Ar-ge ve Tasarım Süreçlerinde Mock-Up ve Prototip Yapımı

MOCK-UP

Her ürün fikri bir endüstriyel tasarımcının kalemiyle şekillenmeye başlar. Önce kağıt üzerinde başlayan çizimler, sonrasında bir bilgisayar programı aracılığı ile modellenir, üç boyutlu dijital görselleri oluşturulur ve son olarak kağıt üzerine renkli çıktıları alınır.

Birçok insan yapılan bu tasarımlara kağıt üzerinden veya bilgisayar ekranından bakarak karar vermeye çalışır. Aslında yapılması gereken çok önemli bir iş daha vardır, o da mock-up imalatıdır.

Mock-up; endüstriyel tasarım modellerinin çeşitli üretim metotlarını kullanarak gerçeğe en yakın şekilde üretilmiş halidir. Üretilen modellerin herhangi bir fonksiyonelliği yoktur, tamamen görseldir. Buradaki amaç, bilgisayarda tasarlanan bir ürünün gerçekte nasıl göründüğünü anlamak, ergonomik sorunlarının olup olmadığını test etmektir. Mock-uplar ürün fikirlerinizi kabul ettirmenin ve endüstriyel tasarımlarınızı doğrulamanın en etkili yoludur.

Mock-upın en çok tercih edildiği yerlerden biri de fuarlardır. Bu sayede henüz fikir aşamasında olan, seri üretimi yapılmamış ürünlerinizin tanıtımını gerçekleştirebilir, müşterilerinizden gelen geribildirimlere göre tasarımlarınızda güncellemeler yapabilirsiniz. Böylelikle seri üretime geçtiğinizde en doğru tasarımla başlamış olursunuz.

PROTOTİP

Mekanik tasarımı yapılmış ve bir ürünün bütününü oluşturan tüm parçaların birbirleri ile olan ilişkilerini en doğru ve etkili bir şekilde ancak prototip yaparak kontrol edebilirsiniz. Prototip yapmak kalıp imalatına geçmeden önce eksiklerinizi ve hatalarınızı görmenizi sağlar, size zaman ve para kazandırır. Prototip yapmadan kalıp imalatına geçerseniz, sonrasında karşınıza çıkan sorunların giderilmesi hem çok maliyetli olacaktır, hem de size zaman kaybettirecektir.

Prototip imalatında en kritik nokta doğru imalat yöntemini ve doğru hammaddeyi seçmektir. Eğer tercih ettiğiniz yöntem ve hammadde sizin tasarlamış olduğunuz parçaların gereksinimlerini karşılamıyorsa elde edeceğiniz sonuçlar yanlış veya eksik olacaktır. Örneğin; gerçek hammaddesi abs olan ve birbirleri ile olan çalışma toleransları düşük olan parçaları farklı bir hammadde ve bu toleransları karşılayamayacak bir üretim yöntemi ile üretirseniz, yapacağınız kontrollerde elde edeceğiniz sonuçlar hatalı olacaktır. Bu hatalı sonuçlara göre kalıp imalatı yapılırsa bunları sonrasında düzeltmek zaman ve para kaybına sebep olacaktır.

MOCK-UP VE PROTOTİP İMALATINDA ÜRETİM YÖNTEMLERİ

Mock-up ve prototip imalatı aslında birbirleri ile yakın ilişkilere sahip süreçlerdir. Mock-uplarda görsellik ve yüzey kalitesi ön planda iken prototip parçalarda ölçü hassasiyeti ve hammadde tercihi ön plana çıkıyor. Elbette prototip parçalar da ihtiyaç doğrultusunda istenilen görsellikte ve yüzey kalitesinde yapılabilir. Buradaki kritik nokta ihtiyaçların doğru belirlenmesidir. İhtiyaçları doğru belirleyebilmek ise üretim yöntemlerini çok detaylı olmasa da bilmeyi gerektirir.

Günümüzde prototip deyince genellikle ilk akla gelen masaüstü üç boyutlu yazıcılarla basılan parçalardır. Bu yazıcıların büyük bir çoğunluğu ise amatör dediğimiz, genellikle basit geometrili parçaları basmak için kullanılan cihazlardır. Derinlemesine inersek prototip parça üretmenin birçok yöntemi olduğunu görürüz. Bunlardan en az bilineni ise aslında çok uzun zamandır imalat sanayinde önemli bir yeri olan cnc dik işlem merkezleridir.

1. CNC ile prototip imalatı :

Cnc dik işlem merkezleri, kütük malzemeden talaş kaldırarak parça şekillendiren ve özellikle kalıpçılık sektöründe ve seri parça imalatında yaygın olarak kullanılan bilgisayar kontrollü parça işleme makinalarıdır. Bu teknolojinin kullanıldığı bir diğer alan da prototip yapımıdır.

Cnc tezgahlarında normalde kalıp kullanılarak basılan bir parçanın kendisini imal etmenin çeşitli zorlukları vardır. Eğer bu konuda kendinizi geliştirmediyseniz cnc’de prototip parça imal edemezsiniz. Bu yüzden cnc ile prototip parça imal eden çok az firma vardır.

Cnc ile piyasada bulunabilen ve talaşlı imalata uygun her türlü hammadde ile prototip parça üretilebilir. Prototipler gerçek hammaddesi ile üretildiği için, bu parçalarla yapılan testlerde de gerçeğe en yakın sonuçları elde edersiniz ve seri üretime geçtiğinizde kötü sürprizlerle karşılaşmazsınız.

Cnc ile çoğunlukla; Abs, Akrilik (Pmma /Şeffaf), Delrin (Pom), Poliamid (Pa/Naylon), Teflon (Ptfe), Alüminyum, Çelik, Bakır, Krom gibi birçok malzeme ile prototip parça imalatı yapılabilir. Otomobil farı gibi şeffaf parçaların imalatında da final ürüne oldukça yakın sonuçlar elde edilebilir.

Cnc işlemenin en önemli avantajları; 1. Gerçek hammadde ile parçaların üretilmesi, 2. Yüksek ölçü hassasiyeti, 3. Yüksek yüzey kalitesidir. Başka hiçbir yöntemle bu üç özelliği bir araya getiremezsiniz. Dezavantajları ise üretim süresi ve maliyetidir.

2. Üç boyutlu yazıcılarla prototip imalatı:

3d baskı teknolojileri gün geçtikçe gelişmekte, Ar-Ge ve ürün tasarım süreçlerini oldukça kısaltmaktadır. Günümüzde birçok 3d baskı teknolojisi mevcuttur. Sektörlere göre farklılık göstermekle birlikte en çok tercih edilenler aşağıdaki teknolojilerdir:

a. FDM (Fused Deposition Modelling),
b. MJF (Multi Jet Fusion)
c. SLS (Selective Laser Sintering)
d. SLA ( Stereolitografi)
e. DMLS (Direct Metal Laser Sintering)

a. FDM Teknolojisi : Çeşitli mühendislik plastiklerinin belli çaplarda tel veya iplik haline getirilmesiyle elde edilen malzemelerin, hotend adı verilen bir ısıtıcı uç vasıtasıyla eritilip ardından bir tabla üzerine katmanlar halinde serilerek yapılan bir 3d baskı yöntemidir.

Fdm teknolojisinde temel olarak Endüstriyel, Profesyonel ve Masaüstü olmak üzere 3 tip yazıcı mevcuttur.

• Endüstriyel Fdm Yazıcılar: Çift ısıtıcı uçlu, büyük ölçekli, yüksek hassasiyetli ve dayanıklıdır. Baskı kabini ve filament haznesi ısıtılarak en ideal şartlarda 3d baskının yapılması sağlanır. Bu sayede en karmaşık modeller bile sorunsuz bir şekilde basılır. Endüstriyel uygulamalar için idealdir.

• Profesyonel Fdm Yazıcılar: Çift ısıtıcı uçlu, küçük ölçekli, yüksek hassasiyetli ve dayanıklıdır. Baskı kabini ısıtılmaz ancak çok karmaşık olmayan ve daha küçük modellerin basımı için uygundur.

• Masaüstü Fdm Yazıcılar: Tek ısıtıcı uçlu, ev kullanımı ve küçük ölçekli işletmeler için tasarlanmış, çok karmaşık olmayan modellerin basımı için kullanılan yazıcılardır. Ölçü ve yüzey hassasiyeti pekiyi değildir. Uzun süreli kullanımlarda sorun çıkarma ihtimali yüksektir. Endüstriyel uygulamalar için uygun değildir.

b. MJF Teknolojisi : Hammadde olarak toz halinde pa12 kullanılmaktadır. Öncelikle üretilecek 3d modeller bir bilgisayar programı aracılığı ile katmanlarına ayrılır. Daha sonra bu katmanlara göre mürekkep benzeri bir sıvı, toz halindeki pa12 malzemenin üstüne püskürtülür. Bir ısı kaynağı kullanılarak bu sıvı ile kaplanmış bölgeler ısıtılır ve katmanların oluşması sağlanır. Bu şekilde çok karmaşık ve birden fazla modelin aynı anda üretimi gerçekleştirilebilir. Endüstriyel uygulamalar için oldukça uygundur.

c. SLS Teknolojisi : Yine hammadde olarak toz halinde pa12 malzeme kullanılır. Lazer yardımıyla katmanları eritip birleştirerek karmaşık geometriler ve dayanıklı parçalar üretilir. MJF’ye göre daha eski bir teknolojidir.

d. SLA Teknolojisi : Yüksek hassasiyet ve yüksek yüzey kalitesi gerektiren uygulamalar için idealdir. Hammadde olarak morötesi (UV) ışıkla katılaşabilen çeşitli reçineler kullanılmaktadır. Özellikle küçük ve karmaşık geometriye sahip parçaların üretilmesi için tercih edilmektedir. Bu yöntemle aynı zamanda şeffaf ve esnek parçaların yüksek yüzey kalitesinde üretilmesi de mümkündür.

e. DMLS Teknolojisi : Bu teknolojide hammadde olarak metal tozu kullanılır. Mjf ve Sls’te olduğu gibi lazer ile metal tozunu birleştirip havacılık ve uzay gibi endüstrilerde yüksek dayanıklılık gerektiren parçalar için tercih edilir.

3. Silikon kalıplama :

Prototip parçalar genellikle bir veya bir kaç adet üretilir. Daha fazla parçaya ihtiyaç duyduğunuzda tercih ettiğiniz yönteme göre maliyetleriniz çok ciddi boyutlara ulaşabilir. Bu yüzden yapılması gereken şey en uygun üretim yöntemini tercih etmektir.

5-25 adet kadar parçaya ihtiyacınız olduğunda en uygun üretim yöntemi silikon kalıplamadır. Silikon kalıplamada öncelikle master model dediğimiz referans parça bir adet olarak imal edilir. Burada dikkat edilmesi gereken husus master modelin üretim yöntemidir. Master modelinizin yüzey kalitesi ve ölçü hassasiyeti ne ise silikon kalıpta basılan parçalar da aynı kalitede olur. Bu yüzden 3d yazıcılarla imal edilen master modeller bu konuda bazen yetersiz kalmaktadır. Bu durumda tercih edilmesi gereken cnc işleme yöntemidir. Cnc’de imal edilen master modellerin yüzey kalitesi ve ölçü hassasiyeti oldukça üst seviyelerdedir.

Silikon kalıplar ortalama 25 adet baskıdan sonra ömrünü tamamlamaktadır. Parçanın durumuna göre bazen sayı 25’e ulaşmadan kalıp bozulabilir. Eğer yeniden parçaya ihtiyacınız olursa, daha önce kalıplamada kullandığınız master model ile tekrar kalıp alabilirsiniz.

Bu yöntemle çeşitli malzemeler basılabilmektedir. Sert plastiklerden, shore değerini ayarlayabildiğimiz yumuşak plastiklere ve şeffaf parçalara kadar birçok seçenek mevcuttur.

Silikon kalıplardan çıkan parçalara boyama işlemleri de uygulanabilmektedir. Bu sayede plastik enjeksiyon kalıplarınızın imalatı devam ederken müşterilerinize numuneler gönderebilir, laboratuvar veya saha testleri için ürünler hazırlayabilirsiniz. Bu da size zaman kazandırır.

4. RIM (Rection Injection Molding) : İki veya daha fazla sıvı haldeki kimyasal bileşiğin, bir kalıp içerisinde hızlıca reaksiyona sokularak parça oluşturulmasını sağlayan bir yöntemdir. Sert bloklardan, alüminyumdan veya sert poliüretan malzemeden yapılan kalıplarla özellikle büyük boyutlu ve yıllık üretim sayısının az olduğu parçaların üretiminde kullanılır. Tampon, kartel muhafaza, iç davlumbaz vb. birçok büyük ölçekte parça basılabilmektedir. Her sektöre hitap etmekle birlikte parçalar son kullanıcı ürünü olarak da kullanılmaktadır.

ARDIL İŞLEMLER

Yukarıda bahsettiğimiz üretim yöntemlerinden herhangi birinden çıkan parçanın son kullanım için hazırlanma aşamasıdır. Üretilen parçalar öncelikle yüzeylerindeki çapakların, çiziklerin ve diğer görsel kusurların giderilmesi için zımparalanır. Eğer parça boyanacak ise yüzeyine astar atılır. Daha sonra çeşitli kalınlıklarda zımparalar kullanılarak parçanın yüzeyi pürüzsüz hale getirilir ve boyama işlemi uygulanır. Boyama işleminin kusursuz olması için uygun bir boyama kabininde yapılması gereklidir. Gelişigüzel, etrafı açık boya kabinlerinde boyama işlemi yapılırsa parçanın yüzeyine birçok toz ve pislik yapışacak, ortaya çirkin bir görüntü çıkacaktır.

Bunun dışında, üretilen prototip parçaların yüzeylerine fırça desen, krom kaplama, bakır kaplama, eloksal kaplama, serigrafi baskı gibi birçok kozmetik işlem uygulanabilmektedir. Ayrıca otomobil farı, lens gibi şeffaf istenen parçalar da akrilik malzemeden imal edilip, yüzeyleri çeşitli tesviye işlemlerinden geçtikten sonra cam şeffaflığına ulaşabilmektedir.

Şu ana kadar bahsettiğimiz üretim teknikleri sayesinde bir ürün geliştirirken, Ar-Ge ve tasarım süreçlerinde aslında elimizde birçok imkan olduğunu görüyoruz. Önemli olan bu teknikleri doğru bir şekilde kullanarak bu süreçleri olabildiğince kısaltmaktır. Bu sayede rekabet gücünüzü de korursunuz. Birçok firma maliyetleri gerekçe göstererek bu aşamaların birini veya birkaçını, hatta bazıları ise tamamını atlamayı tercih etmekte, doğrudan kalıp imalat süreçlerine geçmektedir. Ama, sonrasında ortaya çıkan hataların telafisi mock-up ve prototip süreçlerine harcayacakları paradan çok daha fazlasına mal olmakta, ayrıca para ile satın alınamayacak kadar değerli olan zamanın boşa harcanmasına neden olmaktadır. Mock-up ve prototip yapımı, Ar-Ge ve tasarım süreçlerinin vazgeçilmez bir parçasıdır. Doğru uygulandığında sizi her zaman rakiplerinizden bir adım öne taşır.