Kompletny przewodnik - jak opracować nowy produkt sprzętu elektronicznego

Chcesz więc opracować nowy sprzęt elektroniczny? Zacznę od dobrych wiadomości - to możliwe. Możesz opracować produkt sprzętowy niezależnie od poziomu technicznego i niekoniecznie musisz być inżynierem, aby odnieść sukces (chociaż z pewnością pomaga).

Niezależnie od tego, czy jesteś przedsiębiorcą, startupem, twórcą, wynalazcą czy małą firmą, ten przewodnik pomoże Ci zrozumieć proces opracowywania nowego produktu.

Nie będę cię jednak okłamywał. Wprowadzenie na rynek nowego produktu sprzętowego to niesamowicie długa i trudna podróż. Chociaż sprzęt jest znany z tego, że jest trudny, jest teraz łatwiejszy niż kiedykolwiek dla jednostek i małych zespołów opracowywanie nowych produktów sprzętowych.

Jeśli jednak szukasz łatwego i szybkiego sposobu na zarabianie pieniędzy, proponuję przestać czytać już teraz, ponieważ wprowadzenie nowego produktu na rynek nie jest łatwe ani szybkie.

W tym przewodniku najpierw omówię strategie rozwoju produktu zarówno dla twórców technicznych, jak i przedsiębiorców nietechnicznych, którzy chcą stworzyć nowy produkt sprzętu elektronicznego. Następnie przejdziemy do rozwoju elektroniki, a następnie opracowania plastikowej obudowy.

Część 1 - Strategie rozwoju produktu

Przedsiębiorcy i start-upy mają zasadniczo pięć możliwości opracowania nowego produktu sprzętowego. Jednak często najlepszą strategią ogólną jest połączenie tych pięciu strategii rozwoju.

1) Samodzielnie opracuj produkt

Rzadko jest to opłacalna strategia sama w sobie. Bardzo niewiele osób posiada wszystkie umiejętności potrzebne do samodzielnego opracowania gotowego na rynek produktu elektronicznego.

Nawet jeśli jesteś inżynierem, czy jesteś ekspertem w projektowaniu elektroniki, programowaniu, modelowaniu 3D, formowaniu wtryskowym i produkcji? Prawdopodobnie nie. Również większość tych specjalności składa się z wielu specjalności podrzędnych.

Biorąc to pod uwagę, jeśli masz niezbędne umiejętności, im dalej będziesz rozwijać swój produkt, tym więcej pieniędzy zaoszczędzisz i tym lepiej na dłuższą metę.

Na przykład około 6 lat temu wprowadziłem na rynek własny sprzęt. Produkt był bardziej złożony mechanicznie niż elektrycznie. Z wykształcenia jestem inżynierem elektronikiem, a nie inżynierem mechanikiem, więc początkowo zatrudniłem kilku niezależnych inżynierów mechaników.

Jednak szybko poczułem się sfrustrowany tym, jak wolno sprawy potoczyły się. W końcu myślałem o swoim produkcie prawie co godzinę! Miałem obsesję na punkcie jak najszybszego rozwoju mojego produktu i wprowadzenia go na rynek. Ale inżynierowie, których zatrudniłem, żonglowali to wieloma innymi projektami i nie poświęcali mojemu projektowi uwagi, na jaką zasługiwałem.

Postanowiłem więc nauczyć się wszystkiego, co potrzebne do samodzielnego projektowania mechanicznego. Nikt nie był bardziej zmotywowany niż ja, aby rozwinąć mój produkt i wprowadzić go na rynek. Ostatecznie projekt mechaniczny mogłem ukończyć znacznie szybciej (i za znacznie mniejsze pieniądze).

Morał z tej historii polega na tym, aby rozwijać tyle rozwoju, na ile pozwalają na to twoje umiejętności, ale także nie posuwać się zbyt daleko. Jeśli twoje umiejętności sub-eksperckie powodują, że opracowujesz mniej niż optymalny produkt, to jest to duży błąd. Ponadto wszelkie nowe umiejętności, których musisz się nauczyć, będą wymagały czasu, a to może ostatecznie wydłużyć czas wprowadzenia na rynek. Zawsze zatrudniaj ekspertów, którzy uzupełnią wszelkie luki w Twojej wiedzy.

Niektóre z moich ulubionych witryn do nauki o rozwoju elektroniki to Hackster.io, Build Electronic Circuits, Bald Engineer, Adafruit, Sparkfun, Make Magazine i All About Circuits. Koniecznie sprawdź kanał YouTube o nazwie AddOhms, który zawiera absolutnie doskonałe filmy wprowadzające do nauki elektroniki.

2) Zaangażuj współzałożycieli technicznych

Jeśli nie jesteś założycielem technicznym, zdecydowanie mądrze byłoby zatrudnić współzałożyciela technicznego. Jeden z założycieli w Twoim zespole start-upowym musi przynajmniej wystarczająco rozumieć rozwój produktu, aby zarządzać tym procesem.

Jeśli planujesz ostatecznie szukać zewnętrznego finansowania od profesjonalnych inwestorów, zdecydowanie potrzebujesz zespołu założycieli. Profesjonalni inwestorzy w startupach wiedzą, że zespół założycieli ma znacznie większe szanse na sukces niż założyciel solo.

Idealnym współzałożycielem dla większości start-upów sprzętowych jest inżynier sprzętu, programista i marketer.

Sprowadzanie współzałożycieli może wydawać się idealnym rozwiązaniem Twoich problemów, ale są też pewne poważne wady. Po pierwsze, znalezienie współzałożycieli jest trudne i prawdopodobnie zajmie ogromną ilość czasu. To cenny czas, który nie jest poświęcany na rozwijanie produktu.

Znalezienie współzałożycieli nie jest czymś, na co nie powinieneś się spieszyć i musisz poświęcić trochę czasu na znalezienie odpowiedniego dopasowania. Muszą nie tylko komplementować Twoje umiejętności, ale także naprawdę musisz je lubić osobiście. Zasadniczo będziesz z nimi żonaty przez co najmniej kilka lat, więc upewnij się, że dobrze się dogadujesz.

Główną wadą zatrudniania współzałożycieli jest to, że zmniejszają oni kapitał w firmie. Wszyscy założyciele firmy powinni naprawdę mieć równy kapitał w firmie. Jeśli więc wybierasz się teraz solo, bądź przygotowany na oddanie każdemu współzałożycielowi połowy swojej firmy.

3) Outsourcing do niezależnych inżynierów

Jednym z najlepszych sposobów wypełnienia luk w umiejętnościach technicznych zespołów jest outsourcing do niezależnych inżynierów.

Pamiętaj tylko, że większość produktów będzie wymagać wielu inżynierów o różnych specjalizacjach, więc będziesz musiał samodzielnie zarządzać różnymi inżynierami. Ostatecznie ktoś z zespołu założycielskiego będzie musiał służyć jako kierownik projektu.

Upewnij się, że znajdziesz inżyniera elektryka, który ma doświadczenie w projektowaniu elektroniki wymaganej przez Twój produkt. Elektrotechnika to ogromna dziedzina nauki i wielu inżynierów nie ma żadnego doświadczenia w projektowaniu obwodów.

Dla projektanta 3D upewnij się, że znajdziesz kogoś, kto ma doświadczenie w technologii formowania wtryskowego, w przeciwnym razie prawdopodobnie otrzymasz produkt, który można prototypować, ale nie produkować masowo.

4) Zlecenie firmie deweloperskiej

Najbardziej znane firmy zajmujące się projektowaniem produktów, takie jak Frog, IDEO, Fuse Project itp., Mogą tworzyć fantastyczne projekty produktów, ale są one niesamowicie drogie.

Startupy powinny za wszelką cenę unikać drogich firm projektowych. Najlepsze firmy projektowe mogą pobierać opłaty w wysokości ponad 500 000 USD za pełne opracowanie nowego produktu. Nawet jeśli możesz sobie pozwolić na zatrudnienie drogiej firmy opracowującej produkt, nie rób tego. Nie tylko prawdopodobnie nigdy nie odzyskasz tych pieniędzy, ale także nie chcesz popełnić błędu zakładania startupu sprzętowego, który nie jest mocno zaangażowany w rzeczywisty rozwój produktu.

5) Partner z producentem

Jedną ze ścieżek, do których należy dążyć, jest współpraca z zagranicznym producentem, który już wytwarza produkty podobne do Twojego produktu.

Duzi producenci będą mieli własne działy inżynierii i rozwoju do pracy nad własnymi produktami. Jeśli znajdziesz producenta, który już produkuje coś podobnego do Twojego własnego produktu, być może będzie on w stanie zrobić dla Ciebie wszystko - rozwój, inżynierię, prototypowanie, produkcję form i produkcję.

Ta strategia może obniżyć początkowe koszty rozwoju. Producenci będą jednak zamortyzować te koszty, co oznacza dodanie dodatkowego kosztu na produkt dla pierwszych serii produkcyjnych. Zasadniczo działa to jak nieoprocentowana pożyczka, umożliwiając powolny zwrot kosztów rozwoju producentowi.

Brzmi świetnie i łatwo, więc jaki jest haczyk? Głównym ryzykiem, które należy rozważyć przy tej strategii, jest umieszczenie wszystkiego, co jest związane z produktem, w jednej firmie.

Z pewnością będą chcieli umowy na wyłączność, przynajmniej do czasu odzyskania kosztów. Oznacza to, że nie możesz przejść na tańszą opcję produkcji, gdy zwiększy się wielkość produkcji.

Należy również pamiętać, że wielu producentów może chcieć części lub całości praw intelektualnych do produktu.

Część 2 - Opracowanie elektroniki

Rozwój elektroniki dla twojego produktu można podzielić na siedem etapów: wstępny projekt produkcji, schemat, układ PCB, ostateczne zestawienie komponentów, prototyp, test i program, a na końcu certyfikacja.

Krok 1 - Utwórz wstępny projekt produkcyjny

Opracowując nowy sprzęt elektroniczny, należy najpierw rozpocząć od wstępnego projektu produkcyjnego . Nie należy tego mylić z prototypem Proof-of-Concept (POC).

Prototyp POC jest zwykle budowany przy użyciu zestawu programistycznego, takiego jak Arduino. Czasami mogą być przydatne, aby udowodnić, że koncepcja produktu rozwiązuje pożądany problem. Ale prototyp POC jest daleki od projektu produkcyjnego. Rzadko można wejść na rynek z Arduino osadzonym w swoim produkcie.

Wstępny projekt produkcja skupia się na elementach swojego produktu produkcyjnych, kosztów, marży, wydajności, funkcji, możliwości rozwoju i zdolności produkcyjnych.

Możesz użyć wstępnego projektu produkcji, aby oszacować wszystkie koszty, których będzie potrzebować Twój produkt. Ważne jest, aby dokładnie znać koszty opracowania, prototypowania, programowania, certyfikacji, skalowania i produkcji produktu.

Wstępny projekt produkcji odpowie na następujące istotne pytania. Czy mój produkt jest wykonalny? Czy stać mnie na rozwój tego produktu? Jak długo zajmie mi opracowanie mojego produktu? Czy mogę produkować masowo produkt? Czy mogę go sprzedać z zyskiem?

Wielu przedsiębiorców popełnia błąd, pomijając wstępny etap projektowania produkcji i zamiast tego wskakuje od razu do projektowania schematu obwodu. Robiąc to, możesz w końcu odkryć, że wydałeś cały ten wysiłek i ciężko zarobione pieniądze na produkt, którego nie można opracować, wyprodukować ani, co najważniejsze, sprzedać z zyskiem.

Krok 1A - Schemat blokowy systemu

Tworząc wstępny projekt produkcyjny, należy zacząć od zdefiniowania schematu blokowego na poziomie systemu. Ten schemat określa każdą funkcję elektroniczną i sposób połączenia wszystkich elementów funkcjonalnych.

Większość produktów wymaga mikrokontrolera lub mikroprocesora z różnymi komponentami (wyświetlacze, czujniki, pamięć itp.), Które są połączone z mikrokontrolerem za pośrednictwem różnych portów szeregowych.

Tworząc schemat blokowy systemu, można łatwo zidentyfikować typ i liczbę wymaganych portów szeregowych. Jest to niezbędny pierwszy krok do wyboru właściwego mikrokontrolera dla Twojego produktu.

Krok 1B - Wybór komponentów produkcyjnych

Następnie musisz wybrać różne komponenty produkcyjne: mikroczipy, czujniki, wyświetlacze i złącza w oparciu o żądane funkcje i docelową cenę detaliczną produktu. Umożliwi to następnie utworzenie wstępnej listy materiałów (BOM).

W Stanach Zjednoczonych najpopularniejszymi dostawcami komponentów elektronicznych są Newark, Digikey, Arrow, Mouser i Future. Większość komponentów elektronicznych można kupić pojedynczo (do prototypowania i wstępnych testów) lub do tysięcy (do produkcji małoseryjnej).

Gdy osiągniesz wyższe wielkości produkcji, zaoszczędzisz pieniądze, kupując niektóre komponenty bezpośrednio od producenta.

Krok 1C - Oszacuj koszt produkcji

Powinieneś teraz oszacować koszt produkcji (lub Koszt sprzedanych towarów - COGS) dla swojego produktu. Niezwykle ważne jest, aby jak najszybciej dowiedzieć się, ile będzie kosztować wytworzenie produktu.

Musisz znać jednostkowy koszt produkcji swojego produktu, aby określić najlepszą cenę sprzedaży, koszt zapasów, a co najważniejsze, ile możesz zarobić.

Oczywiście wybrane przez Ciebie komponenty do produkcji będą miały duży wpływ na koszty produkcji.

Ale aby uzyskać dokładny kosztorys produkcji, musisz również uwzględnić koszt montażu PCB, montażu produktu końcowego, testowania produktu, opakowania detalicznego, wskaźnika złomu, zwrotów, logistyki, ceł i magazynowania.

Krok 2 - Zaprojektuj schemat obwodu

Teraz nadszedł czas, aby zaprojektować schematyczny schemat połączeń w oparciu o schemat blokowy systemu utworzony w kroku 1.

Schemat pokazuje, jak każdy komponent, od mikroczipów po rezystory, łączy się ze sobą. Podczas gdy schemat blokowy systemu koncentruje się głównie na funkcjonalności produktu wyższego poziomu, schemat schematyczny dotyczy drobnych szczegółów.

Coś tak prostego, jak źle ponumerowany pin na komponencie w schemacie może spowodować całkowity brak funkcjonalności.

W większości przypadków będziesz potrzebować oddzielnego obwodu pomocniczego dla każdego bloku schematu blokowego systemu. Te różne podobwody zostaną następnie połączone razem, aby utworzyć pełny schemat ideowy.

Specjalne oprogramowanie do projektowania układów elektronicznych służy do tworzenia schematów i zapewnia, że ​​są one wolne od błędów. Polecam korzystanie z pakietu o nazwie DipTrace, który jest niedrogi, wydajny i łatwy w użyciu.

Krok 3 - Zaprojektuj płytkę drukowaną (PCB)

Po wykonaniu schematu zaprojektujesz teraz płytkę drukowaną (PCB). Płytka drukowana jest fizyczną płytą, która utrzymuje i łączy wszystkie komponenty elektroniczne.

Rozwój schematu blokowego systemu i schematu obwodu miał głównie charakter koncepcyjny. Projekt PCB jest jednak bardzo prawdziwy.

Płytka drukowana została zaprojektowana w tym samym oprogramowaniu, w którym utworzono schemat. Oprogramowanie będzie miało różne narzędzia weryfikacyjne, aby upewnić się, że układ PCB spełnia zasady projektowe dla stosowanego procesu PCB, a PCB pasuje do schematu.

Ogólnie rzecz biorąc, im mniejszy produkt i ściślejsze elementy są pakowane razem, tym dłużej zajmie stworzenie układu PCB. Jeśli Twój produkt kieruje duże ilości energii lub oferuje łączność bezprzewodową, układ płytki drukowanej jest jeszcze bardziej krytyczny i czasochłonny.

W przypadku większości projektów PCB najbardziej krytycznymi częściami są układy zasilania, sygnały o dużej szybkości (zegary kryształowe, linie adresowe / danych itp.) Oraz wszelkie obwody bezprzewodowe.

Krok 4 - Wygeneruj ostateczną listę materiałów (BOM)

Chociaż powinieneś już utworzyć wstępne BOM w ramach wstępnego projektu produkcyjnego, nadszedł czas na pełne BOM produkcji.

Główną różnicą między nimi jest wiele niedrogich komponentów, takich jak rezystory i kondensatory. Te komponenty zwykle kosztują tylko pensa lub dwa, więc nie wymieniam ich osobno we wstępnym BOM.

Ale aby faktycznie wyprodukować PCB, potrzebujesz kompletnego BOM z każdym wymienionym komponentem. To zestawienie komponentów jest zwykle tworzone automatycznie przez oprogramowanie do projektowania schematów. BOM zawiera numery części, ilości i wszystkie specyfikacje komponentów.

Krok 5 - Zamów prototypy PCB

Tworzenie prototypów elektronicznych to proces dwuetapowy. W pierwszym etapie powstają gołe płytki drukowane. Oprogramowanie do projektowania obwodów umożliwia wydrukowanie układu PCB w formacie o nazwie Gerber z jednym plikiem na każdą warstwę PCB.

Te pliki Gerber można wysłać do sklepu prototypów w celu wykonania małych serii. Te same pliki można również dostarczyć do większego producenta do produkcji masowej.

Drugim krokiem jest przylutowanie wszystkich elementów elektronicznych do płytki. Z oprogramowania do projektowania będziesz mógł wyprowadzić plik, który pokazuje dokładne współrzędne każdego komponentu umieszczonego na płytce. Dzięki temu warsztat montażowy może w pełni zautomatyzować lutowanie każdego komponentu na PCB.

Najtańszą opcją będzie produkcja prototypów PCB w Chinach. Chociaż zazwyczaj najlepiej jest wykonać prototypowanie bliżej domu, aby zmniejszyć opóźnienia w wysyłce, dla wielu przedsiębiorców ważniejsze jest minimalizowanie kosztów.

Do produkcji płyt prototypowych w Chinach gorąco polecam Seeed Studio. Oferują fantastyczne ceny przy ilościach od 5 do 8000 płyt. Oferują również usługi drukowania 3D, dzięki czemu są punktem kompleksowej obsługi. Inni chińscy producenci prototypów PCB o dobrej reputacji to Gold Phoenix PCB i Bittele Electronics.

W Stanach Zjednoczonych polecam Sunstone Circuits, Screaming Circuits i San Francisco Circuits, których często używałem do tworzenia prototypów własnych projektów. Montaż desek zajmuje 1-2 tygodnie, chyba że zapłacisz za pilną usługę, którą rzadko polecam.

Krok 6 - oceń, zaprogramuj, debuguj i powtórz

Teraz czas na ocenę prototypu elektroniki. Pamiętaj, że Twój pierwszy prototyp rzadko będzie działał idealnie. Najprawdopodobniej przejdziesz przez kilka iteracji, zanim sfinalizujesz projekt. To wtedy będziesz identyfikować, debugować i naprawiać wszelkie problemy z prototypem.

To może być trudny etap do prognozowania zarówno pod względem kosztów, jak i czasu. Wszelkie znalezione błędy są oczywiście nieoczekiwane, więc ustalenie źródła błędu i najlepszego sposobu jego naprawienia zajmuje trochę czasu.

Ocena i testowanie są zwykle wykonywane równolegle z programowaniem mikrokontrolera. Zanim jednak zaczniesz programować, zechcesz przynajmniej przeprowadzić podstawowe testy, aby upewnić się, że płyta nie ma większych problemów.

Prawie wszystkie nowoczesne produkty elektroniczne zawierają mikrochip zwany jednostką mikrokontrolera (MCU), który działa jako „mózg” produktu. Mikrokontroler jest bardzo podobny do mikroprocesora znajdującego się w komputerze lub smartfonie.

Mikroprocesor doskonale radzi sobie z szybkim przenoszeniem dużych ilości danych, podczas gdy mikrokontroler doskonale sprawdza się w łączeniu i sterowaniu urządzeniami, takimi jak przełączniki, czujniki, wyświetlacze, silniki itp. Mikrokontroler jest w zasadzie uproszczonym mikroprocesorem.

Mikrokontroler musi być zaprogramowany do wykonywania żądanej funkcjonalności.

Mikrokontrolery są prawie zawsze programowane w powszechnie używanym języku komputerowym zwanym „C”. Program, zwany oprogramowaniem układowym, jest przechowywany w trwałej, ale programowalnej pamięci, zwykle wewnętrznej mikrokontrolera.

Krok 7 - Certyfikuj swój produkt

Wszystkie sprzedawane produkty elektroniczne muszą posiadać różnego rodzaju certyfikaty. Wymagane certyfikaty różnią się w zależności od kraju, w którym będzie sprzedawany produkt. Uwzględnimy certyfikaty wymagane w USA, Kanadzie i Unii Europejskiej.

FCC (Federalna Komisja Łączności)

Certyfikacja FCC jest wymagana dla wszystkich produktów elektronicznych sprzedawanych w Stanach Zjednoczonych. Wszystkie produkty elektroniczne emitują pewną ilość promieniowania elektromagnetycznego (tj. Fal radiowych), więc FCC chce mieć pewność, że produkty nie będą zakłócać komunikacji bezprzewodowej.

Istnieją dwie kategorie certyfikacji FCC. Rodzaj wymagany dla produktu zależy od tego, czy jest on wyposażony w funkcje komunikacji bezprzewodowej, takie jak Bluetooth, WiFi, ZigBee lub inne protokoły bezprzewodowe.

FCC klasyfikuje produkty z funkcją komunikacji bezprzewodowej jako grzejniki celowe . Produkty, które celowo nie emitują fal radiowych, są klasyfikowane jako niezamierzone promienniki . Celowa certyfikacja grzejników kosztuje około 10 razy więcej niż niezamierzona certyfikacja grzejników.

Rozważ na początku użycie modułów elektronicznych do obsługi dowolnej funkcji bezprzewodowej produktu. Dzięki temu możesz sobie poradzić tylko z niezamierzoną certyfikacją grzejników, która pozwoli zaoszczędzić co najmniej 10 000 USD.

UL (Underwriters Laboratories) / CSA (Canadian Standards Association)

Certyfikacja UL lub CSA jest wymagana dla wszystkich produktów elektrycznych sprzedawanych w Stanach Zjednoczonych lub Kanadzie, które są podłączane do gniazdka elektrycznego.

Produkty zasilane wyłącznie bateriami, które nie są podłączane do gniazdka sieciowego, nie wymagają certyfikatu UL / CSA. Jednak większość głównych sprzedawców detalicznych i / lub towarzystw ubezpieczeniowych od odpowiedzialności za produkt będzie wymagać, aby produkt posiadał certyfikat UL lub CSA.

CE (Conformité Européene)

Certyfikacja CE jest wymagana w przypadku większości produktów elektronicznych sprzedawanych w Unii Europejskiej (UE). Jest podobny do certyfikatów FCC i UL wymaganych w Stanach Zjednoczonych.

RoHS

Certyfikat RoHS gwarantuje, że produkt nie zawiera ołowiu. Certyfikacja RoHS jest wymagana w przypadku produktów elektrycznych sprzedawanych na terenie Unii Europejskiej (UE) lub stanu Kalifornia. Ponieważ gospodarka Kalifornii jest tak znacząca, większość produktów sprzedawanych w USA ma certyfikat RoHS.

Certyfikaty baterii litowej (UL1642, IEC61233 i UN38.3)

Akumulatory litowo-jonowe / polimerowe wiążą się z poważnymi obawami dotyczącymi bezpieczeństwa. W przypadku zwarcia lub przeładowania mogą nawet stanąć w płomieniach.

Czy pamiętasz podwójne wycofanie Samsunga Galaxy Note 7 z powodu tego problemu? Albo historie o różnych hoverboardach, które stanęły w płomieniach?

Ze względu na bezpieczeństwo akumulatorki litowe muszą być certyfikowane. W przypadku większości produktów zalecam początkowo używanie gotowych baterii, które mają już te certyfikaty. Jednak ograniczy to twoje możliwości wyboru, a większość baterii litowych nie ma certyfikatu.

Wynika to przede wszystkim z faktu, że większość firm sprzętowych decyduje się na niestandardową baterię zaprojektowaną w celu wykorzystania całej przestrzeni dostępnej w produkcie. Z tego powodu większość producentów baterii nie zawraca sobie głowy certyfikacją swoich gotowych baterii.

Część 3 - Opracuj załącznik

Teraz zajmiemy się opracowywaniem i prototypowaniem dowolnych niestandardowych elementów plastikowych. W przypadku większości produktów obejmuje to przynajmniej obudowę, która trzyma wszystko razem.

Opracowanie niestandardowych kształtów plastikowych lub metalowych elementów będzie wymagało eksperta od modelowania 3D lub jeszcze lepiej projektanta przemysłowego.

Jeśli wygląd i ergonomia mają kluczowe znaczenie dla Twojego produktu, będziesz chciał zatrudnić projektanta przemysłowego. Na przykład projektanci przemysłowi to inżynierowie, którzy sprawiają, że urządzenia przenośne, takie jak iPhone, wyglądają tak fajnie i elegancko.

Jeśli wygląd nie jest krytyczny dla twojego produktu, prawdopodobnie możesz sobie poradzić, wynajmując modelarza 3D, który jest zwykle znacznie tańszy niż projektant przemysłowy.

Krok 1 - Utwórz model 3D

Pierwszym krokiem w rozwoju wyglądu zewnętrznego produktu jest stworzenie komputera 3D

Model. Dwa duże pakiety oprogramowania używane do tworzenia modeli 3D to Solidworks i PTC Creo (dawniej nazywany Pro / Engineer).

Jednak Autodesk oferuje teraz oparte na chmurze narzędzie do modelowania 3D, które jest całkowicie bezpłatne dla studentów, hobbystów i start-upów. Nazywa się Fusion 360. Jeśli chcesz wykonać własne modelowanie 3D i nie jesteś przywiązany ani do Solidworks, ani do PTC Creo, zdecydowanie rozważ Fusion 360.

Gdy projektant zajmujący się modelowaniem przemysłowym lub 3D ukończy model 3D, możesz przekształcić go w fizyczne prototypy. Model 3D można również wykorzystać do celów marketingowych, zwłaszcza zanim dostępne będą funkcjonalne prototypy.

Jeśli planujesz wykorzystać swój model 3D do celów marketingowych, będziesz chciał mieć utworzoną fotorealistyczną wersję modelu. Zarówno Solidworks, jak i PTC Creo mają dostępne fotorealistyczne moduły.

Możesz również wykonać fotorealistyczną animację 3D swojego produktu. Pamiętaj, że może być konieczne zatrudnienie oddzielnego projektanta, który specjalizuje się w animacji i nadaniu realistycznego wyglądu modeli 3D.

Największym ryzykiem związanym z opracowywaniem modelu 3D dla twojej obudowy jest to, że otrzymasz projekt, który może być prototypowany, ale nie produkowany w dużych ilościach.

Ostatecznie obudowa zostanie wyprodukowana metodą zwaną formowaniem wtryskowym pod wysokim ciśnieniem (więcej szczegółów znajduje się w kroku 4 poniżej).

Opracowanie części do produkcji przy użyciu formowania wtryskowego może być dość skomplikowane i wymaga przestrzegania wielu zasad. Z drugiej strony prawie wszystko można prototypować za pomocą druku 3D.

Dlatego zatrudniaj tylko kogoś, kto w pełni rozumie wszystkie zawiłości i wymagania projektowe dotyczące formowania wtryskowego.

Krok 2 - Zamów prototypy skrzynek (lub kup drukarkę 3D)

Plastikowe prototypy są budowane przy użyciu procesu addytywnego (najczęściej) lub procesu subtraktywnego. Proces addytywny, taki jak druk 3D, tworzy prototyp, układając cienkie warstwy tworzywa sztucznego w celu stworzenia produktu końcowego.

Procesy addytywne są zdecydowanie najpowszechniejsze ze względu na ich zdolność do tworzenia prawie wszystkiego, co można sobie wyobrazić.

Proces subtraktywny, taki jak obróbka CNC, zamiast tego pobiera blok z solidnego plastiku produkcyjnego i tworzy produkt końcowy.

Zaletą procesów subtraktywnych jest to, że można użyć żywicy z tworzywa sztucznego, która dokładnie odpowiada końcowej produkcji plastiku, którego będziesz używać. Jest to ważne w przypadku niektórych produktów, jednak w przypadku większości produktów nie jest to konieczne.

W procesach addytywnych stosowana jest specjalna żywica do prototypowania, która może mieć inny wygląd niż plastik produkcyjny. Żywice stosowane w procesach addytywnych uległy znacznej poprawie, ale nadal nie dorównują tworzywom produkcyjnym stosowanym w formowaniu wtryskowym.

Wspomniałem już o tym, ale zasługuje na ponowne podkreślenie. Ostrzegamy, że procesy prototypowania (addytywne i subtraktywne) są zupełnie inne niż technologia stosowana do produkcji (formowanie wtryskowe). Należy unikać tworzenia prototypów (zwłaszcza przy prototypowaniu addytywnym), których nie można wyprodukować.

Na początku niekoniecznie musisz sprawić, by prototyp spełniał wszystkie zasady formowania wtryskowego, ale musisz o nich pamiętać, aby łatwiej było przenieść swój projekt na formowanie wtryskowe.

Wiele firm może wziąć Twój model 3D i przekształcić go w fizyczny prototyp. Proto Labs to firma, którą osobiście polecam. Oferują zarówno prototypowanie addytywne, jak i subtraktywne, a także formowanie wtryskowe o małej objętości.

Możesz również rozważyć zakup własnej drukarki 3D, zwłaszcza jeśli uważasz, że będziesz potrzebować kilku iteracji, aby uzyskać właściwy produkt. Drukarki 3D można teraz kupić za jedyne kilkaset dolarów, co pozwala na stworzenie dowolnej liczby wersji prototypowych.

Prawdziwą zaletą posiadania własnej drukarki 3D jest to, że umożliwia ona niemal natychmiastową iterację prototypu, co skraca czas wprowadzania produktu na rynek.

Krok 3 - oceń prototypy obudowy

Teraz nadszedł czas, aby ocenić prototypy obudów i zmienić model 3D w razie potrzeby. Prawie zawsze potrzeba kilku iteracji prototypu, aby projekt obudowy był właściwy.

Chociaż komputerowe modele 3D pozwalają na wizualizację obudowy, nic nie może się równać z trzymaniem w dłoni prawdziwego prototypu. Prawie na pewno pojawią się zarówno zmiany funkcjonalne, jak i kosmetyczne, które zechcesz wprowadzić, gdy będziesz mieć swój pierwszy prawdziwy prototyp. Zaplanuj, że potrzebujesz wielu wersji prototypów, aby wszystko działało poprawnie.

Opracowanie plastiku dla nowego produktu niekoniecznie jest łatwe lub tanie, zwłaszcza jeśli estetyka ma kluczowe znaczenie dla produktu. Jednak prawdziwe komplikacje i koszty pojawiają się, gdy przechodzisz od etapu prototypu do pełnej produkcji.

Krok 4 - Przejście na formowanie wtryskowe

Chociaż elektronika jest prawdopodobnie najbardziej złożoną i kosztowną częścią twojego produktu do opracowania, plastik będzie najdroższy w produkcji. Przygotowanie produkcji części z tworzyw sztucznych przy użyciu formowania wtryskowego jest niezwykle kosztowne.

Większość sprzedawanych obecnie produktów z tworzyw sztucznych jest wytwarzana przy użyciu naprawdę starej techniki produkcji zwanej formowaniem wtryskowym. Zrozumienie tego procesu jest bardzo ważne.

Zaczynasz od stalowej formy, która składa się z dwóch kawałków stali utrzymywanych razem pod wysokim ciśnieniem. Forma posiada wyrzeźbioną wnękę w kształcie pożądanego produktu. Następnie do formy wtryskiwany jest gorący stopiony plastik.

Technologia formowania wtryskowego ma jedną wielką zaletę - jest to tani sposób na wyprodukowanie milionów takich samych plastikowych elementów. Obecna technologia formowania wtryskowego wykorzystuje gigantyczną śrubę do wtłaczania tworzywa sztucznego do formy pod wysokim ciśnieniem, co zostało wynalezione w 1946 roku. W porównaniu z drukowaniem 3D, formowanie wtryskowe jest starożytne!

Formy wtryskowe są niezwykle wydajne w wytwarzaniu wielu takich samych rzeczy przy naprawdę niskim koszcie jednostkowym. Ale same formy są szokująco drogie. Forma zaprojektowana do wytwarzania milionów produktów może osiągnąć 100 000 USD! Ten wysoki koszt wynika głównie z tego, że tworzywo sztuczne jest wtryskiwane pod tak wysokim ciśnieniem, co jest niezwykle twarde dla formy.

Aby wytrzymać te warunki, formy są wykonane z twardych metali. Im więcej wymaganych wtrysków, tym twardszy jest wymagany metal i tym wyższy koszt.

Na przykład z form aluminiowych można wyprodukować kilka tysięcy sztuk. Aluminium jest miękkie, więc bardzo szybko ulega degradacji. Jednakże, ponieważ jest bardziej miękki, łatwiej jest go wykonać w formie, więc koszt jest niższy - tylko 1-2 tys.USD za prostą formę.

Wraz ze wzrostem planowanej objętości formy rośnie wymagana twardość metalu, a tym samym koszt. Czas realizacji formy również wydłuża się w przypadku twardych metali, takich jak stal. Wyrzeźbienie (zwane obróbką mechaniczną) formy stalowej zajmuje producentowi form znacznie więcej czasu niż bardziej miękkiej aluminiowej.

Możesz ostatecznie zwiększyć szybkość produkcji, używając wielu form wnękowych.

Umożliwiają one wykonanie wielu kopii części za pomocą jednego wtrysku tworzywa sztucznego.

Ale nie wskakuj do wielu form wnękowych, dopóki nie przejdziesz przez jakiekolwiek modyfikacje pierwotnych form. Rozsądnie jest uruchomić co najmniej kilka tysięcy jednostek przed modernizacją do form z wieloma gniazdami.

Wniosek

Ten artykuł zawiera podstawowe informacje na temat procesu opracowywania nowego sprzętu elektronicznego, niezależnie od poziomu technicznego. Ten proces obejmuje wybór najlepszej strategii rozwoju oraz opracowanie elektroniki i obudowy dla Twojego produktu.

o autorze

John Teel jest prezesem Predictable Designs, firmy, która pomaga przedsiębiorcom, start-upom, twórcom, wynalazcom i małym firmom we wprowadzaniu na rynek nowych produktów elektronicznych. John był wcześniej starszym inżynierem ds. Projektowania w firmie Texas Instruments, gdzie tworzył projekty elektroniczne używane obecnie w milionach produktów (w tym niektórych od Apple). Jest także odnoszącym sukcesy przedsiębiorcą, który opracował własny produkt, zlecił jego produkcję w Azji i sprzedał go w setkach punktów sprzedaży detalicznej w wielu krajach. Pobierz bezpłatną ściągawkę: 15 kroków do opracowania nowego produktu elektronicznego.