Perspectives de l'ingénierie mécanique, partie 2 : vitesse, coût et fonction

Sep 04, 2023

Adam Smith, ingénieur mécanique principal | 27 août 2022

Il s'agit du deuxième article d'une série en 6 parties intitulée "Perspectives de l'ingénierie mécanique pour une conception de produits commerciaux efficace et intégrée". Lorsque nous pensons à la conception de produits, il est courant de se concentrer immédiatement sur le développement de ce que nous voyons et expérimentons dans un produit. Alors que la conception UX et UI est essentielle au succès du produit, les fonctions d'ingénierie mécanique moins visibles peuvent être le moteur de l'innovation jusqu'à une commercialisation réussie. Adam Smith, ingénieur mécanique senior chez Product Creation Studio, possède des décennies d'expérience dans la conception et la planification de dizaines de produits destinés à la commercialisation. Dans cette série, Smith partage des idées et des conseils sur la façon dont l'ingénierie mécanique soutient la transformation des idées de produits en réalité en travaillant en synchronisation avec toutes les disciplines tout au long du développement.

Les constructions de prototypes sont une partie importante du développement d'un produit pour la commercialisation. Malheureusement, le calendrier, le coût et la fabricabilité peuvent limiter ou même interdire la construction précoce et la construction fréquente.

Connexe : Perspectives de l'ingénierie mécanique, Partie 1 : Coûts, fonction et durabilité des matériaux

Attendre une conception plus mature avant d'utiliser des méthodes de fabrication de production peut entraîner des itérations de conception coûteuses ayant un impact sur le budget et le calendrier. Associer la connaissance des méthodes de fabrication rapide disponibles à des ajustements créatifs de « conception pour le prototypage » peut vous permettre de construire plus tôt et plus souvent. Avec l'avènement d'outils de fabrication internes de meilleure qualité, moins coûteux et plus faciles à utiliser, la fabrication du prototype vous-même peut être la méthode la plus efficace.

Cet article partage des exemples et des conseils pour vous aider à réfléchir de manière créative à la fabrication de votre conception à l'aide de méthodes de prototype tout en obtenant des informations cruciales nécessaires pour vérifier votre conception pour la fabrication de production.

Diviser votre assemblage en sous-assemblages logiques pour faciliter la construction de prototypes peut aider à contourner les limitations de fabrication, ce qui permet d'obtenir des résultats de test plus clairs.

Les outils portatifs, par exemple, ont généralement une interface utilisateur proximale avec des effecteurs terminaux distaux et un mécanisme de transmission entre les deux. Construire l'extrémité distale seule à l'aide de pièces métalliques imprimées en 3D en titane ou en acier inoxydable peut permettre une analyse du mécanisme en quelques jours au lieu de plusieurs semaines.

L'évaluation ciblée de chaque mécanisme discret peut être plus facile à comprendre et à itérer, optimisant ces sous-ensembles pour leurs propres fonctions avant de les joindre à l'ensemble compliqué plus grand.

La construction de modèles à petite échelle d'assemblages extrêmement grands comme des gratte-ciel et des ponts existe depuis des lustres. Lors de la conception d'assemblages extrêmement petits, vous pouvez créer des prototypes à grande échelle en utilisant des matériaux qui imitent les propriétés de vos minuscules pièces à l'échelle de la production.

Les petites pièces en acier inoxydable et en titane peuvent être mises à l'échelle 10x à 12x et imprimées en 3D en plastique PLA ou ABS et se comportent comme les pièces métalliques de production réelles. Cela permet une conception itérative extrêmement rapide, réduisant le nombre d'itérations réelles de prototypes à l'échelle.

Des ajustements d'échelle mineurs peuvent également être très efficaces. L'ajustement des diamètres d'arbre et des diamètres de tube dans votre conception aux matériaux disponibles sur étagère les plus proches (McMaster-Carr) permet d'assembler la preuve de concept de mécanisme dès le début sans attendre les extrusions de production. Être un peu indulgent sur les spécifications exactes dès le début peut accélérer considérablement le temps de prototypage.

Attaches personnalisées en acier inoxydable 304 conçues pour capturer le tissu.

Il est difficile de battre la vitesse et la flexibilité des modèles en mousse rasée à la main pour les maquettes d'interface utilisateur d'appareils portables, mais les pièces en plastique imprimées en 3D peuvent être une excellente solution pour une construction rapide d'itérations/ajustements mineurs d'un modèle à l'autre.

La plupart d'entre nous comprennent la valeur de l'impression 3D, et beaucoup d'entre nous connaissent des imprimantes 3D de bureau internes à faible coût et faciles à utiliser (Prusa, Ultimaker, Raize, etc.) qui construisent des pièces en plastique, des gabarits et des modèles incroyablement utiles, mais il existe une poignée de technologies supplémentaires disponibles pour le bureau de l'ingénieur qui améliorent la visualisation de la conception et de l'ingénierie et réduisent les délais de commercialisation.

Les découpeuses laser de bureau (Glowforge, Flux, OMTech) et les découpeuses à jet d'eau (Wazer) peuvent être extrêmement utiles pour les premiers prototypes de mécanismes, en particulier si l'ingénieur est versé dans la conception d'assemblages de forme plate (fentes imbriquées ou languette et fente).

En utilisant une feuille acrylique et un collage au solvant, des mécanismes complexes peuvent être construits et évalués en quelques heures au lieu de plusieurs jours.

Un autre marché émergent pour les concepteurs et les ingénieurs est le fraisage de bureau. Il existe une poignée de fraiseuses de bureau de précision (PocketNC, Bantam, HAAS) qui permettent un fraisage rapide des plastiques et des métaux (y compris le titane et l'acier inoxydable) directement sur votre bureau.

Fraisage de l'acier inoxydable 304 avec une fraise en carbure de 1/8 po.

En utilisant les capacités de fraisage 5 axes des Pocket NC V2-10 et V2-50, j'ai pu construire six itérations d'un dispositif médical en quelques semaines contre quatre mois. Si j'avais externalisé les pièces (six jours), attendu leur arrivée (deux jours), évalué la fonction (environ une heure), effectué les ajustements nécessaires (10 minutes) et demandé des pièces mises à jour (un jour de plus), chaque itération prendrait deux semaines.

À l'aide d'une usine de bureau interne, j'ai pu réduire les itérations à moins de deux jours. Vous constaterez probablement que la disponibilité immédiate des outils vous pousse à les utiliser davantage. Faire un prototype rapide pour aider les autres à visualiser votre intention de conception, ou pour prouver un concept mécanique, devient la norme plutôt que l'exception.

Bien que l'objectif final soit un produit réussi, le chemin n'est pas exactement direct. Parfois, vous devez prendre du recul et construire pour évaluer des fonctions particulières, plutôt que de plonger dans la conception complète en une seule fois.

En étant flexible et créatif en cours de route, vous pouvez être plus efficace pour développer la "meilleure" solution pour votre premier produit.

Pour les autres articles de cette série, veuillez consulter Perspectives de l'ingénierie mécanique, Partie 1 : Coûts des matériaux, fonction et durabilité et Perspectives de l'ingénierie mécanique, Partie 3 : Quantité, qualité et délai de mise sur le marché.

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