Poradnik porównawczy umożliwiający wydajne wytwarzanie obudów elektronicznych do Twoich produktów

Załóżmy, że jesteś na końcowym etapie prototypowania lub opracowałeś nowy produkt elektroniczny i myślisz o zwiększeniu skali i sprzedaży produktu na głównym rynku. Chociaż możesz łatwo zaopatrzyć się w PCB, czujniki i inne komponenty elektroniczne / elektryczne, często zdarza się, że dostajesz obudowę, zwłaszcza gdy produkt wymaga niestandardowej obudowy lub gdy produkt regularnie współdziała z użytkownikiem.

Z tego artykułu dowiesz się, jakie są typowe sposoby zdobycia obudowy do Twojego produktu, jak wybrać odpowiedni typ obudowy i gdzie szukać usługodawcy. Ponieważ większość z Was będzie szukała opłacalnej, trwałej i łatwej do wykonania obudowy, skupimy się na plastiku, który świetnie się spisuje w przypadku wyżej wymienionych cech.

Najczęstsze sposoby uzyskania obudowy produktu to-

1. Standardowa obudowa i panele
2. drukowanie 3d
3. Formowanie wtryskowe

W nawiązaniu do informacji zawartych w artykule, ocenimy każdą metodę za pomocą poniższej obudowy cyfrowego termometru na podczerwień (złożony kształt, skomplikowane szczegóły), aby pomóc Ci zrozumieć scenariusz w świecie rzeczywistym.

Główne kryteria, na podstawie których ocenimy każdą metodę, to koszt, czas, dostosowanie, złożoność, jakość i skalowalność. Porównamy standardową obudowę z drukowaniem 3D i formowaniem wtryskowym.

Kryteria	Gotowa obudowa	drukowanie 3d	Formowanie wtryskowe
Koszt	Koszt jest proporcjonalny do ilości. Możesz jednak negocjować lepszą ofertę, gdy ilość jest znacząca ⭐	Koszt jest proporcjonalny do czasu drukowania. Zakresy od 300-600 INR na godzinę w zależności od materiału (dodatkowo po obróbce)	Wysoki koszt początkowy projektu narzędzia i bardzo tani koszt wytworzenia produktu. Jeśli ilość jest znacząca, koszt projektu narzędzia należy rozłożyć na koszt jednostkowy.
Czas	Brak ograniczeń czasowych. Zamów i odbierz przesyłkę ⭐	Projekt postu, czas potrzebny na wydrukowanie każdej części jest proporcjonalny do ilości.	Po zaprojektowaniu, projekt narzędzia (formy) i jego produkcja zajmuje sporo czasu (od tygodnia do miesiąca). Gdy narzędzie będzie gotowe, możesz wyprodukować setki, a nawet tysiące produktów w ciągu dnia.
Dostosowywanie	Od bardzo niskiego do nie	Całkowicie konfigurowalny i możliwe wiele iteracji ⭐	Po ukończeniu projektu formy dostosowanie nie jest możliwe.
Złożoność produktu	Osłonki do produktów standardowych.	Złożone i skomplikowane konstrukcje możliwe bez dodatkowych opłat ⭐	Możliwe złożone i skomplikowane konstrukcje, ale za dodatkową opłatą
Jakość wykończenia	W większości dobre. Ale nie można go dostosować.	Grube i warstwowe Wyjątek: Części ABS pokryte acetonem	Błyszczące i matowe wykończenie ⭐
Skala	Brak ograniczeń skali ⭐	Możliwe za mniej niż 1000 sztuk	Możliwe do ponad 1000 sztuk

Standard - gotowa obudowa

Jeśli Twój projekt obejmuje standardowe komponenty, takie jak Arduino, RaspberryPi i niektóre standardowe komponenty lub czujniki, najprawdopodobniej znajdziesz standardową obudowę online. Poniżej kilka przykładów gotowych obudów.

Możesz je znaleźć na lokalnych stronach internetowych, a także na wielu międzynarodowych stronach internetowych, takich jak Alibaba czy Aliexpress. Niektórzy sprzedawcy mogą pomóc w dostosowaniu, jeśli masz określoną minimalną ilość. Jeśli Twój produkt jest podobny do czegoś, co już istnieje na rynku, możesz skorzystać z tego podstępnego sposobu, aby prześledzić wstecz do producenta obudowy produktu i spróbować wynegocjować umowę.

W innym prawdopodobnym przypadku, gdy masz montaż wielu komponentów i gdy estetyka nie ma znaczenia, najlepszym wyborem jest metalowy panel do malowania proszkowego, w którym można zamocować komponenty, takie jak sterowniki, przekaźniki itp. szyny. Możesz łatwo znaleźć w Internecie obudowę kontrolerów Arduino / Raspberry montowanych na szynie DIN, przekaźniki na szynę DIN, zasilacze na szynę DIN itp. Możesz nawet trochę dostosować panel, aby zawierał wyświetlacze i przełączniki na drzwiach panelu. Rozmiary paneli mogą wahać się od kilku centymetrów do kilku metrów. Ta metoda jest powszechną praktyką w branży automatyki przemysłowej.

Wracając do naszej przykładowej obudowy termometru, nie możemy znaleźć takiej obudowy na żadnej stronie internetowej. Jednak masz szczęście, jeśli znajdziesz firmę zajmującą się formowaniem wtryskowym, która już produkuje podobną obudowę, która będzie odpowiadać Twoim potrzebom. Dużą wadą jest to, że Twój produkt sam w sobie nie będzie wyglądał wyjątkowo, ponieważ Twój dostawca osłonek będzie również sprzedawał każdemu na całym świecie.

Zalety gotowej obudowy

Jeśli gotowa obudowa odpowiada Twoim potrzebom, to-

• Szybsze dostawy
• Nie ma potrzeby inwestowania czasu i pieniędzy
• Lepsza jakość wykończenia

Wady gotowej obudowy

• Brak lub bardzo minimalne dostosowanie
• Brak opcji materiałowych

drukowanie 3d

Jeśli standardowe obudowy Ci nie odpowiadają, druk 3D to świetny sposób na rozpoczęcie pracy z produktem. Druk 3D świetnie nadaje się do prototypowania. Początkowo będziesz szukać tylko kilku ilości (prawdopodobnie kilkuset) i chcesz przetestować rynek dla swojego produktu przed zainwestowaniem znaczącej inwestycji. Wydrukowanie produktu po przygotowaniu projektu CAD nie zajmuje dużo czasu i nie jest kosztowne.

Jeśli jesteś zainteresowany nauką o drukowaniu 3D, zapoznaj się z artykułem o rozpoczęciu pracy z drukowaniem 3D, a także innymi projektami drukowania 3D, które stworzyliśmy wcześniej dla inspiracji.

Projektowanie CAD części → Krojenie (w oprogramowaniu do krojenia) → Druk 3D → Przetwarzanie końcowe

1. Najpierw przygotowujesz model 3D obudowy
2. Zaimportuj model 3D do oprogramowania do krojenia, takiego jak Cura, Simple3D i Slic3R

Cięcie na plasterki to miejsce, w którym model 3D jest konwertowany na warstwy i kody zrozumiałe dla drukarki 3D.

Możesz wizualizować podpory, a także oszacować czas potrzebny do drukowania, dostosowując różne parametry drukowania.

1. Następnie następuje drukowanie 3D i przetwarzanie końcowe. Obróbka końcowa polega na usunięciu podpór, wypaleniu i obróbce chemicznej wykończenia powierzchni w przypadku materiału ABS.

Wielu dostawców usług drukowania 3D otrzymuje Twój projekt za pośrednictwem swojej strony internetowej lub poczty elektronicznej, drukuje go i wysyła do Ciebie wydrukowany produkt - wszystko to w ciągu tygodnia. Bez wysiłku! Czy to nie to? Dostawcy usług drukowania 3D będą naliczać opłaty na podstawie czasu wymaganego do wydrukowania produktu, a stawka godzinowa różni się w zależności od rodzaju wybranego materiału.

Decydując się na druk 3D, ważne jest, abyś był świadomy kilku ważnych czynników. Czynniki te to materiały, z których wykonany jest produkt, oraz czynniki wpływające na czas przetwarzania, a tym samym Twój koszt.

Obecnie dwie najpopularniejsze metody drukowania 3D to:

Modelowanie osadzania stopionego (FDM)

Znany również jako Fused Filament Fabrication (FFF), jest procesem wytwarzania przyrostowego, w którym obiekt jest budowany poprzez selektywne osadzanie stopionego materiału na określonej ścieżce warstwa po warstwie. Zastosowane materiały to polimery termoplastyczne i mają postać włókien.

Stereolitografia (SLA)

SLA działa za pomocą lasera o dużej mocy do utwardzania ciekłej żywicy w stole drukarskim w celu uzyskania pożądanego kształtu 3D - proces znany jako polimeryzacja. Istnieje wiele rodzajów druku 3D w oparciu o światło, które są ogólnie klasyfikowane jako cyfrowe przetwarzanie światła (DLP).

	Modelowanie osadzania stopionego (FDM)	Stereolitografia (SLA)
Podanie	Części standardowe	Część o skomplikowanych powierzchniach (biżuteria i małe części) Małe obudowy elektroniczne
Koszt	Taniej
Czas		Szybciej
Wykończeniowy	Ogólnie gruba i warstwowa Gładki w przypadku ABS pokrytego acetonem	Gładki
Materiały	Najczęściej: PLA, ABS, Nylon, BIODRA, PET, PC	Żywica standardowa, przezroczysta żywica, twarda lub trwała żywica i żywica wysokotemperaturowa.

Na razie trzymajmy się FDM, ponieważ jest on szerzej dostępny i pasuje do naszej dyskusji.

Uwagi projektowe dotyczące druku 3D

Projektując produkt ważne jest zrozumienie ograniczeń dostępnych na rynku drukarek 3D. Ważne jest, aby zrozumieć działanie drukarki FDM 3D.

Jeśli nie jesteś ekspertem w projektowaniu CAD, radzę skorzystać z profesjonalnych usług projektowania 3D, aw niektórych przypadkach sami dostawcy usług drukowania 3D oferują usługi projektowania 3D. Usługi te są płatne - przeważnie za godzinę. Najważniejsze względy projektowe to

Montaż: Jeśli masz wiele części, które składają się w ostateczny przedmiot, musisz pomyśleć o środkach, które pozwolą dopasować części do siebie - pasowanie części, śruby itp.

Wiszące: W rzeczywistości drukarki FDM 3D nie są świetne w drukowaniu wystających lub stromych powierzchni nachylonych. Otrzymujesz szorstkie powierzchnie, potrzebujesz wsparcia, które musisz przetworzyć.

Złożoność: złożoność oznacza zawiłość, taką jak cienkie części, drobne elementy i bardzo złożone kształty. Chociaż drukarki 3D mają robić to wszystko z łatwością, czasami nie działają dobrze.

Oto czynniki, o których należy pamiętać, przechodząc od projektu do procesu drukowania 3D.

Uwagi dotyczące procesu drukowania 3D

Wszystkie uwarunkowania procesowe mają wpływ na czas druku i jakość gotowego przedmiotu.

Wszystkie te parametry można wizualizować i analizować za pomocą oprogramowania do krojenia (Cura, Simple3D i Slic3R)

Orientacja ma znaczenie: Poniższy obrazek pokazuje dlaczego. Spróbuj ustawić część w sposób, który wymaga mniejszego podparcia i mniej zwisania. Najlepsza orientacja zapewni lepsze wykończenie i krótszy czas drukowania.

Grubość warstwy / wysokość warstwy: Grubość warstwy jest miarą wysokości każdego kolejnego dodawania materiału w procesie drukowania 3D, w którym warstwy są układane w stos. Zmniejsz grubość warstwy, dłuższy czas drukowania i lepsza jakość wykończenia. Poniższy obraz przedstawia perspektywę zależności między grubością warstwy a czasem drukowania.

Gęstość wypełnienia: Gęstość wypełnienia to ilość filamentu wydrukowanego wewnątrz obiektu, która bezpośrednio odnosi się do wytrzymałości, wagi i czasu trwania wydruku. W naszym przypadku - obudowie nie spotkamy się z gęstością wypełnienia, ponieważ nasza część to powłoka, a nie obiekt stały. W przypadku litej części, większa gęstość wypełnienia, większa wytrzymałość i dłuższy czas drukowania.

Podpory: Konstrukcje wsporcze druku 3D nie są częścią modelu. Służą do podparcia części modelu podczas drukowania. Oznacza to, że po zakończeniu drukowania masz dodatkowe zadanie usunięcia struktur, zanim model będzie gotowy do pracy.

Istnieją inne czynniki, takie jak prędkość drukowania, grubość skorupy, średnica dyszy, temperatura wytłaczania i raft, o które nie musisz się martwić, ponieważ zostaną one ustawione na optymalnym poziomie przez usługodawcę

Obróbka końcowa: części ABS można poddać obróbce acetonem po procesie drukowania 3D, aby uzyskać błyszczący wygląd.

Poniżej znajduje się porównanie obiektów ABS poddanych obróbce acetonem i nieobrobionych ABS. Przesłanie, które chcę przekazać, to postawienie na jakość druku optymalną pod względem funkcjonalności i estetyki.

Oprogramowanie używane do projektowania

Wolny: Sketchup, Blender 3D, Open SCAD.

Płatne: Solidworks, CATIA, NX-CAD, 3DS Max

Oprogramowanie używane do krojenia - bezpłatne: Cura, Simple3D, Slic3R

Analiza kosztów druku 3D

Koszt druku 3D zależy od wyboru materiału i czasu potrzebnego na wydrukowanie produktu.

Koszt zwykle waha się od 300 - 600 INR. Ponadto dodatki, takie jak obróbka acetonem ABS, będą dodatkowo płatne (50-100 INR).

Aby spojrzeć na to z perspektywy, przyjrzyjmy się kosztowi drukowania naszego cyfrowego termometru na podczerwień. Wydrukowanie podstawowej wersji naszego cyfrowego termometru na podczerwień wraz z procesem zajmuje 4 godziny i 11 minut. Możesz również sprawdzić bezkontaktowy termometr na podczerwień, który zbudowaliśmy wcześniej przy użyciu obudowy wydrukowanej w 3D.

Parametry procesu: wysokość warstwy: 0,25 mm, prędkość druku 60 mm / s. Ponieważ zdecydujemy się na materiał ABS bez obróbki końcowej, kosztowałoby to nas około 1200 INR za wydruk.

Zalety druku 3D

• Swoboda projektowania
• Szybkie prototypowanie - swoboda dla iteracji
• Drukuj na żądanie i płać tylko za to, co drukujesz

Wady druku 3D

• Ograniczony wybór materiałów
• Ograniczona objętość kompilacji
• Jakość wykończenia

Trend rynkowy w druku 3D

Ponieważ usługi druku 3D są łatwiej dostępne, ceny druku 3D mogą spaść. Azul 3D `` High Area Rapid Printing technology '' to rewolucyjna metoda SLA, która może jednocześnie drukować warstwę całego łóżka. Jednak dotarcie na rynek zajmie trochę czasu.

Formowanie wtryskowe

Formowanie wtryskowe jest najpopularniejszą metodą produkcji masowej w branży i najlepiej sprawdza się, gdy chcesz wyprodukować tysiące produktów. Jeśli patrzysz na jakikolwiek produkt wykonany z plastiku wokół ciebie, prawdopodobnie został on wykonany przez formowanie wtryskowe. Wytworzenie pierwszego produktu zajmuje dużo czasu i pieniędzy, ale kiedy już to zrobisz, możesz wyprodukować setki, a nawet tysiące produktów dziennie po bardzo niskiej cenie.

Jak przebiega proces formowania wtryskowego?

Projektowanie produktu → Projektowanie narzędzi (projektowanie form) → Serie próbne → Produkcja masowa → Przetwarzanie końcowe

1. Najpierw projektujesz produkt tak, jak robiłeś to w przypadku druku 3D - samodzielnie lub przez profesjonalnego projektanta CAD.

2. Następnie przekazujesz projekt produktu projektantowi narzędzi (głównie dostawcy usług formowania wtryskowego) wraz z innymi szczegółami, takimi jak wybór materiału, ilość i rodzaj wykończenia. Usługodawca projektuje narzędzie (tj. Formę) i analizuje dopasowanie części, przepływ formy i wszystkie inne parametry zgodnie z projektem produktu i wymaganymi specyfikacjami.

Gdy wszystko jest gotowe, usługodawca przechodzi do wersji próbnej i w razie potrzeby wprowadza poprawki. Wreszcie przechodzi do masowej produkcji. Przetwarzanie końcowe obejmuje takie czynności, jak usuwanie błysków i bramek oraz polerowanie.

Forma / narzędzie to metalowy blok, który ma negatywny / przeciwny profil przedmiotu, który chcesz wyprodukować. Składa się z bloku rdzenia i bloku wnęki wraz z innymi częściami nośnymi, takimi jak układ chłodzenia, sworzeń wypychacza itp. W procesie formowania wtryskowego podgrzane tworzywo sztuczne przepływa do wnętrza wnęki i schładza się. Część jest następnie automatycznie wysuwana, a następnie poddawana obróbce końcowej, czynności, takie jak usuwanie błysków i bramek oraz polerowanie.

Materiały stosowane do formowania wtryskowego

Większość dostępnych w handlu tworzyw sztucznych można stosować do formowania wtryskowego.

Tak więc właściwość gotowego produktu będzie miała właściwość wybranego materiału.

Np.: poliwęglan i polistyren do produktów przezroczystych, polipropylen (PP i PET) nadają się do tworzyw sztucznych przeznaczonych do kontaktu z żywnością, a polieteroimid (PEI) zapewnia wysoką odporność na ciepło.

Jeśli chodzi o elastyczne materiały, takie jak poliuretan lub kauczuk silikonowy, koncepcja formowania wtryskowego jest nieco inna. Każdy materiał ma inny koszt produkcji. Formy są przeznaczone do określonego materiału z tworzywa sztucznego. Narzędzia / formy zaprojektowane dla określonego materiału mogą nie być przydatne w przypadku innego materiału, ponieważ każdy materiał kurczy się w inny sposób. Więc zdecyduj o swoim materiale na etapie projektowania.

Narzędzie lub forma ma żywotność. Materiał i koszt narzędzia różni się w zależności od szacowanej liczby produktów, które chcesz wykonać. Minimalna żywotność narzędzia to około 5000 sztuk. Więc rzetelnie oszacuj ilość na początkowym etapie.

W zależności od wykończenia i zawiłości produktu w grę wchodzi wiele czynników - na przykład -

Jeśli potrzebujesz bardzo dobrej jakości, projekt narzędzia obejmuje pewne funkcje, które zwiększają koszty.

Jeśli istnieją bardzo skomplikowane struktury, które utrudniają wytwarzanie konwencjonalnych narzędzi, wytwórca narzędzi stosuje niekonwencjonalne metody, co zwiększa koszty.

Wszystko, co musisz zrobić, to jasno określić, czego chcesz - projekt, ilość, wykończenie i materiał.

Uwzględnienie kosztów formowania wtryskowego

Idź z dostawcą usług, który zapewnia kompleksowe rozwiązanie, tj. Od projektowania narzędzi do wytwarzania produktów, aby uniknąć problemów z koordynacją. Usługodawca zajmie się wszystkimi czynnikami zgodnie z wymaganiami dotyczącymi projektu, ilości, materiału i wykończenia.

Istnieją dwa sposoby obchodzenia się ze strukturą kosztów. Jako przykład weźmiemy nasz cyfrowy termometr na podczerwień, aby przeanalizować różnicę w strukturze kosztów.

Oddzielny koszt projektowania narzędzi i produkcji narzędzi oraz oddzielny koszt jednostkowy produkcji produktu, który obejmuje koszt materiałów, koszt maszyn, koszt robocizny itp. W tym przypadku usługodawca pobiera opłatę za zaprojektowanie i wytworzenie narzędzia oddzielnie. I pobiera opłaty za produkty oddzielnie. W takim przypadku ponosisz znaczny początkowy koszt stały (np.: 1-2 lac INR) i jednostkowy koszt produktu (np.: 10-50 INR).

Na jednostkę produktu gotowego, który obejmuje zarówno koszt wytworzenia produktu, jak i koszt narzędzia. W tym przypadku stały koszt początkowy projektu i produkcji narzędzia jest rozłożony na ilość produktu. Np.: Koszt ten (np. 2 lac INR) jest rozdzielany na całkowitą ilość (5000 sztuk), którą zamówisz jako dodatek do kosztu wytworzenia produktu (np. 20 INR).

Więc 200000 INR / 5000 jednostek = 40 INR (koszt narzędzia) + 20 INR (koszt produktu) = 60 INR (całkowity koszt)

Taka struktura kosztów odciąża początkowy koszt narzędzia i sprawia, że ​​koszt obudowy jest zmienny.

Zalety formowania

• Najlepsze przy dużej ilości produktu
• Dobre wykończenie - błyszczące lub matowe wykończenie
• Szeroki wybór materiałów

Wady formowania

• Wysoki czas i koszt początkowy

Temat bonusowy

Wprowadzając swoje produkty do głównego nurtu rynku, być może trzeba będzie zaprojektować i wyprodukować produkt z pewną ochroną przed wnikaniem i uderzeniami. Ma to na celu skuteczne informowanie klientów o niezawodności produktu.

Stopień ochrony IP: Stopnie IP (lub „Stopień ochrony”) to międzynarodowe standardy, które są używane do określania poziomów skuteczności uszczelnienia obudów elektrycznych przed wtargnięciem ciał obcych (narzędzia, brud itp.) I wilgoci.

Ocena IK

Klasyfikacja IK wskazuje stopnie ochrony zapewnianej przez obudowy elektryczne przed zewnętrznymi uderzeniami mechanicznymi. Skala IK określa zdolność obudowy do wytrzymywania poziomów energii uderzenia mierzonych w dżulach (J).