Guia de comparação para fabricar caixas eletrônicas de maneira eficiente para seus produtos

Digamos que você esteja no estágio final de prototipagem ou tenha desenvolvido um novo produto eletrônico e esteja pensando em expandir e vender seu produto no mercado convencional. Embora você possa facilmente obter PCBs, sensores e outros componentes eletrônicos / elétricos, muitas vezes você tropeça ao obter um invólucro, especialmente quando o produto precisa de um invólucro personalizado ou quando o produto interage com o usuário regularmente.

Com este artigo, você saberá quais são as maneiras comuns de obter uma caixa para o seu produto, como escolher o tipo certo de caixa e onde procurar um provedor de serviços. Uma vez que a maioria de vocês está procurando por um invólucro econômico, durável e de fácil fabricação, vamos nos concentrar no plástico, pois ele fará um ótimo trabalho para os recursos mencionados acima.

As maneiras mais comuns de obter um invólucro para seu produto são-

Caixa e painéis padrão
impressao 3D
Moldagem por injeção

Além das informações no artigo, avaliaremos cada método com o invólucro do termômetro infravermelho digital abaixo (forma complexa, detalhes intrincados) para ajudá-lo a ter uma ideia do cenário do mundo real.

Os principais critérios com base nos quais avaliaremos cada método são Custo, Tempo, Personalização, Complexidade, Qualidade e escalabilidade. Compararemos a caixa padrão com a impressão 3D e a moldagem por injeção.

Critério	Invólucro pronto	impressao 3D	Moldagem por injeção
Custo	O custo é proporcional à quantidade. No entanto, você pode negociar um negócio melhor quando a quantidade for significativa ⭐	O custo é proporcional ao tempo de impressão. Varia de 300-600 INR por hora, dependendo do material (pós-processamento adicional)	Alto custo inicial para o projeto da ferramenta e custo de fabricação do produto muito barato. Se a quantidade for significativa, o custo do projeto da ferramenta deve ser distribuído no custo por unidade.
Tempo	Sem restrições de tempo. Peça e entregue get	Pós desenho, o tempo necessário para imprimir cada peça é proporcional à quantidade.	O pós-projeto, o projeto da ferramenta (molde) e a fabricação da ferramenta levam um tempo significativo (de uma semana a um mês). Assim que a ferramenta estiver pronta, você pode fabricar centenas ou até milhares de produtos em um dia.
Costumização	Muito baixo para não	Completamente personalizável e com múltiplas iterações possíveis ⭐	Depois de finalizar o projeto do molde, a personalização não é possível.
Complexidade do produto	Carcaças para produtos padrão.	Estruturas complexas e intrincadas possíveis sem custo adicional ⭐	Estruturas complexas e intrincadas possíveis, mas com algum custo adicional
Qualidade de Acabamento	Quase bom. Mas, não pode ser personalizado.	Grosso e em camadas Exceção: Peças de ABS tratadas com acetona	Acabamento brilhante e fosco ⭐
Escala	Sem limites na escala ⭐	Viável para menos de 1000 quantidades	Viável para mais de 1000 quantidades

Padrão - Caixa Pronta

Se o seu projeto envolve componentes padrão como Arduino, RaspberryPi e alguns componentes ou sensores padrão, muito provavelmente você encontrará um invólucro padrão online. Abaixo estão alguns exemplos de gabinetes prontos.

Você pode encontrá-los em sites locais online, bem como em muitos sites internacionais como Alibaba ou Aliexpress. Alguns vendedores podem ajudá-lo com alguma personalização se você tiver uma determinada quantidade mínima. Se o seu produto for semelhante a algo que já existe no mercado, você pode usar essa forma sorrateira para rastrear até o fabricante da caixa do produto e tentar negociar um acordo.

Em outro caso provável, onde você tem uma montagem de vários componentes e quando a estética não é uma preocupação, a melhor escolha é ir para um painel de metal com revestimento em pó, onde você pode fixar os componentes, como controladores, relés, etc. trilhos. Você pode encontrar facilmente caixas de controladores Arduino / raspberry de montagem em trilho din, relés em trilho din, unidades de fonte de alimentação em trilho din, etc. online. Você pode até ajustar um pouco o painel para incluir telas e interruptores na porta do painel. Os tamanhos dos painéis podem variar de alguns centímetros a alguns metros. Este método é uma prática comum na indústria de automação industrial.

Voltando ao nosso invólucro de exemplo de termômetro, não podemos encontrar nenhum invólucro desse tipo em nenhum site. No entanto, você terá sorte se encontrar uma empresa de moldagem por injeção que já esteja fabricando um invólucro semelhante que atenda às suas necessidades. A grande desvantagem aqui é que seu produto não parecerá único por si só, uma vez que seu fornecedor de revestimento também venderá para qualquer pessoa em todo o mundo.

Vantagens do revestimento pronto

Se a caixa pronta atender às suas necessidades, então-

Entregas mais rápidas
Não há necessidade de nenhum investimento de tempo e dinheiro
Melhor qualidade de acabamento

Desvantagens do revestimento pronto

Personalização inexistente ou mínima
Sem opções de materiais

impressao 3D

Se as caixas padrão não combinam com você, a impressão 3D é uma ótima maneira de dar o pontapé inicial no seu produto. A impressão 3D é ótima para prototipagem. Inicialmente, você estará procurando apenas algumas quantidades (provavelmente algumas centenas) e deseja testar o mercado para o seu produto antes de investir em um investimento significativo. Não leva muito tempo e custo para imprimir seu produto depois que o design CAD está pronto.

Se você estiver interessado em aprender sobre impressão 3D, verifique o artigo sobre como começar com a impressão 3D e também outros projetos de impressão 3D que criamos anteriormente para se inspirar.

Desenho CAD de peças → Fatiamento (em software de fatiamento) → Impressão 3D → Pós-processamento

Primeiro, você prepara um modelo 3D do revestimento
Importe o modelo 3D para o software de corte, como Cura, Simple3D e Slic3R

O fatiamento é onde seu modelo 3D é convertido em camadas e códigos que a impressora 3D pode entender.

Você pode visualizar os suportes e também estimar o tempo necessário para imprimir ajustando vários parâmetros de impressão.

Isso é seguido pela impressão 3D e pós-processamento. O pós-processamento envolve a remoção de suportes, flash e tratamento químico para o acabamento da superfície no caso de material ABS.

Muitos fornecedores de serviços de impressão 3D obtêm seu design por meio de seus sites ou e-mail, imprimem e enviam o produto impresso para você - tudo isso em uma semana. Sem complicações! Não é? Os fornecedores de serviços de impressão 3D cobrarão de você com base no tempo necessário para imprimir seu produto e a taxa por hora varia de acordo com o tipo de material que você escolher.

É importante que você esteja ciente de alguns fatores importantes ao decidir ir para a impressão 3D. Esses fatores são os materiais do produto e os fatores que afetam o tempo de processamento e, portanto, o seu custo.

Atualmente, os dois métodos mais comuns de impressão 3D são-

Modelagem de Deposição Fundida (FDM)

Também conhecido como Fabricação de Filamento Fundido (FFF), é um processo de fabricação aditivo em que um objeto é construído depositando seletivamente o material derretido em um caminho predeterminado camada por camada. Os materiais usados são polímeros termoplásticos e vêm em forma de filamento.

Estereolitografia (SLA)

O SLA funciona usando um laser de alta potência para endurecer a resina líquida no leito de impressão para criar a forma 3D desejada - um processo conhecido como polimerização. Existem muitos tipos de impressão 3D baseada em luz que são amplamente classificados como processamento digital de luz (DLP).

	Modelagem de Deposição Fundida (FDM)	Estereolitografia (SLA)
Inscrição	Peças padrão	Peça com superfícies intrincadas (joias e peças pequenas) Pequenos invólucros eletrônicos
Custo	Mais barato
Tempo		Mais rápido
Acabamento	Geralmente grosso e em camadas Liso no caso de ABS tratado com acetona	Suave
Materiais	Mais comuns: PLA, ABS, Nylon, HIPS, PET, PC	Resina padrão, resina clara, resina resistente ou durável e resina de alta temperatura.

Por enquanto, vamos nos ater ao FDM, pois ele é mais amplamente disponível e se adequa à nossa discussão.

Considerações de design para impressão 3D

Ao projetar o produto, é importante entender as limitações das impressoras 3D disponíveis no mercado. É importante que você compreenda o funcionamento da impressora 3D FDM.

Caso você não seja bom em projetos CAD, aconselho-o a contratar serviços profissionais de design 3D e, em alguns casos, os próprios fornecedores de serviços de impressão 3D oferecem serviços de design 3D. Esses serviços são cobrados - principalmente por hora. As considerações de design mais importantes são

Montagem: Se você tiver várias peças que se montam em um objeto final, você deve pensar nas disposições a serem tomadas para encaixar as peças - peças correspondentes, parafusos, etc.

Suspenso: A realidade é que as impressoras 3D FDM não são ótimas para imprimir superfícies pendentes ou muito inclinadas. Você obtém superfícies ásperas, você precisa de suporte, que precisa ser pós-processado.

Complexidade: Complexidade significa complexidade, como peças finas, recursos minúsculos e formas muito complexas. Embora as impressoras 3D devam fazer tudo isso com facilidade, às vezes elas não funcionam bem.

Aqui estão os fatores que você deve ter em mente ao proceder do design ao processo de impressão 3D.

Considerações sobre o processo para impressão 3D

Todas as considerações do processo têm impacto no tempo de impressão e na qualidade do objeto acabado.

Todos esses parâmetros podem ser visualizados e analisados através dos softwares de fatiamento (Cura, Simple3D & Slic3R)

A orientação é importante: a imagem abaixo mostra o porquê. Tente orientar a peça de uma forma que requeira menos apoio e menos suspensão. A melhor orientação resultará em melhor acabamento e menor tempo de impressão.

Espessura da camada / altura da camada: a espessura da camada é uma medida da altura da camada de cada adição sucessiva de material no processo de impressão 3D em que as camadas são empilhadas. Reduza a espessura da camada, maior o tempo de impressão e melhor a qualidade do acabamento. A imagem abaixo oferece uma perspectiva da relação entre a espessura da camada e o tempo de impressão.

Densidade de preenchimento: a densidade de preenchimento é a quantidade de filamento impresso dentro do objeto e está diretamente relacionada à resistência, peso e duração da impressão. Em nosso caso - fechamento, não encontraremos densidade de preenchimento, pois nossa parte é uma casca e não um objeto sólido. Caso você tenha uma peça sólida, então mais a densidade do preenchimento, mais a resistência e mais o tempo de impressão.

Suportes: as estruturas de suporte para impressão 3D não fazem parte do modelo. Eles são usados para apoiar partes do modelo durante a impressão. Isso significa que, quando a impressão terminar, você terá a tarefa adicional de remover as estruturas antes que o modelo esteja pronto para uso.

Existem outros fatores, como velocidade de impressão, espessura do invólucro, diâmetro do bico, temperatura de extrusão e jangada, com os quais você não precisa se preocupar, pois eles serão definidos em níveis ideais pelo provedor de serviços

Pós-processamento: as peças de ABS podem ser tratadas com acetona após o processo de impressão 3D para obter uma aparência brilhante.

Abaixo está a comparação dos objetos ABS tratados com acetona e objetos ABS não tratados. A mensagem que quero transmitir é que procure uma qualidade de impressão ideal em termos de funcionalidade e estética.

Softwares usados para design

Grátis: Sketchup, Blender 3D, Open SCAD.

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

Softwares usados para fatiar - Grátis: Cura, Simple3D, Slic3R

Análise de custo de impressão 3D

O custo da impressão 3D depende da escolha do material e do tempo necessário para imprimir um produto.

O custo geralmente varia de 300 a 600 INR. Além disso, complementos como o tratamento com acetona ABS serão cobrados a mais (50-100INR).

Para colocar isso em perspectiva, vamos ver o custo de impressão de nosso termômetro infravermelho digital. Leva 4 horas e 11 minutos para imprimir uma versão básica do nosso termômetro infravermelho digital com o processo. Você também pode verificar o termômetro infravermelho sem contato que construímos anteriormente usando um gabinete impresso em 3D.

Parâmetros do processo: Altura da camada: 0,25 mm, velocidade de impressão 60 mm / s. Já que iremos para o material ABS sem qualquer pós-processamento, isso nos custaria algo em torno de 1200 INR para uma impressão.

Vantagens da impressão 3D

Liberdade de Design
Prototipagem rápida - liberdade para iterações
Imprima sob demanda e pague apenas pelo que imprimir

Desvantagens da impressão 3D

Opções de materiais limitados
Volume de construção limitado
Qualidade de acabamento

Tendência de mercado para impressão 3D

Como os serviços de impressão 3D estão mais disponíveis, os preços da impressão 3D podem cair. Azul 3D 'Tecnologia de impressão rápida de alta área' é um método SLA revolucionário, mas pode imprimir uma camada de toda a cama de cada vez. No entanto, vai demorar um pouco para chegar ao mercado.

Moldagem por injeção

A moldagem por injeção é o método de fabricação em massa mais comum na indústria e mais adequado quando você deseja fabricar milhares de produtos. Se você estiver olhando para qualquer produto feito de plástico ao seu redor, provavelmente ele é feito por moldagem por injeção. Demora muito tempo e dinheiro para produzir o primeiro produto, mas uma vez feito isso, você pode fabricar centenas ou até milhares de produtos por dia a um preço muito barato.

Como flui o processo de moldagem por injeção?

Projeto de produto → Projeto de ferramenta (projeto de molde) → Execuções de teste → Fabricação em massa → Pós-processamento

1. Primeiro, você faz o design do produto exatamente como fez para a impressão 3D - sozinho ou por meio de um designer CAD profissional.

2. Em seguida, você entrega o projeto do produto a um projetista de ferramentas (principalmente um prestador de serviços de moldagem por injeção), juntamente com outros detalhes, como escolha do material, quantidade e tipo de acabamento. O provedor de serviços projeta a ferramenta (ou seja, molde) e analisa a correspondência das peças, o fluxo do molde e todos os outros parâmetros de acordo com o design do produto e as especificações desejadas.

Assim que estiver pronto, o provedor de serviços fará um teste e fará correções, se necessário. Finalmente, ele prossegue para a fabricação em massa. O pós-processamento envolve ações como remoção de flash e portas e polimento.

Molde / Ferramenta é um bloco de metal que possui o perfil negativo / oposto do objeto que você deseja fabricar. É composto de um bloco central e um bloco de cavidade junto com outras peças de suporte, como um sistema de resfriamento, pino ejetor, etc. No processo de moldagem por injeção, o plástico aquecido flui para dentro da cavidade e esfria. A peça é então automaticamente ejetada e, em seguida, é pós-processada, atividades como remoção de flashes e portas e polimento.

Materiais usados em moldagem por injeção

A maioria dos materiais plásticos comerciais podem ser usados na moldagem por injeção.

Assim, a propriedade do produto acabado terá a propriedade do material que você escolher.

Ex: policarbonato e poliestireno para produtos transparentes, polipropileno (PP e PET) são bons para materiais plásticos de qualidade alimentar, poliéterimida (PEI) para alta resistência ao calor.

Quando se trata de materiais flexíveis, como poliuretano ou borracha de silicone, o conceito de moldagem por injeção varia um pouco. Cada material tem um custo de fabricação diferente. Os moldes são projetados para um determinado material de plástico. Ferramentas / moldes projetados para um determinado material podem não ser úteis para um material diferente porque cada material encolhe de maneira diferente. Portanto, decida o seu material na fase de design.

A ferramenta ou molde tem vida útil. O material e o custo da ferramenta variam com base no número estimado de produtos que você deseja fabricar. A vida útil mínima de uma ferramenta é de aproximadamente 5.000 peças. Portanto, faça uma estimativa justa da quantidade no estágio inicial.

Muitos fatores entram em jogo com base no acabamento e na complexidade do produto - por exemplo-

Se você precisa de uma qualidade muito boa, o design da ferramenta envolve certos recursos que aumentam o custo.

Se houver estruturas muito intrincadas, que dificultam a fabricação de ferramentas convencionais, o fabricante de ferramentas usa métodos não convencionais que aumentam o custo.

Tudo o que você precisa fazer é deixar claro o que deseja - design, quantidade, acabamento e material.

Consideração de custo para moldagem por injeção

Vá com o provedor de serviços que fornece uma solução ponta a ponta, ou seja, desde o projeto da ferramenta até a fabricação do produto para evitar problemas de coordenação. O provedor de serviços cuidará de todos os fatores de acordo com seus requisitos de design, quantidade, material e acabamento.

Existem duas maneiras de definir a estrutura de custos. Tomaremos nosso termômetro digital IR como exemplo para analisar a diferença na estrutura de custos.

Custo separado para projeto e fabricação da ferramenta e custo separado por unidade para fabricação do produto, que envolve custo de material, custo de maquinário, custo de mão de obra, etc. Em que o provedor de serviços cobra pelo projeto e fabricação da ferramenta separadamente. E ele cobra pelos produtos separadamente. Nesse caso, você incorre em um custo fixo inicial significativo (por exemplo: 1-2 lac INR) e um custo de produto por unidade (por exemplo: 10-50 INR).

Produto acabado por unidade, que inclui o custo de fabricação do produto e o custo da ferramenta. Nesse caso, o custo inicial fixo do projeto e da fabricação da ferramenta é distribuído pela quantidade do produto. Por exemplo: este custo (por exemplo, INR de 2 lac) é distribuído na quantidade total (5000 peças) que você solicitar, além do custo de fabricação do produto (por exemplo, INR de 20).

Portanto, 200.000 INR / 5.000 unidades = 40 INR (custo da ferramenta) + 20 INR (custo do produto) = 60 INR (custo total)

Esta estrutura de custo alivia a carga do custo da ferramenta inicial e torna o custo do revestimento variável.

Vantagens da Moldagem

Melhor para grande quantidade de produto
Bom acabamento - acabamento brilhante ou fosco
Ampla escolha de materiais

Desvantagens da Moldagem

Tempo e custo iniciais elevados

Tópico bônus

Ao colocar seus produtos no mercado convencional, você pode ter que projetar e fabricar o produto para estar com certa proteção contra ingresso e proteção contra impacto. Isso é para comunicar com eficácia a confiabilidade do produto aos seus clientes.

Classificação IP: As classificações IP (ou "Proteção de Ingresso") são padrões internacionais usados para definir níveis de eficácia de vedação de gabinetes elétricos contra a intrusão de corpos estranhos (ferramentas, sujeira, etc.) e umidade.

Classificação IK

As classificações IK indicam os graus de proteção fornecidos por gabinetes elétricos contra impactos mecânicos externos. A escala de classificação IK identifica a capacidade de um invólucro de resistir aos níveis de energia de impacto medidos em joules (J).