- Deel 1 - Productontwikkelingsstrategieën
- 1) Ontwikkel het product zelf
- 2) Kom maar op met technische medeoprichter (s)
- 3) Uitbesteden aan freelancers
- 4) Uitbesteden aan een ontwikkelingsbedrijf
- 5) Partner met een fabrikant
- Deel 2 - Ontwikkel de elektronica
- Stap 1 - Maak een voorlopig productieontwerp
- Stap 2 - Ontwerp het schematische schakelschema
- Stap 3 - Ontwerp de printplaat (PCB)
- Stap 4 - Genereer de definitieve stuklijst (BOM)
- Stap 5 - Bestel de PCB-prototypes
- Stap 6 - Evalueer, programmeer, foutopsporing en herhaal
- Stap 7 - Certificeer uw product
- Deel 3 - Ontwikkel de behuizing
- Stap 1 - Maak een 3D-model
- Stap 2 - Bestel prototypes van cases (of koop een 3D-printer)
- Stap 3 - Evalueer de prototypes van de behuizing
- Stap 4 - Overgang naar spuitgieten
- Conclusie
- Over de auteur
Dus u wilt een nieuw elektronisch hardwareproduct ontwikkelen? Laat ik beginnen met het goede nieuws - het is mogelijk. U kunt een hardwareproduct ontwikkelen ongeacht uw technisch niveau en u hoeft niet per se een ingenieur te zijn om te slagen (hoewel het zeker helpt).
Of u nu een ondernemer, startup, maker, uitvinder of klein bedrijf bent, deze gids helpt u het ontwikkelingsproces van nieuwe producten te begrijpen.
Ik zal echter niet tegen je liegen. Het is een ongelooflijk lange, moeilijke reis om een nieuw hardwareproduct te lanceren. Hoewel hardware bekend staat als hard, is het nu ook gemakkelijker dan ooit voor individuen en kleine teams om nieuwe hardwareproducten te ontwikkelen.
Als u echter op zoek bent naar een gemakkelijke, snelle manier om geld te verdienen, raad ik u aan nu te stoppen met lezen, omdat het op de markt brengen van een nieuw hardwareproduct verre van gemakkelijk of snel is.
In deze gids bespreek ik eerst de productontwikkelingsstrategieën voor zowel technische makers als niet-technische ondernemers die een nieuw elektronisch hardwareproduct willen maken. Daarna gaan we verder met het ontwikkelen van de elektronica, gevolgd door de ontwikkeling van de plastic behuizing.
Deel 1 - Productontwikkelingsstrategieën
Er zijn in wezen vijf opties voor ondernemers en startups om een nieuw hardwareproduct te ontwikkelen. Vaak is de beste algemene strategie echter een combinatie van deze vijf ontwikkelingsstrategieën.
1) Ontwikkel het product zelf
Dit is zelden een levensvatbare strategie op zichzelf. Zeer weinig mensen hebben alle vaardigheden die nodig zijn om volledig op eigen kracht een marktklaar elektronisch product te ontwikkelen.
Zelfs als je toevallig een ingenieur bent, ben je dan een expert in elektronica-ontwerp, programmeren, 3D-modellering, spuitgieten en fabricage? Waarschijnlijk niet. Ook de meeste van deze specialiteiten bestaan uit talrijke subspecialiteiten.
Dat gezegd hebbende, als u over de nodige vaardigheden beschikt, hoe verder u de ontwikkeling van uw product zelf ontwikkelt, hoe meer geld u bespaart en hoe beter u op de lange termijn zult zijn.
Ik heb bijvoorbeeld ongeveer 6 jaar geleden mijn eigen hardwareproduct op de markt gebracht. Het product was mechanisch complexer dan elektrisch. Ik ben een elektronica-ingenieur van opleiding en geen werktuigbouwkundig ingenieur, dus ik heb in eerste instantie een paar freelance werktuigbouwkundigen aangenomen.
Ik raakte echter snel gefrustreerd door hoe traag de dingen vorderden. Ik dacht tenslotte bijna elk uur dat ik wakker was aan mijn product! Ik was geobsedeerd om mijn product zo snel mogelijk ontwikkeld en op de markt te krijgen. Maar de ingenieurs die ik inhuurde, jongleerden het met tal van andere projecten en gaven mijn project niet de aandacht die ik vond dat het verdiende.
Dus besloot ik alles te leren wat nodig was om zelf het mechanische ontwerp te doen. Niemand was meer gemotiveerd dan ik om mijn product ontwikkeld en op de markt te krijgen. Uiteindelijk heb ik het mechanische ontwerp veel sneller (en voor veel minder geld) kunnen afronden.
De moraal van het verhaal is om zoveel mogelijk van de ontwikkeling te doen als je vaardigheden toelaten, maar ook niet te ver gaan. Als je subexpert-vaardigheden ertoe leiden dat je een niet optimaal product ontwikkelt, dan is dat een grote vergissing. Ook zullen alle nieuwe vaardigheden die u moet leren tijd kosten en dat kan uiteindelijk de time-to-market verlengen. Schakel altijd experts in om hiaten in uw expertise op te vullen.
Enkele van mijn favoriete websites om te leren over elektronica-ontwikkeling zijn Hackster.io, Build Electronic Circuits, Bald Engineer, Adafruit, Sparkfun, Make Magazine en All About Circuits. Zorg ervoor dat je het YouTube-kanaal AddOhms bekijkt, dat een aantal absoluut uitstekende inleidende video's heeft om elektronica te leren.
2) Kom maar op met technische medeoprichter (s)
Als je een niet-technische oprichter bent, dan is het zeker verstandig om een technische mede-oprichter in dienst te nemen. Een van de oprichters van uw startup-team moet op zijn minst voldoende kennis hebben van productontwikkeling om het proces te beheren.
Als u van plan bent om uiteindelijk externe financiering van professionele investeerders te zoeken, dan heeft u beslist een team van oprichters nodig. Professionele startup-investeerders weten dat een team van oprichters veel meer kans van slagen heeft dan een solo-oprichter.
Het ideale mede-oprichtersteam voor de meeste hardware-startups is een hardware-engineer, een programmeur en een marketeer.
Mede-oprichters inschakelen klinkt misschien als de perfecte oplossing voor uw problemen, maar er zijn ook enkele ernstige nadelen. Allereerst is het vinden van medeoprichters moeilijk en zal dit waarschijnlijk enorm veel tijd kosten. Dat is kostbare tijd die niet wordt besteed aan het ontwikkelen van uw product.
Het vinden van mede-oprichters is niet iets dat je moet overhaasten en je moet de tijd nemen om de juiste match te vinden. Ze moeten niet alleen je vaardigheden complimenteren, maar je moet ze ook echt persoonlijk leuk vinden. Je gaat in wezen ten minste een paar jaar met ze trouwen, dus zorg ervoor dat je goed met hen kunt opschieten.
Het belangrijkste nadeel van het aantrekken van mede-oprichters is dat ze uw eigen vermogen in het bedrijf verminderen. Alle oprichters van een bedrijf zouden eigenlijk een gelijk eigen vermogen in het bedrijf moeten hebben. Dus als je nu solo gaat, wees dan bereid om elke mede-oprichter de helft van je bedrijf te geven.
3) Uitbesteden aan freelancers
Een van de beste manieren om hiaten in de technische bekwaamheid van uw team op te vullen, is door uitbesteding aan freelance engineers.
Houd er rekening mee dat voor de meeste producten meerdere ingenieurs met verschillende specialiteiten nodig zijn, dus u moet de verschillende ingenieurs zelf beheren. Uiteindelijk zal iemand van het oprichtende team als projectmanager moeten dienen.
Zorg ervoor dat u een elektrotechnisch ingenieur vindt die ervaring heeft met het ontwerpen van het type elektronica dat uw product nodig heeft. Elektrotechniek is een enorm vakgebied en veel ingenieurs hebben geen ervaring met het ontwerpen van schakelingen.
Zorg er voor de 3D-ontwerper voor dat je iemand vindt die ervaring heeft met spuitgiettechnologie, anders krijg je waarschijnlijk een product dat kan worden geprototypeerd maar niet in massa kan worden vervaardigd.
4) Uitbesteden aan een ontwikkelingsbedrijf
De bekendste productontwerpbedrijven zoals Frog, IDEO, Fuse Project, etc. kunnen fantastische productontwerpen genereren, maar ze zijn waanzinnig duur.
Startups moeten koste wat het kost dure ontwerpbedrijven vermijden. Topontwerpbureaus kunnen $ 500k + vragen om uw nieuwe product volledig te ontwikkelen. Zelfs als u het zich kunt veroorloven om een duur productontwikkelingsbedrijf in te huren, doe het dan niet. Niet alleen zult u dat geld waarschijnlijk nooit terugkrijgen, u wilt ook niet de fout maken om een hardware-startup op te richten die niet erg betrokken is bij de daadwerkelijke productontwikkeling.
5) Partner met een fabrikant
Een manier die u kunt nastreven, is samenwerken met een buitenlandse fabrikant die al producten maakt die op uw product lijken.
Grote fabrikanten zullen hun eigen engineering- en ontwikkelingsafdelingen hebben om aan hun eigen producten te werken. Als u een fabrikant kunt vinden die al iets vergelijkbaars met uw eigen product maakt, kan deze mogelijk alles voor u doen: ontwikkeling, engineering, prototyping, matrijsproductie en fabricage.
Deze strategie kan uw ontwikkelingskosten vooraf verlagen. Fabrikanten zullen deze kosten echter afschrijven, wat betekent dat er voor de eerste productieruns extra kosten per product worden toegevoegd. Dit werkt in wezen als een renteloze lening, waardoor u uw ontwikkelingskosten langzaam aan de fabrikant kunt terugbetalen.
Klinkt goed en gemakkelijk, dus wat is de vangst? Het belangrijkste risico dat u bij deze strategie moet overwegen, is dat u alles met betrekking tot uw product in één bedrijf onderbrengt.
Ze zullen zeker een exclusieve productieovereenkomst willen, in ieder geval totdat hun kosten zijn terugverdiend. Dit betekent dat u niet kunt migreren naar een goedkopere productieoptie wanneer uw productievolume toeneemt.
Houd er ook rekening mee dat veel fabrikanten mogelijk een deel of alle intellectuele rechten op uw product willen.
Deel 2 - Ontwikkel de elektronica
De ontwikkeling van de elektronica voor uw product kan worden onderverdeeld in zeven stappen: voorlopig productieontwerp, schematisch diagram, PCB-layout, definitieve stuklijst, prototype, test en programma en tot slot certificering.
Stap 1 - Maak een voorlopig productieontwerp
Bij het ontwikkelen van een nieuw elektronisch hardwareproduct moet u eerst beginnen met een voorlopig productieontwerp . Dit is niet te verwarren met een Proof-of-Concept (POC) prototype.
Een POC-prototype wordt meestal gebouwd met behulp van een ontwikkelkit zoals een Arduino. Ze kunnen soms handig zijn om te bewijzen dat uw productconcept het gewenste probleem oplost. Maar een POC-prototype is verre van een productieontwerp. Zelden kunt u naar de markt gaan met een Arduino ingebed in uw product.
Een voorlopig productieontwerp richt zich op de productiecomponenten, kosten, winstmarge, prestaties, kenmerken, haalbaarheid en produceerbaarheid van uw product.
U kunt een voorlopig productieontwerp gebruiken om schattingen te maken voor alle kosten die uw product nodig heeft. Het is belangrijk om nauwkeurig de kosten te kennen om het product te ontwikkelen, te prototypen, te programmeren, te certificeren, op te schalen en te vervaardigen.
Een voorlopig productieontwerp zal de volgende relevante vragen beantwoorden. Is mijn product haalbaar om te ontwikkelen? Kan ik het me veroorloven dit product te ontwikkelen? Hoe lang duurt het voordat ik mijn product heb ontwikkeld? Kan ik het product in massa vervaardigen? Kan ik het met winst verkopen?
Veel ondernemers maken de fout om de voorlopige ontwerpstap van de productie over te slaan en in plaats daarvan meteen het schematische schakelschema te ontwerpen. Door dit te doen, zou je uiteindelijk kunnen ontdekken dat je al deze moeite en zuurverdiende geld hebt uitgegeven aan een product dat niet betaalbaar kan worden ontwikkeld, vervaardigd of, belangrijker nog, met winst kan worden verkocht.
Stap 1A - Systeemblokschema
Bij het maken van het voorlopige productieontwerp moet u beginnen met het definiëren van het blokschema op systeemniveau. Dit diagram specificeert elke elektronische functie en hoe alle functionele componenten met elkaar verbonden zijn.
De meeste producten hebben een microcontroller of een microprocessor nodig met verschillende componenten (displays, sensoren, geheugen, enz.) Die via verschillende seriële poorten met de microcontroller zijn verbonden.
Door een systeemblokschema te maken, kunt u eenvoudig het type en aantal vereiste seriële poorten identificeren. Dit is een essentiële eerste stap om de juiste microcontroller voor uw product te selecteren.
Stap 1B - Selectie van productiecomponenten
Vervolgens moet u de verschillende productiecomponenten selecteren: microchips, sensoren, displays en connectoren op basis van de gewenste functies en de beoogde verkoopprijs van uw product. Hiermee kunt u vervolgens een voorlopige stuklijst (BOM) maken.
In de VS zijn Newark, Digikey, Arrow, Mouser en Future de meest populaire leveranciers van elektronische componenten. U kunt de meeste elektronische componenten in één aanschaffen (voor prototyping en eerste tests) of tot duizenden (voor productie in kleine volumes).
Zodra u hogere productievolumes bereikt, bespaart u geld door sommige componenten rechtstreeks bij de fabrikant aan te schaffen.
Stap 1C - Schat de productiekosten
U moet nu een schatting maken van de productiekosten (of kosten van verkochte goederen - COGS) voor uw product. Het is van cruciaal belang om zo snel mogelijk te weten hoeveel het kost om uw product te vervaardigen.
U moet de productie-eenheidskosten van uw product kennen om de beste verkoopprijs, de voorraadkosten en vooral hoeveel winst u kunt maken te bepalen.
De productiecomponenten die u heeft geselecteerd, hebben natuurlijk een grote invloed op de productiekosten.
Maar om een nauwkeurige schatting van de productiekosten te krijgen, moet u ook de kosten van de PCB-assemblage, de assemblage van het eindproduct, het testen van het product, de verpakking in de detailhandel, het uitvalpercentage, retouren, logistiek, invoerrechten en opslag opnemen.
Stap 2 - Ontwerp het schematische schakelschema
Nu is het tijd om het schakelschema te ontwerpen op basis van het systeemblokschema dat u in stap 1 hebt gemaakt.
Het schematische diagram laat zien hoe elk onderdeel, van microchips tot weerstanden, met elkaar verbonden is. Terwijl een systeemblokschema voornamelijk gericht is op de productfunctionaliteit van een hoger niveau, gaat een schematisch diagram over de kleine details.
Iets eenvoudigs als een verkeerd genummerde pin op een component in een schema kan een volledig gebrek aan functionaliteit veroorzaken.
In de meeste gevallen heeft u voor elk blok van uw systeemblokschema een apart subcircuit nodig. Deze verschillende subcircuits worden vervolgens met elkaar verbonden om het volledige schakelschema te vormen.
Er wordt speciale elektronica-ontwerpsoftware gebruikt om het schematische diagram te maken en ervoor te zorgen dat het vrij is van fouten. Ik raad het gebruik van een pakket genaamd DipTrace aan dat betaalbaar, krachtig en gebruiksvriendelijk is.
Stap 3 - Ontwerp de printplaat (PCB)
Zodra het schema is voltooid, ontwerpt u nu de printplaat (PCB). De PCB is het fysieke bord dat alle elektronische componenten vasthoudt en verbindt.
De ontwikkeling van het systeemblokschema en de schematische schakeling is grotendeels conceptueel van aard geweest. Een PCB-ontwerp is echter een heel echte wereld.
De printplaat is ontworpen in dezelfde software die het schematische diagram heeft gemaakt. De software zal verschillende verificatietools hebben om ervoor te zorgen dat de PCB-lay-out voldoet aan de ontwerpregels voor het gebruikte PCB-proces en dat de PCB overeenkomt met het schema.
Over het algemeen geldt: hoe kleiner het product en hoe strakker de componenten bij elkaar zijn verpakt, hoe langer het duurt om de PCB-layout te maken. Als uw product grote hoeveelheden stroom levert of draadloze connectiviteit biedt, is de PCB-lay-out nog kritischer en tijdrovender.
Voor de meeste PCB-ontwerpen zijn de meest kritische onderdelen de stroomroutering, hogesnelheidssignalen (kristalklokken, adres- / datalijnen, enz.) En eventuele draadloze circuits.
Stap 4 - Genereer de definitieve stuklijst (BOM)
Hoewel u al een voorlopige stuklijst had moeten maken als onderdeel van uw voorlopige productieontwerp, is het nu tijd voor de volledige productiestuklijst.
Het belangrijkste verschil tussen de twee zijn de talrijke goedkope componenten zoals weerstanden en condensatoren. Deze componenten kosten meestal maar een cent of twee, dus ik vermeld ze niet apart in de voorlopige stuklijst.
Maar om de PCB daadwerkelijk te vervaardigen, heeft u een complete stuklijst nodig met elk onderdeel vermeld. Deze stuklijst wordt meestal automatisch aangemaakt door de schematische ontwerpsoftware. De stuklijst bevat de onderdeelnummers, hoeveelheden en alle componentspecificaties.
Stap 5 - Bestel de PCB-prototypes
Het maken van elektronische prototypes is een proces in twee stappen. De eerste stap produceert de kale printplaten. Met uw circuitontwerpsoftware kunt u de PCB-lay-out uitvoeren in een formaat genaamd Gerber met één bestand voor elke PCB-laag.
Deze Gerber-bestanden kunnen voor kleine oplages naar een prototypewinkel worden gestuurd. Dezelfde bestanden kunnen ook aan een grotere fabrikant worden geleverd voor productie van grote volumes.
De tweede stap is dat alle elektronische componenten op het bord worden gesoldeerd. Vanuit uw ontwerpsoftware kunt u een bestand uitvoeren met de exacte coördinaten van elk onderdeel dat op het bord is geplaatst. Hierdoor kan de montagewerkplaats het solderen van elk onderdeel op uw printplaat volledig automatiseren.
Uw goedkoopste optie is om uw PCB-prototypes in China te produceren. Hoewel het meestal het beste is als u uw prototypes dichter bij huis kunt maken om vertragingen bij verzending te verminderen, is het voor veel ondernemers belangrijker om de kosten te minimaliseren.
Voor het produceren van je prototype boards in China raad ik Seeed Studio ten zeerste aan. Ze bieden fantastische prijzen voor hoeveelheden van 5 tot 8.000 borden. Ze bieden ook 3D-printservices, waardoor ze een one-stop-shop zijn. Andere Chinese prototypefabrikanten van PCB's met een goede reputatie zijn onder meer Gold Phoenix PCB en Bittele Electronics.
In de VS raad ik Sunstone Circuits, Screaming Circuits en San Francisco Circuits aan, die ik op grote schaal heb gebruikt om mijn eigen ontwerpen te prototypen. Het duurt 1-2 weken om de planken in elkaar te zetten, tenzij u betaalt voor spoedservice, wat ik zelden aanbeveel.
Stap 6 - Evalueer, programmeer, foutopsporing en herhaal
Nu is het tijd om het prototype van de elektronica te evalueren. Houd er rekening mee dat uw eerste prototype zelden perfect zal werken. U zult waarschijnlijk verschillende iteraties doorlopen voordat u het ontwerp afrondt. Dit is het moment waarop u eventuele problemen met uw prototype zult identificeren, debuggen en oplossen.
Dit kan een moeilijke fase zijn om te voorspellen, zowel in termen van kosten als tijd. Eventuele bugs die u tegenkomt, zijn natuurlijk onverwacht, dus het kost tijd om de oorzaak van de bug te achterhalen en hoe u deze het beste kunt oplossen.
Evaluatie en testen gebeuren meestal parallel met het programmeren van de microcontroller. Voordat u begint met programmeren, wilt u echter op zijn minst een aantal basistests uitvoeren om er zeker van te zijn dat het bord geen grote problemen heeft.
Bijna alle moderne elektronische producten bevatten een microchip, een microcontroller-eenheid (MCU) genaamd, die fungeert als het 'brein' voor het product. Een microcontroller lijkt sterk op een microprocessor in een computer of smartphone.
Een microprocessor blinkt uit in het snel verplaatsen van grote hoeveelheden gegevens, terwijl een microcontroller uitblinkt in het koppelen en besturen van apparaten zoals schakelaars, sensoren, displays, motoren, enz. Een microcontroller is zo ongeveer een vereenvoudigde microprocessor.
De microcontroller moet worden geprogrammeerd om de gewenste functionaliteit uit te voeren.
Microcontrollers zijn bijna altijd geprogrammeerd in de veelgebruikte computertaal 'C'. Het programma, firmware genaamd, wordt opgeslagen in een permanent maar herprogrammeerbaar geheugen, meestal intern in de microcontroller-chip.
Stap 7 - Certificeer uw product
Alle verkochte elektronische producten moeten verschillende soorten certificering hebben. De vereiste certificeringen variëren afhankelijk van het land waarin het product wordt verkocht. We dekken de vereiste certificeringen in de VS, Canada en de Europese Unie.
FCC (Federal Communications Commission)
FCC-certificering is vereist voor alle elektronische producten die in de Verenigde Staten worden verkocht. Alle elektronische producten zenden een bepaalde hoeveelheid elektromagnetische straling uit (dwz radiogolven), dus de FCC wil ervoor zorgen dat producten de draadloze communicatie niet storen.
Er zijn twee categorieën FCC-certificering. Welk type vereist is voor uw product, hangt ervan af of uw product draadloze communicatiemogelijkheden heeft, zoals Bluetooth, WiFi, ZigBee of andere draadloze protocollen.
De FCC classificeert producten met draadloze communicatiefuncties als opzettelijke radiatoren . Producten die niet opzettelijk radiogolven uitzenden, worden geclassificeerd als onbedoelde stralers . Opzettelijke radiatorcertificering kost u ongeveer 10 keer zoveel als niet-opzettelijke radiatorcertificering.
Overweeg om in eerste instantie elektronische modules te gebruiken voor de draadloze functies van uw product. Hierdoor kunt u alleen rondkomen met alleen niet-opzettelijke radiatorcertificering, wat u minstens $ 10.000 bespaart.
UL (Underwriters Laboratories) / CSA (Canadian Standards Association)
UL- of CSA-certificering is nodig voor alle elektrische producten die in de Verenigde Staten of Canada worden verkocht en die op een stopcontact worden aangesloten.
Producten met alleen batterijen die niet op een stopcontact kunnen worden aangesloten, hebben geen UL / CSA-certificering nodig. De meeste grote detailhandelaren en / of productaansprakelijkheidsverzekeraars zullen echter eisen dat uw product UL- of CSA-gecertificeerd is.
CE (Conformité Européene)
CE-certificering is vereist voor de meeste elektronische producten die in de Europese Unie (EU) worden verkocht. Het is vergelijkbaar met de FCC- en UL-certificeringen die vereist zijn in de Verenigde Staten.
RoHS
RoHS-certificering zorgt ervoor dat een product loodvrij is. RoHS-certificering is vereist voor elektrische producten die worden verkocht in de Europese Unie (EU) of de staat Californië. Omdat de economie van Californië zo groot is, zijn de meeste producten die in de VS worden verkocht RoHS-gecertificeerd.
Lithiumbatterijcertificeringen (UL1642, IEC61233 en UN38.3)
Oplaadbare lithium-ion- / polymeerbatterijen hebben enkele ernstige veiligheidsproblemen. Bij kortsluiting of overladen kunnen ze zelfs in brand vliegen.
Herinner je je de dubbele terugroepactie op de Samsung Galaxy Note 7 vanwege dit probleem? Of de verhalen over verschillende hoverboards die in vlammen opgaan?
Vanwege deze veiligheidsproblemen moeten oplaadbare lithiumbatterijen worden gecertificeerd. Voor de meeste producten raad ik aan om in eerste instantie standaardbatterijen te gebruiken die deze certificeringen al hebben. Dit beperkt echter uw keuzes en de meeste lithiumbatterijen zijn niet gecertificeerd.
Dit is voornamelijk te wijten aan het feit dat de meeste hardwarebedrijven ervoor kiezen om een batterij op maat te laten maken om te profiteren van alle beschikbare ruimte in een product. Om deze reden doen de meeste batterijfabrikanten niet de moeite om hun standaardbatterijen gecertificeerd te krijgen.
Deel 3 - Ontwikkel de behuizing
Nu behandelen we de ontwikkeling en prototyping van op maat gemaakte plastic onderdelen. Bij de meeste producten is dit in ieder geval de behuizing die alles bij elkaar houdt.
Voor de ontwikkeling van op maat gemaakte plastic of metalen stukken is een 3D-modelleringsexpert nodig, of beter nog een industrieel ontwerper.
Als uiterlijk en ergonomie cruciaal zijn voor uw product, dan wilt u een industrieel ontwerper inhuren. Industrieel ontwerpers zijn bijvoorbeeld de ingenieurs die draagbare apparaten zoals een iPhone er zo cool en strak uit laten zien.
Als het uiterlijk niet cruciaal is voor uw product, kunt u waarschijnlijk rondkomen door een 3D-modelbouwer in te huren, en deze zijn meestal aanzienlijk goedkoper dan een industrieel ontwerper.
Stap 1 - Maak een 3D-model
De eerste stap bij het ontwikkelen van de buitenkant van uw product is het maken van een 3D-computer
model. De twee grote softwarepakketten die worden gebruikt voor het maken van 3D-modellen zijn Solidworks en PTC Creo (voorheen Pro / Engineer).
Autodesk biedt nu echter een cloudgebaseerde 3D-modelleringstool die volledig gratis is voor studenten, hobbyisten en startups. Het heet Fusion 360. Als je je eigen 3D-modellering wilt doen, en je bent niet gebonden aan Solidworks of PTC Creo, overweeg dan zeker Fusion 360.
Zodra uw industriële of 3D-modelleringsontwerper het 3D-model heeft voltooid, kunt u er fysieke prototypes van maken. Het 3D-model kan ook worden gebruikt voor marketingdoeleinden, zeker voordat u over functionele prototypes beschikt.
Als u van plan bent uw 3D-model voor marketingdoeleinden te gebruiken, wilt u een fotorealistische versie van het model laten maken. Zowel Solidworks als PTC Creo hebben fotorealistische modules beschikbaar.
U kunt ook een fotorealistische 3D-animatie van uw product laten maken. Houd er rekening mee dat u mogelijk een aparte ontwerper moet inhuren die is gespecialiseerd in animatie en om 3D-modellen er realistisch uit te laten zien.
Het grootste risico als het gaat om het ontwikkelen van het 3D-model voor uw behuizing, is dat u een ontwerp krijgt dat kan worden geprototypeerd maar niet in volume kan worden vervaardigd.
Uiteindelijk wordt uw behuizing geproduceerd met een methode die hogedrukspuitgieten wordt genoemd (zie stap 4 hieronder voor meer informatie).
Het ontwikkelen van een onderdeel voor productie met behulp van spuitgieten kan behoorlijk complex zijn en er moeten veel regels worden gevolgd. Aan de andere kant kan zo ongeveer alles worden geprototypeerd via 3D-printen.
Neem dus alleen iemand in dienst die alle complexiteit en ontwerpvereisten voor spuitgieten volledig begrijpt.
Stap 2 - Bestel prototypes van cases (of koop een 3D-printer)
Plastic prototypes worden gebouwd met behulp van een additief proces (meest gebruikelijk) of een subtractief proces. Een additief proces, zoals 3D-printen, creëert het prototype door dunne lagen plastic op elkaar te stapelen om het eindproduct te creëren.
Additieve processen zijn verreweg de meest voorkomende vanwege hun vermogen om zo ongeveer alles te creëren wat u maar kunt bedenken.
Een subtractief proces, zoals CNC-bewerking, neemt in plaats daarvan een blok vast productieplastic en snijdt het eindproduct uit.
Het voordeel van subtractieve processen is dat je een kunststofhars kunt gebruiken die exact overeenkomt met het uiteindelijke productieplastic dat je gaat gebruiken. Dit is belangrijk voor sommige producten, maar voor de meeste producten is dit niet essentieel.
Bij additieve processen wordt een speciale prototyping-hars gebruikt, en deze kan een ander gevoel hebben dan het productieplastic. Harsen die worden gebruikt in additieve processen zijn aanzienlijk verbeterd, maar ze passen nog steeds niet bij de productieplastics die worden gebruikt bij het spuitgieten.
Ik noemde dit al, maar het verdient het om nog eens benadrukt te worden. Wees gewaarschuwd dat prototypingprocessen (additief en subtractief) totaal anders zijn dan de technologie die wordt gebruikt voor productie (spuitgieten). U moet voorkomen dat u prototypes maakt (vooral met additieve prototyping) die onmogelijk te vervaardigen zijn.
In het begin hoeft u het prototype niet per se alle regels voor spuitgieten te laten volgen, maar u moet ze in gedachten houden, zodat uw ontwerp gemakkelijker kan worden omgezet naar spuitgieten.
Talloze bedrijven kunnen uw 3D-model gebruiken om er een fysiek prototype van te maken. Proto Labs is het bedrijf dat ik persoonlijk aanbeveel. Ze bieden zowel additieve als subtractieve prototyping, evenals spuitgieten in kleine volumes.
U kunt ook overwegen om uw eigen 3D-printer aan te schaffen, vooral als u denkt dat u verschillende iteraties nodig heeft om uw product goed te krijgen. 3D-printers zijn nu te koop voor slechts een paar honderd dollar, zodat u zoveel prototypeversies kunt maken als u wilt.
Het echte voordeel van uw eigen 3D-printer is dat u uw prototype vrijwel onmiddellijk kunt herhalen, waardoor uw time-to-market wordt verkort.
Stap 3 - Evalueer de prototypes van de behuizing
Nu is het tijd om de prototypes van de behuizing te evalueren en het 3D-model indien nodig te wijzigen. Er zijn bijna altijd meerdere prototype-iteraties nodig om het behuizingsontwerp precies goed te krijgen.
Hoewel u met 3D-computermodellen de behuizing kunt visualiseren, is niets te vergelijken met het vasthouden van een echt prototype in uw hand. Er zullen vrijwel zeker zowel functionele als cosmetische veranderingen zijn die je wilt aanbrengen als je eenmaal je eerste echte prototype hebt. Plan om meerdere prototypeversies nodig te hebben om alles goed te krijgen.
Het ontwikkelen van het plastic voor uw nieuwe product is niet per se gemakkelijk of goedkoop, vooral niet als de esthetiek van cruciaal belang is voor uw product. De echte complicaties en kosten ontstaan echter wanneer u overgaat van de prototypefase naar volledige productie.
Stap 4 - Overgang naar spuitgieten
Hoewel de elektronica waarschijnlijk het meest complexe en dure onderdeel van uw product is om te ontwikkelen, zal het plastic het duurst zijn om te vervaardigen. De productie van uw kunststof onderdelen door middel van spuitgieten is extreem duur.
De meeste plastic producten die tegenwoordig worden verkocht, zijn gemaakt met behulp van een echt oude fabricagetechniek die spuitgieten wordt genoemd. Het is erg belangrijk dat u dit proces begrijpt.
Je begint met een stalen mal, dit zijn twee stukken staal die onder hoge druk bij elkaar worden gehouden. De mal heeft een uitgesneden holte in de vorm van het gewenste product. Vervolgens wordt heet gesmolten plastic in de mal gespoten.
Spuitgiettechnologie heeft één groot voordeel: het is een goedkope manier om miljoenen dezelfde plastic stukken te maken. De huidige spuitgiettechnologie maakt gebruik van een gigantische schroef om plastic onder hoge druk in een mal te persen, een proces dat in 1946 werd uitgevonden. In vergelijking met 3D-printen is spuitgieten oud!
Spuitgietmatrijzen zijn buitengewoon efficiënt in het maken van veel van hetzelfde tegen zeer lage kosten per eenheid. Maar de mallen zelf zijn schrikbarend duur. Een mal die is ontworpen om miljoenen van een product te maken, kan $ 100.000 bereiken! Deze hoge kosten zijn vooral omdat het plastic onder zo'n hoge druk wordt geïnjecteerd, wat extreem sterk is voor een mal.
Om deze omstandigheden te weerstaan worden mallen gemaakt van harde metalen. Hoe meer injecties er nodig zijn, hoe harder het benodigde metaal en hoe hoger de kosten.
U kunt bijvoorbeeld aluminium mallen gebruiken om enkele duizenden eenheden te maken. Aluminium is zacht, dus het degradeert zeer snel. Omdat het echter zachter is, is het ook gemakkelijker om er een mal van te maken, dus de kosten zijn lager - slechts $ 1-2k voor een eenvoudige mal.
Naarmate het beoogde volume voor de mal toeneemt, neemt ook de vereiste metaalhardheid toe en daarmee de kosten. De doorlooptijd om een matrijs te maken neemt ook toe bij harde metalen zoals staal. Het kost de matrijzenmaker veel meer tijd om een stalen mal uit te snijden (machinale bewerking genoemd) dan een zachtere aluminium mal.
U kunt uw productiesnelheid uiteindelijk verhogen door meerdere caviteitsvormen te gebruiken.
Ze stellen u in staat om meerdere kopieën van uw onderdeel te maken met een enkele plastic injectie.
Maar spring niet in meerdere caviteitsvormen voordat u eventuele wijzigingen aan uw oorspronkelijke vormen heeft doorgevoerd. Het is verstandig om ten minste enkele duizenden eenheden te laten draaien voordat u upgradet naar mallen met meerdere holtes.
Conclusie
Dit artikel heeft u een basisoverzicht gegeven van het proces van het ontwikkelen van een nieuw elektronisch hardwareproduct, ongeacht uw technisch niveau. Dit proces omvat het selecteren van de beste ontwikkelingsstrategie en het ontwikkelen van de elektronica en behuizing voor uw product.
Over de auteur
