Сравнительное руководство по эффективному изготовлению электронных корпусов для ваших продуктов

Предположим, вы находитесь на завершающей стадии создания прототипа или разработали новый электронный продукт и думаете о расширении масштабов и продаже своего продукта на массовом рынке. Хотя вы можете легко найти печатную плату, датчики и другие электронные / электрические компоненты, вы часто спотыкаетесь, когда получаете корпус, особенно когда продукту требуется индивидуальный корпус или когда продукт регулярно взаимодействует с пользователем.

Из этой статьи вы узнаете, каковы наиболее распространенные способы получения оболочки для вашего продукта, как выбрать правильный тип оболочки и где искать поставщика услуг. Поскольку большинство из вас будут искать экономичный, прочный и простой в изготовлении корпус, мы сосредоточимся на пластике, поскольку он отлично справляется с вышеупомянутыми функциями.

Наиболее распространенные способы получить оболочку для вашего продукта:

Стандартный корпус и панели
3D печать
Литье под давлением

В дополнение к информации в статье, мы оценим каждый метод с помощью приведенного ниже корпуса цифрового ИК-термометра (сложная форма, замысловатые детали), чтобы помочь вам получить представление о реальном сценарии.

Основными критериями, на основе которых мы будем оценивать каждый метод, являются стоимость, время, настройка, сложность, качество и масштабируемость. Мы сравним стандартный корпус, 3D-печать и литье под давлением.

Критерии	Готовый корпус	3D печать	Литье под давлением
Стоимость	Стоимость пропорциональна количеству. Однако вы можете договориться о более выгодной сделке, когда количество будет значительным. ⭐	Стоимость пропорциональна времени печати. Диапазон от 300 до 600 индийских рупий в час в зависимости от материала (дополнительная обработка).	Высокая начальная стоимость проектирования инструмента и очень дешевая стоимость изготовления продукта. Если количество является значительным, стоимость проектирования инструмента должна быть распределена в расчете на единицу стоимости.
Время	Никаких ограничений по времени. Заказ и получить его ⭐	Почтовый дизайн, время, необходимое для печати каждой части, пропорционально количеству.	Пост-дизайн, проектирование инструмента (пресс-формы) и изготовление инструмента занимает значительное время (от недели до месяца). Как только инструмент будет готов, вы сможете производить сотни или даже тысячи продуктов в день.
Настройка	От очень низкого до нет	Полностью настраиваемый, возможно несколько итераций ⭐	После того, как вы доработаете дизайн пресс-формы, настройка будет невозможна.
Сложность продукта	Оболочки для стандартных изделий.	Сложные и запутанные структуры возможно без дополнительной оплаты ⭐	Возможны сложные и замысловатые конструкции, но за дополнительную плату
Качество отделки	В основном хорошо. Но не может быть изменен.	Грубая и слоистая Исключение: Детали из АБС-пластика, обработанного ацетоном	Глянцевая и матовая отделка ⭐
Шкала	Никаких ограничений по шкале ⭐	Возможно для количества менее 1000	Возможно для количества 1000+

Стандарт - Готовый корпус

Если ваш проект включает стандартные компоненты, такие как Arduino, RaspberryPi, а также некоторые стандартные компоненты или датчики, скорее всего, вы найдете стандартный корпус в Интернете. Ниже приведены несколько примеров корпусов Readymade.

Вы можете найти их на местных интернет-сайтах, а также на многих международных сайтах, таких как Alibaba или Aliexpress. Некоторые продавцы могут помочь вам с настройкой, если у вас есть определенное минимальное количество. Если ваш продукт похож на то, что уже существует на рынке, вы можете использовать этот хитрый способ проследить до производителя корпуса продукта и попытаться договориться о сделке.

В другом вероятном случае, когда у вас есть сборка из нескольких компонентов и когда эстетика не является проблемой, лучший выбор - это использовать металлическую панель для порошкового покрытия, где вы можете закрепить компоненты, такие как контроллеры, реле и т. рельсы. Вы можете легко найти в Интернете корпус контроллеров Arduino / raspberry для монтажа на DIN-рейку, реле для DIN-рейки, блоки питания на DIN-рейку и т. Д. Вы даже можете немного настроить панель, чтобы включить дисплеи и переключатели на дверце панели. Размеры панелей могут варьироваться от нескольких сантиметров до нескольких метров. Этот метод широко используется в индустрии промышленной автоматизации.

Возвращаясь к нашему примеру корпуса термометра, мы не можем найти такой корпус ни на одном веб-сайте. Однако вам повезет, если вы найдете компанию по литью под давлением, которая уже производит аналогичный корпус, который будет соответствовать вашим потребностям. Большим недостатком здесь является то, что ваш продукт не будет выглядеть уникальным сам по себе, поскольку ваш поставщик оболочки также будет продавать его кому угодно по всему миру.

Преимущества готовой оболочки

Если готовая оболочка вам подходит, то-

Более быстрая доставка
Не нужно вкладывать время и деньги
Лучшее качество отделки

Недостатки готовой оболочки

Нет или очень минимальная настройка
Нет вариантов материала

3D печать

Если стандартные корпуса вам не подходят, то 3D-печать - отличный способ запустить ваш продукт. 3D-печать отлично подходит для создания прототипов. Первоначально вы будете искать только несколько количеств (вероятно, несколько сотен) и хотите протестировать рынок для своего продукта, прежде чем вливать значительные средства. После того, как проект САПР будет готов, печать вашего продукта не займет много времени и затрат.

Если вам интересно узнать о 3D-печати, ознакомьтесь со статьей о начале работы с 3D-печатью, а также с другими проектами 3D-печати, которые мы создали ранее для вдохновения.

CAD-проектирование деталей → Нарезка (в программе для нарезки) → 3D-печать → Постобработка

Сначала вы готовите 3D-модель корпуса.
Импортируйте 3D-модель в программное обеспечение для резки, такое как Cura, Simple3D и Slic3R.

При нарезке ваша 3D-модель преобразуется в слои и коды, понятные 3D-принтеру.

Вы можете визуализировать опоры, а также оценить время, необходимое для печати, путем настройки различных параметров печати.

Затем следует 3D-печать и постобработка. Последующая обработка включает удаление опор, заусенцев и химическую обработку поверхности в случае использования материала ABS.

Многие поставщики услуг 3D-печати получают ваш дизайн через свой веб-сайт или по электронной почте, распечатывают его и отправляют вам печатный продукт - все это в течение недели. Беспроблемно! Не правда ли? Поставщики услуг 3D-печати будут взимать с вас плату в зависимости от времени, необходимого для печати вашего продукта, а почасовая ставка зависит от типа выбранного вами материала.

При выборе 3D-печати важно знать некоторые важные факторы. Эти факторы - это материалы продукта и факторы, влияющие на время обработки, а значит, и на ваши затраты.

В настоящее время двумя наиболее распространенными методами 3D-печати являются:

Моделирование наплавленного осаждения (FDM)

Также известный как Fused Filament Fabrication (FFF), это процесс аддитивного производства, при котором объект создается путем выборочного осаждения расплавленного материала на заданном пути слой за слоем. Используемые материалы представляют собой термопластичные полимеры и имеют форму нити.

Стереолитография (SLA)

SLA работает с использованием мощного лазера для отверждения жидкой смолы в печатной платформе для создания желаемой трехмерной формы - процесс, известный как полимеризация. Есть много типов световой 3D-печати, которые в целом классифицируются как цифровая обработка света (DLP).

	Моделирование наплавленного осаждения (FDM)	Стереолитография (SLA)
заявка	Стандартные детали	Детали со сложной поверхностью (ювелирные изделия и мелкие детали) Небольшие корпуса для электроники
Стоимость	Более дешевый
Время		Быстрее
Отделка	Обычно грубые и слоистые Гладкая в случае АБС, обработанного ацетоном	Гладкий; плавный
Материалы	Наиболее распространенные: PLA, ABS, Нейлон, БЕДРА, ПЭТ, ПК	Стандартная смола, прозрачная смола, прочная или прочная смола и высокотемпературная смола.

А пока остановимся на FDM, поскольку он более доступен и подходит для нашего обсуждения.

Рекомендации по проектированию для 3D-печати

При разработке продукта важно понимать ограничения доступных на рынке 3D-принтеров. Важно, чтобы вы получили представление о работе 3D-принтера FDM.

Если вы не очень хорошо разбираетесь в САПР, я советую вам воспользоваться услугами профессионального 3D-дизайна, а в некоторых случаях поставщики услуг 3D-печати сами предлагают услуги 3D-дизайна. Эти услуги являются платными - в основном на почасовой основе. Наиболее важные аспекты дизайна:

Сборка: если у вас есть несколько деталей, которые собираются в окончательный объект, вы должны подумать о мерах, которые необходимо предпринять, чтобы соединить детали вместе - согласование деталей, винты и т. Д.

Перегиб: реальность такова, что 3D-принтеры FDM не очень хороши для печати нависающих или крутых наклонных поверхностей. Получается шероховатая поверхность, нужна опора, которую нужно обработать.

Сложность: сложность означает сложность, такую как тонкие детали, крошечные элементы и очень сложные формы. Хотя 3D-принтеры предназначены для того, чтобы делать все это с легкостью, иногда они не работают.

Вот факторы, которые следует учитывать при переходе от дизайна к процессу 3D-печати.

Соображения по поводу процесса 3D-печати

Все технологические аспекты влияют на время печати и качество готового объекта.

Все эти параметры можно визуализировать и проанализировать с помощью программного обеспечения для нарезки (Cura, Simple3D & Slic3R).

Ориентация имеет значение. На изображении ниже показано, почему. Постарайтесь сориентировать деталь так, чтобы она не требовала поддержки и не висела. Лучшая ориентация приведет к лучшему результату и сокращению времени печати.

Толщина слоя / высота слоя: толщина слоя - это мера высоты слоя при каждом последующем добавлении материала в процессе 3D-печати, в котором слои складываются. Уменьшите толщину слоя, увеличьте время печати и улучшите качество отделки. Изображение ниже дает представление о взаимосвязи между толщиной слоя и временем печати.

Плотность заполнения: плотность заполнения - это количество нити, напечатанной внутри объекта, и это напрямую связано с прочностью, весом и продолжительностью печати вашего отпечатка. В нашем случае - ограждение, мы не встретим плотности заполнения, так как наша деталь - это оболочка, а не твердый объект. Если у вас цельная деталь, то больше плотность заполнения, больше прочность и больше время печати.

Опоры: опорные конструкции для 3D-печати не являются частью модели. Они используются для поддержки частей модели во время печати. Это означает, что после завершения печати у вас есть дополнительная задача по удалению структур, прежде чем модель будет готова к работе.

Есть и другие факторы, такие как скорость печати, толщина оболочки, диаметр сопла, температура экструзии и высота, о которых вам не нужно беспокоиться, поскольку они будут установлены на оптимальном уровне поставщиком услуг.

Постобработка: детали из АБС-пластика можно обработать ацетоном после процесса 3D-печати, чтобы получить глянцевый вид.

Ниже приводится сравнение АБС-пластика, обработанного ацетоном, и необработанного АБС-пластика. Я хочу сказать, что стремитесь к качеству печати, оптимальному с точки зрения функциональности и эстетики.

Программное обеспечение, используемое для дизайна

Бесплатно: Sketchup, Blender 3D, Open SCAD.

Платно: Solidworks, CATIA, NX-CAD, 3DS Max.

Программное обеспечение, используемое для нарезки - Бесплатно: Cura, Simple3D, Slic3R

Анализ затрат на 3D-печать

Стоимость 3D-печати зависит от вашего выбора материала и времени, необходимого для печати продукта.

Стоимость обычно колеблется от 300 до 600 индийских рупий. Кроме того, за такие добавки, как обработка АБС-ацетоном, взимается дополнительная плата (50–100 индийских рупий).

Чтобы представить себе это в перспективе, давайте посмотрим на стоимость печати нашего цифрового ИК-термометра. На печать базовой версии нашего цифрового ИК-термометра с указанием процесса уходит 4 часа 11 минут. Вы также можете проверить бесконтактный ИК-термометр, который мы создали ранее с использованием корпуса, напечатанного на 3D-принтере.

Параметры процесса: высота слоя: 0,25 мм, скорость печати 60 мм / с. Поскольку мы выберем материал из АБС-пластика без какой-либо пост-обработки, это будет стоить нам около 1200 индийских рупий за печать.

Преимущества 3D-печати

Свобода дизайна
Быстрое прототипирование - свобода для итераций
Печатайте по запросу и платите только за то, что печатаете

Недостатки 3D-печати

Ограниченный выбор материалов
Ограниченный объем сборки
Качество отделки

Тенденции рынка 3D-печати

Поскольку услуги 3D-печати становятся более доступными, цены на 3D-печать могут снизиться. Azul 3D 'High Area Rapid Printing Technology' - это революционный метод SLA, который позволяет печатать слой всего слоя за раз. Однако для выхода на рынок потребуется некоторое время.

Литье под давлением

Литье под давлением - наиболее распространенный метод массового производства в отрасли, который лучше всего подходит, когда вы хотите произвести тысячи продуктов. Если вы смотрите на какой-либо продукт из пластика вокруг вас, вероятно, он сделан посредством литья под давлением. Чтобы произвести первый продукт, требуется много времени и денег, но как только это будет сделано, вы сможете производить сотни или даже тысячи продуктов в день по очень низкой цене.

Как протекает процесс литья под давлением?

Дизайн продукта → Дизайн инструмента (проектирование пресс-форм) → Пробные запуски → Массовое производство → Постобработка

1. Во-первых, вы разрабатываете продукт так же, как и для 3D-печати - самостоятельно или через профессионального дизайнера САПР.

2. Затем вы передаете дизайн продукта разработчику инструмента (в основном поставщику услуг по литью под давлением) вместе с другими деталями, такими как выбор материала, количества и типа отделки. Поставщик услуг проектирует инструмент (например, пресс-форму) и анализирует соответствие деталей, расход пресс-формы и все другие параметры в соответствии с дизайном вашего продукта и желаемыми спецификациями.

Как только это будет готово, поставщик услуг отправляется на пробный запуск и при необходимости вносит исправления. Наконец, он переходит к массовому производству. Пост-обработка включает в себя такие действия, как удаление вспышки и ворот и полировка.

Форма / инструмент - это металлический блок, имеющий отрицательный / противоположный профиль объекта, который вы хотите изготовить. Он состоит из блока сердечника и блока полости, а также других поддерживающих частей, таких как система охлаждения, выталкивающий штифт и т. Д. В процессе литья под давлением нагретый пластик течет внутри полости и охлаждается. Затем деталь автоматически выталкивается, а затем проходит постобработка, такая как удаление вспышек и заслонок и полировка.

Материалы, используемые в литье под давлением

Большинство коммерческих пластмасс можно использовать в литье под давлением.

Итак, свойством готового изделия будет свойство выбранного вами материала.

Например: поликарбонат и полистирол для прозрачных продуктов, полипропилен (ПП и ПЭТ) хорош для пищевых пластмасс, полиэфиримид (PEI) для высокой термостойкости.

Когда дело доходит до гибких материалов, таких как полиуретан или силиконовый каучук, концепция литья под давлением немного отличается. Каждый материал имеет разную стоимость изготовления. Формы предназначены для определенного материала из пластика. Инструменты / формы, разработанные для определенного материала, могут не подходить для другого материала, потому что каждый материал сжимается по-своему. Так что определитесь со своим материалом еще на этапе проектирования.

У инструмента или формы есть срок службы. Материал и стоимость инструмента варьируются в зависимости от предполагаемого количества продуктов, которые вы хотите изготовить. Минимальный срок службы инструмента составляет около 5000 штук. Так что честно оцените количество на начальном этапе.

В зависимости от отделки и сложности продукта играет роль множество факторов, например:

Если вам нужно очень хорошее качество, тогда в конструкции инструмента есть определенные особенности, которые увеличивают стоимость.

Если есть очень сложные конструкции, которые затрудняют производство обычных инструментов, то производитель инструментов использует нетрадиционные методы, что увеличивает стоимость.

Все, что вам нужно, это четко указать, что вы хотите - дизайн, количество, отделка и материал.

Учет затрат на литье под давлением

Обратитесь к поставщику услуг, который предоставит комплексное решение, например, от проектирования инструментов до производства продукции, чтобы избежать проблем с координацией. Поставщик услуг позаботится обо всех факторах в соответствии с вашими требованиями к дизайну, количеству, материалам и отделке.

Есть два способа изменить структуру затрат. Мы возьмем наш цифровой инфракрасный термометр в качестве примера, чтобы проанализировать разницу в структуре затрат.

Отдельные затраты на проектирование инструмента и изготовление инструмента и отдельные затраты на единицу продукции для производства продукта, которые включают стоимость материалов, стоимость оборудования, затраты на рабочую силу и т. Д. При этом поставщик услуг взимает с вас отдельную плату за разработку и производство инструмента. И он берет плату за продукты отдельно. В этом случае вы несете значительную начальную фиксированную стоимость (например: 1-2 lac INR) и стоимость единицы продукта (например: 10-50 INR).

За единицу готового продукта, которая включает стоимость производства продукта и стоимость инструмента. В этом случае фиксированная начальная стоимость проектирования и изготовления инструмента распределяется по количеству продукта. Например: эта стоимость (например, 2 lac INR) распределяется на общее количество (5000 штук), которое вы заказываете, в дополнение к стоимости производства продукта (например, 20 INR).

Таким образом, 200000 INR / 5000 единиц = 40 INR (стоимость инструмента) + 20 INR (стоимость продукта) = 60 INR (общая стоимость).

Такая структура затрат снимает нагрузку с первоначальной стоимости инструмента и делает стоимость обсадной колонны переменной.

Преимущества литья

Лучше всего подходит для большого количества продукции
Хорошая отделка - глянцевая или матовая
Широкий выбор материалов

Недостатки литья

Высокое начальное время и стоимость

Бонусная тема

При размещении ваших продуктов на основном рынке вам, возможно, придется спроектировать и произвести продукт с определенной защитой от проникновения и защитой от ударов. Это сделано для того, чтобы эффективно сообщить вашим клиентам о надежности продукта.

Степень защиты IP: Степень защиты IP (или «защита от проникновения») - это международные стандарты, которые используются для определения уровней эффективности герметизации электрических шкафов от проникновения посторонних предметов (инструментов, грязи и т. Д.) И влаги.

Рейтинг ИК

Рейтинги IK указывают на степени защиты, обеспечиваемые электрическими шкафами от внешних механических воздействий. Оценочная шкала IK определяет способность корпуса противостоять уровням энергии удара, измеряемой в джоулях (Дж).