Muoviteknologia/Pikamallit

Pikamallit

Ennen tietokoneita tuotteet piirrettiin paperille ja mallit tehtiin käsin koneenpiirustuskuvien mukaan soveltaen. CAD- malleilla pystytään määrittämään muotoja, joita on vaikea ja hidas käsin tehdä riittävän tarkasti. Vuonna1987 3D Systems teki ensimmäisen stereolitografia laitteen, jolla tietokonemallin pystyi vedostamaan kappaleeksi.
Pikamalleilla testataan suunnitelmaa ja konkretisoidaan sitä tietokoneen näytöltä todellisuuteen. Suunnittelijan on vaikea hahmottaa osan mitoitusta ja kappaleen luonnetta ilman todellista mallia. Myös asiakkaan on oleellisesti helpompi hahmottaa tuote fyysisestä mallista kuin kuvasta.
Pikamallilla voidaan testata tuotteen toiminta, ulkonäkö tai kokoonpano.
Täsmälleen ajatellun tuotteen kaltaisen mallin avulla tehtävä kuluttajatestaus antaa oikeampia vastauksia.

Pikamallien käyttö

Pikamallit auttavat hahmottamaan suunnitelmaa. Hyvinkin alustavasta suunnitelmasta kannattaa tehdä hahmo(pika)malli, josta näkyy suunnitteluongelman oleelliset asiat paremmin kuin paperilta tai tietokoneen ruudulta. Tällaisessa käytössä nopeus ja halpuus ovat oleellista. Mallin ei tarvitse olla kovin tarkka eikä luja kunhan siinä on oikeat mittasuhteet, joten 3D-tuloste tai käsin polyuretaanilevystä, Styro-foamista, kapalevystä tai pahvista tehty malli usein riittävät.
Viimeistellyt ulkonäkömallit voivat olla teollisesti valmistettua lopullista tuotetta parempia. Niiden grafiikka voidaan toteuttaa jopa silkkipainolla. Tällaisilla malleilla testataan kuluttajatuotteiden haluttavuutta tai ne ovat messuilla esillä. Niitä voidaan käyttää esitekuvaukseen ja pakkauksen kuvitukseen kun lopullista tuotetta ei vielä ole. Useimmiten ne eivät ole teknisesti toimivia. Malleja tehdään esim. SLA tekniikalla ja käsityönä viimeistellen, mutta tarkin lopputulos syntyy jyrsimällä malli, jolloin kappaleen pinta on suoraan koneelta. Täsmälleen ajatellun tuotteen kaltaisen mallin avulla tehtävä kuluttajatestaus antaa oikeampia vastauksia.
Toiminnallisilla pikamalleilla testataan osan ominaisuuksia kuten lujuutta.
Osien ja valmiiden komponenttien yhteen sopivuus sekä snappien toiminta ovat tyypillisiä selvitettäviä asioita.
Malleilla tehdyllä prototyypillä voidaan tehdä sähkömagneettisten häiriöiden EMC testaus.
Automaattisen kokoonpanon tuotantolinjan testaus, ennen kuin tuotantotyökalut ovat valmiita, tehdään usein protomuoteilla oikeasta materiaalista tehdyillä kappaleilla.
Pikamallien käytön mukaan kannattaa valita sopiva menetelmä. Mallin tekijälle on kerrottava sen käyttötarkoitus ja kriittiset kohdat, jotta saadaan oikeanlainen ja mahdollisimman edullinen malli.

Pikamallilaitteiden jako

Pikamallilaitteiden pääjako käyttötarkoituksen mukaan on tekniset pikavalmistuslaiteet, 3D toimistotulostimet ja pikatyökalun valmistus eli Rapid Tooling – laitteet.
Tekniset pikavalmistuslaiteet ovat teollisuuden pikamallitarpeisiin tehtyjä laitteita. Niiden tyypillinen työstökerroksen paksuus on luokkaa 0,1mm. Käytössä on useita menetelmiä joista toiset soveltuvat esim. koruteollisuuden pieniin ja tarkkoihin töihin. Ruiskupuristettavat tuotteet ovat tyypillisiä pikamallilaitteilla imitoitavia tuotteita. Valimoteollisuus käyttää suuria malleja.
3D toimistotulostimet toimistoympäristöön soveltuvia helppokäyttöisiä, myrkyttömiä ja pölyttömiä laitteita. Niiden mittatarkkuus ja kappaleiden lujuus ei ole kovin hyvä.
Rapid Tooling – laitteet ovat usein lähes samoja laitteita kuin tekniset pikavalmistuslaitteet. Niillä tehdään pikatyökaluja, joilla valmistetaan prototyyppejä käyttäen lopullista materiaalia ja tuotantomenetelmää esim. ruiskupuristusta.

Pikamalliprosessi

Pikamallin lähtökohtana on kolmiulotteinen CAD malli. Lääketieteellisiä malleja tehtäessä käytetään esim. magneettikuvauskoneen luomaa mallia. Tilavuusmallintavan ohjelman tuottama malli on automaattisesti umpinainen. Pintamallintimilla mallinnettaessa on huolehdittava, ettei mallissa ole reikiä tai päällekkäisiä pintoja, jotka voivat häiritä pikamallikoneen toimintaa.
Yleensä mallintimissa on kääntäjä, joka muokkaa mallin STL-tiedostoksi eli kolmioiduksi pintamalliksi, jota pikamallikoneet ymmärtävät.
Toleranseilla säädetään kolmioiden suurinta etäisyyttä pinnasta, jolloin tarkkuuden lisäys lisää myös kolmioiden määrää. Tiukka toleranssi kasvattaa tiedoston kokoa ja hidastaa sen käsittelyä pikamallikoneella, eikä oikeastaan lisää lopullisen mallin tarkkuutta. Järkevä toleranssi tulee sopia mallin valmistajan kanssa.
Pikamallin tekijä asettelee mallin pikamalliohjelmaan työstön ja lopputuloksen kannalta edulliseen asentoon ja muuntaa sen kerrosradoiksi, joilla tehdään pikamallin työstö.
Usein koneesta otettava malli pitää puhdistaa ja jälkikovettaa.
Käyttötarkoituksesta riippuen malli viimeistellään.

Solidi CAD-malli

kappale tukikehikkoineen SLA koneen platformin päällä

Valmis SLA kappale josta on tukirivastot poistettu

SLA malli joka on viimeistelty hiomalla ja maalaamalla
(Kuvat Alphaform RPI Oy)

Pikamallien käyttö

Pikamallit auttavat hahmottamaan suunnitelmaa. Hyvinkin alustavasta suunnitelmasta kannattaa tehdä hahmo(pika)malli, josta näkyy suunnitteluongelman oleelliset asiat paremmin kuin paperilta tai tietokoneen ruudulta. Tällaisessa käytössä nopeus ja halpuus ovat oleellista. Mallin ei tarvitse olla kovin tarkka eikä luja kunhan siinä on oikeat mittasuhteet, joten 3D-tuloste tai käsin polyuretaanilevystä, Styro-foamista, kapalevystä tai pahvista tehty malli usein riittävät.
Viimeistellyt ulkonäkömallit voivat olla teollisesti valmistettua lopullista tuotetta parempia. Niiden grafiikka voidaan toteuttaa jopa silkkipainolla. Tällaisilla malleilla testataan kuluttajatuotteiden haluttavuutta tai ne ovat messuilla esillä. Niitä voidaan käyttää esitekuvaukseen ja pakkauksen kuvitukseen kun lopullista tuotetta ei vielä ole. Useimmiten ne eivät ole teknisesti toimivia. Malleja tehdään esim. SLA tekniikalla ja käsityönä viimeistellen, mutta tarkin lopputulos syntyy jyrsimällä malli, jolloin kappaleen pinta on suoraan koneelta.
Toiminnallisilla pikamalleilla testataan osan ominaisuuksia kuten lujuutta.
Osien ja valmiiden komponenttien yhteen sopivuus sekä snappien toiminta ovat tyypillisiä selvitettäviä asioita.
Malleilla tehdyllä prototyypillä voidaan tehdä sähkömagneettisten häiriöiden EMC testaus.
Automaattisen kokoonpanon tuotantolinjan testaus, ennen kuin tuotantotyökalut ovat valmiita, tehdään usein protomuoteilla oikeasta materiaalista tehdyillä kappaleilla.
Pikamallien käytön mukaan kannattaa valita sopiva menetelmä. Mallin tekijälle on kerrottava sen käyttötarkoitus ja kriittiset kohdat, jotta saadaan oikeanlainen ja mahdollisimman edullinen malli.

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -