Vergleichsanleitung zur effizienten Herstellung elektronischer Gehäuse für Ihre Produkte

Angenommen, Sie befinden sich in der Endphase des Prototyping oder haben ein neues elektronisches Produkt entwickelt und möchten Ihr Produkt auf dem Mainstream-Markt vergrößern und verkaufen. Während Sie die Leiterplatten, Sensoren und andere elektronische / elektrische Komponenten problemlos beschaffen können, stoßen Sie häufig auf ein Gehäuse, insbesondere wenn das Produkt ein individuelles Gehäuse benötigt oder wenn das Produkt regelmäßig mit dem Benutzer interagiert.

In diesem Artikel erfahren Sie, wie Sie am häufigsten ein Gehäuse für Ihr Produkt erhalten, wie Sie den richtigen Gehäusetyp auswählen und wo Sie nach einem Dienstleister suchen. Da die meisten von Ihnen nach einem kostengünstigen, langlebigen und einfach herzustellenden Gehäuse suchen, konzentrieren wir uns auf Kunststoff, da dieser für die oben genannten Merkmale hervorragende Arbeit leistet.

Die gebräuchlichste Art, Ihrem Produkt ein Gehäuse zu geben, ist:

1. Standardgehäuse & Paneele
2. 3d Drucken
3. Spritzguss

Zusätzlich zu den Informationen im Artikel werden wir jede Methode mit dem folgenden digitalen IR-Thermometergehäuse (komplexe Form, komplizierte Details) bewerten, um Ihnen einen Eindruck vom realen Szenario zu vermitteln.

Die Hauptkriterien, anhand derer wir jede Methode bewerten, sind Kosten, Zeit, Anpassung, Komplexität, Qualität und Skalierbarkeit. Wir werden Standardgehäuse mit 3D-Druck und Spritzguss vergleichen.

Kriterien	Fertiges Gehäuse	3d Drucken	Spritzguss
Kosten	Die Kosten sind proportional zur Menge. Sie können jedoch für ein besseres Angebot verhandeln, wenn die Menge erheblich ist ⭐	Die Kosten sind proportional zur Druckzeit. Bereich von 300-600 INR pro Stunde abhängig vom Material (Nachbearbeitung zusätzlich)	Hohe Anschaffungskosten für das Werkzeugdesign und sehr günstige Herstellungskosten. Wenn die Menge erheblich ist, werden die Werkzeugkonstruktionskosten auf die Stückkosten verteilt.
Zeit	Keine zeitlichen Einschränkungen. Bestellen und liefern lassen ⭐	Nach dem Design ist die zum Drucken jedes Teils erforderliche Zeit proportional zur Menge.	Nach dem Design, dem Werkzeugdesign und dem Werkzeugbau dauert es einige Zeit (von einer Woche bis zu einem Monat). Sobald das Werkzeug fertig ist, können Sie Hunderte oder sogar Tausende von Produkten an einem Tag herstellen.
Anpassung	Sehr niedrig bis Nr	Vollständig anpassbar und mehrere Iterationen möglich ⭐	Sobald Sie das Formdesign fertiggestellt haben, ist keine Anpassung mehr möglich.
Komplexität des Produkts	Gehäuse für Standardprodukte.	Komplexe und komplizierte Strukturen ohne Aufpreis möglich ⭐	Komplexe und komplizierte Strukturen möglich, jedoch mit einem Aufpreis
Qualität beenden	Meistens gut. Kann aber nicht angepasst werden.	Grob & geschichtet Ausnahme: Acetonbehandelte ABS-Teile	Glänzendes und mattes Finish ⭐
Rahmen	Keine Grenzen auf der Skala ⭐	Machbar für weniger als 1000 Stück	Machbar ab 1000 Stück

Standardfertiges Gehäuse

Wenn Ihr Projekt Standardkomponenten wie Arduino, RaspberryPi und einige Standardkomponenten oder Sensoren umfasst, finden Sie höchstwahrscheinlich online ein Standardgehäuse. Nachfolgend finden Sie einige Beispiele für Readymade-Gehäuse.

Sie finden sie auf lokalen Online-Sites sowie auf vielen internationalen Websites wie Alibaba oder Aliexpress. Einige Verkäufer können Ihnen bei der Anpassung helfen, wenn Sie eine bestimmte Mindestmenge haben. Wenn Ihr Produkt etwas ähnelt, das bereits auf dem Markt vorhanden ist, können Sie auf diese hinterhältige Weise auf den Hersteller des Produktgehäuses zurückgreifen und versuchen, einen Deal auszuhandeln.

In einem anderen wahrscheinlichen Fall, in dem mehrere Komponenten zusammengebaut sind und die Ästhetik keine Rolle spielt, ist die beste Wahl eine Pulverbeschichtungs-Metallplatte, auf der Sie die Komponenten wie Steuerungen, Relais usw. auf Din- fixieren können. Schienen. Sie können ganz einfach finden din-Schienenmontage Arduino / Himbeer - Controller Gehäuse, Hutschienen-Relais, DIN - Schienen - Netzteile usw. online. Sie können das Bedienfeld sogar ein wenig anpassen, um Anzeigen und Schalter an der Bedienfeldtür einzuschließen. Die Plattengrößen können von einigen Zentimetern bis zu einigen Metern variieren. Diese Methode ist in der industriellen Automatisierungsbranche üblich.

Zurück zu unserem Thermometer-Beispielgehäuse: Auf keiner Website finden wir ein solches Gehäuse. Sie haben jedoch Glück, wenn Sie ein Spritzgussunternehmen finden, das bereits ein ähnliches Gehäuse herstellt, das Ihren Anforderungen entspricht. Der große Nachteil hierbei ist, dass Ihr Produkt für sich genommen nicht einzigartig aussieht, da Ihr Gehäusehersteller auch an jedermann auf der ganzen Welt verkauft.

Vorteile von Readymade Casing

Wenn das fertige Gehäuse Ihren Anforderungen entspricht, dann-

• Schnellere Lieferungen
• Sie müssen weder Zeit noch Geld investieren
• Bessere Oberflächenqualität

Nachteile von Readymade Casing

• Keine oder nur minimale Anpassung
• Keine Materialoptionen

3d Drucken

Wenn die Standardgehäuse nicht zu Ihnen passen, ist der 3D-Druck eine großartige Möglichkeit, Ihr Produkt in Schwung zu bringen. Der 3D-Druck eignet sich hervorragend für das Prototyping. Zunächst werden Sie nur nach wenigen Mengen suchen (wahrscheinlich nach einigen hundert) und möchten den Markt für Ihr Produkt testen, bevor Sie eine bedeutende Investition tätigen. Das Drucken Ihres Produkts erfordert nicht viel Zeit und Kosten, sobald das CAD-Design fertig ist.

Wenn Sie mehr über den 3D-Druck erfahren möchten, lesen Sie den Artikel über die ersten Schritte mit dem 3D-Druck und andere 3D-Druckprojekte, die wir zuvor als Inspiration erstellt haben.

CAD-Konstruktion von Teilen → Schneiden (in der Schneidsoftware) → 3D-Druck → Nachbearbeitung

1. Zunächst erstellen Sie ein 3D-Modell des Gehäuses
2. Importieren Sie das 3D-Modell in die Slicing-Software wie Cura, Simple3D und Slic3R

Beim Schneiden wird Ihr 3D-Modell in Ebenen und Codes konvertiert, die der 3D-Drucker verstehen kann.

Sie können die Träger visualisieren und die zum Drucken erforderliche Zeit schätzen, indem Sie verschiedene Druckparameter einstellen.

1. Anschließend erfolgt 3D-Druck und Nachbearbeitung. Die Nachbearbeitung umfasst das Entfernen von Trägern, das Entspannen und die chemische Behandlung der Oberflächenbeschaffenheit bei ABS-Material.

Viele 3D-Druckdienstleister erhalten Ihr Design über ihre Website oder per E-Mail, drucken es aus und senden das gedruckte Produkt an Sie - und das alles innerhalb einer Woche. Problemlos! Ist es nicht. 3D-Druckdienstleister berechnen Ihnen eine Gebühr basierend auf der für den Druck Ihres Produkts erforderlichen Zeit. Der Stundensatz hängt von der Art des von Ihnen ausgewählten Materials ab.

Es ist wichtig, dass Sie sich einiger wichtiger Faktoren bewusst sind, wenn Sie sich für den 3D-Druck entscheiden. Diese Faktoren sind Materialien des Produkts und Faktoren, die die Verarbeitungszeit und damit Ihre Kosten beeinflussen.

Derzeit sind die beiden häufigsten Methoden des 3D-Drucks:

Fused Deposition Modeling (FDM)

Auch als Fused Filament Fabrication (FFF) bekannt, ist ein additiver Herstellungsprozess, bei dem ein Objekt durch selektives Abscheiden von geschmolzenem Material in einem vorgegebenen Pfad Schicht für Schicht hergestellt wird. Die verwendeten Materialien sind thermoplastische Polymere und liegen in Filamentform vor.

Stereolithographie (SLA)

SLA verwendet einen Hochleistungslaser, um das flüssige Harz im Druckbett zu härten und die gewünschte 3D-Form zu erzeugen - ein Prozess, der als Polymerisation bekannt ist. Es gibt viele Arten des lichtbasierten 3D-Drucks, der allgemein als digitale Lichtverarbeitung (DLP) klassifiziert wird.

	Fused Deposition Modeling (FDM)	Stereolithographie (SLA)
Anwendung	Standardteile	Teil mit komplizierten Oberflächen (Schmuck & Kleinteile) Kleine elektronische Gehäuse
Kosten	Billiger
Zeit		Schneller
Fertigstellung	Im Allgemeinen grob und geschichtet Glatt bei mit Aceton behandeltem ABS	Glatt
Materialien	Am häufigsten: PLA, ABS, Nylon, HIPS, PET, PC	Standardharz, klares Harz, zähes oder haltbares Harz und Hochtemperaturharz.

Bleiben wir vorerst bei FDM, da es allgemein verfügbar ist und zu unserer Diskussion passt.

Entwurfsüberlegungen für den 3D-Druck

Bei der Entwicklung des Produkts ist es wichtig, die Einschränkungen der auf dem Markt erhältlichen 3D-Drucker zu kennen. Es ist wichtig, dass Sie sich mit der Funktionsweise des FDM 3D-Druckers vertraut machen.

Für den Fall, dass Sie sich mit CAD-Konstruktionen nicht besonders gut auskennen, empfehle ich Ihnen, professionelle 3D-Konstruktionsdienstleistungen in Anspruch zu nehmen. In einigen Fällen bieten die 3D-Druckdienstleister selbst 3D-Konstruktionsdienstleistungen an. Diese Dienste sind kostenpflichtig - meist pro Stunde. Die wichtigsten Entwurfsüberlegungen sind

Montage: Wenn Sie mehrere Teile haben, die zu einem endgültigen Objekt zusammengebaut werden, müssen Sie über die Vorkehrungen nachdenken, die getroffen werden müssen, um die Teile zusammenzufügen - passende Teile, Schrauben usw.

Überhängen : Die Realität ist, dass FDM-3D-Drucker nicht hervorragend zum Drucken überhängender oder steil geneigter Oberflächen geeignet sind. Sie bekommen raue Oberflächen, Sie brauchen Unterstützung, die Sie nachbearbeiten müssen.

Komplexität: Komplexität bedeutet Komplexität wie dünne Teile, winzige Merkmale und sehr komplexe Formen. Während 3D-Drucker all dies mit Leichtigkeit erledigen sollen, funktionieren sie manchmal nicht gut.

Hier sind die Faktoren, die Sie berücksichtigen müssen, wenn Sie vom Entwurf zum 3D-Druckprozess übergehen.

Prozessüberlegungen für den 3D-Druck

Alle Prozessüberlegungen wirken sich auf die Druckzeit und die Qualität des fertigen Objekts aus.

Alle diese Parameter können mit der Slicing-Software (Cura, Simple3D & Slic3R) visualisiert und analysiert werden.

Orientierung ist wichtig: Das Bild unten zeigt warum. Versuchen Sie, das Teil so auszurichten, dass weniger Unterstützung und weniger Aufhängen erforderlich sind. Die beste Ausrichtung führt zu einem besseren Finish und einer kürzeren Druckzeit.

Schichtdicke / Schichthöhe: Die Schichtdicke ist ein Maß für die Schichthöhe jeder aufeinanderfolgenden Materialzugabe im 3D-Druckprozess, in dem Schichten gestapelt werden. Verringern Sie die Schichtdicke, verlängern Sie die Druckzeit und verbessern Sie die Oberflächenqualität. Das folgende Bild gibt Ihnen einen Überblick über die Beziehung zwischen Schichtdicke und Druckzeit.

Fülldichte: Die Fülldichte ist die Menge des im Objekt gedruckten Filaments. Dies hängt direkt mit der Stärke, dem Gewicht und der Druckdauer Ihres Drucks zusammen. In unserem Fall - Gehäuse - werden wir nicht auf die Füllungsdichte stoßen, da unser Teil eine Hülle und kein festes Objekt ist. Wenn Sie ein festes Teil haben, dann mehr Füllungsdichte, mehr Festigkeit und mehr Druckzeit.

Unterstützungen: Unterstützungsstrukturen für den 3D-Druck sind nicht Teil des Modells. Sie werden verwendet, um Teile des Modells beim Drucken zu unterstützen. Dies bedeutet, dass Sie nach dem Drucken zusätzlich die Strukturen entfernen müssen, bevor das Modell einsatzbereit ist.

Es gibt andere Faktoren wie Druckgeschwindigkeit, Schalendicke, Düsendurchmesser, Extrusionstemperatur und Floß, über die Sie sich keine Sorgen machen müssen, da diese vom Dienstanbieter auf optimale Werte eingestellt werden

Nachbearbeitung: ABS-Teile können nach dem 3D-Druck mit Aceton behandelt werden, um ein glänzendes Aussehen zu erhalten.

Nachfolgend finden Sie den Vergleich der mit Aceton behandelten ABS- und nicht behandelten ABS-Objekte. Die Botschaft, die ich vermitteln möchte, lautet: Druckqualität, die in Bezug auf Funktionalität und Ästhetik optimal ist.

Software Wird für das Design verwendet

Kostenlos: Sketchup, Blender 3D, Open SCAD.

Bezahlt: Solidworks, CATIA, NX-CAD, 3DS max

Zum Schneiden verwendete Software - Kostenlos: Cura, Simple3D, Slic3R

3D-Druckkostenanalyse

Die Kosten für den 3D-Druck hängen von Ihrer Materialauswahl und der zum Drucken eines Produkts erforderlichen Zeit ab.

Die Kosten liegen normalerweise zwischen 300 und 600 INR. Darüber hinaus werden Zusatzleistungen wie die ABS-Acetonbehandlung zusätzlich berechnet (50-100 INR).

Schauen wir uns die Druckkosten unseres digitalen IR-Thermometers an. Das Drucken einer Basisversion unseres digitalen IR-Thermometers dauert 4 Stunden und 11 Minuten. Sie können auch das zuvor gebaute kontaktlose IR-Thermometer mit einem 3D-gedruckten Gehäuse überprüfen.

Prozessparameter: Schichthöhe: 0,25 mm, Druckgeschwindigkeit 60 mm / s. Da wir uns für ABS-Material ohne Nachbearbeitung entscheiden, würde uns dies für einen Druck etwa 1200 INR kosten.

Vorteile des 3D-Drucks

• Gestaltungsfreiheit
• Rapid Prototyping - Freiheit für Iterationen
• Print on Demand und zahlen nur für das, was Sie drucken

Nachteile des 3D-Drucks

• Begrenzte Materialauswahl
• Begrenztes Build-Volumen
• Oberflächenqualität

Markttrend für 3D-Druck

Da die 3D-Druckdienste leichter verfügbar sind, können die Preise für den 3D-Druck sinken. Die 3D-High Area Rapid Printing-Technologie von Azul ist eine revolutionäre SLA-Methode, mit der jedoch jeweils eine Schicht des gesamten Bettes gedruckt werden kann. Es wird jedoch einige Zeit dauern, bis der Markt erreicht ist.

Spritzguss

Spritzguss ist die branchenweit am weitesten verbreitete Massenfertigungsmethode und am besten geeignet, wenn Sie Tausende von Produkten herstellen möchten. Wenn Sie ein Produkt aus Kunststoff in Ihrer Umgebung betrachten, wird es wahrscheinlich durch Spritzgießen hergestellt. Die Herstellung des ersten Produkts kostet viel Zeit und Geld, aber sobald dies erledigt ist, können Sie Hunderte oder sogar Tausende von Produkten an einem Tag zu einem sehr günstigen Preis herstellen.

Wie läuft der Prozess für das Spritzgießen ab?

Produktdesign → Werkzeugdesign (Formdesign) → Probeläufe → Massenfertigung → Nachbearbeitung

1. Zuerst machen Sie das Produktdesign genauso wie beim 3D-Druck - entweder selbst oder durch einen professionellen CAD-Designer.

2. Anschließend geben Sie das Produktdesign zusammen mit anderen Details wie Materialauswahl, Menge und Art der Endbearbeitung an einen Werkzeugkonstrukteur (meistens Spritzgießdienstleister) weiter. Der Dienstleister entwirft das Werkzeug (dh die Form) und analysiert die Übereinstimmung von Teilen, Formfluss und allen anderen Parametern gemäß Ihrem Produktdesign und den gewünschten Spezifikationen.

Sobald dies fertig ist, führt der Dienstanbieter einen Testlauf durch und nimmt bei Bedarf Korrekturen vor. Schließlich geht er zur Massenfertigung über. Die Nachbearbeitung umfasst Aktionen wie das Entfernen von Flash & Gates und das Polieren.

Form / Werkzeug ist ein Metallblock mit dem negativen / entgegengesetzten Profil des Objekts, das Sie herstellen möchten. Es besteht aus einem Kernblock und einem Hohlraumblock zusammen mit anderen tragenden Teilen wie einem Kühlsystem, einem Auswerferstift usw. Beim Spritzgießen fließt der erhitzte Kunststoff in den Hohlraum und kühlt ab. Das Teil wird dann automatisch ausgeworfen und anschließend nachbearbeitet. Dazu gehören das Entfernen von Blitzen und Toren sowie das Polieren.

Im Spritzguss verwendete Materialien

Die meisten handelsüblichen Kunststoffe können im Spritzgussverfahren verwendet werden.

Die Eigenschaft des fertigen Produkts hat also die Eigenschaft des von Ihnen ausgewählten Materials.

ZB: Polycarbonat und Polystyrol für transparente Produkte, Polypropylen (PP & PET) eignen sich für Kunststoffmaterialien in Lebensmittelqualität, Polyetherimid (PEI) für hohe Wärmebeständigkeit.

Bei flexiblen Materialien wie Polyurethan oder Silikonkautschuk variiert das Spritzgusskonzept etwas. Jedes Material hat unterschiedliche Herstellungskosten. Formen sind für ein bestimmtes Kunststoffmaterial ausgelegt. Werkzeuge / Formen, die für ein bestimmtes Material entwickelt wurden, sind möglicherweise nicht für ein anderes Material geeignet, da jedes Material auf unterschiedliche Weise schrumpft. Entscheiden Sie also Ihr Material in der Entwurfsphase.

Das Werkzeug oder die Form hat eine Lebensdauer. Das Material und die Kosten des Werkzeugs hängen von der geschätzten Anzahl der Produkte ab, die Sie herstellen möchten. Die Mindestlebensdauer eines Werkzeugs beträgt ca. 5000 Stück. Schätzen Sie also die Menge im Anfangsstadium fair ab.

Viele Faktoren spielen aufgrund der Verarbeitung und der Komplexität des Produkts eine Rolle - zum Beispiel:

Wenn Sie eine sehr gute Qualität benötigen, beinhaltet das Werkzeugdesign bestimmte Funktionen, die die Kosten erhöhen.

Wenn es sehr komplizierte Strukturen gibt, die die konventionelle Werkzeugherstellung erschweren, verwendet der Werkzeughersteller unkonventionelle Methoden, die die Kosten erhöhen.

Alles, was Sie tun müssen, ist klar zu machen, was Sie wollen - Design, Menge, Verarbeitung und Material.

Kostenbetrachtung für Spritzguss

Wenden Sie sich an den Dienstleister, der eine End-to-End-Lösung anbietet, dh vom Werkzeugdesign bis zur Produktherstellung, um Koordinationsprobleme zu vermeiden. Der Dienstleister kümmert sich um alle Faktoren gemäß Ihren Anforderungen an Design, Menge, Material und Verarbeitung.

Es gibt zwei Möglichkeiten, wie Sie die Kostenstruktur festlegen können. Wir werden unser digitales IR-Thermometer als Beispiel nehmen, um den Unterschied in der Kostenstruktur zu analysieren.

Separate Kosten für Werkzeugkonstruktion und Werkzeugherstellung und separate Kosten pro Einheit für die Produktherstellung, einschließlich Materialkosten, Maschinenkosten, Arbeitskosten usw. Der Dienstleister berechnet Ihnen die Konstruktion und Herstellung des Werkzeugs separat. Und er berechnet die Produkte separat. In diesem Fall fallen erhebliche anfängliche Fixkosten (z. B. 1-2 lac INR) und Produktkosten pro Einheit (z. B. 10-50 INR) an.

Fertigprodukt pro Einheit, das sowohl die Herstellungskosten als auch die Werkzeugkosten umfasst. In diesem Fall werden die festen Anfangskosten für Werkzeugkonstruktion und -herstellung auf die Menge des Produkts verteilt. Beispiel: Diese Kosten (z. B. 2 lac INR) werden zusätzlich zu den Herstellungskosten des Produkts (z. B. 20 INR) auf die Gesamtmenge (5000 Stück) verteilt, die Sie bestellen.

Also 200000 INR / 5000 Einheiten = 40 INR (Werkzeugkosten) + 20 INR (Produktkosten) = 60 INR (Gesamtkosten)

Diese Kostenstruktur entlastet die anfänglichen Werkzeugkosten und macht die Kosten des Gehäuses variabel.

Vorteile des Formens

• Am besten für große Produktmengen
• Gute Verarbeitung - glänzende oder matte Oberfläche
• Große Materialauswahl

Nachteile des Formens

• Hohe Anfangszeit & Kosten

Bonus-Thema

Wenn Sie Ihre Produkte auf dem Mainstream-Markt platzieren, müssen Sie das Produkt möglicherweise so entwerfen und herstellen, dass es einen bestimmten Schutz vor Eindringen und Stößen bietet. Dies dient dazu, Ihren Kunden die Zuverlässigkeit des Produkts effektiv zu vermitteln.

IP-Schutzart: IP-Schutzart (oder "Ingress Protection") sind internationale Standards, die verwendet werden, um den Grad der Dichtwirkung von elektrischen Gehäusen gegen das Eindringen von Fremdkörpern (Werkzeuge, Schmutz usw.) und Feuchtigkeit zu definieren.

IK-Bewertung

Die IK-Werte geben die Schutzgrade an, die elektrische Gehäuse gegen äußere mechanische Einflüsse bieten. Die IK-Bewertungsskala gibt die Fähigkeit eines Gehäuses an, den in Joule (J) gemessenen Aufprallenergieniveaus zu widerstehen.