![image](https://habrastorage.org/webt/s5/rd/6m/s5rd6mo9kbotul9i713dwdxw-uo.gif)
Это статья о том, что так любит большая часть стартапов/молодых компаний, занимающихся разработкой лабораторного или производственного оборудования. А конкретно о раме из алюминиевого профиля для металлического корпуса — в какие дебри она может вас завести, если вовремя не спохватиться и не принять меры. Об альтернативах, их плюсах и минусах.
Рама из алюминиевого профиля (или алюминиевый каркас) для металлического корпуса — это прекрасно: точная резка алюминиевых профилей, исключительно простая сборка каркаса: раз-два, и корпус будущего прибора уже красуется на выставке.
Только вот прекрасной рама остается до тех пор, пока от вас требуется не более одного-двух корпусов в год. Как только вы захотите перейти к чуть более серийному изделию, алюминиевый каркас сразу превратится в
ДисклеймерТипичная ситуация: как правило, идея построить прибор (или установку) на раме из алюминиевого профиля и закрыть кожухами прибор возникает одной из первых. Среди разработчиков пробегает нечто вроде: «Давайте быстрее, надо начать продажи, детали потом допилим », и в основу конструкции корпуса закладывается сборная рама из профиля.
Мы ни в коем случае не утверждаем, что рама из алюминиевого профиля для металлического корпуса — это косяк из косяков и вообще, не берите профиль, фу. Нет. Такая рама прекрасно выполняет свои функции, но — до определённых пределов. Каких, сейчас расскажем.
А когда прибор уже доказал своё право на существование, приходит пора подумать о масштабировании, то есть серьёзном, совсем «по-взрослому», производстве — начинаются проблемы, а именно:
- внезапно резко возрастает себестоимость корпуса;
- выясняется, что конструкция недостаточно жёсткая;
- оказывается, что готовое устройство нетранспортабельно — частично или полностью.
Все эти проблемы решить можно. Но вначале надо осознать: текущая версия вашего продукта — это не полноценное серийное изделие, как казалось, а всего лишь опытный образец (он же стендовый образец).
Этот образец вы можете показывать на выставках и даже, при определенном уровне допиливания, продавать первым клиентам. Но никак не производить серийно: к масштабированию такая конструкция пригодна очень ограниченно, а в некоторых случаях и непригодна от слова «совсем».
Андрей Гурский, конструктор:Выход есть? Есть, конечно. Алюминиевый каркас — не единственно возможный вариант. Попробуем рассмотреть их все — на примерах.
— Если ты делаешь стендовый образец (или единичный — только для внутреннего использования) или просто каркас, чтобы «развесить» оборудование и посмотреть, как оно работает, то рама из алюминиевого профиля — идеальный вариант. Это профиль стандартных размеров, которые нарежут с высокой точностью, это лёгкость сборки — можно всё сделать самостоятельно; это стандартная фурнитура, которую можно купить где угодно — кронштейны, петли и прочее.
Но это дорого. И если для одной штучки отдать столько денег за каркас — нормально, то для серии — очень плохо. А она может начинаться уже с двух экземпляров — это у кого как, понятие серийности очень растяжимое, для иного оборудования и десять станков может быть уже крупной серией.
Типы конструкций металлических корпусов
Существует три основных варианта конструкций металлических корпусов приборов:
- на алюминиевом каркасе (раме из алюминиевого профиля);
- на стальном каркасе;
- несущая.
Корпус на каркасе (раме) из алюминиевого профиля
Вот корпус машины для розлива жидкости для электронных сигарет на раме из алюминиевого профиля:
![image](https://habrastorage.org/webt/ja/rv/yk/jarvyk__hmyggiy40ojzsp4t2gs.jpeg)
Преимуществ у него куча: в процессе сборки не надо использовать сварку, то есть не нужно искать квалифицированных сварщиков: на заводе заказываются нарезанные в нужный размер куски профиля, вся фурнитура — стандартная, сборка — быстрее некуда, можно дать отвёртку даже секретарше, и она справится.
Но конкретно этот корпус собирался не на продажу, а для себя, — раз; в количестве одной штуки — два; три — машина получилась нетранспортабельной: где собрали, там
![image](https://habrastorage.org/webt/nz/nr/v-/nznrv-dynugnnhzam1i3rwl3rlc.jpeg)
Вот этот корпус собирали менеджер и электронщик, например
Минусы конструкции:
- корпус получился дорогим в серийном производстве. Если делать сварной стальной каркас, в серии выйдет дешевле — примерно раза в три;
- недостаточная жёсткость;
- нетранспортабельность. Корпус можно передвинуть, но грузить его не за что, потому что он не жёсткий: пока доедет из точки А в точку Б, болты раскрутятся и всё развалится;
- алюминиевый профиль не позволяет заниматься формообразованием — как ни крути, на выходе получается прямоугольник или квадрат.
Плюсы:
- каркас (материалы для него) быстро закупается и быстро собирается;
- на надо искать специалистов высокой квалификации для сборки: если есть чертёж или даже 3D-модель, то корпус соберёт кто угодно.
Дизайна не будет
Ещё один нюанс: в случае с рамой из алюминиевого профиля нельзя позволить себе хороший дизайн. Можно сделать только коробку, ящик столько-то на столько-то. Это обусловлено недостаточной жёсткостью и, как следствие, нетранспортабельностью готового прибора: вы можете на этот алюминиевый каркас повесить свои стальные или пластиковые панели — вот и весь дизайн; но когда вы отвезете корпус клиенту, то очень удивитесь после разгрузки: в точку Б приедет не совсем то, что вы грузили.
И не только это: практика показывает, что если поискать аппараты на алюминиевом каркасе, они все похожи на прямоугольные ящики, в лучшем случае — ящики со стеклянными дверцами.
![image](https://habrastorage.org/webt/kk/c3/l6/kkc3l6xay3awukvmsszxiqzqi88.jpeg)
Такой корпус уже не получится — с рамой из алюминиевого профиля вам, по большому счёту, доступны только формы «коробка» или «ящик»
Поэтому цель, которая гарантированно достигается с помощью рамы из алюминиевого профиля — собрать и проверить устройство. Всё.
Альтернатива каркасу из алюминиевого профиля — стальная сварная рама. Это очень аккуратно нарезанный лазером и сваренный роботом профиль. Риск попасть на кривые руки сборщиков минимизирован.
Корпус на стальном каркасе
Пример из практики Формлаба — сварной либо сборный корпус из стальных деталей + панели из гнутого листа. Вот корпус станка для металлообработки МЦЛТ.
![image](https://habrastorage.org/webt/bg/x7/0v/bgx70vgfxws-durhby4wrwlkeyw.jpeg)
Универсальная лазерная установка МЦЛТ: стальной каркас, обшивка — металлические листы стандартных размеров
![image](https://habrastorage.org/webt/cq/hc/x1/cqhcx1huxrnbjip8xzpbaa6gfi4.jpeg)
МЦЛТ: вид сверху
Ещё вариант небольшого металлического корпуса на каркасе — корпус парогенератора:
![image](https://habrastorage.org/webt/bg/zl/fy/bgzlfybogy640hq0q_kdkjxu49u.jpeg)
Корпус парогенератора: стальная рама, обшивка — металлический лист
![image](https://habrastorage.org/webt/h3/x2/u2/h3x2u2x6gfwyoucqh4asmctaed0.jpeg)
![image](https://habrastorage.org/webt/oa/xb/ur/oaxburxlny7i6mvvijyv4_ztneu.jpeg)
Этот корпус весит просто уйму килограммов. Тут стальной каркас нужен был из-за «начинки» — тяжёлых трансформаторов.
Конструкция должна была изготавливаться на складе и до момента заказа там и храниться, да так, чтобы не занимала много места, поэтому её сделали сборной. Плюс необходима жёсткость, которая обеспечивалась стальной сварной балкой с фланцем — из-за тяжеленных трансформаторов. С перевозкой проблем нет: что погрузили, то в конечном пункте и выгрузите. При аналогичных размерах конструкция из алюминиевого профиля будет менее жёсткой.
Однако просто человек с отвёрткой такую конструкцию уже не соберёт: нужен профессиональный сварщик.
Плюсы конструкции:
- хорошая жёсткость — на стальную раму можно «навесить» тяжёлые компоненты, те же трансформаторы;
- отличная транспортабельность — можно спокойно увозить, привозить, загружать и разгружать;
- относительная дешевизна материалов для рамы (по сравнению с алюминиевым профилем).
Минусы:
- необходимо профессиональное производство. «Профессиональное» подразумевает предприятие, на котором как минимум есть хорошее оборудование и культура производства. Например, если даже лазер порежет заготовки точно, это ещё не будет гарантией того, что вы получите изделие хорошего качества: на следующих этапах в процесс включаются гибщик, который может что-то недогнуть или перегнуть, сварщик-сборщик, не обладающий квалификацией и т.д.;
- сборка обязательно должна осуществляться квалифицированными сварщиками.
Андрей Гурский, конструктор:
— Американцы на стадии исследования поступают ещё проще: они заменяют каркас из алюминия на фанеру или вообще доски. Делают раму, чтобы разместить необходимые для отработки идеи элементы. Но правильный ход, на мой взгляд, всё-таки на этапе старта использовать алюминиевый профиль — он такой дешёвый, одноразовый. Никакой сварки, потому что ещё и хорошего сварщика нужно найти, а с этим бывает трудно.
«А я не настоящий сварщик!»
Поиск «настоящего» сварщика — это реально серьёзная проблема, а для кого-то — и вовсе невыполнимая задача.
![image](https://habrastorage.org/webt/wm/ai/nf/wmainf9pu82vybz_njdrzqqwsra.jpeg)
Узел стальной рамы: балка собирается и затем сваривается. С нашей точки зрения это просто, потому что сварщика мы ещё пока можем найти. А вот в Китае с этим засада
Андрей Гурский, конструктор:
— Мы общались с русскими производителями, которые организовали производство в Китае. По итогам общения выяснилось, что они очень не любят сварку, не любят листовые и гнутые детали, выражают недовольство, если нужно включать в процесс любой ручной труд. У китайцев куча станков, и туда, где задействован ручной труд, они предпочитают не соваться вообще. Сложный станок им купить проще, чем высококвалифицированного сварщика.
В России или Украине сварщика найти — не проблема, но у китайцев подход, видимо, к сварке другой: у них это — всегда очень качественная (а значит, дорогая) работа.
Поэтому как мы ни пытались внедрить в некоторые узлы сварку, всё равно заказчики из Китая переходили на более сложную (с нашей точки зрения) конструкцию, но зато без сварки.
Что они любят — это алюминиевый стандартный профиль и механически обрабатываемые токарные детали: в Китае просто масса станков с ЧПУ, и какую-то нужную им втулку можно заказать практически на любом производстве.
Несущий корпус
Ещё один вариант — полностью несущий корпус, то есть случай, когда рамы фактически нет и нагрузку принимает на себя конструкция в целом. Но такой вариант подходит в основном в случае, если размеры вашего устройства не превышают (условно, конечно) двух метров по максимальному габариту.
Естественно, и здесь могут быть исключения, нужно смотреть на конкретный проект — например, несущий корпус есть у стандартных контейнеров для грузоперевозок: их размеры могут быть более 2 метров, но нужная жёсткость конструкции здесь достигается благодаря профилированному металлическому листу.
Вот разработанный в Формлабе банкомат «Индемит» с несущим металлическим корпусом:
![image](https://habrastorage.org/webt/jz/ur/ll/jzurllev53nk3wdblzsusp8q23y.jpeg)
В теории здесь можно было сделать раму (скорее всего, это получилось бы даже быстрее, чем разрабатывать несущую конструкцию).
Но: во-первых, у корпуса был дизайн, и не совсем в форме ящика. Вот:
![image](https://habrastorage.org/webt/ft/xi/nb/ftxinbcic7nvu5mt6sxasuzid4c.jpeg)
Во-вторых, в случае с несущим корпусом трудоёмкость сборки меньше, чем со стальной рамой: меньше возни со сваркой, меньше операций на производстве. Это однозначный плюс.
В-третьих: фактически мы листом делаем и каркас (даём жёсткость), и реализуем дизайнерский замысел.
В-четвёртых, точность размеров элементов: всё-таки технологии производства — это не ручная сварка, а лазерная резка и гибка на станках с ЧПУ.
Поэтому если у вас прецизионная работа, ваш выбор — несущий корпус (не забывайте про ограничение по размерам). Со сварной рамой такое не прокатывает, потому что точность начинает гулять. А с учётом больших размеров — и подавно.
![image](https://habrastorage.org/webt/_m/pa/ec/_mpaecuinshckqmw_rnzr6vboxi.jpeg)
Плюсы конструкции:
- возможность реализовать нестандартную форму корпуса;
- приемлемая трудоёмкость, а значит, и стоимость работ;
- простая и точная сборка.
Минусы:
- ограничения по размерам;
- сложность сборки.
Как всё сделать правильно
Этапы
Давайте и здесь на примере. Допустим, мы спроектировали станок. Собственного сварочного оборудования и производства у нас нет. Делаем каркас из алюминиевого профиля, «вешаем» на него все двигатели, электронику, гоняем станок на всех режимах, видим, что не так (например, что-то вибрирует), подкручиваем, устраняем вибрацию.
Всё в порядке? Значит, дальше мы адаптируем конструкцию под сварку /несущий корпус — естественно, с изменениями. Старая же алюминиевая рама остается на стендовом образце, с которого всё начиналось.
Следующая итерация — изготовление опытного образца стальной рамы и листовых деталей. Здесь опять всё собирается на месте. Во время второй сборки тоже должны появиться проблемы. Устраняем.
Теоретически нужно сделать третью итерацию и оттестить её на косяки: по сути, это уже будет предсерийный образец.
Потом наступает очередь установочной партии: в среднем 5-10 экземпляров станков, которые прогоняют в рабочих режимах. На этой стадии также могут быть выявлены проблемы, которые устраняют, а затем корректируют документацию.
И вот после этого все документы можно отправлять на производство, предварительно адаптировав под возможности этого производства.
Пример
Уже упоминавшийся здесь металлообрабатывающий центр МЦЛТ, стальной каркас, обшитый металлическим листом.
![image](https://habrastorage.org/webt/9p/tf/zl/9ptfzlgnf0foaxuoqyyj9bwlap0.jpeg)
Один из чертежей универсальной лазерной установки МЦЛТ
В случае с лазерной установкой вроде бы нет никаких причин для того, чтобы не собрать каркас из алюминиевого профиля. Но: у станка есть потолок, на котором закрепляются весомые в буквальном смысле элементы, плюс открывающиеся и закрывающиеся двери. Жёсткости окажется недостаточно, потому листы будут болтаться, как на ветру, — без прочного каркаса никак.
Лайфхак — о производителе
Производителя для корпуса на стадии стендового образца выбирать бесполезно, но на втором этапе разработки (прототип на «постоянной» раме) это уже нужно сделать. Выбрать, выяснить всё про его технические возможности и ограничения и подготавливать техническую документацию в расчёте именно на этого производителя.
При этом изготавливать предсерийный образец может один производитель, а серию — другой. Вы всегда успеете его сменить, но и конструкция, и документация должны адаптироваться для конкретного производства.
Андрей Гурский, конструктор:Так что если вы не желаете вашему проекту преждевременной смерти, то вам придется сразу подумать о том, как от стендового образца с рамой из алюминиевого профиля переходить на другой технологический ряд.
— Иначе ты придешь, например, к уже знакомому тебе производственнику с чертежами, а он скажет: «А у меня нет такого ножа, переделывайте документацию». И получается, что все раскрои листов металла, которые были подготовлены под радиус гибочного ножа в 2 мм, нужно переделать под радиус в 1,5 мм.
И понеслось: в 3D-модели меняются радиусы, переделываются чертежи гибки и раскроя.
Или у тебя в конструкции есть Z-образный профиль, а у производителя, которого ты нашел, нет оснастки, с помощью которой этот профиль можно изготовить.
Итог — или изменять часть конструкции, разбивая её на другие детали, или искать под эту деталь другого подрядчика. Время, деньги, нервы.
То, что вы наверняка не учтёте
В отношении конструкции металлического корпуса у нас есть три решения, правильная последовательность действий при разработке определена, но не всё так радужно. Следует предусмотреть ещё кое-что, а именно — невидимые на первый взгляд засады каждой конструкции.
Рама из алюминиевого профиля. На выходе мы получаем стендовый образец — нетранспортабельную конструкцию с сомнительной жёсткостью — по сути, одноразовую. Если вы всё-таки привозите её на выставку, то еще три дня будете подкручивать то, что разболталось (это если вам повезло и приехали не совсем дрова). Дизайн будет в стиле «ящик». Зато профили порезаны точно, для сборки есть масса стандартной фурнитуры. Но решение дорогое, этого не отнять.
Андрей Гурский, конструктор:
— Насчёт жёсткости алюминиевого каркаса: однажды на такой каркас мы поставили двигатель для ЧПУ, но взяли профиль чуть менее жёсткий, чем нужно было. Результат: станок начал «гулять» — двигатель разгонял манипулятор очень быстро, и всё вместе с каркасом улетало вслед за ним. Так станок и пытался полетать, пока его просто не прикрутили к стене. Мораль: если вы не уверены, какая жёсткость нужна, закладывайте как можно большую.
Стальная сварная/сборная рамная конструкция. Уже можно что-то придумать относительно дизайна, допустимы большие, нежели у корпуса с алюминиевым каркасом, габариты, прибор транспортабелен. Однако его изготовление требует квалифицированных производственников и профессиональных проектировщиков: если раму из алюминиевого профиля можно даже в 3D нарисовать и отдать китайцам, а затем передать тем, кто эти профили будет резать, то здесь уже не обойтись без конструкторских расчетов. Плюс заранее нужно определиться с тем, где производить предсерийный образец (а лучше — и установочную партию).
Андрей Гурский, конструктор:Несущий корпус идеален при относительно небольших габаритах изделия, высоких требованиях к точности размеров деталей и эстетике.
— Сварные конструкции может «повести» — на чертежах всё красиво, но как только дело доходит до производства, ждите засады. Всё зависит от оборудования, которое есть на производстве, и от квалификации сварщиков. Опытный сварщик чувствует конструкцию и постоянно проверяет размеры, а дядя Вася, который по какому-то недоразумению уверен, что он умеет варить, тупо возьмет трубу или деталь и просто начнёт ее обваривать по контуру, а не собирать по точкам. Ну и конструкцию выгибает — рама деформируется, и вы просто не сможете её собрать.
У нас был заказчик, который собирал трактора на базе К-750 — на производстве варили для них свои кабины. Только вот у производителя не было ни лазерной резки, ни гибки; грубо говоря, слесаря вручную эти кабины вырезали. Разница между размерами одних и тех же деталей составляла 10-20 мм, диагональность — 15 мм.
Для того, чтобы избежать деформации, ты должен прийти на производство и проверить и оборудование (наличие сварочного стола, например), и убедиться в высокой квалификации сварщика.
Андрей Гурский, конструктор:
— Возможные проблемы здесь — вот эти ваши большие красивые радиусы, предусмотренные дизайном. Дизайнеры не всегда (то есть почти никогда) не учитывают возможности производства. А чтобы учитывать, для этого они должны постучать на завод и спросить: «А вы вот такой согнёте»? На некоторых заводах есть штампы под нужные радиусы, на других — нет и не было никогда. Если у вас в дизайне заложен радиус 35 мм, а у завода — 40, то это ещё нормально. А вот если радиус штампа 40 мм, а у завода — 1-2 мм, тотушите светищите другое производство и переделывайте чертежи (и дизайн вместе с ними) или оплачивайте дополнительную оснастку для производства детали.
Плюс квалификация работников, задействованных при гибке. Допустим, мы заказываем гиб 45 градусов, а нам приходит 43 или 47. И ничего не собирается. Или бывает, что работник неправильно выставит плечо гиба, и его линия «уходит» миллиметра на два: корпус становится либо на 2 мм шире, либо на 2 мм уже.
Дизайнеры не должны стесняться показывать конкретному заводу картинки будущего корпуса ещё до этапа разработки конструкции; в идеале, промдизайнер должен работать в связке с конструктором — идти ноздря в ноздрю с ним. Плюс к моменту разработки уже нужно чётко представлять себе все возможности производства.
Мало того: от слишком сложного дизайна вообще могут отказаться, иначе умрёт весь проект. Пример — парогенератор: слишком сложный каркас для него получался, и дизайн, по сути, был послан, потому что возможности производства не смогли обеспечить заданный в дизайне конструктив. Просто не было нужного оборудования. Пришлось бы либо закупать новое, либо упрощать дизайн. Понятно, по какому пути пошёл заказчик.
Резюме
Когда у вас один станок, вы его никуда не возите, его нужно быстро собрать, а из инструментов есть одна отвертка (ну максимум две) — вот вам рама из алюминиевого профиля. С задачей справится на «ура».
Если у вас планируется производство больше одного устройства, габариты корпуса превышают два метра по одному из параметров, вы готовы отдавать сборку на сторону и знаете, что должны поставлять клиенту более цивильное, что ли, полноценное решение, планируйте в качестве конструкции стальную раму и обшивку листовым металлом. Но заранее подбирайте исполнителей, и не простых, а квалифицированных.
В некоторых случаях (особенно если вам нужен не ящик, а нечто с дизайном или хотя бы с претензией на дизайн) можно посоветовать несущий корпус. Как правило, это изделия с размерами до 2 метров по длине/ширине/высоте. Тот же самый вариант лучше выбрать, если вам важна точность и повторяемость корпуса от устройства к устройству.
Gourry_aka_pm
А что, кто-то закладывает профиль как основу конструкции для крупной серии? У них же самое вкусное применение — единичные установки под конкретного заказчика или наборы собери сам. Ну еще кстати хорошо для легких и объемных установок для мест, куда их неудобно тащить моногрузом.
podde
Мне тоже показалось, что главный стартовый тезис статьи – сильно надуман. Нужно быть сильно оторванным от реальности, чтобы хоть раз допустить, что поделку из профиля можно пускать в серию. Из-за этого допущения вся статья выглядит, извините за прямоту, надуманной.
P.S. Ну, а в отдельных местах чтения у меня попкорн начал сам лопаться в руках от взаимоисключающих параграфов:
Понимаю, что это случайные логические нестыковки, но от этого не менее забавные.anvos Автор
Думаю это связано с той аудиторией которая нас касается — какие-то «новые» бизнесы, которые выходят на рынок с новым продуктом. Т.е. у них нет понимания, что да как дальше, только в теории.
Буду внимательнее, спасибо :) *записал «лопающийся в руках попкорн»
serg-mizun
Для людей с опытом это может и надуманная проблема, а для тех кто только начинает весьма полезная информация. Да и читается легко, что уже большой плюс по нынешним временам.