Jämförelsesguide för att effektivt tillverka elektroniska höljen för dina produkter

Låt oss säga att du är i slutskedet av prototyper eller har utvecklat en ny elektronisk produkt och att du funderar på att skala upp och sälja din produkt på den vanliga marknaden. Medan du enkelt kan hämta kretskort, sensorer och andra elektroniska / elektriska komponenter, snubblar du ofta med att få ett hölje, särskilt när produkten behöver ett anpassat hölje eller när produkten interagerar med användaren regelbundet.

Du kommer att veta från den här artikeln vilka är de vanligaste sätten att få ett hölje för din produkt, hur man väljer rätt typ av hölje och var man ska leta efter en tjänsteleverantör. Eftersom de flesta av er kommer att leta efter ett kostnadseffektivt, hållbart och lätt tillverkat hölje, kommer vi att fokusera på plast eftersom det kommer att göra ett bra jobb för de ovannämnda funktionerna.

De vanligaste sätten att få din produkt ett hölje är-

1. Standardhus och paneler
2. 3d-utskrivning
3. Formsprutning

Utöver informationen i artikeln kommer vi att utvärdera varje metod med nedanstående Digital IR-termometerhölje (komplex form, invecklade detaljer) för att hjälpa dig att få en uppfattning om det verkliga scenariot.

De viktigaste kriterierna baserade på vilka vi kommer att utvärdera varje metod är kostnad, tid, anpassning, komplexitet, kvalitet och skalbarhet. Vi kommer att jämföra standardhölje vs 3D-utskrift mot sprutgjutning.

Kriterier	Färdigt hölje	3d-utskrivning	Formsprutning
Kosta	Kostnaden är proportionell mot kvantiteten. Du kan dock förhandla om en bättre affär när kvantiteten är betydande ⭐	Kostnaden är proportionell mot utskriftstiden. Sträcker sig från 300-600 INR per timme beroende på materialet (ytterligare efterbehandling)	Hög initial kostnad för verktygsdesign och mycket billiga tillverkningskostnader för produkter. Om kvantiteten är betydande, ska kostnaden för verktygsdesign fördelas i kostnaden per enhet.
Tid	Inga begränsningar för tiden. Beställ och få den levererad ⭐	Inläggsdesign, den tid som krävs för att skriva ut varje del är proportionell mot kvantiteten.	Inläggsdesign, verktyg (form) och verktygstillverkning tar en viss tid (från en vecka till en månad). När verktyget är klart kan du tillverka hundratals eller till och med tusentals produkter på en dag.
Anpassning	Mycket låg till Nej	Helt anpassningsbara och flera iterationer möjliga ⭐	När du har slutfört formkonstruktionen är anpassning inte möjlig.
Produktens komplexitet	Höljen för standardprodukter.	Komplexa och invecklade strukturer är möjliga utan extra kostnad ⭐	Komplexa och invecklade strukturer är möjliga men med en viss extra kostnad
Finish kvalitet	Mest bra. Men kan inte anpassas.	Grov & lager Undantag: Acetonbehandlade ABS-delar	Glansig och matt yta ⭐
Skala	Inga gränser för skalan ⭐	Möjligt för mindre än 1000 kvantiteter	Möjligt för 1000+ kvantitet

Standard - färdigt hölje

Om ditt projekt omfattar standardkomponenter som Arduino, RaspberryPi och vissa standardkomponenter eller sensorer, kommer du troligtvis att hitta ett standardhölje online. Nedan följer några exempel på färdiga kapslingar.

Du hittar dem på lokala onlinesidor samt på många internationella webbplatser som Alibaba eller Aliexpress. Vissa säljare kan hjälpa dig med viss anpassning om du har en viss minsta kvantitet. Om din produkt liknar något som redan finns på marknaden kan du använda detta lömska sätt att spåra tillbaka till tillverkaren av produktens hölje och försöka förhandla fram en affär.

I ett annat troligt fall, där du har en sammansättning av flera komponenter och när estetik inte är ett problem, är det bästa valet att välja en pulverbeläggningsmetallpanel där du kan fixa komponenterna som styrenheter, reläer etc. på din mat. skenor. Du kan lätt hitta DIN-skena montera Arduino / hallon controllers hölje, DIN-skena reläer, DIN rail strömförsörjningsenheter, etc. på nätet. Du kan till och med justera panelen lite för att inkludera skärmar och omkopplare på paneldörren. Panelstorlekarna kan variera från några centimeter till några meter. Denna metod är en vanlig praxis inom industriell automationsindustri.

När vi kommer tillbaka till vårt termometerexempelhölje, kan vi inte hitta något sådant hölje på någon webbplats. Du har dock tur om du kan hitta ett sprutgjutningsföretag som redan tillverkar ett liknande hölje som passar dina behov. Den stora nackdelen här är att din produkt inte ser unik ut ensam eftersom din höljesleverantör också kommer att sälja till någon över hela världen.

Fördelar med färdiga höljen

Om det färdiga höljet passar ditt behov, då-

• Snabbare leveranser
• Inget behov av investering av tid och pengar
• Bättre finishkvalitet

Nackdelar med färdiga höljen

• Ingen eller mycket minimal anpassning
• Inga väsentliga alternativ

3d-utskrivning

Om standardhöljen inte passar dig är 3D-utskrift ett utmärkt sätt att starta din produkt. 3D-utskrift är perfekt för prototyper. Inledningsvis kommer du att leta efter bara några få kvantiteter (troligen några hundra) och du vill testa marknaden för din produkt innan du häller i en betydande investering. Det tar inte mycket tid och kostnad att skriva ut din produkt när CAD-designen är klar.

Om du är intresserad av att lära dig mer om 3D-utskrift, kolla in artikeln om att komma igång med 3D-utskrift och även andra 3D-utskriftsprojekt som vi har byggt tidigare för inspiration.

CAD-design av delar → Skivning (i skivprogramvara) → 3D-utskrift → Efterbehandling

1. Först förbereder du en 3D-modell av höljet
2. Importera 3D-modellen till skivprogramvaran som Cura, Simple3D & Slic3R

Skärning är där din 3D-modell konverteras till lager och koder som 3D-skrivaren kan förstå.

Du kan visualisera stöden och även uppskatta den tid som krävs för utskrift genom att ställa in olika utskriftsparametrar.

1. Detta följs sedan av 3D-utskrift och efterbehandling. Efterbearbetning innebär avlägsnande av stöd, blixt och kemisk behandling för ytbehandling i fall av ABS-material.

Många leverantörer av 3D-utskriftstjänster får din design via deras webbplats eller e-post, skriver ut den och skickar den tryckta produkten till dig - allt detta inom en veckas tid. Problemfri! Är det inte det? Tjänsteleverantörer för 3D-utskrift debiterar dig baserat på den tid det tar att skriva ut din produkt och priset per timme varierar beroende på vilken typ av material du väljer.

Det är viktigt för dig att vara medveten om några viktiga faktorer när du bestämmer dig för 3D-utskrift. Dessa faktorer är material för produkten och faktorer som påverkar bearbetningstiden och därmed din kostnad.

För närvarande är de två vanligaste metoderna för 3D-utskrift

Fused Deposition Modeling (FDM)

Även känd som Fused Filament Fabrication (FFF), är en additiv tillverkningsprocess där ett objekt byggs genom att selektivt deponera smält material i en förutbestämd bana lager för lager. Materialen som används är termoplastiska polymerer och kommer i glödtrådsform.

Stereolitografi (SLA)

SLA arbetar med en kraftfull laser för att härda det flytande hartset i tryckbädden för att skapa önskad 3D-form - en process som kallas polymerisation. Det finns många typer av ljusbaserad 3D-utskrift som i stort sett klassificeras som DLP (Digital Light Processing).

	Fused Deposition Modeling (FDM)	Stereolitografi (SLA)
Ansökan	Standarddelar	Del med invecklade ytor (smycken och små delar) Små elektroniska kapslingar
Kosta	Billigare
Tid		Snabbare
Efterbehandling	I allmänhet grov & lager Slät vid acetonbehandlad ABS	Slät
Material	Vanligast: PLA, ABS, Nylon, höfter, PET, PC	Standardharts, Klar harts, Tufft eller hållbart harts och högtemperaturharts.

För nu, låt oss hålla oss till FDM eftersom det är mer tillgängligt och passar vår diskussion.

Designöverväganden för 3D-utskrift

När du designar produkten är det viktigt att förstå begränsningarna för de 3D-skrivare som finns på marknaden. Det är viktigt att du får en förståelse för hur FDM 3D-skrivaren fungerar.

Om du inte är bra på CAD-design rekommenderar jag att du tar professionella 3D-designtjänster och i vissa fall erbjuder leverantörerna av 3D-utskriftstjänster själva 3D-designtjänster. Dessa tjänster är avgiftsbelagda - mestadels per timme. De viktigaste designövervägandena är

Montering: Om du har flera delar som sätts ihop till ett slutligt föremål, måste du tänka på de bestämmelser som ska göras för att passa ihop delarna - matchande delar, skruvar etc.

Överhängande: Verkligheten är att FDM 3D-skrivare inte är bra för att skriva ut överhängande eller branta lutande ytor. Du får grova ytor, du behöver support, som du måste efterbearbeta.

Komplexitet: Komplexitet betyder inveckladhet som tunna delar, små funktioner och mycket komplexa former. Medan 3D-skrivare är avsedda att göra alla dessa med lätthet, fungerar de ibland inte bra.

Här är de faktorer du måste tänka på när du går från design till 3D-utskriftsprocessen.

Processöverväganden för 3D-utskrift

Alla processöverväganden påverkar tidpunkten för utskrift och kvaliteten på det färdiga föremålet.

Alla dessa parametrar kan visualiseras och analyseras genom skivprogramvaran (Cura, Simple3D & Slic3R)

Orientering är viktig: Bilden nedan visar varför. Försök att orientera delen på ett sätt som kräver mindre stöd och mindre hängning. Den bästa orienteringen kommer att resultera i bättre finish och kortare utskriftstid.

Lagertjocklek / lagerhöjd: Lagertjocklek är ett mått på lagerhöjden för varje påföljande tillsats av material i 3D-utskriftsprocessen där lager staplas. Sänk skikttjockleken, längre tid det tar att skriva ut och förbättra finishkvaliteten. Bilden nedan ger dig ett perspektiv på förhållandet mellan lagertjocklek och utskriftstid.

Påfyllnadstäthet: Påfyllningstäthet är mängden glödtråd som trycks inuti objektet, och detta är direkt relaterat till styrkan, vikten och utskriftstiden för ditt tryck. I vårt fall - inneslutning kommer vi inte att stöta på fyllningstäthet eftersom vår del är ett skal och inte ett fast föremål. Om du har en solid del, mer fyllnadsdensitet, mer styrka och mer utskriftstid.

Stöd: Stödstrukturer för 3D-utskrift ingår inte i modellen. De används för att stödja delar av modellen under utskrift. Det betyder att när utskriften är över har du den extra uppgiften att ta bort strukturerna innan modellen är färdig.

Det finns andra faktorer som utskriftshastighet, skaltjocklek, munstycksdiameter, extruderingstemperatur och flotta som du inte behöver oroa dig för eftersom dessa kommer att ställas in på optimala nivåer av tjänsteleverantören

Efterbehandling: ABS-delar kan behandlas med aceton efter 3D-utskriftsprocessen för att få ett glansigt utseende.

Nedan följer jämförelsen av de Acetonbehandlade ABS & icke-behandlade ABS-objekten. Budskapet jag vill förmedla är att det går för en utskriftskvalitet som är optimal när det gäller funktionalitet och estetik.

Programvaror Används för design

Gratis: Sketchup, Blender 3D, Open SCAD.

Betald: Solidworks, CATIA, NX-CAD, 3DS Max

Programvaror som används för skivning - Gratis: Cura, Simple3D, Slic3R

Kostnadsanalys för 3D-utskrift

Kostnaden för 3D-utskrift beror på ditt materialval och den tid det tar att skriva ut en produkt.

Kostnaden varierar vanligtvis från 300 - 600INR. Dessutom kommer tillägg såsom ABS-acetonbehandling att debiteras extra (50-100INR).

För att sätta det i perspektiv, låt oss se utskriftskostnaden för vår Digital IR-termometer. Det tar 4 timmar och 11 minuter att skriva ut en grundversion av vår Digital IR-termometer med processen. Du kan också kolla in den kontaktlösa IR-termometern som vi byggde tidigare med ett 3D-tryckt hölje.

Processparametrar: Layer Höjd: 0,25 mm, om utskriftshastighet 60mm / s. Eftersom vi ska gå för ABS-material utan efterbehandling, skulle detta kosta oss någonstans runt 1200 INR för ett tryck.

Fördelar med 3D-utskrift

• Frihet för design
• Snabb prototyp - frihet för iterationer
• Skriv ut på begäran och betala bara för det du skriver ut

Nackdelar med 3D-utskrift

• Begränsat materialval
• Begränsad byggvolym
• Finish kvalitet

Marknadstrend för 3D-utskrift

Eftersom tjänsterna för 3D-utskrift är lättare tillgängliga kan priserna för 3D-utskrift sjunka. Azul 3D 'High Area Rapid Printing Technology' är en revolutionerande SLA-metod men som kan skriva ut ett lager av hela sängen åt gången. Det kommer dock att ta lite tid att nå marknaden.

Formsprutning

Formsprutning är den vanligaste masstillverkningsmetoden i branschen och bäst lämpad när du vill tillverka tusentals produkter. Om du tittar på någon produkt gjord av plast runt dig, är den förmodligen gjord genom injektionsgjutning. Det tar mycket tid och pengar att producera den första produkten, men när det är klart kan du tillverka hundratals eller till och med tusentals produkter på en dag till ett mycket billigt pris.

Hur flödar processen för formsprutning?

Produktdesign → Verktygsdesign (formdesign) → Testkörningar → Masstillverkning → Efterbehandling

1. Först gör du produktdesignen precis som du gjorde för 3D-utskrift - antingen själv eller genom en professionell CAD-designer.

2. Sedan ger du produktdesignen till en verktygsdesigner (mestadels leverantör av formsprutningstjänster) tillsammans med andra detaljer som materialval, kvantitet och typ av efterbehandling. Tjänsteleverantören utformar verktyget (dvs. form) och analyserar matchningen av delar, formflöde och alla andra parametrar enligt din produktdesign och de specifikationer du vill ha.

När det är klart går tjänsteleverantören för en provkörning och gör korrigeringar om det behövs. Slutligen fortsätter han för masstillverkning. Efterbehandling innebär åtgärder som att ta bort flash & grindar och polering.

Form / verktyg är ett metallblock som har den negativa / motsatta profilen för objektet du vill tillverka. Den består av ett kärnblock och kavitetsblock tillsammans med andra stödjande delar, såsom ett kylsystem, ejektorstift osv. Vid formsprutningsprocessen strömmar den uppvärmda plasten in i kaviteten och svalnar. Delen matas sedan ut automatiskt och behandlas sedan, aktiviteter som att ta bort blixtar och grindar och polering.

Material som används i formsprutning

De flesta kommersiella plastmaterial kan användas i formsprutning.

Egenskapen för den färdiga produkten kommer att ha egenskapen för det material du väljer.

Exempel: Polykarbonat och polystyren för transparenta produkter, Polypropylen (PP & PET) är bra för livsmedelskvalitetsplastmaterial, Polyeterimid (PEI) för hög värmebeständighet.

När det gäller flexibla material som polyuretan eller silikongummi varierar formsprutningskonceptet lite. Varje material har olika tillverkningskostnader. Formar är utformade för ett visst plastmaterial. Verktyg / formar som är utformade för ett visst material kanske inte är användbara för olika material eftersom varje material krymper på olika sätt. Så bestäm ditt material i designfasen.

Verktyget eller formen har en livstid. Verktygets material och kostnad varierar beroende på det beräknade antalet produkter du vill tillverka. Minsta livslängd för ett verktyg är cirka 5000 stycken. Så uppskatta kvantiteten i början.

Många faktorer spelar in baserat på produktens efterbehandling och komplexitet - till exempel-

Om du behöver en mycket fin kvalitet, innebär verktygsdesignen vissa funktioner som ökar kostnaden.

Om det finns mycket invecklade strukturer som gör det svårt att tillverka konventionell verktyg använder verktygetillverkaren okonventionella metoder som ökar kostnaden.

Allt du behöver göra är att vara tydlig om vad du vill - design, kvantitet, efterbehandling och material.

Kostnadsövervägande för formsprutning

Gå med tjänsteleverantören som ger en slut-till-slut-lösning, dvs. från verktygsdesign till produkttillverkning för att undvika samordningsproblem. Tjänsteleverantören kommer att ta hand om alla faktorer enligt din design, kvantitet, material och efterbehandlingskrav.

Det finns två sätt på vilket du kan gå igenom kostnadsstrukturen. Vi tar vår IR digitala termometer som ett exempel för att analysera skillnaden i kostnadsstrukturen.

Separat kostnad för verktygsdesign och verktygstillverkning och separera per enhetskostnad för produkttillverkning, vilket innebär materialkostnad, maskinkostnad, arbetskraftskostnad etc. Där serviceleverantören debiterar dig för design och tillverkning av verktyget separat. Och han tar betalt för produkterna separat. I det här fallet får du en betydande initial fast kostnad (t.ex. 1-2 lac INR) och en produktkostnad per enhet (t.ex. 10-50 INR).

Färdig produkt per enhet som inkluderar både tillverkningskostnad och verktygskostnad I detta fall fördelas den fasta initiala kostnaden för verktygsdesign och tillverkning över produktens kvantitet. Till exempel: Denna kostnad (t.ex. 2 lac INR) fördelas på den totala kvantiteten (5000 stycken) som du beställer utöver tillverkningskostnaden för produkten (t.ex. 20 INR).

Så 200000 INR / 5000 enheter = 40 INR (verktygskostnad) + 20 INR (produktkostnad) = 60 INR (total kostnad)

Denna kostnadsstruktur lindrar bördan för den ursprungliga verktygskostnaden och gör kostnaden för höljet variabel.

Fördelar med gjutning

• Bäst för stor produktkvantitet
• Bra efterbehandling - blank yta eller matt yta
• Brett materialval

Nackdelar med gjutning

• Hög initial tid och kostnad

Bonusämne

När du släpper ut dina produkter på den vanliga marknaden kan du behöva designa och tillverka produkten för att ha ett visst ingångsskydd och stötskydd. Detta för att effektivt kommunicera produktens tillförlitlighet till dina kunder.

IP-klassificering: IP (eller "Ingress Protection") -klassificeringar är internationella standarder som används för att definiera nivåer av tätningseffektivitet hos elektriska höljen mot intrång från främmande kroppar (verktyg, smuts etc.) och fukt.

IK-betyg

IK-klassificeringar anger skyddsgraderna som tillhandahålls av elektriska höljen mot yttre mekaniska stötar. IK-klassificeringsskalan identifierar ett kapslings förmåga att motstå stötenerginivåer mätt i joule (J).