Vergelijkingsgids om efficiënt elektronische behuizingen voor uw producten te fabriceren

Stel dat u zich in de laatste fase van prototyping bevindt of een nieuw elektronisch product heeft ontwikkeld en u overweegt uw product op te schalen en te verkopen in de reguliere markt. Hoewel u gemakkelijk de PCB's, sensoren en andere elektronische / elektrische componenten kunt vinden, struikelt u vaak over een behuizing, vooral wanneer het product een aangepaste behuizing nodig heeft of wanneer het product regelmatig contact heeft met de gebruiker.

U zult uit dit artikel weten wat de gebruikelijke manieren zijn om een omhulsel voor uw product te krijgen, hoe u het juiste type omhulsel kiest en waar u een serviceprovider kunt zoeken. Aangezien de meesten van jullie op zoek zullen zijn naar een kosteneffectieve, duurzame en gemakkelijk te vervaardigen behuizing, zullen we ons concentreren op plastic, aangezien dit uitstekend werk levert voor de bovengenoemde eigenschappen.

De meest gebruikelijke manieren om uw product een behuizing te geven, zijn:

Standaard behuizing en panelen
3d printen
Spuitgieten

Naast de informatie in het artikel, zullen we elke methode evalueren met de onderstaande digitale IR-thermometerbehuizing (complexe vorm, ingewikkelde details) om u een idee te geven van het real-world scenario.

De belangrijkste criteria op basis waarvan we elke methode zullen evalueren, zijn kosten, tijd, aanpassing, complexiteit, kwaliteit en schaalbaarheid. We zullen standaardbehuizingen vergelijken met 3D-printen en spuitgieten.

Criteria	Kant-en-klare behuizing	3d printen	Spuitgieten
Kosten	De kosten zijn evenredig met de hoeveelheid. U kunt echter onderhandelen over een betere deal als de hoeveelheid aanzienlijk is ⭐	De kosten zijn evenredig met de afdruktijd. Varieert van 300-600 INR per uur afhankelijk van het materiaal (extra nabewerking)	Hoge initiële kosten voor gereedschapsontwerp en zeer lage productiekosten. Als de hoeveelheid significant is, worden de ontwerpkosten van het gereedschap verdeeld in de kosten per eenheid.
Tijd	Geen beperkingen op de tijd. Bestel en laat het bezorgen ⭐	Na het ontwerp is de tijd die nodig is om elk onderdeel af te drukken evenredig met de hoeveelheid.	Post-ontwerp, het ontwerp van het gereedschap (matrijs) en de fabricage van het gereedschap kost veel tijd (van een week tot een maand). Als de tool klaar is, kunt u honderden of zelfs duizenden producten per dag vervaardigen.
Maatwerk	Zeer laag tot nee	Volledig aanpasbaar en meerdere iteraties mogelijk ⭐	Zodra u het ontwerp van de matrijs heeft afgerond, is maatwerk niet mogelijk.
Complexiteit van het product	Behuizingen voor standaardproducten.	Complexe en ingewikkelde structuren mogelijk zonder extra kosten ⭐	Complexe en ingewikkelde constructies mogelijk, maar tegen een toeslag
Kwaliteit afwerken	Meestal goed. Maar kan niet worden aangepast.	Grof en gelaagd Uitzondering: Met aceton behandelde ABS-onderdelen	Glanzende en matte afwerking ⭐
Schaal	Geen limieten op de schaal ⭐	Haalbaar voor minder dan 1000 stuks	Haalbaar voor 1000+ hoeveelheid

Standaard - kant-en-klare behuizing

Als uw project standaardcomponenten zoals Arduino, RaspberryPi en enkele standaardcomponenten of sensoren omvat, vindt u hoogstwaarschijnlijk een standaardbehuizing online. Hieronder staan enkele voorbeelden van kant-en-klare behuizingen.

Je kunt ze vinden op lokale online sites en op veel internationale websites zoals Alibaba of Aliexpress. Sommige verkopers kunnen u helpen met wat maatwerk als u een bepaalde minimumhoeveelheid heeft. Als uw product lijkt op iets dat al op de markt is, kunt u op deze stiekeme manier teruggaan naar de fabrikant van de behuizing van het product en proberen een deal te sluiten.

In een ander waarschijnlijk geval, waarbij je een samenstel van meerdere componenten hebt en esthetiek geen probleem is, is de beste keuze om te gaan voor een metalen paneel met poedercoater waar je de componenten zoals controllers, relais, enz. rails. U kunt op DIN-rail gemonteerde Arduino / Raspberry-controllersbehuizingen, din-railrelais, din-railvoedingen, enz. Online gemakkelijk vinden. U kunt het paneel zelfs een klein beetje aanpassen om displays en schakelaars op de paneeldeur op te nemen. De paneelafmetingen kunnen variëren van enkele centimeters tot enkele meters. Deze methode is een gangbare praktijk in de industriële automatiseringsindustrie.

Terugkomend op de behuizing van ons thermometer-voorbeeld: we kunnen zo'n behuizing op geen enkele website vinden. U heeft echter geluk als u een spuitgietbedrijf kunt vinden dat al een soortgelijke behuizing vervaardigt die aan uw behoeften voldoet. Het grote nadeel hiervan is dat uw product er op zichzelf niet uniek uitziet, aangezien uw leverancier van darmen ook aan iedereen over de hele wereld zal verkopen.

Voordelen van Readymade Casing

Als de kant-en-klare behuizing aan uw behoefte voldoet, dan-

Snellere leveringen
U hoeft geen tijd en geld te investeren
Betere afwerkingskwaliteit

Nadelen van Readymade Casing

Geen of minimale aanpassingen
Geen materiële opties

3d printen

Als de standaardbehuizingen niet bij je passen, is 3D-printen een geweldige manier om je product een kickstart te geven. 3D-printen is geweldig voor het maken van prototypes. In eerste instantie zoekt u maar een paar hoeveelheden (waarschijnlijk een paar honderd) en wilt u de markt voor uw product testen voordat u een aanzienlijke investering doet. Het kost niet veel tijd en kosten om uw product te laten drukken als het CAD-ontwerp klaar is.

Als je meer wilt weten over 3D-printen, bekijk dan het artikel over aan de slag gaan met 3D-printen en ook andere 3D-printprojecten die we eerder hebben gebouwd ter inspiratie.

CAD-ontwerpen van onderdelen → Snijden (in slicing-software) → 3D-printen → Nabewerking

Eerst maak je een 3D-model van de behuizing
Importeer het 3D-model in de slicingsoftware zoals Cura, Simple3D & Slic3R

Bij segmentering wordt uw 3D-model geconverteerd naar lagen en codes die de 3D-printer kan begrijpen.

U kunt de ondersteuningen visualiseren en ook de tijd inschatten die nodig is voor het afdrukken door verschillende afdrukparameters af te stemmen.

Dit wordt vervolgens gevolgd door 3D-printen en nabewerking. Nabewerking omvat het verwijderen van steunen, flits en chemische behandeling voor de oppervlakteafwerking in het geval van ABS-materiaal.

Veel 3D-printserviceproviders ontvangen uw ontwerp via hun website of e-mail, printen het en sturen het geprinte product naar u toe - dit alles binnen een week. Probleemloos! Is het niet. 3D-printserviceproviders brengen u kosten in rekening op basis van de tijd die nodig is om uw product af te drukken en het uurtarief varieert afhankelijk van het type materiaal dat u kiest.

Het is belangrijk dat u zich bewust bent van enkele belangrijke factoren wanneer u besluit om voor 3D-printen te gaan. Die factoren zijn de materialen van het product en factoren die de verwerkingstijd beïnvloeden, dus uw kosten.

Momenteel zijn de twee meest voorkomende methoden voor 3D-printen:

Fused Deposition Modeling (FDM)

Ook bekend als Fused Filament Fabrication (FFF), is een additief productieproces waarbij een object wordt gebouwd door selectief gesmolten materiaal laag voor laag in een vooraf bepaald pad te deponeren. De gebruikte materialen zijn thermoplastische polymeren en komen in een filamentvorm.

Stereolithografie (SLA)

SLA maakt gebruik van een krachtige laser om de vloeibare hars in het printbed uit te harden om de gewenste 3D-vorm te creëren - een proces dat bekend staat als polymerisatie. Er zijn veel soorten op licht gebaseerd 3D-printen dat in grote lijnen wordt geclassificeerd als digitale lichtverwerking (DLP).

	Fused Deposition Modeling (FDM)	Stereolithografie (SLA)
Toepassing	Standaard onderdelen	Onderdeel met ingewikkelde oppervlakken (sieraden en kleine onderdelen) Kleine elektronische behuizingen
Kosten	Goedkoper
Tijd		Sneller
Afwerking	Over het algemeen grof en gelaagd Glad bij met aceton behandeld ABS	Glad
Materialen	Meest gebruikelijk: PLA, ABS, Nylon, HEUPEN, HUISDIER, PC	Standaardhars, heldere hars, taaie of duurzame hars en hars op hoge temperatuur.

Laten we voorlopig bij FDM blijven, aangezien het op grotere schaal beschikbaar is en geschikt is voor onze discussie.

Ontwerpoverwegingen voor 3D-printen

Bij het ontwerpen van het product is het belangrijk om de beperkingen van de 3D-printers op de markt te begrijpen. Het is belangrijk dat u inzicht krijgt in de werking van de FDM 3D-printer.

Als je niet zo goed bent in CAD-ontwerpen, raad ik je aan om professionele 3D-ontwerpdiensten te nemen en in sommige gevallen bieden de 3D-printserviceproviders zelf 3D-ontwerpdiensten aan. Deze diensten worden in rekening gebracht - meestal per uur. De belangrijkste overwegingen bij het ontwerp zijn

Montage: Als u meerdere onderdelen heeft die tot een definitief object worden geassembleerd, dan moet u nadenken over de voorzieningen die u moet treffen om de onderdelen in elkaar te passen - bijpassende onderdelen, schroeven, enz.

Overhangend : de realiteit is dat FDM 3D-printers niet geweldig zijn in het afdrukken van overhangende of steile hellende oppervlakken. Je krijgt ruwe oppervlakken, je hebt ondersteuning nodig, die je moet nabewerken.

Complexiteit: Complexiteit betekent complexiteit, zoals dunne onderdelen, kleine kenmerken en zeer complexe vormen. Hoewel 3D-printers bedoeld zijn om dit allemaal met gemak te doen, werken ze soms niet goed.

Hier zijn de factoren waarmee u rekening moet houden wanneer u van ontwerp naar het 3D-afdrukproces gaat.

Procesoverwegingen voor 3D-printen

Alle procesoverwegingen zijn van invloed op het printtijdstip en de kwaliteit van het afgewerkte object.

Al deze parameters kunnen worden gevisualiseerd en geanalyseerd via de slicing-software (Cura, Simple3D & Slic3R)

Oriëntatie is belangrijk: de afbeelding hieronder laat zien waarom. Probeer het onderdeel zo te oriënteren dat het minder ondersteuning en minder ophanging vereist. De beste oriëntatie resulteert in een betere afwerking en een kortere afdruktijd.

Laagdikte / laaghoogte: Laagdikte is een maat voor de laaghoogte van elke opeenvolgende toevoeging van materiaal in het 3D-printproces waarin lagen worden gestapeld. Verlaag de laagdikte, verleng de afdruktijd en verbeter de afwerkingskwaliteit. De onderstaande afbeelding geeft u een perspectief van de relatie tussen laagdikte en printtijd.

Infill-dichtheid: Infill-dichtheid is de hoeveelheid filament die in het object wordt afgedrukt, en dit heeft rechtstreeks betrekking op de sterkte, het gewicht en de afdrukduur van uw afdruk. In ons geval - behuizing, zullen we geen infill-dichtheid tegenkomen, omdat ons deel een schaal is en geen solide object. Als u een massief onderdeel heeft, dan is er meer infill-dichtheid, meer sterkte en meer printtijd.

Ondersteunt: ondersteuningsstructuren voor 3D-printen maken geen deel uit van het model. Ze worden gebruikt om onderdelen van het model te ondersteunen tijdens het afdrukken. Dit betekent dat als het afdrukken eenmaal is voltooid, u de extra taak heeft om de structuren te verwijderen voordat het model klaar is voor gebruik.

Er zijn andere factoren, zoals printsnelheid, dikte van de schaal, diameter van de spuitmond, extrusietemperatuur en vlot waarover u zich geen zorgen hoeft te maken, aangezien deze door de serviceprovider op optimale niveaus worden ingesteld.

Nabewerking: ABS-onderdelen kunnen na het 3D-printproces worden behandeld met aceton om een glanzende look te krijgen.

Hieronder ziet u de vergelijking van de met aceton behandelde ABS- en niet-behandelde ABS-objecten. De boodschap die ik wil overbrengen is dat ik ga voor een printkwaliteit die optimaal is qua functionaliteit en esthetiek.

Software die wordt gebruikt voor ontwerp

Gratis: Sketchup, Blender 3D, Open SCAD.

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

Software die wordt gebruikt voor het snijden - gratis: Cura, Simple3D, Slic3R

3D-afdrukkostenanalyse

De kosten van 3D-printen zijn afhankelijk van uw materiaalkeuze en de tijd die nodig is om een product te printen.

De kosten variëren meestal van 300 - 600 INR. Verder worden add-ons zoals ABS-acetonbehandeling extra in rekening gebracht (50-100INR).

Laten we, om dat in perspectief te plaatsen, eens kijken naar de printkosten van onze digitale IR-thermometer. Het duurt 4 uur en 11 minuten om een basisversie van onze digitale IR-thermometer met het proces af te drukken. Je kunt ook de contactloze IR-thermometer bekijken die we eerder hebben gebouwd met behulp van een 3D-geprinte behuizing.

Procesparameters: Laaghoogte: 0,25 mm, afdruksnelheid 60 mm / s. Aangezien we voor ABS-materiaal gaan zonder enige nabewerking, zou dit ons ongeveer 1200 INR kosten voor een afdruk.

Voordelen van 3D-printen

Vrijheid van ontwerp
Snelle prototyping - vrijheid voor iteraties
Druk af op aanvraag en betaal alleen voor wat u afdrukt

Nadelen van 3D-printen

Beperkte materiaalkeuzes
Beperkt bouwvolume
Afwerking kwaliteit

Markttrend voor 3D-printen

Omdat de 3D-printservices gemakkelijker beschikbaar zijn, kunnen de prijzen voor 3D-printen dalen. Azul 3D 'High Area Rapid Printing-technologie' is een revolutionaire SLA-methode maar die kan een laag van het hele bed tegelijk printen. Het zal echter enige tijd duren voordat het op de markt komt.

Spuitgieten

Spuitgieten is de meest voorkomende massaproductiemethode in de industrie en het meest geschikt wanneer u duizenden producten wilt vervaardigen. Als je om je heen naar een product van plastic kijkt, is het waarschijnlijk gemaakt door middel van spuitgieten. Het kost veel tijd en geld om het eerste product te produceren, maar als dat eenmaal is gebeurd, kun je honderden of zelfs duizenden producten per dag maken tegen een zeer lage prijs.

Hoe verloopt het proces voor spuitgieten?

Productontwerp → Gereedschapsontwerp (matrijsontwerp) → Proefritten → Massaproductie → Nabewerking

1. Ten eerste doet u het productontwerp op dezelfde manier als u deed voor het 3D-printen - zelf of via een professionele CAD-ontwerper.

2. Vervolgens geeft u het productontwerp aan een gereedschapsontwerper (meestal spuitgietserviceprovider) samen met andere details zoals materiaalkeuze, hoeveelheid en type afwerking. De serviceprovider ontwerpt de tool (dwz matrijs) en analyseert de afstemming van onderdelen, matrijsstroom en alle andere parameters volgens uw productontwerp en de specificaties die u wilt.

Als dat klaar is, gaat de serviceprovider een proefrit maken en corrigeert hij indien nodig. Ten slotte gaat hij over tot massaproductie. Nabewerking omvat handelingen zoals flash & gates verwijderen en polijsten.

Mold / Tool is een metalen blok met het negatieve / tegenovergestelde profiel van het object dat u wilt vervaardigen. Het is samengesteld uit een kernblok en een holteblok samen met andere ondersteunende onderdelen zoals een koelsysteem, uitwerpstift, enz. Tijdens het spuitgieten stroomt het verwarmde plastic in de holte en koelt het af. Het onderdeel wordt dan automatisch uitgeworpen en vervolgens nabewerkt, activiteiten zoals het verwijderen van flitsen & poorten en polijsten.

Materialen die worden gebruikt bij spuitgieten

De meeste van de in de handel verkrijgbare plastic materialen kunnen worden gebruikt in spuitgieten.

De eigenschap van het eindproduct heeft dus de eigenschap van het materiaal dat u kiest.

Bijv.: polycarbonaat en polystyreen voor transparante producten, polypropyleen (PP & PET) zijn goed voor food-grade plastic materialen, polyetherimide (PEI) voor een hoge hittebestendigheid.

Als het gaat om flexibele materialen zoals poly urethaan of siliconenrubber, varieert het spuitgietconcept enigszins. Elk materiaal heeft verschillende fabricagekosten. Mallen zijn ontworpen voor een bepaald materiaal van kunststof. Gereedschappen / mallen die voor een bepaald materiaal zijn ontworpen, zijn mogelijk niet bruikbaar voor een ander materiaal omdat elk materiaal op een andere manier krimpt. Bepaal dus uw materiaal in de ontwerpfase.

Het gereedschap of de mal heeft een leven lang. Het materiaal en de kosten van de tool variëren op basis van het geschatte aantal producten dat u wilt maken. De minimale levensduur van een gereedschap is ongeveer 5000 stuks. Maak dus een redelijke schatting van de hoeveelheid in de beginfase.

Er spelen veel factoren een rol op basis van de afwerking en de complexiteit van het product, bijvoorbeeld

Als u een zeer fijne kwaliteit nodig heeft, omvat het ontwerp van de tool bepaalde functies die de kosten verhogen.

Als er zeer ingewikkelde constructies zijn die het vervaardigen van conventionele gereedschappen bemoeilijken, gebruikt de gereedschapmaker onconventionele methoden die de kosten verhogen.

Het enige dat u hoeft te doen, is duidelijk te zijn over wat u wilt: ontwerp, hoeveelheid, afwerking en materiaal.

Kostenoverweging voor spuitgieten

Kies de serviceprovider die een end-to-end-oplossing biedt, dwz van het ontwerpen van gereedschappen tot de fabricage van producten om coördinatieproblemen te voorkomen. De serviceprovider zorgt voor alle factoren volgens uw ontwerp-, hoeveelheid-, materiaal- en afwerkingsvereisten.

Er zijn twee manieren waarop u de kostenstructuur kunt aanpakken. We nemen onze digitale IR-thermometer als voorbeeld om het verschil in de kostenstructuur te analyseren.

Afzonderlijke kosten voor gereedschapsontwerp en gereedschapsfabricage en afzonderlijke kosten per eenheid voor productfabricage, wat materiaalkosten, machinekosten, arbeidskosten, enz. Inhoudt, waarbij de serviceprovider u het ontwerp en de fabricage van het gereedschap afzonderlijk in rekening brengt. En hij rekent de producten apart aan. In dit geval maakt u aanzienlijke initiële vaste kosten (bijvoorbeeld: 1-2 lac INR) en productkosten per eenheid (bijvoorbeeld: 10-50 INR).

Per eenheid afgewerkt product dat zowel de productiekosten als de gereedschapskosten omvat. In dit geval worden de vaste initiële kosten van het ontwerp en de fabricage van het gereedschap verdeeld over de hoeveelheid van het product. Bijv.: deze kosten (bijv. 2 lac INR) worden verdeeld over de totale hoeveelheid (5000 stuks) die u bestelt, bovenop de productiekosten (bijv. 20 INR).

Dus 200000 INR / 5000 eenheden = 40 INR (gereedschapskosten) + 20 INR (productkosten) = 60 INR (totale kosten)

Deze kostenstructuur verlicht de last van de initiële gereedschapskosten en maakt de kosten van de behuizing variabel.

Voordelen van gieten

Beste voor grote producthoeveelheden
Goede afwerking - glanzende afwerking of matte afwerking
Brede materiaalkeuze

Nadelen van gieten

Hoge initiële tijd en kosten

Bonusonderwerp

Wanneer u uw producten op de reguliere markt plaatst, moet u mogelijk het product ontwerpen en vervaardigen om bepaalde Ingress Protection en Impact Protection te hebben. Dit is om de betrouwbaarheid van het product effectief aan uw klanten te communiceren.

IP-classificatie: IP-classificaties (of "Ingress Protection") zijn internationale normen die worden gebruikt om niveaus van afdichtingseffectiviteit van elektrische behuizingen te definiëren tegen binnendringen van vreemde voorwerpen (gereedschap, vuil, enz.) En vocht.

IK-beoordeling

IK-classificaties geven de mate van bescherming aan die elektrische behuizingen bieden tegen externe mechanische schokken. De IK-beoordelingsschaal identificeert het vermogen van een behuizing om impactenergieniveaus gemeten in joules (J) te weerstaan.