コンセプト モデル – コンセプトからプロトタイプへの最も基本的なステップ

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コンセプト モデルとは

概念モデルは、ユーザーにアイデアを提供するための貴重な手段です。ラピッド プロトタイピングによって生成された物理的な概念プロトタイプは、設計の製造可能性に関する効果的な情報を提供し、顧客の特定の要件に合わせて改良することができるため、概念モデリングは設計プロセスの初期段階で生産時間を短縮するのに役立ちます。関連する製品は、締め切りに間に合い、より迅速に開発し、できるだけ早く使用できるようになります。

すべてのプロトタイプはラピッド プロトタイピング テクノロジによって作成されるため、プロトタイプを設計するための高価なツールを開発する必要はありません。これにより、生産コストが大幅に削減され、設計の迅速かつ簡単な統合が可能になります。設計上の欠陥を発見して修正を加える非常にリスクの低い方法を提供し、生産ツールで使用できる正確なモデルを提供します。

概念モデルは、システム開発のライフ サイクル全体で重要な役割を果たします。以下の図 1–1 は、典型的なシステム開発シナリオにおける概念モデルの役割を示しています。明らかに、概念モデルが完全に開発されていない場合、基礎となるシステム属性の実行が正しく実装されず、将来的に問題が残る可能性があり、これらの失敗は業界で発生します。概念モデルの重要性は、システム開発と実証済みの開発手法の順守によってこのような体系的な障害が軽減される場合に明らかです。

概念モデルの実装方法

(1) SLA(立体造形装置)

SLA は、液体感光性樹脂の光重合の原理に基づいています。液体材料は、特定の波長と強度の紫外光の照射下で急速に光重合することができます。分子量が急激に増加し、物質が液体から固体に変化します。

図 2-1 は、SLA の動作原理を示しています。リキッドタンクには液状のフォトポリマー樹脂が入っています。偏向ミラーの作用により、レーザービームは液面を走査できます。走査軌跡や光の有無はコンピューター制御。光点に到達すると、液体は凝固します。成形時間の開始時に、作業プラットフォームは液面下の特定の深さにあり、コンピューターの指示に従って、焦点が合わせられたスポットが液体表面上でポイントごとにスキャンされ、ポイントごとに固化されます。スキャンのレイヤーが完了すると、照射されていない領域はまだ液体の樹脂です。次に、リフトプラットフォームがプラットフォームをある高さまで押し下げ、形成された層が樹脂の層で覆われます。スクレーパーは、粘度の高い樹脂の液面をこすり落とし、次の層をスキャンします。新しく硬化した層はしっかりしています。下地は前の層に接着するので、部品全体が製造されるまで繰り返し、立体的な立体モデルが得られます。

2-1 2-2

(2) SLS (選択的レーザー焼結)

SLS は、テキサス大学オースティン校の C.R. Dechard によって 1989 年に開発されました。 SLS プロセスは、粉末材料から形成されます。材料粉末は成形品の上面に平らに広がった。高強度CO₂ レーザーを使用して、新たに配置された層上の部品の断面をスキャンし、高強度のレーザー照射下で材料粉末を一緒に焼結して取得します。新しいゼロ焼結部品のセクションは、下の成形部品に接続されます。図 2-2 に示すように、セクションの一部が焼結された後、粉末材料の新しい層が適用され、下部セクションが選択的に焼結されます。焼結が完了した後、余分な粉末を取り除き、研磨、乾燥などを行います。

SLSプロセスは、プラスチック部品の製造だけでなく、セラミック、ワックス、その他の材料の製造、特に金属部品の製造のための幅広い材料によって特徴付けられます。 SLS プロセスは、焼結粉末がサポートとして機能しないため、サポートを必要としません。

(3) CNC 加工

CNC はコンピュータ数値制御を表し、1970 年代初頭から存在しています。それ以前は、デジタル制御の NC と呼ばれていました。ほとんどの人はこの言葉を聞いたことはありませんが、製造業に従事している場合は、CNC を長い間扱っている可能性があります。

ご想像のとおり、オペレーターが従来の機械で実行する必要があるすべての操作は、CNC 機械でプログラムできます。 CNC コードがセットアップされて実行されると、CNC マシンは非常に簡単に実行し続けることができます。実際、多くの CNC マシンは機械加工サイクル全体を通して無人で稼働できるため、オペレータは他のタスクを実行できます。これにより、オペレーターの疲労の軽減、ヒューマン エラーによるエラーの減少、各ワークピースの一貫した予測可能な加工時間など、CNC ユーザーにいくつかの付随する利点がもたらされます。

機械はプログラム制御の下で実行されるため、従来の工作機械を使用して工作物を製造するメカニックと比較して、CNC オペレーターに必要なスキル (基本的な機械加工の実践に関連する) のレベルが低くなります。一方、CNC マシンは柔軟です。これらのマシンはプログラムから実行されるため、さまざまな成果物を実行することは、別のプログラムをロードするのと同じくらい簡単です。プログラムが本番実行によって検証および実行されると、次の実行を簡単に呼び出すことができます。これにより、高速変換に大きなメリットがもたらされます。

CNC 技術は、精度の点で SLA や SLS よりも優れています。今日の CNC マシンは、ほとんど信じられないほどの精度と再現性の仕様を備えています。これは、プログラムが検証されると、2 つ、10 つ、または 1000 の同一のアーティファクトを簡単かつ正確に生成できることを意味します。

コンセプト モデルの目的

物理的な製品を作成するプロセスの最初のステップとして概念モデルを使用します。これらは、組み立ての完了、設計の改善、サンプル表示、および機能の実装に使用できる設計初期段階の研究モデルです。 WayKen のエンジニアは、最終製品がどのように見えるかを自信を持って確認できるように、さまざまな材料、技術、および仕上げを使用してコンセプト モデルを構築し、現実的な仕上げを作成します。色と質感は、陽極酸化、メッキ、サンドブラストなどで強化できます。一部の製品コンセプト モデルでは、CNC 機械加工、ラピッド プロトタイピング、およびその他のプロセスを使用して、機能的なアセンブリ要件を実現しています。当社のエンジニアは、初期の CAD ファイルを概念モデルに変換して、聴衆に設計意図をエレガントに伝える作業を得意としています。