Ugrás a tartalomhoz

A polimertechnika alapjai

Czvikovszky Tibor, Nagy Péter, Gaál János (2007)

Kempelen Farkas Hallgatói Információs Központ

15. fejezet - POLIMER ALKATRÉSZ PROTOTIPUS GYÁRTÁSI TECHNOLÓGIÁK

15. fejezet - POLIMER ALKATRÉSZ PROTOTIPUS GYÁRTÁSI TECHNOLÓGIÁK

15.1 Bevezetés

A szintetikus polimerek műszakilag eredményes és gazdaságilag is sikeres alkalmazása sokoldalú mérnöki szakértelmet igényel. A műanyagok alkalmazástechnikája (Kunststoff - Anwendungstechnik, plastics application technology) ilyen értelemben a polimertechnika fontos része. Végül is minden korábbi fejezet ebben a könyvben ezt az eredményes alkalmazástechnikát szolgálta. Az egyre újabb alkalmazási lehetőségek kibontakoztatásának, a műszaki fejlesztésnek útja, módja és eszközei a 21. századfordulóra jelentős mértékben felgyorsultak. A gyorsított fejlesztés egyik ilyen korszerű eszköze a rapid prototyping.

A prototipus: a termék első darabja, az ősminta, amelynek alapján a sorozatgyártás elindul, nyilvánvalóan döntő mértékben meghatározza a gyártmány sikerét, és a gyártási eljárás, a technológia eredményességét, termelékenységét is.

A termékfejlesztés többféle mintával, modellel dolgozik:

  • Az arányos modell – pl. egy új autótípus kicsinyített mása, – nem részletes, lényegében a külső forma arányait tükrözi.

  • Az ergonómiai modell már fontos részleteket bemutat a kezelhetőség, használhatóság értékelése céljából.

  • A tervezési modell küllemében már teljesen megfelel a sorozatgyártásól kikerülő mintának. Ez teszi lehetővé a vevő, a gyártó, a beszállító, stb. véleményének gyors figyelembevételét.

  • A funkciós modell lehetővé teszi a legfontosabb funkciók (mechanikai, használati tulajdonságok, szerelhetőség, szervizmunka lehetősége, stb.) idejekorán történő értékelését.

  • A prototipus már csaknem teljesen megegyezik a sorozatgyártásból származó (első) mintával. Az előbbi funkciókon túl lehetővé teszi a gyártószerszám előállítását.

  • A minta már a sorozatgyártásból származik: a félüzemi- vagy nullszéria, az elő- vagy a fősorozat egy tipikus darabja, amely egyrészt referenciadarabként a minőségbiztosítást szolgálja, másrészt elősegíti a gyártó és szerviz-személyzet képzést, és a továbbfejlesztett termék minőségének, konstrukciójának finomítását.

A modellek célja tehát általában:

  • az alkatrész megformálása, a termék műszaki tervezése, megalkotása, (creative engineering),

  • a megvalósíthatóság, a gyárthatóság (feasibility, manufacturability) felmérése,

  • a működőképesség (functionality) értékelése,

  • a termék felhasználói, piaci fogadtatásának előzetes értékelése (marketing).

A prototipusnak pl. egy alkatrész ősmintájának műszaki értéke, technikai hasznossága egyre növekszik a következő sorban:

  • A formarögzítő prototípus (facsimile prototype), noha 1:1 léptékarányú, mégis csak küllemében hasonlít a végtermékhez.

  • A gyártási célú prototípus (processing prototype), pl.: az öntőforma készítését szolgáló ősminta a gyártás, a feldolgozás minőségbiztosításának fontos eszköze.

  • A funkcionális prototípus (functional prototype) nemcsak formájában, méretében, küllemében, felületkialakításában stb., hanem minden fontos műszaki tulajdonságában, így pl.: szilárdságában, merevségében, ütésállóságában, hővezető-képességében stb. közel azonos a sorozatgyártásban tervezett végtermékkel. Ez az a modell, amelyet tartós működésben is kipróbálhatunk, értékelhetünk, majd ennek alapján elindíthatjuk a sorozatgyártást, és ez szolgálhat a továbbfejlesztés alapjául is.

A prototipus előállításának időszükséglete fontos műszaki - gazdasági tényező. Az újtípusú termék, alkatrész, közszükségleti cikk sorozatgyártásának előkészítése hosszú idők során kialakult műszaki logikát követ, és mindezideig jól definiált tevékenységek egymás utáni lépés-sorozatára épült. Ez a linear engineering (sequential engineering) a termék koncepcionális megalkotásából, „megálmodásából” kiindulva, a terv vázlatán át majd a részletes terv(rajz) után, rendszerint egy manuálisan előállított prototípus legyártását követelte meg. Ennek a prototípusnak sokoldalú vizsgálata, tesztelése után készítették el a gyártószerszám terveit, majd magát a szerszámot, végül az elkészült szerszámra vonatkoztatva a gyártástervezés során kidolgozták a gyártási technológiát, és ezután következhetett maga a sorozatgyártás. Ezt az egymás utáni lépéssorozatot kellett újra végigjárni a közelítések (iterációk) fáradságos, sokszor megismételt sorában. Az ilyen hagyományos fejlesztési logikát mutatja be a 15.1 ábra.

Korunk rohanó tempója, „az idő – pénz” alapelv nemcsak lerövidíteni, sőt egymásba tolni kényszeríti ezeket a korábban szigorúan egymás utáni (konszekutiv) lépéseket, hanem újtípusú visszacsatolásokat is kívánatossá és lehetővé tesz. A lerövidített utat javasoló g, az egyidejű, párhuzamos lépésekből összeálló termékfejlesztés (simultaneous engineering) vázlatát a 15.2 ábra mutatja.

A polimer alkatrész, vagy végtermék alapötletét, – amelyet ma már ötletcsíra formájában is 3D képben a számítógépre vihetünk, – a mai technikával közvetlenül, és gyorsított eljárással prototípussá formálhatjuk. Ez a rapid prototyping már a „nulladik közelítés” változatában is kézzelfogható termékmintát ad, majd a prototípus egyre tökéletesedő megformálásával és egyre sokoldalúbb vizsgálata, tesztelése után ez a modellezés többszöri iterációs lépésben megismételhető és így tökéletesíthető. A gyors prototípuskészítést a szimultán termékfejlesztés tette szükségessé, és nyílvánvalólag a számítógépes terméktervezés tette lehetővé.

Hagyományos (lineáris) gyártmányfejlesztés

15.1 ábra:Hagyományos (lineáris) gyártmányfejlesztés [15.13]

Leröviditett, szimultán termékfejlesztés

15.2 ábra:Leröviditett, szimultán termékfejlesztés [15.13]

Ide kapcsolható a „fordított gyártmányfejlesztés”, a reverse engineering fogalma és technikája is, amely szintén a számítógéppel segített (computer assisted… CAX) tervezési és gyártási technológiák eredménye. Ebben az esetben meglévő, már bevált alkatrészből, termékből indulunk ki, ezt visszük fel a számítógépre, és ehhez a termékhez dolgozzuk ki (vagy optimáljuk, számítógépesítjük, robotosítjuk, stb.) a gyártási technológiát, választunk újabb, még alkalmasabb szerkezeti anyagot.

A rapid prototyping, az ősminta gyártásának forradalmian új, rendkívül meggyorsított módszerét vitathatatlanul a korszerű számítástechnika tette lehetővé. A számítógépes tervezési technikák egyre tökéletesedő szoftverjei (AUTOCAD, ProENGINEER, CATIA, EUCLID, UNIGRAPHICS, CAMAND, IDEAS, SOLID WORKS stb.) nemcsak gyorsan megrajzolják a leendő terméket, alkatrészt, hanem a valóságot több dimenzióban megjelenítve sokoldalú, energia-, idő- és anyagtakarékos, fantáziadús tervezést: virtual engineering-et tesznek lehetővé. Ennek egyik eleme a termék ősmintájának számítógépes megjelenítése: a virtual prototyping (látszólagos ősminta-készítés).

A virtuális terméktervezés fázisai egy adott alkatrész példáján

15.3 ábra:A virtuális terméktervezés fázisai egy adott alkatrész példáján [15.11]

A terméktervezés számítógéppel segített módszereinek rendkívüli jelentőségét aligha lehet túlbecsülni a tervezőmérnök munkájának hatékonyságát illetőleg. A megtervezett első típus hibáinak ugyanis több mint 75 %-a a tervezőasztalon születik. Ezek nagyrészét elkerülhetjük a több ciklusú iteráció során. Ha mindez a korrekció, tökéletesítés a számítógép képernyőjén valósul meg először, azzal rendkívül sok időt, anyagot és energiát takaríthatunk meg.

A számítógépen megálmodott, megforgatott, megvizsgált és részleteiben is megtervezett ősmintának, a prototipusnak valóságos anyagból, kézzel fogható kivitelezésére ma már számos módszer áll rendelkezésünkre.