Окончательное руководство - как разработать новый электронный аппаратный продукт

Итак, вы хотите разработать новое электронное оборудование? Позвольте мне начать с хороших новостей - это возможно. Вы можете разработать аппаратный продукт независимо от вашего технического уровня, и вам не обязательно быть инженером, чтобы добиться успеха (хотя это, безусловно, помогает).

Независимо от того, являетесь ли вы предпринимателем, стартапом, производителем, изобретателем или представителем малого бизнеса, это руководство поможет вам понять процесс разработки нового продукта.

Но я не буду тебе врать. Запуск нового аппаратного продукта - это невероятно долгий и трудный путь. Хотя аппаратное обеспечение известно своей сложностью, теперь для отдельных лиц и небольших команд разрабатывать новые аппаратные продукты проще, чем когда-либо.

Однако, если вы ищете простой и быстрый способ заработать деньги, я предлагаю вам прекратить читать прямо сейчас, потому что вывести на рынок новый аппаратный продукт - дело непростое и быстрое.

В этом руководстве я сначала расскажу о стратегиях разработки продукта как для технических разработчиков, так и для нетехнических предпринимателей, желающих создать новый электронный аппаратный продукт. Затем мы перейдем к разработке электроники, а затем к разработке пластикового корпуса.

Часть 1 - Стратегии разработки продуктов

По сути, у предпринимателей и стартапов есть пять вариантов разработки нового аппаратного продукта. Однако во многих случаях лучшая общая стратегия - это комбинация этих пяти стратегий развития.

1) Разработайте продукт самостоятельно

Сама по себе эта стратегия редко бывает жизнеспособной. Очень немногие люди обладают всеми навыками, необходимыми для самостоятельной разработки готового к выходу на рынок электронного продукта.

Даже если вы инженер, являетесь ли вы экспертом в области проектирования электроники, программирования, 3D-моделирования, литья под давлением и производства? Возможно нет. Кроме того, большинство этих специальностей состоит из множества суб-специальностей.

При этом, если у вас есть необходимые навыки, чем дальше вы продвигаетесь к разработке своего продукта, тем больше денег вы сэкономите и тем лучше в долгосрочной перспективе.

Например, около 6 лет назад я вывел на рынок собственное оборудование. Изделие было более сложным механически, чем электрически. По образованию я инженер-электроник, а не инженер-механик, поэтому сначала я нанял пару инженеров-механиков-фрилансеров.

Однако я быстро разочаровался в том, как медленно продвигались дела. В конце концов, я думал о своем продукте почти каждый час бодрствования! Я был одержим тем, чтобы мой продукт был разработан и выпущен на рынок как можно быстрее. Но нанятые мной инженеры жонглировали этим множеством других проектов и не уделяли моему проекту того внимания, которого я считал заслуженным.

Поэтому я решил изучить все необходимое для разработки конструкции самостоятельно. Никто не был более мотивирован, чем я, разработать свой продукт и выпустить его на рынок. В конце концов, мне удалось закончить механический дизайн намного быстрее (и за гораздо меньшие деньги).

Мораль этой истории состоит в том, чтобы развивать столько, сколько позволяют ваши навыки, но не заходите слишком далеко. Если ваши субэкспертные навыки заставляют вас разрабатывать неоптимальный продукт, то это большая ошибка. Кроме того, любые новые навыки, которые вы должны освоить, потребуют времени, что в конечном итоге может увеличить время выхода на рынок. Всегда привлекайте экспертов, чтобы восполнить пробелы в вашем опыте.

Некоторые из моих любимых сайтов для изучения разработки электроники - Hackster.io, Build Electronic Circuits, Bald Engineer, Adafruit, Sparkfun, Make Magazine и All About Circuits. Обязательно загляните на канал YouTube под названием AddOhms, на котором есть несколько отличных вводных видео по изучению электроники.

2) Пригласите технического соучредителя (ей)

Если вы не являетесь техническим основателем, вам определенно будет разумно нанять технического соучредителя. Один из основателей вашей команды стартапа должен, по крайней мере, достаточно разбираться в разработке продукта, чтобы управлять процессом.

Если вы планируете в конечном итоге искать стороннее финансирование от профессиональных инвесторов, вам определенно понадобится команда основателей. Профессиональные инвесторы в стартапы знают, что у команды основателей гораздо больше шансов на успех, чем у одного основателя.

Идеальная команда соучредителей для большинства стартапов в области аппаратного обеспечения - это инженер по аппаратному обеспечению, программист и маркетолог.

Привлечение соучредителей может показаться идеальным решением ваших проблем, но есть и серьезные недостатки. Во-первых, найти соучредителей сложно и, скорее всего, потребуется очень много времени. Это драгоценное время, которое не тратится на разработку вашего продукта.

Поиск соучредителей - это не то, что вам нужно спешить, и вам нужно время, чтобы найти подходящего партнера. Они не только должны дополнять ваши навыки, но и действительно должны нравиться вам лично. По сути, вы собираетесь быть женатым на них как минимум несколько лет, поэтому убедитесь, что у вас хорошие отношения.

Главный недостаток привлечения соучредителей - это уменьшение вашего капитала в компании. Все учредители компании действительно должны иметь равный капитал в компании. Так что, если вы собираетесь работать в одиночку прямо сейчас, будьте готовы отдать любому соучредителю половину своей компании.

3) Аутсорсинг для внештатных инженеров

Один из лучших способов восполнить пробелы в технических возможностях вашей команды - это привлечь внешних инженеров.

Просто имейте в виду, что для большинства продуктов потребуется несколько инженеров разных специальностей, поэтому вам придется управлять различными инженерами самостоятельно. В конечном счете, кто-то из команды основателей должен будет выступить в роли менеджера проекта.

Убедитесь, что вы найдете инженера-электрика, у которого есть опыт проектирования электронного оборудования, необходимого для вашего продукта. Электротехника - это обширная область исследований, и многим инженерам не хватает опыта проектирования схем.

Что касается 3D-дизайнера, убедитесь, что вы нашли кого-то, кто имеет опыт работы с технологией литья под давлением, иначе вы, скорее всего, получите продукт, который можно прототипировать, но не производить массово.

4) Аутсорсинг для фирмы-разработчика

Самые известные фирмы по дизайну продуктов, такие как Frog, IDEO, Fuse Project и т. Д., Могут создавать фантастические дизайны продуктов, но они безумно дороги.

Стартапам следует любой ценой избегать дорогостоящих дизайнерских фирм. Лучшие дизайнерские фирмы могут взимать более 500 тысяч долларов за полную разработку вашего нового продукта. Даже если вы можете позволить себе нанять дорогую фирму по разработке продуктов, не делайте этого. Мало того, что вы никогда не вернете эти деньги, вы также не захотите совершить ошибку, основав аппаратный стартап, который не принимает активного участия в реальной разработке продукта.

5) Партнерство с производителем

Один из возможных путей развития - партнерство с зарубежным производителем, который уже производит продукты, похожие на ваш.

Крупные производители будут иметь собственные инженерные и конструкторские отделы для работы над собственными продуктами. Если вы найдете производителя, который уже производит что-то похожее на ваш собственный продукт, он может сделать все за вас - разработку, проектирование, прототипирование, изготовление пресс-форм и производство.

Эта стратегия может снизить ваши первоначальные затраты на разработку. Однако производители будут амортизировать эти затраты, что означает добавление дополнительных затрат на продукт для первых производственных циклов. По сути, это работает как беспроцентная ссуда, позволяя постепенно возвращать производителю затраты на разработку.

Звучит здорово и просто, так в чем же подвох? Главный риск, который следует учитывать при использовании этой стратегии, заключается в том, что вы объединяете все, что связано с вашим продуктом, в одну компанию.

Они наверняка захотят получить эксклюзивное производственное соглашение, по крайней мере, до тех пор, пока их затраты не будут окуплены. Это означает, что вы не можете перейти на более дешевый вариант производства при увеличении объема производства.

Также имейте в виду, что многие производители могут захотеть частично или полностью интеллектуальных прав на ваш продукт.

Часть 2 - Разработка электроники

Разработка электроники для вашего продукта может быть разбита на семь этапов: предварительный производственный проект, принципиальная схема, макет печатной платы, окончательная спецификация, прототип, испытание и программа и, наконец, сертификация.

Шаг 1 - Создайте предварительный производственный дизайн

При разработке нового электронного оборудования вы должны сначала начать с предварительного производственного проекта . Его не следует путать с прототипом Proof-of-Concept (POC).

Прототип POC обычно создается с использованием комплекта разработчика, такого как Arduino. Иногда они могут быть полезны, чтобы доказать, что ваша концепция продукта решает желаемую проблему. Но прототип POC - это далеко не серийный образец. Редко вы можете выйти на рынок со встроенной в ваш продукт Arduino.

Эскизный проект производства специализируется на производстве компонентов для вашего продукта, стоимости, прибыли, производительности, особенности, технико - экономического развития и технологичность.

Вы можете использовать предварительный производственный план для оценки каждой стоимости вашего продукта. Важно точно знать затраты на разработку, прототип, программирование, сертификацию, масштабирование и производство продукта.

Предварительный производственный дизайн ответит на следующие уместные вопросы. Возможна ли разработка моего продукта? Могу ли я позволить себе разработку этого продукта? Сколько времени у меня уйдет на разработку продукта? Могу ли я массово производить продукт? Могу ли я продать это с прибылью?

Многие предприниматели совершают ошибку, пропуская этап предварительного проектирования производства, и вместо этого сразу же приступают к разработке принципиальной схемы. Поступая таким образом, вы можете в конечном итоге обнаружить, что потратили все эти усилия и с трудом заработанные деньги на продукт, который невозможно разработать, изготовить или, что самое важное, продать с прибылью по доступной цене.

Шаг 1A - Блок-схема системы

При создании предварительного производственного проекта следует начать с определения блок-схемы системного уровня. Эта диаграмма определяет каждую электронную функцию и то, как все функциональные компоненты связаны между собой.

Для большинства продуктов требуется микроконтроллер или микропроцессор с различными компонентами (дисплеи, датчики, память и т. Д.), Взаимодействующими с микроконтроллером через различные последовательные порты.

Создав блок-схему системы, вы можете легко определить тип и количество требуемых последовательных портов. Это важный первый шаг для выбора правильного микроконтроллера для вашего продукта.

Шаг 1B - Выбор производственных компонентов

Затем вы должны выбрать различные производственные компоненты: микрочипы, датчики, дисплеи и разъемы в зависимости от желаемых функций и целевой розничной цены вашего продукта. Это позволит вам затем создать предварительную ведомость материалов (BOM).

В США самыми популярными поставщиками электронных компонентов являются Newark, Digikey, Arrow, Mouser и Future. Вы можете приобрести большинство электронных компонентов единицами (для прототипирования и первоначального тестирования) или тысячами (для мелкосерийного производства).

Как только вы достигнете более высоких объемов производства, вы сэкономите деньги, купив некоторые компоненты напрямую у производителя.

Шаг 1С - Оценка стоимости производства

Теперь вы должны оценить производственную стоимость (или себестоимость проданных товаров - COGS) для вашего продукта. Очень важно как можно скорее узнать, сколько будет стоить производство вашего продукта.

Вам необходимо знать себестоимость единицы продукции вашего продукта, чтобы определить лучшую продажную цену, стоимость запасов и, самое главное, какую прибыль вы можете получить.

Выбранные вами производственные компоненты, конечно же, будут иметь большое влияние на стоимость производства.

Но чтобы получить точную оценку стоимости производства, вы также должны включить стоимость сборки печатной платы, окончательной сборки продукта, тестирования продукта, розничной упаковки, процент брака, возврат, логистику, пошлины и складирование.

Шаг 2 - Разработайте принципиальную электрическую схему

Теперь пришло время разработать принципиальную схему на основе блок-схемы системы, созданной на шаге 1.

Принципиальная схема показывает, как каждый компонент, от микрочипов до резисторов, соединяется вместе. В то время как блок-схема системы в основном ориентирована на функциональность продукта более высокого уровня, принципиальная схема - это все мелкие детали.

Такая простая вещь, как неправильно пронумерованный вывод компонента в схеме, может привести к полному отсутствию функциональности.

В большинстве случаев вам понадобится отдельная подсхема для каждого блока блок-схемы вашей системы. Затем эти различные подсхемы будут соединены вместе, чтобы сформировать полную принципиальную схему.

Специальное программное обеспечение для проектирования электроники используется для создания принципиальной схемы и помогает убедиться, что в ней нет ошибок. Я рекомендую использовать пакет под названием DipTrace, который является доступным, мощным и простым в использовании.

Шаг 3 - Дизайн печатной платы (PCB)

Как только схема будет готова, вы приступите к разработке печатной платы (PCB). Печатная плата - это физическая плата, которая удерживает и соединяет все электронные компоненты.

Разработка структурной схемы системы и принципиальной схемы носила в основном концептуальный характер. Однако конструкция печатной платы - это вполне реальный мир.

Печатная плата разработана в том же программном обеспечении, что и принципиальная схема. Программное обеспечение будет иметь различные инструменты проверки, чтобы убедиться, что компоновка печатной платы соответствует правилам проектирования для используемого процесса печатной платы, и что печатная плата соответствует схеме.

В целом, чем меньше размер продукта и чем плотнее компоненты упакованы вместе, тем больше времени потребуется на создание макета печатной платы. Если ваш продукт направляет большие объемы энергии или предлагает беспроводное соединение, то компоновка печатной платы становится еще более важной и требует много времени.

Для большинства конструкций печатных плат наиболее важными частями являются маршрутизация питания, высокоскоростные сигналы (кварцевые часы, линии адреса / данных и т. Д.) И любые беспроводные цепи.

Шаг 4 - Создание окончательной ведомости материалов (BOM)

Хотя вы уже должны были создать предварительную спецификацию как часть предварительного производственного проекта, теперь пришло время для полной производственной спецификации.

Основное различие между ними - многочисленные недорогие компоненты, такие как резисторы и конденсаторы. Эти компоненты обычно стоят всего пару пенни, поэтому я не перечисляю их отдельно в предварительной спецификации.

Но для фактического изготовления печатной платы вам потребуется полная спецификация со всеми перечисленными компонентами. Эта спецификация обычно создается автоматически программным обеспечением для проектирования схем. В спецификации перечислены номера деталей, количество и все спецификации компонентов.

Шаг 5 - Заказ прототипов печатных плат

Создание электронных прототипов - это двухэтапный процесс. На первом этапе производятся чистые печатные платы. Ваше программное обеспечение для проектирования схем позволит вам выводить макет печатной платы в формате Gerber с одним файлом для каждого слоя печатной платы.

Эти файлы Gerber можно отправить в магазин прототипов для небольших тиражей. Те же файлы могут быть предоставлены более крупному производителю для крупносерийного производства.

На втором этапе все электронные компоненты припаяны к плате. Из вашего программного обеспечения для проектирования вы сможете вывести файл, который показывает точные координаты каждого компонента, размещенного на плате. Это позволяет сборочному цеху полностью автоматизировать пайку каждого компонента на вашей печатной плате.

Самым дешевым вариантом будет изготовление прототипов печатных плат в Китае. Хотя обычно лучше всего делать прототипы ближе к дому, чтобы сократить задержки при доставке, для многих предпринимателей важнее минимизировать затраты.

Для производства ваших прототипов плат в Китае я настоятельно рекомендую Seeed Studio. Они предлагают фантастические цены при количестве от 5 до 8000 плат. Они также предлагают услуги 3D-печати, что делает их универсальным магазином. Среди других китайских производителей прототипов печатных плат с хорошей репутацией - Gold Phoenix PCB и Bittele Electronics.

В США я рекомендую Sunstone Circuits, Screaming Circuits и San Francisco Circuits, которые я широко использовал для создания прототипов своих собственных разработок. Сборка плат занимает 1-2 недели, если вы не платите за срочное обслуживание, которое я редко рекомендую.

Шаг 6 - оценка, программирование, отладка и повторение

Пришло время оценить прототип электроники. Имейте в виду, что ваш первый прототип редко будет работать идеально. Скорее всего, вы пройдете несколько итераций, прежде чем доработаете дизайн. Это когда вы будете определять, отлаживать и исправлять любые проблемы с вашим прототипом.

Этот этап может быть трудным для прогнозирования как с точки зрения затрат, так и времени. Любые найденные вами ошибки, конечно же, являются неожиданными, поэтому требуется время, чтобы выяснить источник ошибки и как ее лучше исправить.

Оценка и тестирование обычно проводятся параллельно с программированием микроконтроллера. Перед тем, как начать программировать, вам нужно хотя бы провести базовое тестирование, чтобы убедиться, что на плате нет серьезных проблем.

Почти все современные электронные продукты включают в себя микрочип, называемый микроконтроллерным блоком (MCU), который действует как «мозг» для продукта. Микроконтроллер очень похож на микропроцессор в компьютере или смартфоне.

Микропроцессор отлично справляется с быстрым перемещением больших объемов данных, в то время как микроконтроллер отлично справляется с взаимодействием и управлением устройствами, такими как переключатели, датчики, дисплеи, двигатели и т. Д. Микроконтроллер - это в значительной степени упрощенный микропроцессор.

Микроконтроллер необходимо запрограммировать для выполнения желаемых функций.

Микроконтроллеры почти всегда программируются на широко используемом компьютерном языке, который называется «Си». Программа, называемая прошивкой, хранится в постоянной, но перепрограммируемой памяти, как правило, внутри микросхемы микроконтроллера.

Шаг 7 - Сертифицируйте свой продукт

Вся продаваемая электронная продукция должна иметь различные виды сертификации. Требуемые сертификаты зависят от страны, в которой будет продаваться продукт. Мы предоставим сертификаты, необходимые в США, Канаде и Европейском Союзе.

FCC (Федеральная комиссия по связи)

Сертификация FCC необходима для всей электронной продукции, продаваемой в США. Все электронные продукты излучают некоторое количество электромагнитного излучения (например, радиоволн), поэтому FCC хочет убедиться, что продукты не мешают беспроводной связи.

Есть две категории сертификации FCC. Какой тип требуется для вашего продукта, зависит от того, поддерживает ли ваш продукт такие возможности беспроводной связи, как Bluetooth, WiFi, ZigBee или другие беспроводные протоколы.

FCC классифицирует изделия с функцией беспроводной связи как преднамеренные излучатели . Изделия, которые не излучают радиоволны намеренно, классифицируются как непреднамеренные излучатели . Преднамеренная сертификация радиаторов обойдется вам примерно в 10 раз дороже, чем непреднамеренная сертификация радиаторов.

Сначала рассмотрите возможность использования электронных модулей для любых беспроводных функций вашего продукта. Это позволяет вам обойтись только непреднамеренной сертификацией радиаторов, что сэкономит вам как минимум 10 тысяч долларов.

UL (Underwriters Laboratories) / CSA (Канадская ассоциация стандартов)

Сертификация UL или CSA необходима для всех продаваемых в США или Канаде электрических продуктов, которые подключаются к розетке переменного тока.

Продукты, работающие только от батарей, которые не подключаются к розетке переменного тока, не требуют сертификации UL / CSA. Однако большинство крупных розничных продавцов и / или компаний по страхованию ответственности за качество продукции потребуют, чтобы ваш продукт был сертифицирован UL или CSA.

CE (Conformité Européene)

Сертификация CE требуется для большинства электронных продуктов, продаваемых в Европейском Союзе (ЕС). Он аналогичен сертификатам FCC и UL, необходимым в США.

RoHS

Сертификация RoHS гарантирует, что продукт не содержит свинца. Сертификация RoHS требуется для электротехнической продукции, продаваемой в Европейском Союзе (ЕС) или в штате Калифорния. Поскольку экономика Калифорнии настолько велика, большинство продуктов, продаваемых в США, сертифицированы RoHS.

Сертификаты литиевых батарей (UL1642, IEC61233 и UN38.3)

Перезаряжаемые литий-ионные / полимерные батареи вызывают серьезные опасения. При коротком замыкании или перезарядке они могут даже загореться.

Вы помните, как Samsung Galaxy Note 7 отзывали дважды из-за этой проблемы? Или истории о загорающихся ховербордах?

По соображениям безопасности литиевые аккумуляторные батареи должны быть сертифицированы. Для большинства продуктов я рекомендую изначально использовать стандартные батареи, на которые уже есть эти сертификаты. Однако это ограничит ваш выбор, и большинство литиевых батарей не сертифицированы.

Это в первую очередь связано с тем, что большинство компаний, производящих оборудование, предпочитают заказывать аккумулятор, чтобы использовать все пространство, доступное в продукте. По этой причине большинство производителей аккумуляторов не заботятся о сертификации своих стандартных аккумуляторов.

Часть 3 - Разработка корпуса

Теперь мы рассмотрим разработку и прототипирование любых нестандартных пластиковых деталей. Для большинства продуктов это включает, по крайней мере, корпус, который скрепляет все вместе.

Для разработки пластиковых или металлических деталей нестандартной формы потребуется специалист по 3D-моделированию, а еще лучше - промышленный дизайнер.

Если внешний вид и эргономика имеют решающее значение для вашего продукта, вам следует нанять промышленного дизайнера. Например, промышленные дизайнеры - это инженеры, которые заставляют портативные устройства, такие как iPhone, выглядеть круто и элегантно.

Если внешний вид не имеет решающего значения для вашего продукта, вы, вероятно, можете обойтись наймом разработчика 3D-моделирования, который обычно значительно дешевле, чем промышленный дизайнер.

Шаг 1 - Создайте 3D-модель

Первым шагом в разработке внешнего вида вашего продукта является создание 3D-компьютера.

модель. Два больших пакета программного обеспечения, используемых для создания 3D-моделей, - это Solidworks и PTC Creo (ранее называвшиеся Pro / Engineer).

Однако Autodesk теперь предлагает облачный инструмент трехмерного моделирования, который совершенно бесплатен для студентов, любителей и стартапов. Он называется Fusion 360. Если вы хотите выполнять собственное 3D-моделирование и не привязаны ни к Solidworks, ни к PTC Creo, тогда определенно рассмотрите вариант Fusion 360.

Как только ваш дизайнер промышленного или 3D-моделирования завершит создание 3D-модели, вы сможете превратить ее в физические прототипы. 3D-модель также может использоваться в маркетинговых целях, особенно до того, как у вас появятся функциональные прототипы.

Если вы планируете использовать свою 3D-модель в маркетинговых целях, вам нужно создать фотореалистичную версию модели. И Solidworks, и PTC Creo имеют доступные фотореалистичные модули.

Вы также можете сделать фотореалистичную 3D-анимацию вашего продукта. Имейте в виду, что вам может потребоваться нанять отдельного дизайнера, который специализируется на анимации и создании реалистичных 3D-моделей.

Самый большой риск, когда дело доходит до разработки 3D-модели вашего корпуса, заключается в том, что вы получаете конструкцию, которую можно создать прототипом, но не производить в больших объемах.

В конечном итоге ваш корпус будет изготовлен методом, называемым литьем под высоким давлением (подробнее см. Шаг 4 ниже).

Разработка детали для производства с использованием литья под давлением может быть довольно сложной задачей, требующей соблюдения многих правил. С другой стороны, с помощью 3D-печати можно прототипировать практически все.

Поэтому убедитесь, что наняли только того, кто полностью понимает все сложности и требования к конструкции для литья под давлением.

Шаг 2 - Закажите прототипы корпуса (или купите 3D-принтер)

Пластиковые прототипы создаются с использованием аддитивного процесса (наиболее распространенный) или субтрактивного процесса. Аддитивный процесс, такой как 3D-печать, создает прототип, складывая тонкие слои пластика для создания конечного продукта.

Аддитивные процессы являются наиболее распространенными из-за их способности создавать практически все, что вы можете себе представить.

Вычитающий процесс, такой как обработка с ЧПУ, вместо этого берет блок твердой пластмассы и вырезает конечный продукт.

Преимущество субтрактивных процессов заключается в том, что вы можете использовать пластиковую смолу, которая точно соответствует пластику конечного продукта, который вы будете использовать. Это важно для некоторых продуктов, но для большинства - не обязательно.

В аддитивных процессах используется специальная смола для прототипирования, которая на ощупь может отличаться от производственного пластика. Смолы, используемые в аддитивных процессах, значительно улучшились, но они все еще не соответствуют производственным пластмассам, используемым при литье под давлением.

Я уже упоминал об этом, но это заслуживает того, чтобы остановиться еще раз. Имейте в виду, что процессы прототипирования (аддитивное и субтрактивное) полностью отличаются от технологии, используемой для производства (литье под давлением). Вы должны избегать создания прототипов (особенно при аддитивном прототипировании), которые невозможно изготовить.

Вначале вам не обязательно заставлять прототип следовать всем правилам литья под давлением, но вы должны помнить о них, чтобы ваш дизайн можно было легче перенести на литье под давлением.

Многие компании могут превратить вашу 3D-модель в физический прототип. Я лично рекомендую Proto Labs. Они предлагают как аддитивное, так и субтрактивное прототипирование, а также литье под давлением в небольших объемах.

Вы также можете подумать о покупке собственного 3D-принтера, особенно если считаете, что вам потребуется несколько итераций, чтобы получить правильный продукт. 3D-принтеры можно купить сейчас всего за несколько сотен долларов, что позволяет создавать столько версий прототипов, сколько нужно.

Настоящее преимущество наличия собственного 3D-принтера заключается в том, что он позволяет практически сразу итерировать прототип, сокращая время вывода продукта на рынок.

Шаг 3 - Оцените прототипы корпуса

Пришло время оценить прототипы корпуса и при необходимости изменить 3D-модель. Почти всегда требуется несколько итераций прототипа, чтобы получить правильный дизайн корпуса.

Хотя трехмерные компьютерные модели позволяют визуализировать корпус, ничто не сравнится с тем, чтобы держать в руке настоящий прототип. Почти наверняка вы захотите внести как функциональные, так и косметические изменения, когда у вас будет первый настоящий прототип. Планируйте, что вам понадобится несколько версий прототипа, чтобы все было правильно.

Разработать пластик для вашего нового продукта не обязательно легко или дешево, особенно если эстетика имеет решающее значение для вашего продукта. Однако настоящие сложности и затраты возникают при переходе от стадии прототипа к полноценному производству.

Шаг 4 - Переход к литью под давлением

Хотя электроника, вероятно, самая сложная и дорогая часть вашего продукта для разработки, пластик будет самым дорогим в производстве. Наладить производство пластмассовых деталей методом литья под давлением очень дорого.

Большинство пластиковых изделий, продаваемых сегодня, производятся с использованием действительно старой технологии, называемой литьем под давлением. Вам очень важно понимать этот процесс.

Вы начинаете со стальной формы, которая представляет собой два куска стали, соединенных вместе с помощью высокого давления. Форма имеет вырезанную полость по форме желаемого изделия. Затем в форму вводится горячий расплавленный пластик.

У технологии литья под давлением есть одно большое преимущество - это дешевый способ изготовления миллионов одинаковых пластиковых деталей. В современной технологии литья под давлением используется гигантский винт, который заставляет пластик под высоким давлением помещать пластик в форму. Этот процесс был изобретен в 1946 году. По сравнению с 3D-печатью, литье под давлением - это нечто древнее!

Формы для литья под давлением чрезвычайно эффективны при изготовлении множества одинаковых изделий при действительно низких затратах на единицу. Но сами формы ужасающе дорогие. Форма, предназначенная для изготовления миллионов изделий, может достигать 100 тысяч долларов! Такая высокая стоимость в основном объясняется тем, что пластик впрыскивается под таким высоким давлением, что чрезвычайно сложно для пресс-формы.

Чтобы выдерживать эти условия, пресс-формы изготавливаются из твердых металлов. Чем больше требуется инъекций, тем тверже требуется металл и выше стоимость.

Например, из алюминиевых форм можно сделать несколько тысяч единиц. Алюминий мягкий, поэтому он очень быстро разлагается. Однако, поскольку он более мягкий, его также легче превратить в форму, поэтому стоимость ниже - всего 1-2 тысячи долларов за простую форму.

По мере увеличения предполагаемого объема формы увеличивается требуемая твердость металла и, следовательно, его стоимость. Время изготовления пресс-формы также увеличивается при использовании твердых металлов, таких как сталь. Изготовителю пресс-форм требуется гораздо больше времени, чтобы вырезать (так называемую механическую обработку) стальную форму, чем более мягкую алюминиевую.

Со временем вы можете увеличить скорость производства, используя пресс-формы с несколькими гнездами.

Они позволяют изготавливать несколько копий вашей детали с помощью одной инъекции пластика.

Но не прыгайте в формы с несколькими полостями, пока не внесете какие-либо изменения в свои первоначальные формы. Целесообразно запустить не менее нескольких тысяч единиц перед переходом на пресс-формы с несколькими гнездами.

Заключение

Эта статья дала вам базовый обзор процесса разработки нового электронного оборудования, независимо от вашего технического уровня. Этот процесс включает в себя выбор наилучшей стратегии развития, а также разработку электроники и корпуса для вашего продукта.

об авторе

Джон Тил - президент компании Predictable Designs, которая помогает предпринимателям, стартапам, производителям, изобретателям и небольшим компаниям выводить на рынок новые электронные продукты. Джон раньше был старшим инженером-конструктором в компании Texas Instruments, где он создавал электронные конструкции, которые теперь используются в миллионах продуктов (в том числе и от Apple). Он также является успешным предпринимателем, который разработал свой собственный продукт, изготовил его в Азии и продал в сотнях торговых точек в разных странах. Загрузите его бесплатную шпаргалку: 15 шагов к разработке нового электронного продукта.