Guida comparativa per fabbricare in modo efficiente custodie elettroniche per i tuoi prodotti

Diciamo che sei nella fase finale della prototipazione o hai sviluppato un nuovo prodotto elettronico e stai pensando di aumentare e vendere il tuo prodotto nel mercato mainstream. Sebbene sia possibile reperire facilmente PCB, sensori e altri componenti elettronici / elettrici, spesso si inciampa nell'ottenere un involucro, soprattutto quando il prodotto necessita di un involucro personalizzato o quando il prodotto interagisce regolarmente con l'utente.

Saprai da questo articolo quali sono i modi comuni per ottenere un involucro per il tuo prodotto, come scegliere il giusto tipo di involucro e dove cercare un fornitore di servizi. Poiché la maggior parte di voi cercherà un involucro economico, durevole e di facile fabbricazione, ci concentreremo sulla plastica in quanto farà un ottimo lavoro per le suddette caratteristiche.

I modi più comuni per ottenere un prodotto con un involucro sono:

Alloggiamento e pannelli standard
Stampa 3D
Stampaggio a iniezione

Oltre alle informazioni nell'articolo, valuteremo ogni metodo con la custodia del termometro digitale IR di seguito (forma complessa, dettagli intricati) per aiutarti a farti un'idea dello scenario del mondo reale.

I criteri principali in base ai quali valuteremo ciascun metodo sono Costo, Tempo, Personalizzazione, Complessità, Qualità e scalabilità. Confronteremo l'alloggiamento standard con la stampa 3D e lo stampaggio a iniezione.

Criteri	Involucro pronto	Stampa 3D	Stampaggio a iniezione
Costo	Il costo è proporzionale alla quantità. Tuttavia, puoi negoziare per un affare migliore quando la quantità è significativa ⭐	Il costo è proporzionale al tempo di stampa. Varia da 300-600 INR all'ora a seconda del materiale (post-elaborazione aggiuntiva)	Costo iniziale elevato per la progettazione degli utensili e costo di produzione del prodotto molto basso Se la quantità è significativa, il costo di progettazione dell'utensile deve essere distribuito nel costo unitario.
Tempo	Nessun vincolo di tempo. Ordina e ricevilo ⭐	Dopo la progettazione, il tempo necessario per stampare ogni parte è proporzionale alla quantità.	Dopo la progettazione, la progettazione e la produzione di utensili (stampi) richiedono un tempo significativo (da una settimana a un mese). Una volta che lo strumento è pronto, puoi produrre centinaia o addirittura migliaia di prodotti in un giorno.
Personalizzazione	Da molto basso a No	Completamente personalizzabile e possibilità di molteplici iterazioni ⭐	Una volta finalizzato il progetto dello stampo, la personalizzazione non è possibile.
Complessità del prodotto	Involucri per prodotti standard.	Strutture complesse e intricate possibili senza costi aggiuntivi ⭐	Possibili strutture complesse e intricate ma con qualche supplemento
Qualità di finitura	Per lo più buono. Ma non può essere personalizzato.	Grossa e stratificata Eccezione: Parti in ABS trattato con acetone	Finitura lucida e opaca ⭐
Scala	Nessun limite sulla scala ⭐	Fattibile per quantità inferiori a 1000	Fattibile per 1000+ quantità

Standard - Involucro pronto

Se il tuo progetto prevede componenti standard come Arduino, RaspberryPi e alcuni componenti o sensori standard, molto probabilmente troverai un involucro standard online. Di seguito sono riportati alcuni esempi di contenitori già pronti.

Puoi trovarli nei siti online locali e in molti siti Web internazionali come Alibaba o Aliexpress. Alcuni venditori possono aiutarti con alcune personalizzazioni se hai una certa quantità minima. Se il tuo prodotto è simile a qualcosa che esiste già sul mercato, puoi utilizzare questo modo subdolo per risalire al produttore dell'involucro del prodotto e provare a negoziare un accordo.

In un altro probabile caso, in cui si dispone di un assemblaggio di più componenti e quando l'estetica non è un problema, la scelta migliore è optare per un pannello metallico per verniciatura a polvere in cui è possibile fissare i componenti come controller, relè, ecc. binari. Puoi trovare facilmente in linea l' involucro dei controller Arduino / lampone con montaggio su guida din, relè per guida din, alimentatori per guida din, ecc. Puoi anche modificare leggermente il pannello per includere display e interruttori sullo sportello del pannello. Le dimensioni dei pannelli possono variare da pochi centimetri a pochi metri. Questo metodo è una pratica comune nel settore dell'automazione industriale.

Tornando al nostro esempio di involucro del termometro, non possiamo trovare alcun involucro di questo tipo su nessun sito web. Tuttavia, sei fortunato se riesci a trovare un'azienda di stampaggio a iniezione che sta già producendo un involucro simile adatto alle tue esigenze. Il grande svantaggio qui è che il tuo prodotto non sembrerà unico da solo poiché il tuo venditore di involucri venderà anche a chiunque in tutto il mondo.

Vantaggi dell'involucro Readymade

Se l'involucro già pronto si adatta alle tue esigenze, allora-

Consegne più rapide
Non c'è bisogno di alcun investimento di tempo e denaro
Migliore qualità di finitura

Svantaggi dell'involucro Readymade

Personalizzazione nullo o minimo
Nessuna opzione materiale

Stampa 3D

Se gli involucri standard non ti soddisfano, la stampa 3D è un ottimo modo per avviare il tuo prodotto. La stampa 3D è ottima per la prototipazione. Inizialmente, cercherete solo poche quantità (probabilmente qualche centinaio) e vorrete testare il mercato per il vostro prodotto prima di investire un investimento significativo. Non ci vuole molto tempo e denaro per stampare il prodotto una volta che il progetto CAD è pronto.

Se sei interessato a conoscere la stampa 3D, controlla l'articolo su come iniziare con la stampa 3D e anche altri progetti di stampa 3D che abbiamo creato in precedenza per l'ispirazione.

Progettazione CAD di parti → Slicing (nel software di slicing) → Stampa 3D → Post-elaborazione

Per prima cosa, prepari un modello 3D dell'involucro
Importa il modello 3D nel software di slicing come Cura, Simple3D e Slic3R

Il sezionamento è dove il tuo modello 3D viene convertito in livelli e codici che la stampante 3D può comprendere.

È possibile visualizzare i supporti e anche stimare il tempo necessario per la stampa regolando vari parametri di stampa.

Questo è poi seguito dalla stampa 3D e dalla post-elaborazione. La post-elaborazione prevede la rimozione di supporti, bave e trattamenti chimici per la finitura superficiale in caso di materiale ABS.

Molti fornitori di servizi di stampa 3D ottengono il tuo design tramite il loro sito web o e-mail, lo stampano e ti inviano il prodotto stampato, tutto questo entro una settimana. Senza fastidi! Non è vero? I fornitori di servizi di stampa 3D ti addebiteranno in base al tempo necessario per stampare il tuo prodotto e la tariffa oraria varia in base al tipo di materiale che scegli.

È importante che tu sia consapevole di alcuni fattori importanti mentre decidi di passare alla stampa 3D. Questi fattori sono i materiali del prodotto e fattori che influenzano il tempo di elaborazione, quindi il costo.

Attualmente, i due metodi più comuni di stampa 3D sono:

Modellazione a deposizione fusa (FDM)

Noto anche come Fused Filament Fabrication (FFF), è un processo di produzione additiva in cui un oggetto viene costruito depositando selettivamente materiale fuso in un percorso predeterminato strato per strato. I materiali utilizzati sono polimeri termoplastici e sono disponibili in forma di filamento.

Stereolitografia (SLA)

SLA funziona utilizzando un laser ad alta potenza per indurire la resina liquida nel letto di stampa per creare la forma 3D desiderata, un processo noto come polimerizzazione. Esistono molti tipi di stampa 3D basata sulla luce che è ampiamente classificata come elaborazione digitale della luce (DLP).

	Modellazione a deposizione fusa (FDM)	Stereolitografia (SLA)
Applicazione	Parti standard	Parte con superfici complesse (gioielli e piccole parti) Piccoli contenitori elettronici
Costo	Più economico
Tempo		Più veloce
Finitura	Generalmente grossolana e stratificata Liscio in caso di ABS trattato con acetone	Liscio
Materiali	Più comuni: PLA, ABS, Nylon, FIANCHI, PET, PC	Resina standard, resina trasparente, resina dura o durevole e resina per alte temperature.

Per ora, atteniamoci a FDM poiché è più ampiamente disponibile e si adatta alla nostra discussione.

Considerazioni sulla progettazione per la stampa 3D

Durante la progettazione del prodotto, è importante comprendere i limiti delle stampanti 3D disponibili sul mercato. È importante comprendere il funzionamento della stampante 3D FDM.

Nel caso in cui non sei bravo nella progettazione CAD, ti consiglio di prendere servizi di progettazione 3D professionali e in alcuni casi, i fornitori di servizi di stampa 3D offrono essi stessi servizi di progettazione 3D. Questi servizi sono a pagamento, principalmente su base oraria. Le considerazioni di progettazione più importanti sono

Assemblaggio: se hai più parti che si assemblano in un oggetto finale, devi pensare alle disposizioni da fare per adattare le parti insieme - parti corrispondenti, viti, ecc.

Sovrappeso: la realtà è che le stampanti 3D FDM non sono eccezionali per la stampa di superfici sporgenti o inclinate. Ottieni superfici ruvide, hai bisogno di supporto, che devi post-elaborare.

Complessità: complessità significa complessità come parti sottili, caratteristiche minuscole e forme molto complesse. Mentre le stampanti 3D sono pensate per fare tutto questo con facilità, a volte non funzionano bene.

Ecco i fattori da tenere a mente mentre si procede dalla progettazione al processo di stampa 3D.

Considerazioni sui processi per la stampa 3D

Tutte le considerazioni sul processo hanno un impatto sul tempo di stampa e sulla qualità dell'oggetto finito.

Tutti questi parametri possono essere visualizzati e analizzati tramite i software di slicing (Cura, Simple3D e Slic3R)

L'orientamento è importante: l'immagine sotto mostra il motivo. Cerca di orientare la parte in un modo che richieda meno supporto e meno sospensioni. Il miglior orientamento si tradurrà in una finitura migliore e un tempo di stampa più breve.

Spessore dello strato / altezza dello strato: lo spessore dello strato è una misura dell'altezza dello strato di ogni successiva aggiunta di materiale nel processo di stampa 3D in cui gli strati sono impilati. Ridurre lo spessore dello strato, aumentare il tempo necessario per la stampa e migliorare la qualità della finitura. L'immagine sotto offre una prospettiva della relazione tra lo spessore dello strato e il tempo di stampa.

Densità di riempimento: la densità di riempimento è la quantità di filamento stampato all'interno dell'oggetto e questo è direttamente correlato alla forza, al peso e alla durata di stampa della stampa. Nel nostro caso - recinzione, non incontreremo densità di riempimento poiché la nostra parte è un guscio e non un oggetto solido. Nel caso in cui tu abbia una parte solida, più densità di riempimento, più resistenza e più tempo di stampa.

Supporti: le strutture di supporto per la stampa 3D non fanno parte del modello. Sono utilizzati per supportare parti del modello durante la stampa. Ciò significa che una volta terminata la stampa, hai il compito aggiuntivo di rimuovere le strutture prima che il modello sia pronto per l'uso.

Ci sono altri fattori come la velocità di stampa, lo spessore del guscio, il diametro dell'ugello, la temperatura di estrusione e il raft di cui non devi preoccuparti poiché saranno impostati a livelli ottimali dal fornitore di servizi

Post-elaborazione: le parti in ABS possono essere trattate con acetone dopo il processo di stampa 3D per ottenere un aspetto lucido.

Di seguito è riportato il confronto tra gli oggetti in ABS trattato con acetone e gli oggetti in ABS non trattati. Il messaggio che voglio trasmettere è che scegli una qualità di stampa ottimale in termini di funzionalità ed estetica.

Software utilizzati per la progettazione

Gratuito: Sketchup, Blender 3D, Open SCAD.

A pagamento: Solidworks, CATIA, NX-CAD, 3DS Max

Software utilizzati per lo slicing - Gratuito: Cura, Simple3D, Slic3R

Analisi dei costi di stampa 3D

Il costo della stampa 3D dipende dalla scelta del materiale e dal tempo necessario per stampare un prodotto.

Il costo di solito varia da 300 a 600INR. Inoltre, i supplementi come il trattamento con acetone ABS verranno addebitati in più (50-100INR).

Per metterlo in prospettiva, vediamo il costo di stampa del nostro termometro IR digitale. Sono necessarie 4 ore e 11 minuti per stampare una versione base del nostro termometro IR digitale con il processo. Puoi anche controllare il termometro IR senza contatto che abbiamo costruito in precedenza utilizzando un involucro stampato in 3D.

Parametri di processo: altezza strato: 0,25 mm, velocità di stampa 60 mm / s. Dal momento che sceglieremo materiale ABS senza alcuna post-elaborazione, questo ci costerebbe circa 1200 INR per una stampa.

Vantaggi della stampa 3D

Libertà di design
Prototipazione rapida: libertà di iterazioni
Stampa su richiesta e paga solo per ciò che stampi

Svantaggi della stampa 3D

Scelte limitate di materiali
Volume di costruzione limitato
Finitura di qualità

Trend di mercato per la stampa 3D

Poiché i servizi di stampa 3D sono più prontamente disponibili, i prezzi per la stampa 3D possono scendere. La "tecnologia di stampa rapida ad alta area" Azul 3D è un metodo SLA rivoluzionario ma che può stampare uno strato dell'intero letto alla volta. Tuttavia, ci vorrà del tempo per raggiungere il mercato.

Stampaggio a iniezione

Lo stampaggio a iniezione è il metodo di produzione di massa più comune nel settore e più adatto quando si desidera realizzare migliaia di prodotti. Se stai guardando un prodotto realizzato in plastica intorno a te, probabilmente è realizzato tramite stampaggio a iniezione. Ci vuole molto tempo e denaro per produrre il primo prodotto, ma una volta fatto, puoi fabbricare centinaia o addirittura migliaia di prodotti in un giorno a un prezzo molto basso.

Come scorre il processo per lo stampaggio a iniezione?

Progettazione di prodotti → Progettazione di utensili (progettazione di stampi) → Esecuzioni di prova → Produzione di massa → Post-elaborazione

1. Innanzitutto, progettate il prodotto proprio come avete fatto per la stampa 3D, da soli o tramite un designer CAD professionista.

2. Quindi si consegna il progetto del prodotto a un progettista di utensili (principalmente fornitore di servizi di stampaggio a iniezione) insieme ad altri dettagli come la scelta del materiale, la quantità e il tipo di finitura. Il fornitore di servizi progetta lo strumento (ovvero lo stampo) e analizza la corrispondenza delle parti, il flusso dello stampo e tutti gli altri parametri in base alla progettazione del prodotto e alle specifiche desiderate.

Una volta che è pronto, il fornitore di servizi esegue una corsa di prova e, se necessario, esegue le correzioni. Infine, si procede alla produzione di massa. La post-elaborazione implica azioni come la rimozione di flash e cancelli e lucidatura.

Lo stampo / utensile è un blocco di metallo che ha il profilo negativo / opposto dell'oggetto che si desidera produrre. È composto da un blocco centrale e un blocco cavità insieme ad altre parti di supporto come un sistema di raffreddamento, un espulsore, ecc. Nel processo di stampaggio a iniezione, la plastica riscaldata scorre all'interno della cavità e si raffredda. La parte viene quindi espulsa automaticamente e quindi viene post-elaborata, attività come la rimozione di bave e cancelli e lucidatura.

Materiali utilizzati nello stampaggio a iniezione

La maggior parte dei materiali plastici commerciali può essere utilizzata nello stampaggio a iniezione.

Quindi, la proprietà del prodotto finito avrà la proprietà del materiale scelto.

Ad esempio: il policarbonato e il polistirolo per i prodotti trasparenti, il polipropilene (PP e PET) sono adatti per le materie plastiche di grado alimentare, il polieterimmide (PEI) per un'elevata resistenza al calore.

Quando si tratta di materiali flessibili come il poli uretano o la gomma siliconica, il concetto di stampaggio a iniezione varia leggermente. Ogni materiale ha un costo di produzione diverso. Gli stampi sono progettati per un particolare materiale di plastica. Strumenti / stampi progettati per un particolare materiale potrebbero non essere utili per un materiale diverso perché ogni materiale si restringe in modo diverso. Quindi decidi il tuo materiale in fase di progettazione.

Lo strumento o lo stampo ha una vita. Il materiale e il costo dello strumento variano in base al numero stimato di prodotti che si desidera realizzare. La durata minima di un utensile è di circa 5000 pezzi. Quindi stima abbastanza la quantità nella fase iniziale.

Molti fattori entrano in gioco in base alla finitura e alla complessità del prodotto, ad esempio

Se hai bisogno di una qualità molto fine, il design dello strumento include alcune caratteristiche che si aggiungono al costo.

Se ci sono strutture molto complesse, che rendono difficile la produzione di utensili convenzionali, il produttore di utensili utilizza metodi non convenzionali che si aggiungono al costo.

Tutto quello che devi fare è essere chiaro su ciò che desideri: design, quantità, finitura e materiale.

Considerazione dei costi per lo stampaggio a iniezione

Rivolgiti al fornitore di servizi che fornisce una soluzione end-to-end, cioè dalla progettazione degli strumenti alla produzione del prodotto per evitare problemi di coordinamento. Il fornitore di servizi si prenderà cura di tutti i fattori in base ai requisiti di progettazione, quantità, materiale e finitura.

Ci sono due modi in cui puoi affrontare la struttura dei costi. Prendiamo come esempio il nostro termometro digitale IR per analizzare la differenza nella struttura dei costi.

Costo separato per la progettazione e la produzione degli utensili e costo unitario separato per la produzione del prodotto, che comprende il costo del materiale, il costo del macchinario, il costo della manodopera, ecc. In cui il fornitore di servizi addebita separatamente la progettazione e la produzione dello strumento. E addebita i prodotti separatamente. In questo caso, si incorre in un costo fisso iniziale significativo (ad esempio: 1-2 lac INR) e un costo del prodotto per unità (ad esempio: 10-50 INR).

Per unità di prodotto finito che include sia il costo di fabbricazione del prodotto che il costo dello strumento. In questo caso, il costo iniziale fisso della progettazione e della produzione degli utensili viene distribuito sulla quantità del prodotto. Ad esempio: questo costo (es. 2 lac INR) viene distribuito nella quantità totale (5000 pezzi) che ordini in aggiunta al costo di fabbricazione del prodotto (es. 20 INR).

Quindi 200000 INR / 5000 unità = 40 INR (costo dello strumento) + 20 INR (costo del prodotto) = 60 INR (costo totale)

Questa struttura dei costi allevia l'onere del costo iniziale dell'utensile e rende variabile il costo della carcassa.

Vantaggi dello stampaggio

Ideale per grandi quantità di prodotto
Buona finitura: finitura lucida o opaca
Ampia scelta di materiali

Svantaggi dello stampaggio

Tempi e costi iniziali elevati

Argomento bonus

Quando si immettono i prodotti nel mercato principale, potrebbe essere necessario progettare e produrre il prodotto in modo che sia dotato di una determinata protezione dall'ingresso e dagli impatti. Questo per comunicare efficacemente l'affidabilità del prodotto ai tuoi clienti.

Classificazione IP: le classificazioni IP (o "Protezione ingresso") sono standard internazionali utilizzati per definire i livelli di efficacia di tenuta degli armadi elettrici contro l'intrusione di corpi estranei (strumenti, sporco, ecc.) E umidità.

Classificazione IK

I valori IK indicano i gradi di protezione forniti dagli armadi elettrici contro gli impatti meccanici esterni. La scala di valutazione IK identifica la capacità di un involucro di resistere ai livelli di energia di impatto misurati in joule (J).