Ultimativer Leitfaden - Entwicklung eines neuen elektronischen Hardwareprodukts

Sie möchten also ein neues elektronisches Hardwareprodukt entwickeln? Lassen Sie mich mit den guten Nachrichten beginnen - es ist möglich. Sie können ein Hardwareprodukt unabhängig von Ihrem technischen Niveau entwickeln und müssen nicht unbedingt Ingenieur sein, um erfolgreich zu sein (obwohl dies sicherlich hilfreich ist).

Egal, ob Sie Unternehmer, Startup, Hersteller, Erfinder oder kleines Unternehmen sind, dieser Leitfaden hilft Ihnen, den neuen Produktentwicklungsprozess zu verstehen.

Ich werde dich aber nicht anlügen. Es ist eine unglaublich lange und schwierige Reise, ein neues Hardwareprodukt auf den Markt zu bringen. Obwohl Hardware als hart bekannt ist, ist es für Einzelpersonen und kleine Teams heute einfacher als je zuvor, neue Hardwareprodukte zu entwickeln.

Wenn Sie jedoch nach einer einfachen und schnellen Möglichkeit suchen, Geld zu verdienen, sollten Sie sofort aufhören zu lesen, da die Markteinführung eines neuen Hardwareprodukts alles andere als einfach oder schnell ist.

In diesem Handbuch werde ich zunächst die Produktentwicklungsstrategien sowohl für technische Entwickler als auch für nichttechnische Unternehmer erläutern, die ein neues elektronisches Hardwareprodukt erstellen möchten. Dann werden wir mit der Entwicklung der Elektronik fortfahren, gefolgt von der Entwicklung des Kunststoffgehäuses.

Teil 1 - Produktentwicklungsstrategien

Unternehmer und Startups haben im Wesentlichen fünf Möglichkeiten, ein neues Hardwareprodukt zu entwickeln. Die beste Gesamtstrategie ist jedoch oft eine Kombination dieser fünf Entwicklungsstrategien.

1) Entwickeln Sie das Produkt selbst

Dies ist selten eine tragfähige Strategie für sich. Nur sehr wenige Menschen verfügen über alle Fähigkeiten, um ein marktreifes elektronisches Produkt vollständig selbst zu entwickeln.

Selbst wenn Sie Ingenieur sind, sind Sie ein Experte für Elektronikdesign, Programmierung, 3D-Modellierung, Spritzguss und Fertigung? Wahrscheinlich nicht. Auch die meisten dieser Spezialitäten bestehen aus zahlreichen Subspezialitäten.

Wenn Sie jedoch über die erforderlichen Fähigkeiten verfügen, sparen Sie auf lange Sicht umso mehr Geld, je weiter Sie die Entwicklung Ihres Produkts selbst vorantreiben.

Zum Beispiel habe ich vor ungefähr 6 Jahren mein eigenes Hardwareprodukt auf den Markt gebracht. Das Produkt war mechanisch komplexer als elektrisch. Ich bin ausgebildeter Elektronikingenieur und kein Maschinenbauingenieur, daher habe ich zunächst ein paar freiberufliche Maschinenbauingenieure eingestellt.

Ich war jedoch schnell frustriert darüber, wie langsam die Dinge gingen. Immerhin habe ich fast jede Wachstunde an mein Produkt gedacht! Ich war besessen davon, mein Produkt so schnell wie möglich zu entwickeln und auf den Markt zu bringen. Aber die Ingenieure, die ich engagierte, jonglierten mit vielen anderen Projekten und schenkten meinem Projekt nicht die Aufmerksamkeit, die ich für verdient hielt.

Also beschloss ich, alles zu lernen, was nötig war, um das mechanische Design selbst zu machen. Niemand war motivierter als ich, mein Produkt zu entwickeln und auf den Markt zu bringen. Letztendlich konnte ich das mechanische Design viel schneller fertigstellen (und das für viel weniger Geld).

Die Moral der Geschichte ist es, so viel von der Entwicklung zu machen, wie es Ihre Fähigkeiten erlauben, aber auch nicht zu weit zu gehen. Wenn Ihre Fähigkeiten als Subexperte dazu führen, dass Sie ein nicht optimales Produkt entwickeln, ist dies ein großer Fehler. Außerdem werden alle neuen Fähigkeiten, die Sie erlernen müssen, Zeit in Anspruch nehmen, was letztendlich die Markteinführungszeit verlängern kann. Ziehen Sie immer Experten hinzu, um Lücken in Ihrem Fachwissen zu schließen.

Einige meiner Lieblingswebsites zum Erlernen der Elektronikentwicklung sind Hackster.io, Build Electronic Circuits, Bald Engineer, Adafruit, Sparkfun, Make Magazine und All About Circuits. Schauen Sie sich unbedingt den YouTube-Kanal AddOhms an, der einige absolut hervorragende Einführungsvideos zum Erlernen der Elektronik enthält.

2) Technische Mitbegründer mitbringen

Wenn Sie ein nicht-technischer Gründer sind, sollten Sie unbedingt einen technischen Mitbegründer hinzuziehen. Einer der Gründer Ihres Startup-Teams muss zumindest genug über die Produktentwicklung wissen, um den Prozess zu verwalten.

Wenn Sie vorhaben, von externen Investoren eine Drittfinanzierung zu erhalten, brauchen Sie auf jeden Fall ein Team von Gründern. Professionelle Startup-Investoren wissen, dass ein Team von Gründern mit größerer Wahrscheinlichkeit Erfolg hat als ein Solo-Gründer.

Das ideale Mitbegründerteam für die meisten Hardware-Startups ist ein Hardware-Ingenieur, ein Programmierer und ein Vermarkter.

Mitgründer zu gewinnen mag nach der perfekten Lösung für Ihre Probleme klingen, aber es gibt auch einige schwerwiegende Nachteile. Erstens ist es schwierig, Mitbegründer zu finden, und es wird wahrscheinlich enorm viel Zeit in Anspruch nehmen. Das ist wertvolle Zeit, die nicht für die Entwicklung Ihres Produkts aufgewendet wird.

Das Finden von Mitbegründern sollte man nicht eilen und man muss sich Zeit nehmen, um das richtige Match zu finden. Sie müssen nicht nur Ihre Fähigkeiten ergänzen, sondern Sie müssen sie auch wirklich persönlich mögen. Sie werden im Wesentlichen für mindestens ein paar Jahre mit ihnen verheiratet sein, stellen Sie also sicher, dass Sie gut miteinander auskommen.

Der größte Nachteil bei der Anwerbung von Mitbegründern besteht darin, dass sie Ihr Eigenkapital im Unternehmen reduzieren. Alle Gründer eines Unternehmens sollten wirklich das gleiche Eigenkapital im Unternehmen haben. Wenn Sie jetzt alleine unterwegs sind, sollten Sie bereit sein, jedem Mitbegründer die Hälfte Ihres Unternehmens zu geben.

3) Auslagerung an freiberufliche Ingenieure

Eine der besten Möglichkeiten, um Lücken in den technischen Fähigkeiten Ihres Teams zu schließen, ist das Outsourcing an freiberufliche Ingenieure.

Denken Sie daran, dass für die meisten Produkte mehrere Ingenieure mit unterschiedlichen Fachgebieten erforderlich sind, sodass Sie die verschiedenen Ingenieure selbst verwalten müssen. Letztendlich muss jemand im Gründungsteam als Projektmanager fungieren.

Stellen Sie sicher, dass Sie einen Elektrotechniker finden, der Erfahrung in der Entwicklung der für Ihr Produkt erforderlichen Elektronik hat. Die Elektrotechnik ist ein riesiges Fachgebiet und vielen Ingenieuren fehlt die Erfahrung mit dem Schaltungsdesign.

Stellen Sie für den 3D-Designer sicher, dass Sie jemanden finden, der Erfahrung mit Spritzgusstechnologie hat. Andernfalls erhalten Sie wahrscheinlich ein Produkt, das als Prototyp, aber nicht als Massenware hergestellt werden kann.

4) Auslagerung an eine Entwicklungsfirma

Die bekanntesten Produktdesignfirmen wie Frog, IDEO, Fuse Project usw. können fantastische Produktdesigns generieren, aber sie sind wahnsinnig teuer.

Startups sollten teure Designfirmen um jeden Preis vermeiden. Top-Designfirmen können über 500.000 USD für die vollständige Entwicklung Ihres neuen Produkts verlangen. Selbst wenn Sie es sich leisten können, eine teure Produktentwicklungsfirma zu beauftragen, tun Sie es nicht. Sie werden dieses Geld wahrscheinlich nicht nur nie zurückerhalten, sondern auch nicht den Fehler machen, ein Hardware-Startup zu gründen, das nicht stark an der eigentlichen Produktentwicklung beteiligt ist.

5) Partnerschaft mit einem Hersteller

Eine Möglichkeit besteht darin, mit einem ausländischen Hersteller zusammenzuarbeiten, der bereits Produkte herstellt, die Ihrem Produkt ähnlich sind.

Große Hersteller werden ihre eigenen Konstruktions- und Entwicklungsabteilungen haben, um an ihren eigenen Produkten zu arbeiten. Wenn Sie einen Hersteller finden, der bereits etwas Ähnliches wie Ihr eigenes Produkt herstellt, kann er möglicherweise alles für Sie tun - Entwicklung, Engineering, Prototyping, Formenbau und Fertigung.

Diese Strategie kann Ihre Entwicklungskosten im Voraus senken. Die Hersteller werden diese Kosten jedoch amortisieren, was bedeutet, dass für die ersten Produktionsläufe zusätzliche Kosten pro Produkt hinzugefügt werden. Dies funktioniert im Wesentlichen wie ein zinsloses Darlehen, mit dem Sie Ihre Entwicklungskosten langsam an den Hersteller zurückzahlen können.

Klingt großartig und einfach, also was ist der Haken? Das Hauptrisiko bei dieser Strategie besteht darin, dass Sie alles, was mit Ihrem Produkt zu tun hat, in einem einzigen Unternehmen zusammenfassen.

Sie werden sicherlich eine exklusive Fertigungsvereinbarung wünschen, zumindest bis ihre Kosten erstattet sind. Dies bedeutet, dass Sie nicht auf eine billigere Fertigungsoption migrieren können, wenn Ihr Produktionsvolumen steigt.

Seien Sie auch gewarnt, dass viele Hersteller möglicherweise einen Teil oder alle geistigen Rechte an Ihrem Produkt wünschen.

Teil 2 - Entwicklung der Elektronik

Die Entwicklung der Elektronik für Ihr Produkt kann in sieben Schritte unterteilt werden: vorläufiges Produktionsdesign, schematisches Diagramm, Leiterplattenlayout, endgültige Stückliste, Prototyp, Test und Programm sowie endgültige Zertifizierung.

Schritt 1 - Erstellen Sie ein vorläufiges Produktionsdesign

Bei der Entwicklung eines neuen elektronischen Hardwareprodukts sollten Sie zunächst mit einem vorläufigen Produktionsdesign beginnen . Dies ist nicht mit einem Proof-of-Concept (POC) -Prototyp zu verwechseln.

Ein POC-Prototyp wird normalerweise mit einem Entwicklungskit wie einem Arduino erstellt. Sie können manchmal nützlich sein, um zu beweisen, dass Ihr Produktkonzept das gewünschte Problem löst. Ein POC-Prototyp ist jedoch weit davon entfernt, ein Produktionsdesign zu sein. Selten können Sie mit einem in Ihr Produkt eingebetteten Arduino auf den Markt kommen.

Ein vorläufiges Produktionsdesign konzentriert sich auf die Produktionskomponenten, Kosten, Gewinnspanne, Leistung, Merkmale, Durchführbarkeit und Herstellbarkeit Ihres Produkts.

Sie können ein vorläufiges Produktionsdesign verwenden, um Schätzungen für alle Kosten zu erstellen, die Ihr Produkt benötigt. Es ist wichtig, die Kosten für die Entwicklung, den Prototyp, das Programm, die Zertifizierung, die Skalierung und die Herstellung des Produkts genau zu kennen.

Ein vorläufiges Produktionsdesign beantwortet die folgenden relevanten Fragen. Kann mein Produkt entwickelt werden? Kann ich es mir leisten, dieses Produkt zu entwickeln? Wie lange werde ich brauchen, um mein Produkt zu entwickeln? Kann ich das Produkt in Serie herstellen? Kann ich es mit Gewinn verkaufen?

Viele Unternehmer machen den Fehler, den vorläufigen Produktionsentwurfsschritt zu überspringen und stattdessen direkt mit dem Entwurf des schematischen Schaltplans zu beginnen. Auf diese Weise stellen Sie möglicherweise fest, dass Sie all diese Anstrengungen und hart verdientes Geld für ein Produkt ausgegeben haben, das nicht kostengünstig entwickelt, hergestellt oder vor allem mit Gewinn verkauft werden kann.

Schritt 1A - Systemblockdiagramm

Bei der Erstellung des vorläufigen Produktionsdesigns sollten Sie zunächst das Blockdiagramm auf Systemebene definieren. Dieses Diagramm zeigt jede elektronische Funktion und wie alle Funktionskomponenten miteinander verbunden sind.

Die meisten Produkte erfordern einen Mikrocontroller oder einen Mikroprozessor mit verschiedenen Komponenten (Anzeigen, Sensoren, Speicher usw.), die über verschiedene serielle Schnittstellen mit dem Mikrocontroller verbunden sind.

Durch Erstellen eines Systemblockdiagramms können Sie den Typ und die Anzahl der erforderlichen seriellen Schnittstellen leicht identifizieren. Dies ist ein wesentlicher erster Schritt zur Auswahl des richtigen Mikrocontrollers für Ihr Produkt.

Schritt 1B - Auswahl der Produktionskomponenten

Als Nächstes müssen Sie die verschiedenen Produktionskomponenten auswählen: Mikrochips, Sensoren, Displays und Anschlüsse, basierend auf den gewünschten Funktionen und dem angestrebten Verkaufspreis Ihres Produkts. Auf diese Weise können Sie eine vorläufige Stückliste erstellen.

In den USA sind Newark, Digikey, Arrow, Mouser und Future die beliebtesten Anbieter von elektronischen Bauteilen. Sie können die meisten elektronischen Komponenten in einer (für Prototyping und erste Tests) oder bis zu Tausenden (für die Herstellung in kleinen Stückzahlen) erwerben.

Sobald Sie ein höheres Produktionsvolumen erreicht haben, sparen Sie Geld, indem Sie einige Komponenten direkt vom Hersteller kaufen.

Schritt 1C - Schätzen Sie die Produktionskosten

Sie sollten jetzt die Produktionskosten (oder die Kosten der verkauften Waren - COGS) für Ihr Produkt schätzen. Es ist wichtig, so schnell wie möglich zu wissen, wie viel die Herstellung Ihres Produkts kosten wird.

Sie müssen die Herstellungsstückkosten Ihres Produkts kennen, um den besten Verkaufspreis, die Lagerkosten und vor allem den Gewinn zu ermitteln, den Sie erzielen können.

Die von Ihnen ausgewählten Produktionskomponenten haben natürlich einen großen Einfluss auf die Herstellungskosten.

Um eine genaue Schätzung der Herstellungskosten zu erhalten, müssen Sie jedoch auch die Kosten für die Leiterplattenmontage, die Endproduktmontage, die Produktprüfung, die Einzelhandelsverpackung, die Ausschussrate, die Rückgabe, die Logistik, die Zölle und die Lagerhaltung berücksichtigen.

Schritt 2 - Entwerfen Sie den schematischen Schaltplan

Jetzt ist es Zeit, den schematischen Schaltplan basierend auf dem Systemblockdiagramm zu entwerfen, das Sie in Schritt 1 erstellt haben.

Das schematische Diagramm zeigt, wie jede Komponente, von Mikrochips bis zu Widerständen, miteinander verbunden wird. Während sich ein Systemblockdiagramm hauptsächlich auf die übergeordnete Produktfunktionalität konzentriert, dreht sich in einem schematischen Diagramm alles um die kleinen Details.

Etwas so Einfaches wie ein falsch nummerierter Pin an einer Komponente in einem Schaltplan kann zu einem völligen Mangel an Funktionalität führen.

In den meisten Fällen benötigen Sie für jeden Block Ihres Systemblockdiagramms einen separaten Teilkreis. Diese verschiedenen Teilschaltungen werden dann miteinander verbunden, um den vollständigen schematischen Schaltplan zu bilden.

Eine spezielle Elektronik-Design-Software wird verwendet, um das schematische Diagramm zu erstellen und sicherzustellen, dass es fehlerfrei ist. Ich empfehle die Verwendung eines Pakets namens DipTrace, das erschwinglich, leistungsstark und einfach zu bedienen ist.

Schritt 3 - Entwerfen Sie die Leiterplatte (PCB)

Sobald der Schaltplan fertig ist, entwerfen Sie die Leiterplatte. Die Leiterplatte ist die physische Karte, die alle elektronischen Komponenten hält und verbindet.

Die Entwicklung des Systemblockdiagramms und der schematischen Schaltung war größtenteils konzeptioneller Natur. Ein PCB-Design ist jedoch eine sehr reale Welt.

Die Leiterplatte wurde in derselben Software entworfen, mit der das schematische Diagramm erstellt wurde. Die Software verfügt über verschiedene Überprüfungswerkzeuge, um sicherzustellen, dass das Leiterplattenlayout den Entwurfsregeln für den verwendeten Leiterplattenprozess entspricht und dass die Leiterplatte dem Schaltplan entspricht.

Je kleiner das Produkt und je enger die Komponenten zusammengepackt sind, desto länger dauert es im Allgemeinen, das PCB-Layout zu erstellen. Wenn Ihr Produkt große Mengen an Strom leitet oder drahtlose Konnektivität bietet, ist das PCB-Layout noch kritischer und zeitaufwändiger.

Bei den meisten Leiterplattenkonstruktionen sind die Stromleitung, Hochgeschwindigkeitssignale (Quarzuhren, Adress- / Datenleitungen usw.) und alle drahtlosen Schaltungen die kritischsten Teile.

Schritt 4 - Generieren Sie die endgültige Stückliste

Obwohl Sie im Rahmen Ihres vorläufigen Produktionsdesigns bereits eine vorläufige Stückliste erstellt haben sollten, ist es jetzt Zeit für die vollständige Stückliste.

Der Hauptunterschied zwischen den beiden sind die zahlreichen kostengünstigen Komponenten wie Widerstände und Kondensatoren. Diese Komponenten kosten normalerweise nur ein oder zwei Cent, daher liste ich sie in der vorläufigen Stückliste nicht separat auf.

Um die Leiterplatte tatsächlich herzustellen, benötigen Sie jedoch eine vollständige Stückliste mit jeder aufgelisteten Komponente. Diese Stückliste wird normalerweise automatisch von der Schaltplanentwurfssoftware erstellt. In der Stückliste sind die Teilenummern, Mengen und alle Komponentenspezifikationen aufgeführt.

Schritt 5 - Bestellen Sie die PCB-Prototypen

Das Erstellen elektronischer Prototypen erfolgt in zwei Schritten. Im ersten Schritt werden die blanken Leiterplatten hergestellt. Mit Ihrer Schaltungsentwurfs-Software können Sie das Leiterplattenlayout in einem Format namens Gerber mit einer Datei für jede Leiterplattenschicht ausgeben.

Diese Gerber-Dateien können für kleine Auflagen an einen Prototyp-Shop gesendet werden. Die gleichen Dateien können auch einem größeren Hersteller für die Massenproduktion zur Verfügung gestellt werden.

Im zweiten Schritt werden alle elektronischen Komponenten auf die Platine gelötet. Über Ihre Konstruktionssoftware können Sie eine Datei ausgeben, in der die genauen Koordinaten aller auf der Platine platzierten Komponenten angezeigt werden. Auf diese Weise kann die Montagewerkstatt das Löten aller Komponenten auf Ihrer Leiterplatte vollständig automatisieren.

Ihre billigste Option ist die Herstellung Ihrer Leiterplattenprototypen in China. Obwohl es normalerweise am besten ist, wenn Sie Ihr Prototyping näher an Ihrem Wohnort durchführen können, um Versandverzögerungen zu reduzieren, ist es für viele Unternehmer wichtiger, die Kosten zu minimieren.

Für die Herstellung Ihrer Prototyp-Boards in China empfehle ich Seeed Studio. Sie bieten fantastische Preise für Mengen von 5 bis 8.000 Boards. Sie bieten auch 3D-Druckdienste an, die sie zu einem One-Stop-Shop machen. Andere chinesische Hersteller von PCB-Prototypen mit gutem Ruf sind Gold Phoenix PCB und Bittele Electronics.

In den USA empfehle ich Sunstone Circuits, Screaming Circuits und San Francisco Circuits, mit denen ich meine eigenen Designs ausgiebig prototypisiert habe. Es dauert 1-2 Wochen, um zusammengebaute Boards zu erhalten, es sei denn, Sie zahlen für einen Eilservice, den ich selten empfehle.

Schritt 6 - Auswerten, Programmieren, Debuggen und Wiederholen

Jetzt ist es Zeit, den Prototyp der Elektronik zu evaluieren. Denken Sie daran, dass Ihr erster Prototyp selten perfekt funktioniert. Sie werden höchstwahrscheinlich mehrere Iterationen durchlaufen, bevor Sie das Design fertigstellen. In diesem Fall identifizieren, debuggen und beheben Sie alle Probleme mit Ihrem Prototyp.

Dies kann sowohl hinsichtlich der Kosten als auch der Zeit eine schwierig zu prognostizierende Phase sein. Alle Fehler, die Sie finden, sind natürlich unerwartet. Daher dauert es einige Zeit, um die Ursache des Fehlers herauszufinden und herauszufinden, wie er am besten behoben werden kann.

Die Auswertung und Prüfung erfolgt in der Regel parallel zur Programmierung des Mikrocontrollers. Bevor Sie jedoch mit dem Programmieren beginnen, sollten Sie zumindest einige grundlegende Tests durchführen, um sicherzustellen, dass das Board keine größeren Probleme aufweist.

Nahezu alle modernen elektronischen Produkte enthalten einen Mikrochip, der als Microcontroller Unit (MCU) bezeichnet wird und als „Gehirn“ für das Produkt fungiert. Ein Mikrocontroller ist einem Mikroprozessor in einem Computer oder Smartphone sehr ähnlich.

Ein Mikroprozessor zeichnet sich dadurch aus, dass er große Datenmengen schnell bewegt, während ein Mikrocontroller Geräte wie Schalter, Sensoren, Anzeigen, Motoren usw. miteinander verbindet und steuert. Ein Mikrocontroller ist so ziemlich ein vereinfachter Mikroprozessor.

Der Mikrocontroller muss programmiert werden, um die gewünschte Funktionalität auszuführen.

Mikrocontroller werden fast immer in der allgemein verwendeten Computersprache 'C' programmiert. Das als Firmware bezeichnete Programm wird in einem permanenten, aber umprogrammierbaren Speicher gespeichert, der normalerweise im Mikrocontroller-Chip enthalten ist.

Schritt 7 - Zertifizieren Sie Ihr Produkt

Alle verkauften elektronischen Produkte müssen über verschiedene Zertifizierungsarten verfügen. Die erforderlichen Zertifizierungen variieren je nach Land, in dem das Produkt verkauft wird. Wir decken die in den USA, Kanada und der Europäischen Union erforderlichen Zertifizierungen ab.

FCC (Federal Communications Commission)

Für alle in den USA verkauften elektronischen Produkte ist eine FCC-Zertifizierung erforderlich. Alle elektronischen Produkte senden eine gewisse Menge elektromagnetischer Strahlung (dh Radiowellen) aus, daher möchte die FCC sicherstellen, dass Produkte die drahtlose Kommunikation nicht beeinträchtigen.

Es gibt zwei Kategorien von FCC-Zertifizierungen. Welcher Typ für Ihr Produkt erforderlich ist, hängt davon ab, ob Ihr Produkt über drahtlose Kommunikationsfunktionen wie Bluetooth, WiFi, ZigBee oder andere drahtlose Protokolle verfügt.

Die FCC klassifiziert Produkte mit drahtloser Kommunikationsfunktion als beabsichtigte Strahler . Produkte, die nicht absichtlich Radiowellen aussenden, werden als unbeabsichtigte Strahler eingestuft . Die absichtliche Kühlerzertifizierung kostet Sie ungefähr das Zehnfache der nicht absichtlichen Kühlerzertifizierung.

Erwägen Sie zunächst die Verwendung elektronischer Module für eine der drahtlosen Funktionen Ihres Produkts. Auf diese Weise können Sie nur mit einer nicht beabsichtigten Kühlerzertifizierung auskommen, wodurch Sie mindestens 10.000 US-Dollar sparen.

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

Die UL- oder CSA-Zertifizierung ist für alle in den USA oder Kanada verkauften elektrischen Produkte erforderlich, die an eine Netzsteckdose angeschlossen werden.

Nur-Batterie-Produkte, die nicht an eine Steckdose angeschlossen werden, erfordern keine UL / CSA-Zertifizierung. Die meisten großen Einzelhändler und / oder Produkthaftpflichtversicherungen verlangen jedoch, dass Ihr Produkt UL- oder CSA-zertifiziert ist.

CE (Conformité Européene)

Für die meisten in der Europäischen Union (EU) verkauften elektronischen Produkte ist eine CE-Zertifizierung erforderlich. Es ähnelt den in den USA erforderlichen FCC- und UL-Zertifizierungen.

RoHS

Die RoHS-Zertifizierung stellt sicher, dass ein Produkt bleifrei ist. Für elektrische Produkte, die in der Europäischen Union (EU) oder im Bundesstaat Kalifornien verkauft werden, ist eine RoHS-Zertifizierung erforderlich. Da die kalifornische Wirtschaft so bedeutend ist, sind die meisten in den USA verkauften Produkte RoHS-zertifiziert.

Lithiumbatterie-Zertifizierungen (UL1642, IEC61233 und UN38.3)

Wiederaufladbare Lithium-Ionen / Polymer-Batterien haben einige ernsthafte Sicherheitsbedenken. Wenn sie kurzgeschlossen oder überladen sind, können sie sogar in Flammen aufgehen.

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Aufgrund dieser Sicherheitsbedenken müssen wiederaufladbare Lithiumbatterien zertifiziert sein. Für die meisten Produkte empfehle ich zunächst die Verwendung von Standardbatterien, die bereits über diese Zertifizierungen verfügen. Dies schränkt jedoch Ihre Auswahl ein und die meisten Lithiumbatterien wurden nicht zertifiziert.

Dies ist in erster Linie auf die Tatsache zurückzuführen, dass sich die meisten Hardware-Unternehmen für eine Batterie entscheiden, die speziell entwickelt wurde, um den gesamten verfügbaren Platz in einem Produkt zu nutzen. Aus diesem Grund kümmern sich die meisten Batteriehersteller nicht darum, ihre Standardbatterien zertifizieren zu lassen.

Teil 3 - Entwickeln Sie das Gehäuse

Jetzt werden wir uns mit der Entwicklung und dem Prototyping von kundenspezifischen Kunststoffteilen befassen. Bei den meisten Produkten umfasst dies mindestens das Gehäuse, das alles zusammenhält.

Die Entwicklung von kundenspezifisch geformten Kunststoff- oder Metallteilen erfordert einen 3D-Modellierungsexperten oder besser noch einen Industriedesigner.

Wenn Aussehen und Ergonomie für Ihr Produkt entscheidend sind, sollten Sie einen Industriedesigner beauftragen. Zum Beispiel sind Industriedesigner die Ingenieure, die tragbare Geräte wie ein iPhone so cool und elegant aussehen lassen.

Wenn das Erscheinungsbild für Ihr Produkt nicht kritisch ist, können Sie wahrscheinlich mit der Einstellung eines 3D-Modellierers auskommen, und diese sind in der Regel erheblich billiger als ein Industriedesigner.

Schritt 1 - 3D-Modell erstellen

Der erste Schritt bei der Entwicklung des Äußeren Ihres Produkts ist die Erstellung eines 3D-Computers

Modell. Die beiden großen Softwarepakete zum Erstellen von 3D-Modellen sind Solidworks und PTC Creo (früher Pro / Engineer genannt).

Autodesk bietet jetzt jedoch ein Cloud-basiertes 3D-Modellierungswerkzeug, das für Studenten, Bastler und Startups völlig kostenlos ist. Es heißt Fusion 360. Wenn Sie Ihre eigene 3D-Modellierung durchführen möchten und weder an Solidworks noch an PTC Creo gebunden sind, sollten Sie Fusion 360 auf jeden Fall in Betracht ziehen.

Sobald Ihr Industrie- oder 3D-Modellierungsdesigner das 3D-Modell fertiggestellt hat, können Sie es in physische Prototypen umwandeln. Das 3D-Modell kann auch für Marketingzwecke verwendet werden, insbesondere bevor funktionale Prototypen verfügbar sind.

Wenn Sie Ihr 3D-Modell für Marketingzwecke verwenden möchten, möchten Sie eine fotorealistische Version des Modells erstellen. Sowohl Solidworks als auch PTC Creo verfügen über fotorealistische Module.

Sie können auch eine fotorealistische 3D-Animation Ihres Produkts erstellen. Denken Sie daran, dass Sie möglicherweise einen separaten Designer beauftragen müssen, der sich auf Animation spezialisiert hat und 3D-Modelle realistisch aussehen lässt.

Das größte Risiko bei der Entwicklung des 3D-Modells für Ihr Gehäuse besteht darin, dass Sie ein Design erhalten, das als Prototyp erstellt, aber nicht in großen Stückzahlen hergestellt werden kann.

Letztendlich wird Ihr Gehäuse nach einer Methode hergestellt, die als Hochdruckspritzguss bezeichnet wird (siehe Schritt 4 unten für weitere Einzelheiten).

Die Entwicklung eines Teils für die Produktion im Spritzgussverfahren kann sehr komplex sein, wobei viele Regeln zu beachten sind. Auf der anderen Seite kann fast alles per 3D-Druck prototypisiert werden.

Stellen Sie daher nur jemanden ein, der alle Komplexitäten und Designanforderungen für das Spritzgießen vollständig versteht.

Schritt 2 - Bestellen Sie Fallprototypen (oder kaufen Sie einen 3D-Drucker)

Kunststoffprototypen werden entweder nach einem additiven Verfahren (am häufigsten) oder nach einem subtraktiven Verfahren hergestellt. Ein additiver Prozess wie der 3D-Druck erstellt den Prototyp, indem dünne Kunststoffschichten gestapelt werden, um das Endprodukt zu erstellen.

Additive Prozesse sind bei weitem am häufigsten, da sie nahezu alles erzeugen können, was Sie sich vorstellen können.

Ein subtraktiver Prozess wie die CNC-Bearbeitung nimmt stattdessen einen Block aus festem Produktionskunststoff und schneidet das Endprodukt heraus.

Der Vorteil subtraktiver Prozesse besteht darin, dass Sie ein Kunststoffharz verwenden können, das genau zu dem endgültigen Produktionskunststoff passt, den Sie verwenden. Dies ist für einige Produkte wichtig, für die meisten Produkte ist dies jedoch nicht unbedingt erforderlich.

Bei additiven Verfahren wird ein spezielles Prototyping-Harz verwendet, das sich möglicherweise anders anfühlt als der Produktionskunststoff. In additiven Prozessen verwendete Harze haben sich erheblich verbessert, entsprechen jedoch immer noch nicht den im Spritzgussverfahren hergestellten Produktionskunststoffen.

Ich habe dies bereits erwähnt, aber es verdient, noch einmal hervorgehoben zu werden. Seien Sie gewarnt, dass Prototyping-Prozesse (additiv und subtraktiv) völlig anders sind als die für die Produktion verwendete Technologie (Spritzguss). Sie müssen vermeiden, Prototypen (insbesondere mit additivem Prototyping) zu erstellen, die nicht hergestellt werden können.

Am Anfang müssen Sie den Prototyp nicht unbedingt dazu bringen, alle Regeln für das Spritzgießen zu befolgen, aber Sie müssen sie berücksichtigen, damit Ihr Design einfacher auf das Spritzgießen umgestellt werden kann.

Zahlreiche Unternehmen können Ihr 3D-Modell in einen physischen Prototyp verwandeln. Proto Labs ist das Unternehmen, das ich persönlich empfehle. Sie bieten sowohl additives als auch subtraktives Prototyping sowie Spritzguss mit geringem Volumen.

Sie können auch einen eigenen 3D-Drucker kaufen, insbesondere wenn Sie der Meinung sind, dass Sie mehrere Iterationen benötigen, um Ihr Produkt richtig zu machen. 3D-Drucker können jetzt für nur ein paar hundert Dollar gekauft werden, sodass Sie beliebig viele Prototypversionen erstellen können.

Der eigentliche Vorteil eines eigenen 3D-Druckers besteht darin, dass Sie Ihren Prototyp fast sofort iterieren können, wodurch sich die Markteinführungszeit verkürzt.

Schritt 3 - Bewerten Sie die Gehäuse-Prototypen

Jetzt ist es Zeit, die Gehäuseprototypen zu evaluieren und das 3D-Modell nach Bedarf zu ändern. Es werden fast immer mehrere Prototyp-Iterationen benötigt, um das Gehäusedesign genau richtig zu machen.

Obwohl Sie mit 3D-Computermodellen das Gehäuse visualisieren können, ist nichts vergleichbar damit, einen echten Prototyp in der Hand zu halten. Es wird mit ziemlicher Sicherheit sowohl funktionale als auch kosmetische Änderungen geben, die Sie vornehmen möchten, sobald Sie Ihren ersten echten Prototyp haben. Planen Sie mehrere Prototypversionen ein, um alles richtig zu machen.

Die Entwicklung des Kunststoffs für Ihr neues Produkt ist nicht unbedingt einfach oder billig, insbesondere wenn die Ästhetik für Ihr Produkt von entscheidender Bedeutung ist. Die tatsächlichen Komplikationen und Kosten entstehen jedoch beim Übergang von der Prototypenphase zur vollständigen Produktion.

Schritt 4 - Übergang zum Spritzguss

Obwohl die Elektronik wahrscheinlich der komplexeste und teuerste Teil Ihres Produkts ist, ist die Herstellung des Kunststoffs am teuersten. Das Einrichten der Produktion Ihrer Kunststoffteile mittels Spritzguss ist extrem teuer.

Die meisten heute verkauften Kunststoffprodukte werden mit einer wirklich alten Herstellungstechnik hergestellt, die als Spritzguss bezeichnet wird. Es ist sehr wichtig, dass Sie diesen Prozess verstehen.

Sie beginnen mit einer Stahlform, bei der es sich um zwei Stahlstücke handelt, die mit hohem Druck zusammengehalten werden. Die Form hat einen geschnitzten Hohlraum in Form des gewünschten Produkts. Dann wird heißer geschmolzener Kunststoff in die Form eingespritzt.

Die Spritzgusstechnologie hat einen großen Vorteil: Sie ist eine kostengünstige Möglichkeit, Millionen derselben Kunststoffteile herzustellen. Die derzeitige Spritzgusstechnologie verwendet eine riesige Schraube, um Kunststoff unter hohem Druck in eine Form zu drücken, ein Verfahren, das 1946 erfunden wurde. Im Vergleich zum 3D-Druck ist das Spritzgießen uralt!

Spritzgussformen sind äußerst effizient bei der Herstellung vieler derselben Produkte zu wirklich niedrigen Kosten pro Einheit. Aber die Formen selbst sind schockierend teuer. Eine Form, die für die Herstellung von Millionen von Produkten entwickelt wurde, kann 100.000 US-Dollar erreichen! Diese hohen Kosten sind hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass der Kunststoff mit einem derart hohen Druck eingespritzt wird, was für eine Form äußerst zäh ist.

Um diesen Bedingungen standzuhalten, werden Formen aus Hartmetallen hergestellt. Je mehr Injektionen erforderlich sind, desto härter ist das erforderliche Metall und desto höher sind die Kosten.

Sie können beispielsweise Aluminiumformen verwenden, um mehrere tausend Einheiten herzustellen. Aluminium ist weich und zersetzt sich daher sehr schnell. Da es jedoch weicher ist, ist es auch einfacher, es in eine Form zu verwandeln, sodass die Kosten niedriger sind - nur 1-2.000 USD für eine einfache Form.

Wenn das beabsichtigte Volumen für die Form zunimmt, steigt auch die erforderliche Metallhärte und damit die Kosten. Die Vorlaufzeit zur Herstellung einer Form erhöht sich auch mit Hartmetallen wie Stahl. Der Formenbauer benötigt viel länger, um eine Stahlform herauszuschneiden (als Bearbeitung bezeichnet), als eine weichere Aluminiumform.

Sie können Ihre Produktionsgeschwindigkeit eventuell erhöhen, indem Sie mehrere Hohlraumformen verwenden.

Mit ihnen können Sie mehrere Kopien Ihres Teils mit einer einzigen Kunststoffspritze herstellen.

Springen Sie jedoch erst in Formen mit mehreren Hohlräumen, wenn Sie Änderungen an Ihren ursprünglichen Formen vorgenommen haben. Es ist ratsam, mindestens mehrere tausend Einheiten zu betreiben, bevor auf mehrere Hohlraumformen umgerüstet wird.

Fazit

Dieser Artikel gibt Ihnen einen grundlegenden Überblick über den Entwicklungsprozess eines neuen elektronischen Hardwareprodukts, unabhängig von Ihrem technischen Niveau. Dieser Prozess umfasst die Auswahl der besten Entwicklungsstrategie und die Entwicklung der Elektronik und des Gehäuses für Ihr Produkt.

Über den Autor

John Teel ist Präsident von Predictable Designs, einem Unternehmen, das Unternehmern, Startups, Herstellern, Erfindern und kleinen Unternehmen hilft, neue elektronische Produkte auf den Markt zu bringen. John war früher leitender Konstrukteur bei Texas Instruments, wo er elektronische Designs entwarf, die jetzt in Millionen von Produkten (einschließlich einiger von Apple) verwendet werden. Er ist auch ein erfolgreicher Unternehmer, der sein eigenes Produkt entwickelt, in Asien herstellen und in Hunderten von Einzelhandelsgeschäften in mehreren Ländern verkaufen ließ. Laden Sie seinen kostenlosen Spickzettel herunter: 15 Schritte zur Entwicklung Ihres neuen elektronischen Produkts.