IPAD PO NOVEM S SLOVENSKIM NOSILCEM

Vir znanja in izkušenj za stroko
Portorož, 10. - 12. junij 2013
IPAD PO NOVEM S SLOVENSKIM NOSILCEM - RAZVOJ PREGIBNEGA
NOSILCA TABLIČNIH RAČUNALNIKOV XVIDA
Andrej GLOJEK1, Martin AMON1, Uroš ČADEŽ2
1
TECOS Razvojni center orodjarstva Slovenije
2
LEDCOM, d. o. o.
IZVLEČEK
V prispevku predstavljamo proces razvoja nosilca tabličnih računalnikov »Boomerang« pod blagovno znamko Xvida.
Poglavitno vodilo v razvoju je bilo zasnovati robusten in lahek izdelek, ki bo zagotavljal zadostno togost in funkcionalnost
pregibanja z možnostjo nastavljanja kota v sredinskem zglobu. Slednje je poglavitna prednost izdelka v primerjavi s
konkurenco, zato mora biti izvedba in delovanje brezhibno. Prikazan je postopek konstruiranja z uporabo računalniških
MKE-trdnostnih preračunov, s simulacijami brizganja plastike pa smo izdelek prilagodili za postopek brizganja plastike.
Rezultat predstavljenega pristopa k razvoju izdelka je optimiziran izdelek s stališča izrabe materiala in proizvodnih
stroškov.
1 UVOD
Ključen faktor pri uspehu izdelka na trgu je
pravo razmerje kakovost-cena glede na zastavljen
poslovni model. Xvida Boomerang, nov koncept
nosilca za tablične računalnike iPad, je dodatna
oprema za vrhunski produkt, občutno dražji od
konkurence, ki se od slednje distancira tako po
kakovosti kot tudi estetski vrednosti. Povedano
drugače - pri kakovosti iPada se ni sklepalo
kompromisov. To se seveda prenese tudi na
dodatno opremo, torej mora biti tudi v članku
predstavljen nosilec brezhibne kakovosti.
S tem v mislih je razvoj produkta potekal v
tesnem sodelovanju med nosilcem ideje in
razvojniki TECOS-a. Rešiti je bilo treba več
izzivov, v članku obravnavamo predvsem
naslednje:
– koncipiranje sestavnih delov
– zagotovitev nosilnosti in togosti izdelka
– osnovna funkcionalnost pregibnega
mehanizma
– prilagoditev tehnologiji brizganja plastike
(odstranitev estetskih napak, problematika
zvijanja komponent)
2 KONCIPIRANJE IZDELKA
Ideja koncepta za nosilec Xvida Boomerang se
je porodila inovatorju Urošu Čadežu. Idejo je
dobil, kot navdušen uporabnik tablice Ipad, za
INDUSTRIJSKI FORUM IRT 2013
katero na trgu ni našel ustreznega kakovostnega
izdelka, ki bi služil kot stojalo in nosilec v enem.
Z željo po kakovostnem izdelku je poiskal
ustrezne partnerje, ki so mu pomagali pri razvoju
uporabnega izdelka visoke kakovosti.
Koncipiranje sestavnih delov je potekalo v
tesnem sodelovanju treh partnerjev. Idejni
koncept je zasnoval sam inovator Uroš Čadež.
Podjetje Gigodesign je oblikovalo estetski dizajn
izdelka. Vloga TECOS-a pa je bila na podlagi
dizajna in idej koncepta zasnovati tehnične,
tehnološke in konstrukcijske rešitve izdelka.
Slika 1: Prve skice nosilca Xvida Boomerang
Ideja koncepta je pregibni nosilec tabličnih
računalnikov iPad, z naslednjimi lastnostmi in
funkcijami:
– vrhunsko oblikovani dizajn
– stojalo in nosilec v eni napravi
221
IPAD PO NOVEM S SLOVENSKIM NOSILCEM - RAZVOJ PREGIBNEGA NOSILCA TABLIČNIH RAČUNALNIKOV XVIDA
1
1
2
Andrej GLOJEK , Martin AMON , Uroš ČADEŽ
1
TECOS Razvojni center orodjarstva Slovenije
2
LEDCOM, d. o. o.
– ergonomija uporabe
– možnost uporabe stojala s tremi različnimi
nastavitvami naklona
– preprosto vstavljanje in izstavljanje tabličnega
računalnika
– preprosto nastavljanje naklona
– dober oprijem nosilca s tabličnim
računalnikom
– možnost uporabe kot nosilec na različnih
aplikacijah (na nosilcu v avtomobilu, na
stenskem nosilcu, na namiznem nosilcu, na
nosilcu fitnes naprav)
– izdelek mora zagotavljati zadostno togost in
trdnost med uporabo.
– izdelek mora biti preprost za izdelavo in
montažo
Težnja snovanja izdelka je bila tudi v čim
manjšem številu sestavnih delov s tem pa
zmanjšanju proizvodnih stroškov. Slika 2
prikazuje glavne konstrukcijske sestavne dele.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
gumijasta nogica
zaskočni zobi
glavno nosilno ohišje
vogalna prijemala
kovinska ploščica za pritrjevanje
pokrov ohišja
Glavne zahtevi pri snovanju ohišja so bile
lahka in toga izvedba z možnostjo več serijske
izdelave in preproste montaže. Na podlagi tega
smo za konstrukcijski material izbrali ustrezen
termoplastičen material, za izdelavo pa
tehnologijo brizganja. Da smo ugodili zahtevam,
smo sistematično reševali konstrukcijske
probleme in upoštevali pravila konstruiranja za
tehnologijo brizganja (ustrezne debeline sten,
možnost izvedbe čim preprostejšega orodja,
ustrezni snemalni koti itd.)
3.1 Zagotavljanje nosilnosti in togosti izdelka
s pomočjo MKE – trdnostnih analiz
Pri zagotavljanju nosilnosti in togosti ohišja je
bila s pomočjo MKE - trdnostnih analiz v
programskem okolju Abaqus/CAE ugotovljena
togost različnih zasnov ohišja. Obremenitveni
primer je prikazan na sliki 3 in predstavlja
obremenitev pri najbolj neugodnem naklonu
delovanja.
Slika 3: Obremenitveni primer nosilnega ohišja
Slika 2: Sestavna risba pregibnega
tabličnih
računalnikov,
Boomerang
nosilca
Xvida
3 SNOVANJE OHIŠJA IZDELKA
Po dorečeni površinski obliki izdelka se je
naprej začelo snovanje glavnega nosilnega ohišja
in njegovega pokrova (poziciji 3 in 6 na sliki 2).
222
S pomočjo MKE – trdnostnih analiz smo
optimizirali konstrukcijo ojačitvenih reber in
ugotovili občutno izboljšanje napetostno deformacijskega stanja pri optimizirani obliki
nosilnega ohišja. Primerjalno napetosti smo
zmanjšali za polovico iz prvotnih 14,2 MPa na
7,3 MPa (slika 4). Pomiki oz. poves pa se je
zmanjšal iz prvotnih 8,5 mm na 4,6 mm. V
nadaljnjih analizah smo ugotavljali tudi togost pri
sestavu
nosilnega
ohišja
s
pokrovom.
Ugotovljeno je bilo, da se pri upoštevanju sestava
poves še zmanjša iz 4,6 mm na 3,2 mm.
V nadaljevanju smo analizirali tudi togost
različnih izvedb zapornega jezička, ki naseda na
zaskočni zob. Jeziček je del nosilnega ohišja in je
prikazan na sliki 5. Prav tako, kot pri
konstruiranju reber nosilnega ohišja, smo tudi
INDUSTRIJSKI FORUM IRT 2013
IPAD PO NOVEM S SLOVENSKIM NOSILCEM - RAZVOJ PREGIBNEGA NOSILCA TABLIČNIH RAČUNALNIKOV XVIDA
1
1
2
Andrej GLOJEK , Martin AMON , Uroš ČADEŽ
1
TECOS Razvojni center orodjarstva Slovenije
2
LEDCOM, d. o. o.
konstruiranju zapornega jezička bili omejeni po
eni strani s tehnologijo izdelave, po drugi strani
pa z estetsko oblikovanim dizajnom.
3.3 Reševanje spajanja glavnega nosilnega
ohišja in pokrova
V začetni razvojni fazi izdelka je bilo pri
viharjenju idej več predlogov spajanja ohišja in
pokrova
(lepljenje,
vijačenje,
mehansko
pritrjevanje). Ker je bila težnja razvoja v zmanjšanju
sestavnih delov in zmanjševanju proizvodnih
stroškov, je zmagala ideja o mehanskem spajanju z
zaskočnimi stolpiči (Slikai7).
Slika 4: Primerjalno napetostno stanje (Mises)
prvotnega in optimiziranega nosilnega
ohišja
Pri snovanju jezičke so se pojavile težave s
pomiki oz. povesi jezička pri razklopni
obremenitvi. Razklopna obremenitev deluje v
središču jezička (slika 5), zaradi česar se jeziček
ne odmika po celotni njegovi dolžini enakomerno
(slika 6). Rešitev omenjenega problema je bila v
spremembi geometrije jezička. Pri tem smo bili
omejeni z dizajnom, kateri je strogo predpisoval
ravno zunanjo površino in tehnologijo izdelave.
Slika 7: Prikaz spajanja glavnega nosilnega
ohišja in pokrova z zaskočnimi stolpiči.
Pri snovanju ojačitvenih reber in zaskočnih
stolpičev, smo veliko pozornosti namenili
njihovim lokacijam in debelinam sten. Le s
premišljenimi lokacijami in debelinami sten smo
lahko zagotovili estetsko lep izdelek brez motečih
posedanj na površini izdelka. Pri tem pa smo
zmanjšali stroške in povečali togost izdelka.
4 SNOVANJE PREGIBNEGA MEHANIZMA
IZDELKA
Slika 5: Izvedbi zapornega jezička.
Slika 6: Prikaz povesa različnih izvedb
zapornega jezička ob razklopni
obremenitvi
Pomemben rezultat analize je razlika povesa
med sredinsko točko, kjer deluje obremenitev in
skrajnih točk. Rezultati so pokazali, da smo z
geometrijo spremembo jezička poves zmanjšali iz
prvotnih 0.83 mm na 0, 53 mm.
INDUSTRIJSKI FORUM IRT 2013
Ena od zahtev izdelka je uporaba nosilca kot
namizno stojalo z možnostjo nastavljanja treh
različnih kotov delovanja. To zahtevo omogoča
pregibni mehanizem. Pregibni mehanizem deluje s
pomočjo zaskočnih zob (slika 2 pozicija 2), ki so
oblikovani tako, da stojalo zadržijo v treh različnih
položajih. Ko izdelek preide v skrajno lego, pa ga je
mogoče ponovno vrniti v izravnani položaj.
Mehanizem preklopa smo prav tako
konstruirali s pomočjo MKE – simulacij.
Pomemben rezultat le teh, so bili potrebni
momenti pregiba za povratni položaj, ki so
prikazani na sliki 8 in znašajo do 110 Nmm. S
tem smo že v fazi konstruiranja preverili
delovanje mehanizma in preprečili morebitne
napake, ki bi se odražale kot nepotreben strošek.
223
IPAD PO NOVEM S SLOVENSKIM NOSILCEM - RAZVOJ PREGIBNEGA NOSILCA TABLIČNIH RAČUNALNIKOV XVIDA
1
1
2
Andrej GLOJEK , Martin AMON , Uroš ČADEŽ
1
TECOS Razvojni center orodjarstva Slovenije
2
LEDCOM, d. o. o.
5.2 Optimizacija deformacij
temperiranja orodja
Slika 8: Graf potrebnega momenta pregiba za
povratni položaj v odvisnosti od koraka
pregiba
5 OPTIMIZIRANJE TEHNOLOGIJE
POMOČJO SIMULACIJ BRIZGANJA
S
Ob dejstvu, da je nosilec namenjen visoko
kakovostnim produktom, kot je iPad, si ni
mogoče privoščiti izdelka, ki deluje ceneno. Zato
smo že v fazi konstruiranja, s pomočjo simulacij
brizganja v programskem okolju Moldflow,
prilagodili tehnologijo izdelave. Optimizirali smo
dolivni sistem ter predvideli možne napake, kot
so linije spoja, zapiranje zraka, posedenost in
zvijanje izdelka.
Dolivni sistem smo definirali na podlagi
simulacij brizganja različnih dolivnih mest, ter
tako zagotovili optimalne brizgalne parametre in
preprečili morebitne nezaželene pogoje.
5.1 Napake pri brizganju
Ključni pomen simulacij brizganja je bil
predvideti morebitne estetske napake brizganja.
Simulacije so pokazale, da na estetskih površinah
ne prihaja do vidnih linij spoja in zapiranja zraka,
pojavijo pa se na detajlu (slika 9), ki je po
sestavljanju zakrit. S tovrstno simulacijo smo
optimalno zasnovati ustrezno odzračevanje orodja.
Simulacija
posedenosti
je
pokazala
zanemarljivo posedenost, kar pomeni, da smo
ustrezno zasnovali debeline sten.
na
podlagi
Čezmerno zvijanje izdelka po brizganju je
glavni vzrok za cenen videz izdelka. Možne
deformacije pri ohlajanju smo preverili ter
optimizirali že pred snovanjem orodja. Simulacije
so pokazale zvijanje izdelka v z osi za 1,5 mm.
Ker so obstoječe deformacije prevelike, smo te
zmanjšali s temperaturno razliko temperiranja
orodja. Temperaturna razlika 40/60 °C je
pokazala občutno izboljšanje deformacij, ki so se
zmanjšale na 0,9 mm (slika 11). S tem smo
izboljšali stanje in kakovost izdelka že pred
izdelavo orodja in s tem prihranili čas in stroške.
Slika 11: Deformacije izdelka po izmetu
6 SKLEP
Predstavljen prispevek nam prikazuje razvoj
inovativnega nosilca tabličnih računalnikov iPad.
S prikazanimi pristopi razvoja, smo pripomogli
pri zasnovi izdelka vrhunske kakovosti. S
premišljenimi tehničnimi rešitvami smo v celoti
zadostili zastavljenim zahtevam in tako tehnično
zasnovali optimiziran izdelek s stališča
funkcionalnosti, kakovosti in proizvodnih stroškov.
Slika 12: Končni izdelek Xvida Boomerang
Viri:
Slika 9: Prikaz linij spoja in zapiranja zraka
224
[1] Glojek, A. Amon M.: Poročila simulacij, TECOS
[2] Abaqus/Standard in Autodesk Moldflow Insight Help
INDUSTRIJSKI FORUM IRT 2013