Elektrostaattisen paneelikaiuttimen valmistettavuuden parantaminen : valmistettavuus osana tuotannollistamista

Abstract

Opinnäytetyössä tarkasteltiin erään suuntaavan elektrostaattisen paneelikaiutinmallin valmistusprosessia tuotannollistamisvaiheessa. Työn tavoitteena oli parantaa tuotteen valmistettavuutta etsien ratkaisua kysymyksiin, voiko valmistusta nopeuttaa ja helpottaa sekä voiko valmistusmateriaaleja vaihtaa kustannustehokkaampiin tuotteen ominaisuuksien kärsimättä. Työn tilaaja on pieni toimija ja tuotantomäärät suhteellisen pieniä. Ratkaisu tuli mitoittaa realistisesti yhtiön vallitseviin resursseihin nähden. Työn lopputuloksena syntyi ehdotus kustannustehokkaammasta valmistusprosessista, jossa hyödynnetään yksinkertaisia tuotantolaitteita ja materiaaleja.

Valmistusprosessi jakautui karkeasti kahteen alaprosessiin. Tarkasteltavaksi valikoitui kolme vaihtoehtoista ehdotusta prosesseille ja materiaaliyhdistelmille. Näille arvioitiin kestoajat ja kustannukset. Parhaiten tuottava ehdotusyhdistelmä vähensi työaikakustannuksia 46 %. Prosessista poistui myös yhden vuorokauden pituinen kuivumisaika. Materiaalikustannukset laskivat 54 %. Kokonaisuudessaan tuotteen valmistuskulut laskivat 38 %. Prototyypin akustiset ja fyysiset ominaisuudet sekä ulkomuoto todettiin pysyvän lähes muuttumattomina verrattaessa alkuperäiseen tuotteeseen. Laiteinvestointien takaisinmaksuajaksi annetulla valmistusmäärällä (600 kpl/vuosi) laskettiin noin 5–9 kk riippuen hankintahinnasta.

Työn lopputuloksesta käy ilmi työmenetelmien, laitteiden ja materiaalien valinnan sekä mitoituksen merkittävyys valmistettavuuden kannalta. Lisäksi selvitettiin tuotteen runkomateriaalin ja kuoren vaikutuksia tuotteen toimintaan. Kehityssuuntana ehdotettiin kyseisten materiaalien optimointia. Myös sopivilla ominaisuuksilla valmistettavalla ns. metamateriaalilla saatettaisiin saavuttaa optimaalinen äänenvaimennus suhteessa painoon ja kokoon tai vaikuttaa tuotteen suuntaavuuteen.

The thesis examined the manufacturing process of a directional electrostatic panel speaker model in the productionisation phase. The goal of the work was to improve the manufacturability of the product by answering questions about how to make the manufacturing easier and faster, and whether it is possible to change the manufacturing materials to more cost-effective ones, without affecting the properties of the product. The client is a small company, so the production quantities are quite small. The solution had to be realistically tailored to the company's resources. The outcome of the effort was a proposal for a more cost-effective manufacturing process, leveraging simple off-the-shelf production equipment and materials.

The manufacturing process was divided into two sub-processes. Three alternative proposals for processes and material combinations were selected for further examination. Durations and costs of the processes were estimated. The most cost-effective combination of proposals reduced labour time costs by 46%. The process could also be shortened by one 24-hour drying cycle. Material costs decreased by 54%. Overall, the manufacturing costs reduced by 38%. The prototype exhibited nearly identical acoustic and physical properties, as well as maintaining a similar appearance compared to the original product. With the given manufacturing quantity (600 pcs/year) the payback period for the equipment investments, was calculated to be approximately 5–9 months, depending on the price of equipment.

The outcome of the work highlights the importance of selecting and sizing work methods, equipment, and materials regarding manufacturability. Furthermore, insights were acquired regarding the impact of the product's frame and shell materials on its operation. A proposed development direction involves optimizing these materials. The exploration of metamaterials is suggested, as they have the potential to achieve optimal sound attenuation relative to weight and size and may influence the directionality of the product.