FőoldalÜzlet3D az elektronikában
2015. szeptember 16., szerda ::

3D az elektronikában

Az elektronikában a konstruktőrök elsősorban az áramkörök működésére, a minél nagyobb funkcionalitásra, a beintegrált intelligencia fokára koncentrálnak, az áramkörök fizikai megjelenése másodrangú feladatnak tűnik. A piac, azaz a nem szakavatott felhasználó másképpen gondolkodik: sokszor a piaci sikert pozitív irányba viszi a jó dizájn, a könnyű kezelhetőség, a jó szervizelhetőség. A „gépészszemléletű" tervezés fontossága tehát vitán felül áll, amely manapság a 3D-tervezésben ölt testet. A kérdést az ország élenjáró prototipizáló cége, a Varinex tevékenységének bemutatásán keresztül tárgyaljuk, megfelelő interjú keretében

A cég megalakulása óta évről évre nyereségesen működik, árbevétele folyamatosan növekszik, az utóbbi években 1,5 Mrd forint körül alakult.
Az interjú a cég nemrég átadott új telephelyén készült, ahol jelenleg 6 különböző 3D nyomtató működik éjjel-nappal, és gyakorlatilag nincs olyan feladat, amelyet valamelyik gép meg ne tudna valósítani profi módon. Interjúalanyom Falk György, a Varinex (egyik) alapítója, tulajdonosa, igazgatója.

L. M.: — Miért 3D? Divat, vagy van mérhető tartalma, létjogosultsága a háromdimenziós tervezésnek?
F. Gy.: — A világ a három dimenzióval jellemezhető térben működik, a gyakorlatban a derékszögű (Descartes)-koordinátákról, bár főként a fizikusok világában polár, szferikus, vagy akár görbülő térről beszélhetünk. Kezdetben a mérnöki tervek műszaki rajzzal, azaz a három síkvetülettel papírra rajzolva készültek, ami persze mindmáig használatos, a rajzolvasást viszont csak a szakemberek értették. Nem szakembereknek a rajz- és festőművészet egy síkon (a festővásznon) jól érzékeltette a teret, nem is beszélve a szobrászatról. Azután jött a számítástechnika, ami megváltoztatta világunkat. A gépész/építész számítógépes tervezőprogramok készítői hamar rájöttek arra, hogy az axonometrikus látványterv mennyivel többet mond a konstrukcióról, bár egy új fejlesztés prototípus-fázisában még szükség volt a meglehetősen drága makettek készítésére. Ezek a makettek kezdetben csak a térbeli ütközések elkerülését oldották meg, a működésre még nem szolgáltattak információt. Az új technológia, a 3D-s nyomtatás azonban szinte forradalmasította a prototípus-készítést, hiszen működésében tanulmányozható egy-egy új fejlesztés prototípusa. Ha hozzávesszük, hogy a 3D-s nyomtatvány kiértékelésével a majdani gyártáshoz szükséges szerszámmódosítások költségei elkerülhetők, valamint egyáltalán a tervezési idő törtrészére csökkenthető, akkor láthatjuk, hogy a 3D és a prototípus-nyomtatás nem divat, mert létjogosultsága valódi forintban mérhető.

L. M.: — Ez belátható és látványos tevékenység a gépészetben, de milyen előnyök származnak belőle az elektronikában?
F. Gy.: — Bár az elektronikai tervezőrendszerek alapvetően más irányban fejlődtek, az áramkörök működési sebessége megnőtt, a mikrohullámok tartományában járunk, új irányt jelölt ki az optika (lézertechnológia, LED-es áramkörök), az integrálási technológia szemléletváltást hozott magával. A nyomtatotthuzalozás-tervező programok hamar kiegészültek a szerelőlapok beültetési rajzait 3D-ben ábrázoló szegmensekkel, egy csapásra megoldva a „befér — nem fér be" kérdést, valamint az EMC és termikus szimulációkkal sok prototípus-készítési fázis megtakarítható. Nyitva maradtak, viszont továbbra is a dizájn, a szerelhetőség, szervizelhetőség és ergonómia kérdései (elfér-e az ujjam a nyomógombon, vagy kézre áll-e a vészleállító kar stb.?). A műszerdobozok, készülékházak részint önálló szerkezeti elemek, részint nagyobb gépegységhez illeszkedő részek, kívánatos, hogy kapcsolódási technológiájában, stílusában ne a pótlólag ráépített elem látszatát keltse, hanem az eredeti gép részét. A 3D nyomtatás egyszerűen óriási megoldást nyújtott a konstrukcióban a kérdés intelligens kezelésére. Nem véletlenül, ma már egy magára valamit is adó fejlesztőintézet 3D-s nyomtatója nem státusszimbólum, hanem a napi munka része: a Varinex megbízásai is olyan mértéket öltöttek, hogy új telephellyel kellett bővíteni 3D-s nyomtatással foglalkozó részt. Ez olyan mértékben napi program, hogy a nyomtatóanyagok és -technológiák fejlesztői erősen figyelembe veszik az elektronika igényeit.

A 3D nyomtatás megváltozott szerepe

A 3D nyomtatás ma már nemcsak a prototípusgyártás megvalósítását tűzi ki célul. Amúgy ez a kifejezés a sokféle rétegről rétegre építkező eljárást gyűjti össze, amelyek közül a ma legszélesebb körben használtak a következők: szelektív lézer szinterezés – SLS poliamid és fémporos verziója; olvasztott huzallerakásos modellezés – Fused Deposition Modeling – FDM; és a PolyJet és PolyJet Matrix vékonyrétegű 3D nyomtatás.
Az egyre jobb alapanyagoknak köszönhetően ma már funkcionális teszteket is elviselnek a 3D nyomtatás alapanyagai, illetve az ebből készült modellek, alkatrészek. Ennek megfelelően a prototípusgyártás után a következő lépés kézenfekvőnek tűnik, hiszen ha már strapabíróak az 3D nyomtatás alapanyagai, akkor az első 50-500-1000 db alkatrészt gyártsuk is le mindenféle szerszámozás nélkül. Ennek jelentőségét talán nem nagyon kell ecsetelni – hiszen nem kell szerszámot tervezni és gyártani, amely az egyszerű esetekben is heteket, illetve hónapokat is igénybe vehet, a jellemzően magas költségek mellett. Ehelyett egyszerűen betöltjük a 3D CAD fájlt az adott 3D nyomtatóba, és már másnap kézbe vehetjük a végleges gyártásnál használatos alapanyag tulajdonságaival szinte teljes mértékben megegyező paraméterekkel bíró alkatrészeket.
Ennek a gondolatnak a folytatása, hogy gyártsunk mindenféle szerszámozás nélkül kissorozatú alkatrészeket is 3D nyomtatással. Ezt a tevékenységet Additive Manufacturingnek nevezik, illetve egyes cégek – mint például a Stratasys – Direct Digital Manufacturing címen hivatkoznak erre az eljárásra.
Fontos, hogy a digitális gyártás egyfajta eljárás, nem pedig technológia, és a különböző jellemzőkkel rendelkező additív gyártási techno­-lógiák mindegyike külön-külön és együtt is használható egy adott gyártási feladat megoldásához. A digitális gyártáshoz használt valamennyi additív gyártási technológiának közös alapja az, hogy az alkatrészeket közvetlenül azok CAD-adataiból hozzuk létre.
A digitális gyártás a fent említett technológiák felhasználása mellett komoly előnyöket biztosít a hagyományos gyártási eljárásokhoz képest. Leggyakrabban a következőket szokás említeni: nincs szükség szerszámokba történő beruházásra, felgyorsul a tervezési ciklus és a piacra kerülés, a tervezési variációk bővülnek. Ha szükséges egy-egy alkatrész újratervezése, akkor az gyorsabban és költséghatékonyabban valósítható meg, hiszen csak az alkatrész 3D CAD-tervét kell módosítani, és a jóval költségesebb szerszámmódosítás elmarad.
Ezeket az előnyöket elsősorban az egyedi alkatrészek és azok kisszériás gyártásánál lehet érvényesíteni.

L. M.: — Milyen jelentősebb 3D-s prototípustervezést végzett a Varinex az elektronikai területen?
F. Gy.: — Sok kisebb-nagyobb műszerdoboz és szerkezeti elem mellett egy munkánk nagyon emlékezetes volt, amire büszkén is emlékezem. Megbízást kaptunk egy betegek számára kifejlesztett készülék házának, azaz mechanikájának kifejlesztésére, amit USB csatlakozón keresztül interneten össze lehetett kötni távoli vérnyomásmérővel, sőt orvossal, kórházzal stb. A lényeg az volt, hogy ez a mindössze három gombot tartalmazó, kis készülék ergonomikusan úgy legyen kialakítva, hogy a beteg ember egyszerűen és biztosan tudja kezelni. A feladat egyszerűnek tűnt, bár megkötés volt, hogy a dizájn hasonlítson az Omron bizonyos műszerére, amivel máris jelentkezett a 3D-s nyomtatási prototípus előnye. Amikor viszont már gyakorlatilag a gyártási fázisra került volna a sor, előre nem várt probléma jelentkezett, ugyanis a korábban kifejlesztett elektronika meghatározó alkatrésze, a kontrollerchip gyártása megszűnt, és bár az új chip többet tudott, de méretében nagyobb volt. Ez maga után vonta a nyomtatott huzalozású szerelőlap áttervezését, ami még a „megfizethető" költségnövelés kategóriájába került, de az egész készülékház műanyag fröccsszerszámának áttervezése és újragyártása mind időben, mind költségben nagy veszteség lett volna. A 3D-s nyomtatási technológia segített, ráadásul lényegesen olcsóbb, alumíniumból készült „ideiglenes" fröccsszerszámmal sikeresen le lehetett gyártani a kívánt 1800 db készüléket, ami nagy piaci sikert aratott.

L. M.: — A Varinex sikereinek bemutatása és a terjeszkedési program nyitása az elektronika irányába milyen üzenetet fogalmaz meg az elektronikai konstruktőröknek, az ELEKTRONET olvasóinak?
F. Gy.: — Nem érzem magam abban a helyzetben, hogy a 3D-s nyomtatásról mint valami alapvető meghatározó technológiáról üzenetet fogalmazzak meg az elektronikai konstruktőröknek, de az bizonyos, hogy egyetlen zseniális áramköri megoldás sem áll meg önmagában, esztétikus, emberbarát mechanikai megoldás nélkül. A dizájnos, ergonómiailag átgondolt készülékházak, célmechanikák ma már nélkülözhetetlen részei a piacképes elektronikai készülékeknek, amit hagyományos technológiával kifejleszteni és gyártani idő- és költségigényes, a 3D-s nyomtatási technológia viszont rövid idő alatt gyártóképessé teszi a terméket, amiben a Varinex segítőtárs. Várjuk hát megkeresésüket a partneri együttműködésre.

L. M.: — Köszönöm az interjút, remélhetőleg az ELEKTRONET olvasói élni fognak a lehetőséggel!

A Varinex Zrt.

A cég 1991 óta vesz részt tevékenyen a hazai 3D számítógéppel segített tervezési kultúra terjesztésében.
1992-ben az Autodeskkel kialakított kapcsolat a későbbiekben meghatározóvá vált a VARINEX éle­-tében. Ma a legnagyobb hazai forgalmazóként elsősorban a gépészeti területen szerzett szakmailag megalapozott hírnevet.
A VARINEX a gépészeti 3D CAD-tervezési feladatok közül széles vertikumot lefedő szoftverportfóliót tud ügyfeleinek biztosítani. Ezek a szoftverek felölelik a szilárdsági és kinematikai analízisszoftverek mellett a fröccsöntési szimulációs megoldásokat, a nagy teljesítményű CNC-megmunkálás tervezését biztosító programrendszereket – 5 tengelyes megmunkálásig bezárólag.
1998 őszén állították üzembe az ország első, gyors prototípusgyártó berendezését, a Helisys (USA) LOM-2030E típusú gépét. E beruházás következtében a gyors prototípus-gyártási szolgáltatás minden innovatív hazai vállalkozás számára elérhetővé vált. A projekt 2000. márciusban Innovációs Díjat is kapott.
Az elmúlt időszakban összesen 6 különböző eljárás alapozta meg a 3D nyomtatási szolgáltatás széles körű hazai elterjedését. Ma a napi gyakorlatban a Stratasys (USA) FDM és PolyJet technológiáit megtestesítő berendezések mellett az EOS (Németország) FORMIGA P110 nagy teljesítményű SLS berendezése garantálja a minőségileg kifogástalan modellek gyártását.
A 3D nyomtatási szolgáltatás mellett a Stratasys és az EOS 3D nyomtatási technológiáit megtestesítő berendezések forgalmazását is ellátják. Ennek eredményeképpen közel 100 db ipari 3D nyomtatóberendezés anyagellátását és szervizelését is biztosítják országszerte.
A cég közel 600 m²-es zuglói székhelye saját tulajdonú irodaépület, ahol minden igényt kielégítő környezettel állnak partnereik rendelkezésére, továbbá a X. ker., Fehér út 10. alatt található telephelyükön – a 36. számú épületben – egy új, 350 m²-es bemutatóteremben mutatják be a legkorszerűbb ipari 3D nyomtatási technológiákat megtestesítő berendezéseket.
A VARINEX Zrt. ma az MSZ EN ISO 9001:2009 szabvány szerint működteti 1998 óta folyamatosan üzemeltetett minőségirányítási rendszerét.

A 3D nyomtatás megváltozott szerepe

A 3D nyomtatás ma már nemcsak a prototípusgyártás megvalósítását tűzi ki célul. Amúgy ez a kifejezés a sokféle rétegről rétegre építkező eljárást gyűjti össze, amelyek közül a ma legszélesebb körben használtak a következők: szelektív lézer szinterezés – SLS poliamid és fémporos verziója; olvasztott huzallerakásos modellezés – Fused Deposition Modeling – FDM; és a PolyJet és PolyJet Matrix vékonyrétegű 3D nyomtatás.

Az egyre jobb alapanyagoknak köszönhetően ma már funkcionális teszteket is elviselnek a 3D nyomtatás alapanyagai, illetve az ebből készült modellek, alkatrészek. Ennek megfelelően a prototípusgyártás után a következő lépés kézenfekvőnek tűnik, hiszen ha már strapabíróak az 3D nyomtatás alapanyagai, akkor az első 50-500-1000 db alkatrészt gyártsuk is le mindenféle szerszámozás nélkül. Ennek jelentőségét talán nem nagyon kell ecsetelni – hiszen nem kell szerszámot tervezni és gyártani, amely az egyszerű esetekben is heteket, illetve hónapokat is igénybe vehet, a jellemzően magas költségek mellett. Ehelyett egyszerűen betöltjük a 3D CAD fájlt az adott 3D nyomtatóba, és már másnap kézbe vehetjük a végleges gyártásnál használatos alapanyag tulajdonságaival szinte teljes mértékben megegyező paraméterekkel bíró alkatrészeket.

Ennek a gondolatnak a folytatása, hogy gyártsunk mindenféle szerszámozás nélkül kissorozatú alkatrészeket is 3D nyomtatással. Ezt a tevékenységet Additive Manufacturingnek nevezik, illetve egyes cégek – mint például a Stratasys – Direct Digital Manufacturing címen hivatkoznak erre az eljárásra.

Fontos, hogy a digitális gyártás egyfajta eljárás, nem pedig technológia, és a különböző jellemzőkkel rendelkező additív gyártási techno­-lógiák mindegyike külön-külön és együtt is használható egy adott gyártási feladat megoldásához. A digitális gyártáshoz használt valamennyi additív gyártási technológiának közös alapja az, hogy az alkatrészeket közvetlenül azok CAD-adataiból hozzuk létre.

A digitális gyártás a fent említett technológiák felhasználása mellett komoly előnyöket biztosít a hagyományos gyártási eljárásokhoz képest. Leggyakrabban a következőket szokás említeni: nincs szükség szerszámokba történő beruházásra, felgyorsul a tervezési ciklus és a piacra kerülés, a tervezési variációk bővülnek. Ha szükséges egy-egy alkatrész újratervezése, akkor az gyorsabban és költséghatékonyabban valósítható meg, hiszen csak az alkatrész 3D CAD-tervét kell módosítani, és a jóval költségesebb szerszámmódosítás elmarad.

Ezeket az előnyöket elsősorban az egyedi alkatrészek és azok kisszériás gyártásánál lehet érvényesíteni.

Lambert Miklós

ELEKTRONET szerkesztőbizottság elnöke

Tudomány / Alapkutatás

tudomany

CAD/CAM

cad

Járműelektronika

jarmuelektronika

Led technológia

Led technológia

Rendezvények / Kiállítások