Guia de comparació per fabricar recintes electrònics de manera eficient per als vostres productes

Suposem que esteu a la fase final del prototipatge o que heu desenvolupat un nou producte electrònic i esteu pensant a ampliar i vendre el vostre producte al mercat principal. Tot i que podeu obtenir fàcilment els PCB, els sensors i altres components electrònics / elèctrics, sovint ensopegueu amb una carcassa, especialment quan el producte necessita una carcassa personalitzada o quan el producte interactua amb l’usuari de manera regular.

En aquest article sabreu quines són les maneres més habituals d’obtenir una carcassa per al vostre producte, com triar el tipus de carcassa adequat i on buscar un proveïdor de serveis. Com que la majoria de vosaltres busqueu una carcassa rendible, duradora i de fàcil fabricació, ens centrarem en el plàstic, ja que farà un gran treball per a les funcions esmentades.

Les maneres més habituals d’aconseguir una carcassa al vostre producte són:

Carcassa i panells estàndard
Impressió 3D
Emmotllament per injecció

Més enllà de la informació de l'article, avaluarem cada mètode amb el recinte del termòmetre IR de sota (forma complexa, detalls complexos) per ajudar-vos a fer-vos una idea de l'escenari del món real.

Els criteris principals en funció dels quals avaluarem cada mètode són Cost, Temps, Personalització, Complexitat, Qualitat i escalabilitat. Compararem la carcassa estàndard amb la impressió 3D vs el modelat per injecció.

Criteris	Carcassa preparada	Impressió 3D	Emmotllament per injecció
Cost	El cost és proporcional a la quantitat. Tot i això, podeu negociar un acord millor quan la quantitat sigui significativa ⭐	El cost és proporcional al temps d’impressió. Varia de 300 a 600 INR per hora en funció del material (posterior al processament addicional)	Cost inicial elevat per al disseny d'eines i cost de fabricació de productes molt econòmic. Si la quantitat és significativa, el cost de disseny de l'eina es distribuirà en el cost per unitat.
Temps	No hi ha restriccions en el temps. Feu la comanda i repartiu -la ⭐	Després del disseny, el temps necessari per imprimir cada peça és proporcional a la quantitat.	El disseny posterior, el disseny d’eines (motlles) i la fabricació d’eines requereixen un temps significatiu (d’una setmana a un mes). Quan l’eina estigui llesta, podeu fabricar centenars o fins i tot milers de productes al dia.
Personalització	Molt baix fins a No.	Completament personalitzables i múltiples iteracions possibles ⭐	Un cop finalitzat el disseny del motlle, la personalització no és possible.
Complexitat del producte	Carcasses per a productes estàndard.	Estructures complexes i complexes possibles sense cap cost addicional ⭐	Estructures complexes i complexes possibles però amb algun càrrec addicional
Qualitat d'acabat	Sobretot bo. Però no es pot personalitzar.	Gruix i capes Excepció: Peces ABS tractades amb acetona	Acabat brillant i mat ⭐
Escala	No hi ha límits a l’escala ⭐	Fiable per menys de 1.000 quantitats	Factible per a més de 1000 quantitats

Estàndard: carcassa readymade

Si el vostre projecte inclou components estàndard com Arduino, RaspberryPi i alguns components o sensors estàndard, és probable que trobeu una carcassa estàndard en línia. A continuació es mostren els pocs exemples de recintes Readymade.

Els podeu trobar a llocs en línia locals, així com a molts llocs web internacionals com Alibaba o Aliexpress. Alguns venedors us poden ajudar a personalitzar-los si teniu una quantitat mínima determinada. Si el vostre producte és similar a quelcom que ja existeix al mercat, podeu fer servir aquesta manera astut per tornar al fabricant del recinte del producte i intentar negociar un acord.

En un altre cas probable, on teniu un conjunt de components múltiples i quan l’estètica no és preocupant, la millor opció és optar per un panell metàl·lic de recobriment de pols on pugueu fixar components com ara controladors, relés, etc. rails. Podeu trobar fàcilment en línia carcassa de controladors Arduino / raspberry muntats en rail din, relés din-rail, unitats d’alimentació del rail din, etc. Fins i tot podeu ajustar una mica el tauler per incloure pantalles i interruptors a la porta del tauler. Les mides del panell poden variar d’uns pocs centímetres a uns metres. Aquest mètode és una pràctica habitual a la indústria de l'automatització industrial.

Tornant a l'exemple de la carcassa del termòmetre, no podem trobar cap carcassa d'aquest tipus a cap lloc web. No obstant això, teniu sort si podeu trobar una empresa de modelat per injecció que ja fabriqui una carcassa similar que s’adapti a les vostres necessitats. El gran desavantatge aquí és que el vostre producte no tindrà un aspecte únic, ja que el venedor de la caixa també es vendrà a qualsevol persona del món.

Avantatges de la carcassa Readymade

Si la carcassa preparada s’adapta a les vostres necessitats,

Entregues més ràpides
No cal cap inversió de temps i diners
Millor qualitat d'acabat

Inconvenients de la carcassa Readymade

Personalització nul·la o molt mínima
No hi ha opcions materials

Impressió 3D

Si les carcasses estàndard no s’adapten a vosaltres, la impressió 3D és una bona manera d’iniciar el producte. La impressió 3D és ideal per prototipar. Inicialment, només cercareu unes quantes quantitats (probablement uns quants centenars) i voleu provar el mercat del vostre producte abans d'invertir una inversió significativa. No es necessita molt de temps i cost per imprimir el producte un cop llest el disseny CAD.

Si esteu interessats en conèixer la impressió 3D, consulteu l'article sobre com començar amb la impressió 3D i també altres projectes d'impressió 3D que hem creat anteriorment per inspirar-vos.

Disseny CAD de peces → Talls (al programari de talls) → Impressió 3D → Post-processament

En primer lloc, prepareu un model 3D de la carcassa
Importeu el model 3D al programari de tall, com ara Cura, Simple3D i Slic3R

El tallat és el lloc on el vostre model 3D es converteix en capes i codis que la impressora 3D pot entendre.

Podeu visualitzar els suports i també estimar el temps necessari per imprimir ajustant diversos paràmetres d’impressió.

Tot seguit, la impressió i el postprocessament en 3D. El post-processament implica l'eliminació de suports, flaixos i tractament químic per a l'acabat superficial en cas de material ABS.

Molts proveïdors de serveis d’impressió 3D aconsegueixen el vostre disseny a través del seu lloc web o correu electrònic, l’imprimeixen i us envien el producte imprès, tot això en un termini d’una setmana. Sense complicacions! No és així? Els proveïdors de serveis d’impressió 3D us cobraran en funció del temps necessari per imprimir el vostre producte i la tarifa per hora varia en funció del tipus de material que trieu.

És important que tingueu en compte alguns factors importants mentre decidiu optar per la impressió 3D. Aquests factors són materials del producte i factors que afecten el temps de processament, cosa que suposa el cost.

Actualment, els dos mètodes més habituals d’impressió 3D són:

Modelatge de deposició fusionada (FDM)

També conegut com Fusion Filament Fabrication (FFF), és un procés de fabricació additiva on es construeix un objecte dipositant selectivament material fos en un camí predeterminat capa per capa. Els materials utilitzats són polímers termoplàstics i es presenten en forma de filament.

Estereolitografia (SLA)

SLA funciona mitjançant l'ús d'un làser d'alta potència per endurir la resina líquida del llit d'impressió per crear la forma 3D desitjada, un procés conegut com a polimerització. Hi ha molts tipus d’impressió 3D basada en la llum que generalment es classifica com a processament digital de la llum (DLP).

	Modelatge de deposició fusionada (FDM)	Estereolitografia (SLA)
Aplicació	Peces estàndard	Peça amb superfícies intricades (joies i peces petites) Petits gabinets electrònics
Cost	Més barat
Temps		Més ràpid
Acabat	Generalment gruixut i en capes Suau en cas de ABS tractat amb acetona	Llis
Materials	Més freqüents: PLA, ABS, Niló, HIPS, PET, PC	Resina estàndard, resina clara, resina resistent o resistent i resina d'alta temperatura.

De moment, seguim amb FDM, ja que està més disponible i s’adapta al nostre debat.

Consideracions de disseny per a la impressió 3D

Durant el disseny del producte, és important entendre les limitacions de les impressores 3D disponibles al mercat. És important que entengueu el funcionament de la impressora 3D FDM.

Per si no esteu bé en el disseny CAD, us aconsello que preneu serveis professionals de disseny 3D i, en alguns casos, els mateixos proveïdors de serveis d’impressió 3D ofereixen serveis de disseny 3D. Aquests serveis són de pagament, principalment per hora. Les consideracions de disseny més importants són

Muntatge: si teniu diverses parts que es munten en un objecte final, heu de pensar en les disposicions que cal fer per encaixar les parts: coincidència de parts, cargols, etc.

Pendent excessiu: la realitat és que les impressores 3D FDM no són excel·lents en la impressió de superfícies inclinades volants o inclinades. Teniu superfícies rugoses, necessiteu suport, que heu de post-processar.

Complexitat: complexitat significa complexitat, com ara parts primes, trets diminuts i formes molt complexes. Tot i que les impressores 3D estan destinades a fer-ho amb facilitat, de vegades no funcionen bé.

A continuació, es detallen els factors que heu de tenir en compte mentre es passa del disseny al procés d’impressió 3D.

Consideracions sobre el procés per a la impressió 3D

Totes les consideracions del procés tenen un impacte en el temps d'impressió i en la qualitat de l'objecte acabat.

Tots aquests paràmetres es poden visualitzar i analitzar mitjançant el programari de tallat (Cura, Simple3D i Slic3R)

L’orientació és important: la imatge següent mostra per què. Intenteu orientar la peça de manera que requereixi menys suport i menys penjat. La millor orientació es traduirà en un millor acabat i en un temps d’impressió menor.

Gruix de la capa / alçada de la capa: el gruix de la capa és una mesura de l’altura de la capa de cada addició successiva de material en el procés d’impressió 3D en què s’apilen les capes. Baixeu el gruix de la capa, allargueu el temps d’impressió i millorareu la qualitat d’acabat. La imatge següent us ofereix una perspectiva de la relació entre el gruix de la capa i el temps d'impressió.

Densitat de farciment: la densitat de farciment és la quantitat de filament imprès a l'interior de l'objecte, que es relaciona directament amb la força, el pes i la durada d'impressió de la impressió. En el nostre cas, no ens trobarem amb densitat d’ompliment, ja que la nostra part és una closca i no un objecte sòlid. En cas que tingueu una part sòlida, més densitat d’ompliment, més força i més temps d’impressió.

Suports: les estructures de suport per a la impressió 3D no formen part del model. S'utilitzen per suportar parts del model durant la impressió. Això vol dir que un cop finalitzada la impressió, teniu la tasca addicional de treure les estructures abans que el model estigui a punt.

Hi ha altres factors, com ara la velocitat d’impressió, el gruix de la capa, el diàmetre del broquet, la temperatura d’extrusió i la bassa, que no us ha de preocupar, ja que el proveïdor de serveis els establirà en nivells òptims.

Postprocessament: les peces ABS es poden tractar amb acetona després del procés d’impressió 3D per obtenir un aspecte brillant.

A continuació es mostra la comparació dels objectes ABS tractats amb acetona i ABS no tractats. El missatge que vull transmetre és que busqueu una qualitat d'impressió òptima en termes de funcionalitat i estètica.

Programaris utilitzats per al disseny

Gratuït: Sketchup, Blender 3D, Open SCAD.

Pagat: Solidworks, CATIA, NX-CAD, màx. 3DS

Programes usats per tallar: gratuït: Cura, Simple3D, Slic3R

Anàlisi de costos d’impressió 3D

El cost de la impressió 3D depèn de l'elecció del material i del temps necessari per imprimir un producte.

El cost sol variar entre 300 i 600 INR. A més, s’afegiran suplements com ara el tractament amb acetona ABS (50-100 INR).

Per posar-ho en perspectiva, vegem el cost d’impressió del nostre termòmetre IR digital. Triga 4 hores i 11 minuts a imprimir una versió bàsica del nostre termòmetre IR digital amb el procés. També podeu consultar el termòmetre IR sense contacte que vam construir anteriorment mitjançant un recinte imprès en 3D.

Paràmetres del procés: alçada de la capa: 0,25 mm, velocitat d’impressió 60 mm / s. Com que apostarem pel material ABS sense cap postprocessament, això ens costaria aproximadament 1200 INR per a una impressió.

Avantatges de la impressió 3D

Llibertat de disseny
Prototipatge ràpid: llibertat per a les iteracions
Imprimiu a la carta i pagueu només pel que imprimiu

Inconvenients de la impressió 3D

Opcions de materials limitats
Volum de construcció limitat
Qualitat d'acabat

Tendència del mercat de la impressió 3D

Com que els serveis d’impressió 3D estan més disponibles, els preus de la impressió 3D poden baixar. La "tecnologia d'impressió ràpida d'alta superfície" Azul 3D és un mètode SLA revolucionari, però que pot imprimir una capa de tot el llit alhora. No obstant això, trigarà una mica a arribar al mercat.

Emmotllament per injecció

L’emmotllament per injecció és el mètode de fabricació massiva més comú a la indústria i el més adequat per fabricar milers de productes. Si esteu buscant algun producte fet de plàstic al vostre voltant, probablement es faci mitjançant emmotllament per injecció. Es necessita molt de temps i diners per produir el primer producte, però un cop fet això, es poden fabricar centenars o fins i tot milers de productes al dia a un preu molt econòmic.

Com flueix el procés per emmotllament per injecció?

Disseny de producte → Disseny d'eines (disseny de motlles) → Proves → Fabricació massiva → Postprocessament

1. En primer lloc, feu el disseny del producte de la mateixa manera que ho vau fer per a la impressió 3D, ja sigui per vosaltres mateixos o mitjançant un dissenyador CAD professional.

2. A continuació, doneu el disseny del producte a un dissenyador d'eines (principalment proveïdor de serveis d'emmotllament per injecció) juntament amb altres detalls com l'elecció del material, la quantitat i el tipus d'acabat. El proveïdor de serveis dissenya l'eina (és a dir, motlle) i analitza la concordança de les peces, el flux del motlle i la resta de paràmetres segons el disseny del producte i les especificacions que desitgeu.

Un cop llest, el proveïdor de serveis fa una prova de prova i, si cal, fa correccions. Finalment, procedeix a la fabricació massiva. El postprocessament implica accions com ara eliminar flaixos i portes i polir.

Motlle / eina és un bloc de metall que té el perfil negatiu / oposat de l’objecte que voleu fabricar. Està compost per un bloc de nucli i un bloc de cavitat juntament amb altres parts de suport, com ara un sistema de refrigeració, un pin expulsor, etc. En el procés de modelat per injecció, el plàstic escalfat flueix dins de la cavitat i es refreda. La peça s'expulsa automàticament i després es processa, activitats com ara l'eliminació de flaixos i portes i el polit.

Materials utilitzats en el modelat per injecció

La majoria dels materials plàstics comercials es poden utilitzar en el modelat per injecció.

Per tant, la propietat del producte acabat tindrà la propietat del material que trieu.

Per exemple: el policarbonat i el poliestirè per a productes transparents, el polipropilè (PP i PET) són bons per a materials plàstics de qualitat alimentària, la polieterimida (PEI) per a una alta resistència a la calor.

Quan es tracta de materials flexibles com el poliuretà o el cautxú de silicona, el concepte d’emmotllament per injecció varia una mica. Cada material té un cost diferent per a la fabricació. Els motlles estan dissenyats per a un material concret de plàstic. Les eines / motlles dissenyats per a un material concret poden no ser útils per a un material diferent perquè cada material es redueix d’una manera diferent. Així que decidiu el vostre material en la fase de disseny.

L’eina o motlle té una vida útil. El material i el cost de l'eina varien en funció del nombre estimat de productes que vulgueu fabricar. La vida mínima d’una eina és d’aproximadament 5.000 peces. Per tant, calculeu bastant la quantitat en la fase inicial.

Hi ha molts factors en joc basats en l’acabat i la complexitat del producte (per exemple)

Si necessiteu una qualitat molt fina, el disseny de l’eina comporta certes funcions que s’afegeixen al cost.

Si hi ha estructures molt complicades, que dificulten la fabricació d’eines convencionals, el fabricant d’eines utilitza mètodes poc convencionals que s’afegeixen al cost.

Tot el que heu de fer és tenir clar què voleu: disseny, quantitat, acabat i material.

Consideració de costos per emmotllament per injecció

Aneu amb el proveïdor de serveis que ofereix una solució completa, és a dir, des del disseny d’eines fins a la fabricació de productes per evitar problemes de coordinació. El proveïdor de serveis s’encarregarà de tots els factors segons els vostres requisits de disseny, quantitat, material i acabat.

Hi ha dues maneres en què podeu seguir l'estructura de costos. Agafarem el termòmetre digital IR com a exemple per analitzar la diferència en l’estructura de costos.

Cost separat per al disseny d’eines i fabricació d’eines i cost unitari separat per a la fabricació de productes, que implica el cost del material, el cost de la maquinària, el cost de la mà d’obra, etc. El proveïdor de serveis us cobra pel disseny i fabricació de l’eina per separat. I cobra els productes per separat. En aquest cas, teniu un cost fix inicial significatiu (per exemple: 1-2 lac INR) i un cost per producte unitari (per exemple: 10-50 INR).

Producte acabat per unitat que inclou tant el cost de fabricació del producte com el cost de l'eina. En aquest cas, el cost inicial fix del disseny i fabricació de les eines es distribueix per la quantitat del producte. Per exemple: aquest cost (per exemple, 2 INR de llacs) es distribueix en la quantitat total (5.000 peces) que heu sol·licitat a més del cost de fabricació del producte (per exemple, 20 INR).

Per tant, 200000 INR / 5000 unitats = 40 INR (cost de l’eina) + 20 INR (cost del producte) = 60 INR (cost total)

Aquesta estructura de costos alleuja la càrrega del cost inicial de l'eina i fa que el cost de la carcassa sigui variable.

Avantatges del modelat

Ideal per a grans quantitats de productes
Bon acabat: acabat brillant o acabat mat
Àmplia selecció de materials

Inconvenients de l'emmotllament

Temps inicial i cost elevats

Tema de bonificació

Quan col·loqueu els vostres productes al mercat principal, és possible que hàgiu de dissenyar i fabricar el producte per tal de tenir protecció contra ingressos i protecció contra impactes. Es tracta de comunicar eficaçment la fiabilitat del producte als vostres clients.

Classificació IP: les classificacions IP (o "protecció contra ingressos") són normes internacionals que s’utilitzen per definir els nivells d’eficàcia de segellat dels tancaments elèctrics contra la intrusió de cossos estranys (eines, brutícia, etc.) i la humitat.

Classificació IK

Les qualificacions IK indiquen els graus de protecció que ofereixen els gabinets elèctrics contra impactes mecànics externs. L’escala de classificació IK identifica la capacitat d’un recinte per resistir els nivells d’energia d’impacte mesurats en joules (J).