Главная » Изделия » Lapka — набор сенсоров для iPhone

Разработка конструкции и производство опытных образцов сенсоров Lapka

Заказчик

Стартап Lapka — разработчик и поставщик сенсоров для мобильных устройств компании Apple: радиометра, нитратомера, измерителя влажности и электромагнитных полей. Устройства подключаются к стандартному аудиоразъему iPhone, iPad или iPod, используют их энергоресурсы и процессор, анализируют данные, полученные при замерах, а результаты отображают в интерфейсе бесплатного iOS-приложения.

Задача

  1. Разработать конструкцию корпуса на базе готового дизайна с учетом характеристик материалов и технологий производства
  2. Подобрать оптимальные материалы корпуса: древесину, пластик и металл
  3. Изготовить опытные образцы, произвести оснастку и подготовить конструкторскую документацию для серийного производства

Наше решение


На фото: датчики Lapka для определения уровня влажности, электромагнитного излучения,
количества нитратов в овощах и фруктах, а также уровня радиации.



Авторы проекта Lapka разработали концепцию дизайна и программно-аппаратную начинку Lapka, а нам поручили задачи по проектированию корпуса, выбору материалов и прототипированию.

1. Подбор материалов для корпуса

Мы получили в свое распоряжение подробную информацию о том, как должны выглядеть готовые устройства: дизайн-скетчи, требования к материалам, цветам и т.д. Наша задача — воплотить эти пожелания в реальном устройстве.

Каждый датчик Lapka — это пластиковый блок с деревянной основой, в которой сделано отверстие для провода, пропорции всех элементов построены на кубе с гранью 19 мм.

При выборе пластика мы установили следующие критерии: белый матовый цвет, высокая плотность и приятные тактильные ощущения. Материал должен ассоциироваться со слоновой костью, ведь одна из особенностей проекта Lapka, его конкурентное преимущество — это необычный дизайн.

Как правило, разработчики измерительного оборудования не уделяют особого внимания эстетическому решению корпуса, т.к. для них главное — это эргономика и функциональность. Мы же должны подчеркнуть не только современную техническую начинку, но также особый стиль датчиков. Они должны стать для пользователя не просто полезным аксессуаром, но своего рода украшением, талисманом для защиты от опасностей окружающего мира.


Миниатюрный счетчик Гейгера-Мюллера CJ32 (детектор жесткого бета- и гамма-излучения) —
техническая начинка радиометра Lapka



Важно учитывать, что сенсоры используются в паре с мобильными устройствами Apple, которые отличаются своим фирменным дизайном, это задает определенные требования к качеству материалов. Устройства Lapka должны гармонично сочетаться с iPhone и iPad.


На фото: измеритель влажности Lapka, вес — 25 грамм. Результаты замеров:
относительная влажность в процентах (%rH), температура в градусах (Fº или Cº).



В соответствии с технологией производства мы отобрали 3 варианта пластиков с необходимой прочностью и показателями поглощения/преломления света, чтобы сделать окончательный выбор на этапе тестирования опытных образцов.

Интересной задачей оказался подбор древесины, мы ориентировались на твердые породы темного цвета. Ради внешнего вида и приятных тактильных ощущений пришлось отказаться от дополнительного покрытия, поэтому кубик-основа Lapka — это живое полированное дерево, со своей приятной текстурой.


На фото: радиометр Lapka, вес — 35 грамм. Рабочий диапазон: от 0,01 до 1000 микрозиверт
в час (МкЗв/ч); от 0,001 до 100 микрорентген в час (мР/ч).



Третий материал для сенсоров Lapka — металл, он используется для щупа измерителя нитратов, который взаимодействует с мякотью и соком овощей и фруктов. Соответственно он должен отличаться устойчивостью к агрессивным средам (различным кислотам и т.п.). Еще одна особенность — крепление щупа к пластиковому корпусу должно быть реализовано без наружных крепежных элементов. Мы выбрали две различные марки нержавеющей стали — для основания щупа и его рабочей части.

Так, металлический элемент, прилегающий к корпусу нитратомера, изготовлен из стали с выраженными магнитными свойствами. Мы обеспечили его надежное крепление за счет постоянного кольцевого магнита в корпусе (усилие на отрыв — 4 кг). Сам щуп был изготовлен из немагнитной марки стали, чтобы не контактировать с магнитом в закрытом положении устройства.


На фото: плата и щуп нитратомера Lapka



2. Разработка конструкции деталей сенсоров Lapka

На этом этапе мы занимались 3D-моделированием и подготовкой конструкторской документации. Нужно было продумать надежную внутреннюю фиксацию печатных плат сенсоров и учесть литьевые уклоны.

Отдельное внимание мы уделили герметичности нитратомера в месте крепления щупа, чтобы внутрь прибора не проникали жидкости. Эта задача была решена с помощью высокотекучих пластиков с высокой адгезией к металлу.

Сам щуп мы сделали нестандартного размера, чтобы пользователь по ошибке не принял его за аудиоджек и не подключил к устройству Apple. 


На фото: нитратомер Lapka, вес — 30 грамм. Измеряет концентрацию нитратного азота,
частиц на миллион (от 0 до 5000 ppm NO3-N).



3. Постановка на производство: прототипы, оснастка, установочная партия

Одним из самых волнующих этапов проекта стало для нас изготовление прототипов, мы заказали несколько комплектов приборов с использованием различных материалов, а потом тестировали их на прочность, анализировали внешний вид, сочетание цветов и тактильные ощущения.


На фото: прототипы датчиков Lapka — 75% полиоксиметилена, 20% полированной
древесины сапели, 5% — печатная плата.



В итоге мы остановились на следующем сочетании материалов:

  • Для изготовления пластикового корпуса выбрали полиоксиметилен (POM), который отличается физиологической безвредностью, жесткостью, прочностью, устойчивостью к ударным нагрузкам, маслам и органическим растворителям. Благодаря таким свойствам он используется в качестве заменителя металлов и сплавов в автомобильной промышленности и ортопедической стоматологии.
  • Для деревянной основы сенсоров мы выбрали сапеле — этот вид деревьев произрастает в Африке. По свойствам такая древесина близка к махагони (так называемому «красному дереву»), поэтому часто называется африканским махагони. Этот декоративный материал со слабым контрастным полосатым рисунком хорошо поддается механической обработке и полировке, но при этом довольно твердый. Из сапеле изготавливают паркет, мебель, электрогитары и другие музыкальные инструменты.

Итогом нашей работы стало производство установочной партии и полный пакет конструкторской документации для серийного производства.

Преимущества

  • Создано современное стильное устройство, которое выгодно отличается на фоне других измерительных приборов
  • Уникальное сочетание материалов: натуральной древесины, качественного матового пластика, который ассоциируется со слоновой костью и нескольких марок стали.
  • Все материалы проверены на опытных образцах: цвет, ощущение веса, тактильные ощущения и т.п.
  • Разработана конструкторская документация для массового производства

Средства разработки

Мы работаем в САПР CREO (ранее Pro/Engineer).

Задача промышленного дизайна состоит в создании эргономичных и внешне привлекательных изделий | info@dolnikoff.com