Guida definitiva: come sviluppare un nuovo prodotto hardware elettronico

Quindi vuoi sviluppare un nuovo prodotto hardware elettronico? Vorrei iniziare con la buona notizia: è possibile. Puoi sviluppare un prodotto hardware indipendentemente dal tuo livello tecnico e non devi necessariamente essere un ingegnere per avere successo (anche se sicuramente aiuta).

Che tu sia un imprenditore, una startup, un maker, un inventore o una piccola impresa, questa guida ti aiuterà a comprendere il processo di sviluppo del nuovo prodotto.

Non ti mentirò, però. È un viaggio incredibilmente lungo e difficile per lanciare un nuovo prodotto hardware. Sebbene l'hardware sia noto per essere difficile, ora è anche più facile che mai per singoli e piccoli team sviluppare nuovi prodotti hardware.

Tuttavia, se stai cercando un modo facile e veloce per fare soldi, ti suggerisco di smettere di leggere subito perché portare un nuovo prodotto hardware sul mercato è tutt'altro che facile o veloce.

In questa guida discuterò innanzitutto le strategie di sviluppo del prodotto sia per i creatori tecnici che per gli imprenditori non tecnici che desiderano creare un nuovo prodotto hardware elettronico. Quindi, passeremo allo sviluppo dell'elettronica seguito dallo sviluppo dell'involucro in plastica.

Parte 1 - Strategie di sviluppo del prodotto

Esistono essenzialmente cinque opzioni per imprenditori e startup per sviluppare un nuovo prodotto hardware. Tuttavia, molte volte la migliore strategia complessiva è una combinazione di queste cinque strategie di sviluppo.

1) Sviluppa il prodotto da solo

Questa è raramente una strategia praticabile completamente da sola. Pochissime persone hanno tutte le competenze necessarie per sviluppare completamente da sole un prodotto elettronico pronto per il mercato.

Anche se sei un ingegnere, sei un esperto di progettazione elettronica, programmazione, modellazione 3D, stampaggio a iniezione e produzione? Probabilmente no. Anche la maggior parte di queste specialità è composta da numerose sotto-specialità.

Detto questo, se hai le competenze necessarie, più lontano ti sposti nello sviluppo del tuo prodotto, più soldi risparmierai e meglio sarai nel lungo periodo.

Ad esempio, ho introdotto sul mercato il mio prodotto hardware circa 6 anni fa. Il prodotto era più complesso meccanicamente che elettricamente. Sono un ingegnere elettronico di formazione e non un ingegnere meccanico, quindi inizialmente ho assunto un paio di ingegneri meccanici freelance.

Tuttavia, sono diventato rapidamente frustrato dalla lentezza con cui le cose procedevano. Dopotutto, pensavo al mio prodotto quasi ogni ora di veglia! Ero ossessionato dall'idea di sviluppare il mio prodotto e di metterlo sul mercato il più velocemente possibile. Ma gli ingegneri che ho assunto si sono destreggiati con molti altri progetti e non hanno dato al mio progetto l'attenzione che sentivo meritasse.

Così ho deciso di imparare da solo tutto il necessario per eseguire la progettazione meccanica. Nessuno era più motivato di me a far sviluppare e immettere sul mercato il mio prodotto. Alla fine, sono stato in grado di completare il progetto meccanico molto più velocemente (e per molto meno denaro).

La morale della storia è fare tutto lo sviluppo che le tue abilità lo consentono, ma non andare troppo lontano. Se le tue capacità di sub-esperto ti fanno sviluppare un prodotto non ottimale, allora è un grosso errore. Inoltre, qualsiasi nuova abilità che devi apprendere richiederà tempo e ciò potrebbe in definitiva allungare il tempo di commercializzazione. Porta sempre esperti per colmare eventuali lacune nella tua esperienza.

Alcuni dei miei siti Web preferiti per conoscere lo sviluppo dell'elettronica sono Hackster.io, Build Electronic Circuits, Bald Engineer, Adafruit, Sparkfun, Make Magazine e All About Circuits. Assicurati di controllare il canale YouTube chiamato AddOhms che ha alcuni video introduttivi assolutamente eccellenti per l'apprendimento dell'elettronica.

2) Coinvolgi i co-fondatori tecnici

Se sei un fondatore non tecnico, sarebbe sicuramente saggio assumere un co-fondatore tecnico. Uno dei fondatori del tuo team di avvio deve almeno comprendere abbastanza lo sviluppo del prodotto per gestire il processo.

Se prevedi di cercare finanziamenti esterni da investitori professionisti, hai sicuramente bisogno di un team di fondatori. Gli investitori in startup professionali sanno che è molto più probabile che un team di fondatori abbia successo rispetto a un fondatore solista.

Il team co-fondatore ideale per la maggior parte delle startup hardware è un ingegnere hardware, un programmatore e un marketer.

Coinvolgere i co-fondatori può sembrare la soluzione perfetta ai tuoi problemi, ma ci sono anche alcuni gravi svantaggi. Prima di tutto, trovare i co-fondatori è difficile e probabilmente richiederà un'enorme quantità di tempo. Questo è tempo prezioso che non viene speso per sviluppare il tuo prodotto.

Trovare co-fondatori non è qualcosa a cui dovresti affrettarti e devi prenderti del tempo per trovare la giusta corrispondenza. Non solo hanno bisogno di complimentarmi con le tue capacità, ma devi anche apprezzarle personalmente. Essenzialmente sarai sposato con loro per almeno alcuni anni, quindi assicurati di andare d'accordo.

Il principale svantaggio di coinvolgere i co-fondatori è che riducono la tua partecipazione nella società. Tutti i fondatori di una società dovrebbero davvero avere la stessa equità nella società. Quindi, se stai andando da solo in questo momento, preparati a dare a qualsiasi co-fondatore metà della tua azienda.

3) Esternalizzare a ingegneri freelance

Uno dei modi migliori per colmare eventuali lacune nelle capacità tecniche dei tuoi team è affidare in outsourcing a ingegneri freelance.

Tieni presente che la maggior parte dei prodotti richiederà più ingegneri di diverse specialità, quindi dovrai gestire tu stesso i vari ingegneri. Alla fine, qualcuno nel team fondatore dovrà servire come project manager.

Assicurati di trovare un ingegnere elettrico che abbia esperienza nella progettazione del tipo di elettronica richiesta dal tuo prodotto. L'ingegneria elettrica è un campo di studio enorme e molti ingegneri non hanno esperienza con la progettazione di circuiti.

Per il designer 3D assicurati di trovare qualcuno che abbia esperienza con la tecnologia di stampaggio a iniezione, altrimenti è probabile che ti ritroverai con un prodotto che può essere prototipato ma non prodotto in serie.

4) Esternalizzare a un'impresa di sviluppo

Le più note società di progettazione di prodotti come Frog, IDEO, Fuse Project, ecc. Possono generare fantastici progetti di prodotti, ma sono incredibilmente costosi.

Le startup dovrebbero evitare a tutti i costi costose società di progettazione. Le migliori aziende di design possono addebitare oltre $ 500.000 per sviluppare completamente il tuo nuovo prodotto. Anche se puoi permetterti di assumere una costosa azienda di sviluppo di prodotti, non farlo. Non solo è probabile che non recupererai mai quei soldi, ma non vuoi nemmeno commettere l'errore di fondare una startup hardware che non sia fortemente coinvolta nello sviluppo del prodotto reale.

5) Collaborare con un produttore

Una strada da perseguire è la collaborazione con un produttore estero che già realizza prodotti simili al tuo prodotto.

I grandi produttori avranno i propri reparti di ingegneria e sviluppo per lavorare sui propri prodotti. Se riesci a trovare un produttore che sta già realizzando qualcosa di simile al tuo prodotto, potrebbe essere in grado di fare tutto per te: sviluppo, ingegneria, prototipazione, produzione di stampi e produzione.

Questa strategia può ridurre i costi iniziali di sviluppo. I produttori, tuttavia, ammortizzeranno questi costi, il che significa aggiungere un costo aggiuntivo per prodotto per le prime serie di produzione. Funziona essenzialmente come un prestito senza interessi, che ti consente di rimborsare lentamente i costi di sviluppo al produttore.

Sembra fantastico e facile, quindi qual è il problema? Il rischio principale da considerare con questa strategia è che stai mettendo tutto ciò che riguarda il tuo prodotto in un'unica azienda.

Sicuramente vorranno un accordo di produzione esclusiva, almeno fino a quando i loro costi non saranno stati recuperati. Ciò significa che non è possibile migrare a un'opzione di produzione più economica quando il volume di produzione aumenta.

Inoltre, tieni presente che molti produttori potrebbero volere una parte o tutti i diritti intellettuali sul tuo prodotto.

Parte 2 - Sviluppa l'elettronica

Lo sviluppo dell'elettronica per il tuo prodotto può essere suddiviso in sette passaggi: progettazione preliminare della produzione, diagramma schematico, layout PCB, distinta base finale, prototipo, test e programma e infine certificazione.

Passaggio 1: creare un progetto di produzione preliminare

Quando si sviluppa un nuovo prodotto hardware elettronico, è necessario innanzitutto iniziare con un progetto di produzione preliminare . Questo non deve essere confuso con un prototipo Proof-of-Concept (POC).

Un prototipo POC viene solitamente costruito utilizzando un kit di sviluppo come un Arduino. A volte possono essere utili per dimostrare che il concetto di prodotto risolve il problema desiderato. Ma un prototipo POC è ben lungi dall'essere un progetto di produzione. Raramente puoi andare sul mercato con un Arduino incorporato nel tuo prodotto.

Un progetto di produzione preliminare si concentra sui componenti di produzione del prodotto, sui costi, sul margine di profitto, sulle prestazioni, sulle caratteristiche, sulla fattibilità dello sviluppo e sulla producibilità.

È possibile utilizzare un progetto di produzione preliminare per produrre stime per ogni costo necessario al prodotto. È importante conoscere accuratamente i costi per sviluppare, prototipare, programmare, certificare, ridimensionare e produrre il prodotto.

Un progetto di produzione preliminare risponderà alle seguenti domande pertinenti. È possibile sviluppare il mio prodotto? Posso permettermi di sviluppare questo prodotto? Quanto tempo mi ci vorrà per sviluppare il mio prodotto? Posso fabbricare in serie il prodotto? Posso venderlo con profitto?

Molti imprenditori commettono l'errore di saltare la fase preliminare di progettazione della produzione e invece saltano direttamente nella progettazione dello schema del circuito. In questo modo, potresti alla fine scoprire di aver speso tutto questo impegno e denaro guadagnato duramente per un prodotto che non può essere sviluppato, prodotto o, soprattutto, venduto con profitto.

Passaggio 1A - Diagramma a blocchi del sistema

Quando si crea il progetto di produzione preliminare, è necessario iniziare definendo il diagramma a blocchi a livello di sistema. Questo diagramma specifica ogni funzione elettronica e come tutti i componenti funzionali si interconnettono.

La maggior parte dei prodotti richiede un microcontrollore o un microprocessore con vari componenti (display, sensori, memoria, ecc.) Che si interfacciano con il microcontrollore tramite varie porte seriali.

Creando uno schema a blocchi di sistema è possibile identificare facilmente il tipo e il numero di porte seriali richieste. Questo è un primo passo essenziale per selezionare il microcontrollore corretto per il tuo prodotto.

Passaggio 1B - Selezione dei componenti di produzione

Successivamente, è necessario selezionare i vari componenti di produzione: microchip, sensori, display e connettori in base alle funzioni desiderate e al prezzo di vendita target del prodotto. Ciò ti consentirà di creare una distinta base preliminare (BOM).

Negli Stati Uniti, Newark, Digikey, Arrow, Mouser e Future sono i fornitori più popolari di componenti elettronici. È possibile acquistare la maggior parte dei componenti elettronici in uno (per la prototipazione e il test iniziale) o fino a migliaia (per la produzione a basso volume).

Una volta raggiunti volumi di produzione maggiori risparmierai acquistando alcuni componenti direttamente dal produttore.

Passaggio 1C: stima del costo di produzione

Ora dovresti stimare il costo di produzione (o Costo delle merci vendute - COGS) per il tuo prodotto. È fondamentale sapere il prima possibile quanto costerà produrre il tuo prodotto.

È necessario conoscere il costo unitario di produzione del prodotto per determinare il miglior prezzo di vendita, il costo dell'inventario e, soprattutto, quanto profitto è possibile realizzare.

I componenti di produzione che hai selezionato avranno ovviamente un grande impatto sui costi di produzione.

Ma per ottenere una stima accurata dei costi di produzione, è necessario includere anche il costo dell'assemblaggio del PCB, dell'assemblaggio del prodotto finale, dei test del prodotto, dell'imballaggio al dettaglio, della percentuale di scarto, dei resi, della logistica, dei doveri e del magazzino.

Passaggio 2: progettare lo schema circuitale schematico

Ora è il momento di progettare lo schema del circuito in base al diagramma a blocchi del sistema creato nel passaggio 1.

Il diagramma schematico mostra come ogni componente, dai microchip alle resistenze, si collega tra loro. Mentre un diagramma a blocchi di sistema è principalmente incentrato sulla funzionalità del prodotto di livello superiore, un diagramma schematico riguarda i piccoli dettagli.

Qualcosa di semplice come un pin con una numerazione errata su un componente in uno schema può causare una completa mancanza di funzionalità.

Nella maggior parte dei casi avrai bisogno di un sottocircuito separato per ogni blocco del diagramma a blocchi del sistema. Questi vari sottocircuiti verranno quindi collegati insieme per formare lo schema circuitale completo.

Uno speciale software di progettazione elettronica viene utilizzato per creare il diagramma schematico e per garantire che sia privo di errori. Consiglio di utilizzare un pacchetto chiamato DipTrace che è conveniente, potente e facile da usare.

Passaggio 3: progettare il circuito stampato (PCB)

Una volta che lo schema è finito, ora progetterai il circuito stampato (PCB). Il PCB è la scheda fisica che contiene e collega tutti i componenti elettronici.

Lo sviluppo del diagramma a blocchi del sistema e del circuito schematico è stato per lo più di natura concettuale. Un progetto PCB è però molto reale.

Il PCB è progettato nello stesso software che ha creato il diagramma schematico. Il software disporrà di vari strumenti di verifica per garantire che il layout del PCB soddisfi le regole di progettazione per il processo PCB utilizzato e che il PCB corrisponda allo schema.

In generale, più piccolo è il prodotto e più i componenti sono imballati insieme, più tempo ci vorrà per creare il layout PCB. Se il tuo prodotto instrada grandi quantità di energia o offre connettività wireless, il layout PCB è ancora più critico e richiede tempo.

Per la maggior parte dei progetti di PCB, le parti più critiche sono l'instradamento dell'alimentazione, i segnali ad alta velocità (clock a cristallo, linee di indirizzo / dati, ecc.) E qualsiasi circuito wireless.

Passaggio 4: generazione della distinta base finale (BOM)

Sebbene avresti già dovuto creare una distinta base preliminare come parte del progetto di produzione preliminare, è giunto il momento per la distinta base di produzione completa.

La principale differenza tra i due sono i numerosi componenti a basso costo come resistenze e condensatori. Questi componenti di solito costano solo un centesimo o due, quindi non li elencherò separatamente nella distinta base preliminare.

Ma per produrre effettivamente il PCB è necessaria una distinta base completa con tutti i componenti elencati. Questa BOM viene solitamente creata automaticamente dal software di progettazione schematica. La distinta componenti elenca i numeri di parte, le quantità e tutte le specifiche dei componenti.

Passaggio 5: ordina i prototipi di PCB

La creazione di prototipi elettronici è un processo in due fasi. Il primo passo produce i circuiti stampati nudi. Il software di progettazione del circuito ti consentirà di produrre il layout PCB in un formato chiamato Gerber con un file per ogni strato PCB.

Questi file Gerber possono essere inviati a un negozio di prototipi per piccole tirature. Gli stessi file possono essere forniti anche a un produttore più grande per la produzione ad alto volume.

Il secondo passo è avere tutti i componenti elettronici saldati sulla scheda. Dal tuo software di progettazione potrai generare un file che mostra le coordinate esatte di ogni componente posizionato sulla lavagna. Ciò consente all'officina di assemblaggio di automatizzare completamente la saldatura di ogni componente del PCB.

La tua opzione più economica sarà quella di produrre i tuoi prototipi di PCB in Cina. Sebbene di solito sia meglio se puoi fare la tua prototipazione più vicino a casa in modo da ridurre i ritardi di spedizione, per molti imprenditori è più importante ridurre al minimo i costi.

Per produrre i tuoi prototipi di schede in Cina, consiglio vivamente Seeed Studio. Offrono prezzi fantastici su quantità da 5 a 8.000 schede. Offrono anche servizi di stampa 3D che li rendono uno sportello unico. Altri produttori cinesi di prototipi di PCB con una buona reputazione includono Gold Phoenix PCB e Bittele Electronics.

Negli Stati Uniti consiglio Sunstone Circuits, Screaming Circuits e San Francisco Circuits che ho utilizzato ampiamente per prototipare i miei progetti. Ci vogliono 1-2 settimane per ottenere le schede assemblate, a meno che non si paghi per un servizio urgente che consiglio raramente.

Passaggio 6: valutazione, programmazione, debug e ripetizione

Ora è il momento di valutare il prototipo dell'elettronica. Tieni presente che il tuo primo prototipo raramente funzionerà perfettamente. Molto probabilmente dovrai eseguire diverse iterazioni prima di finalizzare il progetto. Questo è il momento in cui identificherai, eseguirai il debug e risolverai eventuali problemi con il tuo prototipo.

Questa può essere una fase difficile da prevedere sia in termini di costi che di tempo. Qualsiasi bug che trovi è ovviamente inaspettato, quindi ci vuole tempo per capire la fonte del bug e il modo migliore per risolverlo.

La valutazione e il test vengono solitamente eseguiti in parallelo con la programmazione del microcontrollore. Prima di iniziare a programmare, tuttavia, ti consigliamo di eseguire almeno alcuni test di base per assicurarti che la scheda non abbia grossi problemi.

Quasi tutti i prodotti elettronici moderni includono un microchip chiamato unità microcontrollore (MCU) che funge da "cervello" per il prodotto. Un microcontrollore è molto simile a un microprocessore che si trova in un computer o uno smartphone.

Un microprocessore eccelle nello spostare rapidamente grandi quantità di dati, mentre un microcontrollore eccelle nell'interfaccia e nel controllo di dispositivi come interruttori, sensori, display, motori, ecc. Un microcontrollore è praticamente un microprocessore semplificato.

Il microcontrollore deve essere programmato per eseguire la funzionalità desiderata.

I microcontrollori sono quasi sempre programmati nel linguaggio informatico comunemente usato chiamato "C". Il programma, chiamato firmware, è memorizzato in una memoria permanente ma riprogrammabile solitamente interna al chip del microcontrollore.

Passaggio 7: certificazione del prodotto

Tutti i prodotti elettronici venduti devono avere vari tipi di certificazione. Le certificazioni richieste variano a seconda del paese in cui verrà venduto il prodotto. Copriremo le certificazioni richieste negli Stati Uniti, in Canada e nell'Unione Europea.

FCC (Federal Communications Commission)

La certificazione FCC è necessaria per tutti i prodotti elettronici venduti negli Stati Uniti. Tutti i prodotti elettronici emettono una certa quantità di radiazioni elettromagnetiche (cioè onde radio), quindi la FCC vuole assicurarsi che i prodotti non interferiscano con la comunicazione wireless.

Esistono due categorie di certificazione FCC. Il tipo richiesto per il prodotto dipende dal fatto che il prodotto disponga di funzionalità di comunicazione wireless come Bluetooth, WiFi, ZigBee o altri protocolli wireless.

La FCC classifica i prodotti con funzionalità di comunicazione wireless come radiatori intenzionali . I prodotti che non emettono intenzionalmente onde radio sono classificati come radiatori non intenzionali. La certificazione intenzionale del radiatore ti costerà circa 10 volte di più della certificazione non intenzionale del radiatore.

Considerare inizialmente l'utilizzo di moduli elettronici per qualsiasi funzione wireless del prodotto. Ciò ti consente di cavartela solo con una certificazione del radiatore non intenzionale, che ti farà risparmiare almeno $ 10.000.

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

La certificazione UL o CSA è necessaria per tutti i prodotti elettrici venduti negli Stati Uniti o in Canada che si collegano a una presa CA.

I prodotti a batteria che non si collegano a una presa CA non richiedono la certificazione UL / CSA. Tuttavia, la maggior parte dei principali rivenditori e / o compagnie di assicurazione sulla responsabilità del prodotto richiedono che il tuo prodotto sia certificato UL o CSA.

CE (Conformité Européene)

La certificazione CE è necessaria per la maggior parte dei prodotti elettronici venduti nell'Unione Europea (UE). È simile alle certificazioni FCC e UL richieste negli Stati Uniti.

RoHS

La certificazione RoHS garantisce che un prodotto sia privo di piombo. La certificazione RoHS è richiesta per i prodotti elettrici venduti nell'Unione Europea (UE) o nello stato della California. Poiché l'economia della California è così significativa, la maggior parte dei prodotti venduti negli Stati Uniti sono certificati RoHS.

Certificazioni delle batterie al litio (UL1642, IEC61233 e UN38.3)

Le batterie ricaricabili agli ioni di litio / polimeri presentano alcuni seri problemi di sicurezza. Se cortocircuitati o sovraccarichi possono persino prendere fuoco.

Ricordi il doppio richiamo sul Samsung Galaxy Note 7 a causa di questo problema? O le storie di vari hoverboard che prendono fuoco?

A causa di questi problemi di sicurezza, le batterie al litio ricaricabili devono essere certificate. Per la maggior parte dei prodotti consiglio inizialmente di utilizzare batterie standard che hanno già queste certificazioni. Tuttavia, ciò limiterà le tue scelte e la maggior parte delle batterie al litio non sono state certificate.

Ciò è dovuto principalmente al fatto che la maggior parte delle aziende produttrici di hardware sceglie di avere una batteria progettata appositamente per sfruttare tutto lo spazio disponibile in un prodotto. Per questo motivo la maggior parte dei produttori di batterie non si preoccupa di ottenere la certificazione delle batterie standard.

Parte 3 - Sviluppa il recinto

Ora tratteremo lo sviluppo e la prototipazione di qualsiasi pezzo di plastica personalizzato. Per la maggior parte dei prodotti questo include almeno la custodia che tiene tutto insieme.

Lo sviluppo di pezzi in plastica o metallo personalizzati richiederà un esperto di modellazione 3D, o meglio ancora un designer industriale.

Se l'aspetto e l'ergonomia sono fondamentali per il tuo prodotto, allora ti consigliamo di assumere un designer industriale. Ad esempio, i designer industriali sono gli ingegneri che rendono i dispositivi portatili come un iPhone così belli ed eleganti.

Se l'aspetto non è fondamentale per il tuo prodotto, probabilmente puoi cavartela assumendo un modellatore 3D, e di solito sono significativamente più economici di un designer industriale.

Passaggio 1: crea un modello 3D

Il primo passo per sviluppare l'esterno del tuo prodotto è la creazione di un computer 3D

modello. I due grandi pacchetti software utilizzati per la creazione di modelli 3D sono Solidworks e PTC Creo (precedentemente denominato Pro / Engineer).

Tuttavia, Autodesk offre ora uno strumento di modellazione 3D basato su cloud completamente gratuito per studenti, hobbisti e startup. Si chiama Fusion 360. Se vuoi fare la tua modellazione 3D e non sei legato a Solidworks o PTC Creo, allora prendi in considerazione Fusion 360.

Una volta che il tuo progettista di modellazione industriale o 3D ha completato il modello 3D, puoi trasformarlo in prototipi fisici. Il modello 3D può essere utilizzato anche per scopi di marketing, soprattutto prima di avere a disposizione prototipi funzionali.

Se prevedi di utilizzare il tuo modello 3D per scopi di marketing, ti consigliamo di avere una versione fotorealistica del modello creato. Sia Solidworks che PTC Creo dispongono di moduli fotorealistici disponibili.

Puoi anche ottenere una foto realistica, un'animazione 3D del tuo prodotto. Tieni presente che potresti dover assumere un designer separato specializzato in animazione e rendere realistici i modelli 3D.

Il rischio più grande quando si tratta di sviluppare il modello 3D per la custodia è che si finisce con un progetto che può essere prototipato ma non prodotto in volume.

In definitiva, la custodia verrà prodotta con un metodo chiamato stampaggio a iniezione ad alta pressione (vedere il passaggio 4 di seguito per maggiori dettagli).

Lo sviluppo di una parte per la produzione utilizzando lo stampaggio a iniezione può essere piuttosto complesso con molte regole da seguire. D'altra parte, quasi tutto può essere prototipato tramite la stampa 3D.

Quindi assicurati di assumere solo qualcuno che comprenda appieno tutte le complessità e i requisiti di progettazione per lo stampaggio a iniezione.

Passaggio 2: ordina i prototipi di custodia (o acquista una stampante 3D)

I prototipi in plastica vengono costruiti utilizzando un processo additivo (il più comune) o un processo sottrattivo. Un processo additivo, come la stampa 3D, crea il prototipo impilando sottili strati di plastica per creare il prodotto finale.

I processi additivi sono di gran lunga i più comuni a causa della loro capacità di creare qualsiasi cosa tu possa immaginare.

Un processo sottrattivo, come la lavorazione CNC, prende invece un blocco di plastica solida di produzione e ritaglia il prodotto finale.

Il vantaggio dei processi sottrattivi è che puoi utilizzare una resina plastica che corrisponde esattamente alla plastica di produzione finale che utilizzerai. Questo è importante per alcuni prodotti, tuttavia per la maggior parte dei prodotti non è essenziale.

Con i processi additivi, viene utilizzata una speciale resina di prototipazione e può avere una sensazione diversa rispetto alla plastica di produzione. Le resine utilizzate nei processi additivi sono migliorate in modo significativo, ma non corrispondono ancora alla plastica di produzione utilizzata nello stampaggio a iniezione.

Ne ho già parlato, ma merita di essere sottolineato di nuovo. Tieni presente che i processi di prototipazione (additivo e sottrattivo) sono completamente diversi dalla tecnologia utilizzata per la produzione (stampaggio a iniezione). È necessario evitare di creare prototipi (soprattutto con la prototipazione additiva) che sono impossibili da produrre.

All'inizio non è necessario che il prototipo segua tutte le regole per lo stampaggio a iniezione, ma è necessario tenerle a mente in modo che il progetto possa essere più facilmente trasferito allo stampaggio a iniezione.

Numerose aziende possono prendere il tuo modello 3D e trasformarlo in un prototipo fisico. Proto Labs è l'azienda che raccomando personalmente. Offrono sia prototipazione additiva che sottrattiva, nonché stampaggio a iniezione di volumi ridotti.

Potresti anche considerare di acquistare la tua stampante 3D, soprattutto se pensi di aver bisogno di diverse iterazioni per ottenere il prodotto giusto. Le stampanti 3D possono essere acquistate ora per poche centinaia di dollari, consentendo di creare tutte le versioni di prototipi desiderate.

Il vero vantaggio di avere la tua stampante 3D è che ti consente di iterare il tuo prototipo quasi immediatamente, riducendo così il tuo time to market.

Passaggio 3: valutazione dei prototipi di custodia

Ora è il momento di valutare i prototipi di recinzione e modificare il modello 3D, se necessario. Ci vorranno quasi sempre diverse iterazioni del prototipo per ottenere il design del contenitore giusto.

Sebbene i modelli di computer 3D consentano di visualizzare il recinto, nulla è paragonabile a tenere in mano un vero prototipo. Ci saranno quasi certamente cambiamenti sia funzionali che estetici che vorrai apportare una volta che avrai il tuo primo vero prototipo. Pianifica la necessità di più versioni di prototipi per ottenere tutto correttamente.

Sviluppare la plastica per il tuo nuovo prodotto non è necessariamente facile o economico, soprattutto se l'estetica è fondamentale per il tuo prodotto. Tuttavia, le reali complicazioni e costi sorgono quando si passa dalla fase di prototipo alla piena produzione.

Passaggio 4: transizione allo stampaggio a iniezione

Sebbene l'elettronica sia probabilmente la parte più complessa e costosa del prodotto da sviluppare, la plastica sarà la più costosa da produrre. Impostare la produzione delle parti in plastica utilizzando lo stampaggio a iniezione è estremamente costoso.

La maggior parte dei prodotti in plastica venduti oggi sono realizzati utilizzando una tecnica di produzione molto antica chiamata stampaggio a iniezione. È molto importante per te avere una comprensione di questo processo.

Inizi con uno stampo in acciaio, che è costituito da due pezzi di acciaio tenuti insieme ad alta pressione. Lo stampo ha una cavità scolpita nella forma del prodotto desiderato. Quindi, la plastica calda fusa viene iniettata nello stampo.

La tecnologia di stampaggio a iniezione ha un grande vantaggio: è un modo economico per realizzare milioni degli stessi pezzi di plastica. L'attuale tecnologia di stampaggio a iniezione utilizza una vite gigante per forzare la plastica in uno stampo ad alta pressione, un processo inventato nel 1946. Rispetto alla stampa 3D, lo stampaggio a iniezione è antico!

Gli stampi a iniezione sono estremamente efficienti nel realizzare molte delle stesse cose a un costo unitario davvero basso. Ma gli stampi stessi sono incredibilmente costosi. Uno stampo progettato per realizzare milioni di un prodotto può raggiungere $ 100.000! Questo costo elevato è dovuto principalmente al fatto che la plastica viene iniettata a una pressione così elevata, che è estremamente resistente su uno stampo.

Per resistere a queste condizioni gli stampi vengono realizzati utilizzando metalli duri. Più iniezioni sono necessarie, più duro è il metallo richiesto e maggiore è il costo.

Ad esempio, puoi utilizzare stampi in alluminio per realizzare diverse migliaia di unità. L'alluminio è morbido, quindi si degrada molto rapidamente. Tuttavia, poiché è più morbido, è anche più facile da trasformare in uno stampo, quindi il costo è inferiore: solo $ 1-2k per uno stampo semplice.

All'aumentare del volume previsto per lo stampo, aumenta anche la durezza del metallo richiesta e quindi il costo. Il tempo di consegna per produrre uno stampo aumenta anche con metalli duri come l'acciaio. Il produttore di stampi impiega molto più tempo per ritagliare (chiamata lavorazione) uno stampo in acciaio, rispetto a uno in alluminio più morbido.

Alla fine è possibile aumentare la velocità di produzione utilizzando più stampi a cavità.

Ti consentono di produrre più copie della tua parte con una singola iniezione di plastica.

Ma non saltare in più stampi a cavità fino a quando non hai apportato modifiche agli stampi iniziali. È consigliabile eseguire almeno diverse migliaia di unità prima di passare a stampi a più cavità.

Conclusione

Questo articolo ha fornito una panoramica di base del processo di sviluppo di un nuovo prodotto hardware elettronico, indipendentemente dal livello tecnico. Questo processo include la selezione della migliore strategia di sviluppo e lo sviluppo dell'elettronica e della custodia per il prodotto.

Circa l'autore

John Teel è presidente di Predictable Designs, una società che aiuta imprenditori, startup, produttori, inventori e piccole aziende a portare sul mercato nuovi prodotti elettronici. John era in precedenza un ingegnere progettista senior per Texas Instruments, dove ha creato progetti elettronici ora utilizzati in milioni di prodotti (inclusi alcuni di Apple). È anche un imprenditore di successo che ha sviluppato il proprio prodotto, lo ha fatto fabbricare in Asia e venduto in centinaia di punti vendita in più paesi. Scarica il suo cheat sheet gratuito: 15 passaggi per sviluppare il tuo nuovo prodotto elettronico.