Guía de comparación para fabricar carcasas electrónicas de manera eficiente para sus productos

Supongamos que está en la etapa final de creación de prototipos o ha desarrollado un nuevo producto electrónico y está pensando en ampliar y vender su producto en el mercado principal. Si bien puede obtener fácilmente las placas de circuito impreso, los sensores y otros componentes electrónicos / eléctricos, a menudo se tropieza al obtener una carcasa, especialmente cuando el producto necesita una carcasa personalizada o cuando el producto interactúa con el usuario de forma regular.

Gracias a este artículo, sabrá cuáles son las formas habituales de obtener una carcasa para su producto, cómo elegir el tipo correcto de carcasa y dónde buscar un proveedor de servicios. Dado que la mayoría de ustedes buscará una carcasa rentable, duradera y de fácil fabricación, nos centraremos en el plástico, ya que hará un gran trabajo para las características antes mencionadas.

Las formas más comunes de conseguir una carcasa para su producto son:

Carcasa y paneles estándar
Impresión 3d
Moldeo por inyección

Además de la información en el artículo, evaluaremos cada método con el gabinete del termómetro digital IR a continuación (forma compleja, detalles intrincados) para ayudarlo a tener una idea del escenario del mundo real.

Los principales criterios en base a los cuales evaluaremos cada método son Costo, Tiempo, Personalización, Complejidad, Calidad y escalabilidad. Compararemos la carcasa estándar frente a la impresión 3D frente al moldeo por inyección.

Criterios	Carcasa confeccionada	Impresión 3d	Moldeo por inyección
Costo	El costo es proporcional a la cantidad. Sin embargo, puede negociar un mejor trato cuando la cantidad es significativa. ⭐	El costo es proporcional al tiempo de impresión. Varía de 300 a 600 INR por hora dependiendo del material (post-procesamiento adicional)	Alto costo inicial para el diseño de herramientas y costo de fabricación del producto muy económico. Si la cantidad es significativa, el costo de diseño de la herramienta se distribuirá en el costo unitario.
Hora	Sin restricciones de tiempo. Ordene y recíbalo ⭐	Después del diseño, el tiempo necesario para imprimir cada pieza es proporcional a la cantidad.	Después del diseño, el diseño de la herramienta (molde) y la fabricación de la herramienta lleva bastante tiempo (de una semana a un mes). Una vez que la herramienta está lista, puede fabricar cientos o incluso miles de productos en un día.
Personalización	Muy bajo a No	Totalmente personalizable y múltiples iteraciones posibles ⭐	Una vez que finaliza el diseño del molde, la personalización no es posible.
Complejidad del producto	Carcasas para productos estándar.	Es posible realizar estructuras complejas e intrincadas sin cargo adicional ⭐	Es posible realizar estructuras complejas e intrincadas, pero con algún cargo adicional
Calidad de acabado	Mayormente bueno. Pero no se puede personalizar.	Grueso y en capas Excepción: Piezas de ABS tratadas con acetona	Acabado brillante y mate ⭐
Escala	Sin límites en la escala ⭐	Factible por menos de 1000 cantidades	Factible para 1000+ cantidad

Estándar - Carcasa confeccionada

Si su proyecto involucra componentes estándar como Arduino, RaspberryPi y algunos componentes o sensores estándar, lo más probable es que encuentre una carcasa estándar en línea. A continuación se muestran algunos ejemplos de envolventes confeccionadas.

Puede encontrarlos en sitios en línea locales, así como en muchos sitios web internacionales como Alibaba o Aliexpress. Algunos vendedores pueden ayudarte con la personalización si tienes una cierta cantidad mínima. Si su producto es similar a algo que ya existe en el mercado, entonces puede usar esta forma engañosa para rastrear hasta el fabricante del gabinete del producto e intentar negociar un trato.

En otro caso probable, donde tenga un ensamblaje de múltiples componentes y cuando la estética no sea una preocupación, la mejor opción es optar por un panel de metal con recubrimiento en polvo donde pueda fijar los componentes como controladores, relés, etc. rieles. Puede encontrar fácilmente en línea carcasas de controladores Arduino / raspberry de montaje en riel din, relés de riel din, unidades de fuente de alimentación de riel din, etc. Incluso puede modificar un poco el panel para incluir pantallas e interruptores en la puerta del panel. Los tamaños de los paneles pueden variar desde unos pocos centímetros hasta unos pocos metros. Este método es una práctica común en la industria de la automatización industrial.

Volviendo a nuestra carcasa de ejemplo de termómetro, no podemos encontrar ninguna carcasa de este tipo en ningún sitio web. Sin embargo, tiene suerte si puede encontrar una empresa de moldeo por inyección que ya esté fabricando una carcasa similar que se adapte a sus necesidades. La gran desventaja aquí es que su producto no se verá único por sí solo, ya que su proveedor de tripas también se venderá a cualquier persona en todo el mundo.

Ventajas de la carcasa prefabricada

Si la carcasa prefabricada se adapta a sus necesidades, entonces-

Entregas más rápidas
Sin necesidad de inversión de tiempo y dinero
Mejor calidad de acabado

Desventajas de la carcasa prefabricada

Personalización mínima o nula
Sin opciones de material

Impresión 3d

Si las carcasas estándar no le convienen, la impresión 3D es una excelente manera de poner en marcha su producto. La impresión 3D es ideal para la creación de prototipos. Inicialmente, buscará solo unas pocas cantidades (probablemente unos pocos cientos) y desea probar el mercado para su producto antes de realizar una inversión significativa. No se necesita mucho tiempo y dinero para imprimir su producto una vez que el diseño CAD está listo.

Si está interesado en aprender sobre la impresión 3D, consulte el artículo sobre cómo comenzar con la impresión 3D y también otros proyectos de impresión 3D que hemos creado anteriormente para obtener inspiración.

Diseño CAD de piezas → Rebanado (en software de corte) → Impresión 3D → Postprocesamiento

Primero, prepara un modelo 3D de la carcasa
Importe el modelo 3D al software de corte como Cura, Simple3D y Slic3R

El corte es donde su modelo 3D se convierte en capas y códigos que la impresora 3D puede entender.

Puede visualizar los soportes y también estimar el tiempo requerido para imprimir ajustando varios parámetros de impresión.

A esto le sigue la impresión 3D y el posprocesamiento. El posprocesamiento implica la eliminación de soportes, flash y tratamiento químico para el acabado de la superficie en caso de material ABS.

Muchos proveedores de servicios de impresión 3D obtienen su diseño a través de su sitio web o correo electrónico, lo imprimen y le envían el producto impreso, todo esto dentro de una semana. ¡Sin complicaciones! ¿No es así? Los proveedores de servicios de impresión 3D le cobrarán según el tiempo requerido para imprimir su producto y la tarifa por hora varía según el tipo de material que elija.

Es importante que conozca algunos factores importantes al decidir optar por la impresión 3D. Esos factores son los materiales del producto y los factores que afectan el tiempo de procesamiento y, por lo tanto, su costo.

Actualmente, los dos métodos más comunes de impresión 3D son:

Modelado de deposición fundida (FDM)

También conocido como Fabricación de Filamentos Fundidos (FFF), es un proceso de fabricación aditiva en el que un objeto se construye depositando selectivamente material fundido en una ruta predeterminada capa por capa. Los materiales utilizados son polímeros termoplásticos y vienen en forma de filamentos.

Estereolitografía (SLA)

SLA funciona mediante el uso de un láser de alta potencia para endurecer la resina líquida en la cama de impresión para crear la forma 3D deseada, un proceso conocido como polimerización. Hay muchos tipos de impresión 3D basada en luz que se clasifica ampliamente como procesamiento de luz digital (DLP).

	Modelado de deposición fundida (FDM)	Estereolitografía (SLA)
Solicitud	Piezas estándar	Pieza con superficies intrincadas (joyas y piezas pequeñas) Pequeños armarios electrónicos
Costo	Mas barato
Hora		Más rápido
Refinamiento	Generalmente grueso y en capas Suave en caso de ABS tratado con acetona	Suave
Materiales	Más común: PLA, ABS, Nylon, CADERAS, PET, PC	Resina estándar, resina transparente, resina resistente o duradera y resina de alta temperatura.

Por ahora, sigamos con FDM, ya que está más disponible y se adapta a nuestra discusión.

Consideraciones de diseño para la impresión 3D

Al diseñar el producto, es importante comprender las limitaciones de las impresoras 3D disponibles en el mercado. Es importante que comprenda el funcionamiento de la impresora 3D FDM.

En caso de que no sea bueno diseñando CAD, le aconsejo que contrate servicios profesionales de diseño 3D y, en algunos casos, los propios proveedores de servicios de impresión 3D ofrecen servicios de diseño 3D. Estos servicios son de pago, principalmente por horas. Las consideraciones de diseño más importantes son

Ensamblaje: si tiene varias piezas que se ensamblan en un objeto final, entonces debe pensar en las disposiciones que se deben tomar para ajustar las piezas juntas: piezas coincidentes, tornillos, etc.

Colgantes: la realidad es que las impresoras 3D FDM no son muy buenas para imprimir superficies inclinadas o en voladizo. Obtienes superficies rugosas, necesitas soporte, que tienes que postprocesar.

Complejidad: Complejidad significa complejidad como partes delgadas, rasgos diminutos y formas muy complejas. Si bien las impresoras 3D están diseñadas para hacer todo esto con facilidad, a veces no funcionan bien.

Estos son los factores que debe tener en cuenta al pasar del diseño al proceso de impresión 3D.

Consideraciones de proceso para la impresión 3D

Todas las consideraciones del proceso tienen un impacto en el tiempo de impresión y la calidad del objeto terminado.

Todos estos parámetros se pueden visualizar y analizar a través del software de corte (Cura, Simple3D y Slic3R)

La orientación importa: la siguiente imagen muestra por qué. Trate de orientar la pieza de una manera que requiera menos apoyo y menos suspensión. La mejor orientación dará como resultado un mejor acabado y un tiempo de impresión más corto.

Espesor de capa / altura de capa: el espesor de capa es una medida de la altura de capa de cada adición sucesiva de material en el proceso de impresión 3D en el que se apilan las capas. Disminuya el grosor de la capa, más tiempo se tarda en imprimir y mejor la calidad del acabado. La siguiente imagen le ofrece una perspectiva de la relación entre el grosor de la capa y el tiempo de impresión.

Densidad de relleno: la densidad de relleno es la cantidad de filamento impreso dentro del objeto, y esto se relaciona directamente con la resistencia, el peso y la duración de impresión de su impresión. En nuestro caso - recinto, no encontraremos densidad de relleno ya que nuestra pieza es un caparazón y no un objeto sólido. En caso de que tenga una pieza sólida, más densidad de relleno, más resistencia y más tiempo de impresión.

Soportes: Las estructuras de soporte de impresión 3D no forman parte del modelo. Se utilizan para apoyar partes del modelo durante la impresión. Esto significa que una vez finalizada la impresión, tiene la tarea adicional de quitar las estructuras antes de que el modelo esté listo para funcionar.

Hay otros factores como la velocidad de impresión, el grosor de la carcasa, el diámetro de la boquilla, la temperatura de extrusión y la balsa de los que no debe preocuparse, ya que el proveedor de servicios los establecerá en niveles óptimos.

Postprocesamiento: las piezas de ABS se pueden tratar con acetona después del proceso de impresión 3D para obtener un aspecto brillante.

A continuación se muestra la comparación de los objetos ABS tratados con acetona y ABS no tratados. El mensaje que quiero transmitir es que apuesten por una calidad de impresión óptima en términos de funcionalidad y estética.

Software utilizado para el diseño

Gratis: Sketchup, Blender 3D, Open SCAD.

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

Software utilizado para cortar - Gratis: Cura, Simple3D, Slic3R

Análisis de costes de impresión 3D

El costo de la impresión 3D depende de su elección de material y del tiempo requerido para imprimir un producto.

El costo suele oscilar entre 300 y 600 INR. Además, los complementos como el tratamiento con acetona ABS se cobrarán extra (50-100INR).

Para poner eso en perspectiva, veamos el costo de impresión de nuestro termómetro IR digital. Se necesitan 4 horas y 11 minutos para imprimir una versión básica de nuestro termómetro digital IR con el proceso. También puede consultar el termómetro de infrarrojos sin contacto que construimos anteriormente utilizando una carcasa impresa en 3D.

Parámetros del proceso: altura de la capa: 0,25 mm, velocidad de impresión 60 mm / s. Dado que optaremos por material ABS sin ningún procesamiento posterior, esto nos costaría alrededor de 1200 INR para una impresión.

Ventajas de la impresión 3D

Libertad de diseño
Creación rápida de prototipos: libertad para iteraciones
Imprima bajo demanda y pague solo por lo que imprime

Desventajas de la impresión 3D

Opciones de materiales limitadas
Volumen de construcción limitado
Calidad de acabado

Tendencia del mercado de la impresión 3D

A medida que los servicios de impresión 3D estén disponibles más fácilmente, los precios de la impresión 3D pueden bajar. La 'tecnología de impresión rápida de área alta' de Azul 3D es un método SLA revolucionario pero que puede imprimir una capa de toda la cama a la vez. Sin embargo, llevará algún tiempo llegar al mercado.

Moldeo por inyección

El moldeo por inyección es el método de fabricación en masa más común en la industria y el más adecuado cuando se desea fabricar miles de productos. Si está mirando cualquier producto hecho de plástico a su alrededor, probablemente esté hecho a través de moldeo por inyección. Se necesita mucho tiempo y dinero para producir el primer producto, pero una vez hecho esto, puede fabricar cientos o incluso miles de productos en un día a un precio muy económico.

¿Cómo fluye el proceso para el moldeo por inyección?

Diseño de productos → Diseño de herramientas (diseño de moldes) → Ejecuciones de prueba → Fabricación en masa → Postprocesamiento

1. Primero, usted diseña el producto tal como lo hizo con la impresión 3D, ya sea por usted mismo o por medio de un diseñador CAD profesional.

2. Luego, le da el diseño del producto a un diseñador de herramientas (principalmente proveedor de servicios de moldeo por inyección) junto con otros detalles como la elección del material, la cantidad y el tipo de acabado. El proveedor de servicios diseña la herramienta (es decir, el molde) y analiza la correspondencia de las piezas, el flujo del molde y todos los demás parámetros según el diseño de su producto y las especificaciones que desee.

Una vez que esté listo, el proveedor de servicios realiza una prueba y hace las correcciones necesarias. Finalmente, procede a la fabricación en masa. El posprocesamiento implica acciones como la eliminación de destellos y puertas y el pulido.

Molde / Herramienta es un bloque de metal que tiene el perfil negativo / opuesto del objeto que desea fabricar. Está compuesto por un bloque de núcleo y un bloque de cavidades junto con otras partes de soporte como un sistema de enfriamiento, un pasador de expulsión, etc. En el proceso de moldeo por inyección, el plástico calentado fluye dentro de la cavidad y se enfría. La pieza se expulsa automáticamente y luego se procesa posteriormente, actividades como la eliminación de flashes y puertas y el pulido.

Materiales utilizados en moldeo por inyección

La mayoría de los materiales plásticos comerciales se pueden utilizar en moldeo por inyección.

Entonces, la propiedad del producto terminado tendrá la propiedad del material que elija.

Por ejemplo: policarbonato y poliestireno para productos transparentes, polipropileno (PP y PET) son buenos para materiales plásticos de calidad alimentaria, polieterimida (PEI) para alta resistencia al calor.

Cuando se trata de materiales flexibles como el poliuretano o la goma de silicona, el concepto de moldeo por inyección varía un poco. Cada material tiene un costo de fabricación diferente. Los moldes están diseñados para un material plástico en particular. Las herramientas / moldes diseñados para un material en particular pueden no ser útiles para un material diferente porque cada material se encoge de una manera diferente. Así que decide tu material en la etapa de diseño.

La herramienta o molde tiene una vida útil. El material y el costo de la herramienta varían según el número estimado de productos que desea fabricar. La vida mínima de una herramienta es de aproximadamente 5000 piezas. Por lo tanto, calcule justamente la cantidad en la etapa inicial.

Muchos factores entran en juego según el acabado y la complejidad del producto, por ejemplo, Si necesita una calidad muy fina, entonces el diseño de la herramienta implica ciertas características que aumentan el costo.

Si hay estructuras muy intrincadas, que dificultan la fabricación de herramientas convencionales, entonces el fabricante de herramientas utiliza métodos no convencionales que aumentan el costo.

Todo lo que necesita hacer es tener claro lo que desea: diseño, cantidad, acabado y material.

Consideración de costos para moldeo por inyección

Vaya con el proveedor de servicios que ofrece una solución de extremo a extremo, es decir, desde el diseño de herramientas hasta la fabricación de productos para evitar problemas de coordinación. El proveedor de servicios se encargará de todos los factores según su diseño, cantidad, material y requisitos de acabado.

Hay dos formas de abordar la estructura de costos. Tomaremos nuestro termómetro digital IR como ejemplo para analizar la diferencia en la estructura de costos.

Costo separado para el diseño y fabricación de herramientas y el costo unitario separado para la fabricación del producto, lo que implica costo de material, costo de maquinaria, costo de mano de obra, etc. Donde el proveedor de servicios le cobra por el diseño y fabricación de la herramienta por separado. Y cobra los productos por separado. En este caso, incurrirá en un costo fijo inicial significativo (por ejemplo: 1-2 lac INR) y un costo de producto por unidad (por ejemplo: 10-50 INR).

Producto terminado por unidad que incluye tanto el costo de fabricación del producto como el costo de la herramienta. En este caso, el costo inicial fijo de diseño y fabricación de herramientas se distribuye entre la cantidad de producto. Por ejemplo: este costo (por ejemplo, 2 lac INR) se distribuye en la cantidad total (5000 piezas) que solicite además del costo de fabricación del producto (por ejemplo, 20 INR).

Entonces 200000 INR / 5000 unidades = 40 INR (costo de la herramienta) + 20 INR (costo del producto) = 60 INR (costo total)

Esta estructura de costos alivia la carga del costo inicial de la herramienta y hace que el costo de la carcasa sea variable.

Ventajas del moldeado

Ideal para grandes cantidades de producto
Buen acabado - acabado brillante o acabado mate
Amplia elección de materiales

Desventajas del moldeado

Alto costo y tiempo inicial

Tema adicional

Al colocar sus productos en el mercado principal, es posible que deba diseñar y fabricar el producto para que tenga cierta protección contra entrada y protección contra impactos. Esto es para comunicar de manera efectiva la confiabilidad del producto a sus clientes.

Clasificación IP: Las clasificaciones IP (o "Protección de ingreso") son estándares internacionales que se utilizan para definir los niveles de efectividad de sellado de los gabinetes eléctricos contra la intrusión de cuerpos extraños (herramientas, suciedad, etc.) y la humedad.

Clasificación IK

Las clasificaciones IK indican los grados de protección que brindan los gabinetes eléctricos contra impactos mecánicos externos. La escala de clasificación IK identifica la capacidad de un recinto para resistir niveles de energía de impacto medidos en julios (J).