える.最良の慣習は,遅い段階の問題を解決するための柔軟性を維持するために,ツールと工場の譲渡を遅らせる.

推奨 ツール:3D印刷,加工

3Dプリンティングは 製品開発を通じて 形式,フィット,機能の評価をするために シンプルで費用対効果の高い プロトタイプを迅速に製造する方法を 提供していますデザインとエンジニアリングチームは,変更を迅速にテストし,実装することができます市場への出荷時間を加速する