Прототип корпуса для электроники: вырастить или фрезеровать?!

Наша предыдущая статья об изготовлении рабочего прототипа электронного устройства вызвала много вопросов и обсуждений в комментариях, поэтому мы решили продолжить эту тему и сфокусироваться на создании прототипов корпусов и механизмов для электроники, чтобы вам было проще ориентироваться в различных материалах и технологиях прототипирования, которые предлагают современные производители.

Как всегда, уделим внимание самым актуальным вопросам и дадим полезные советы, исходя из нашей практики:

1. Из каких материалов делается прототип корпус для электронных устройств?
2. Обзор современных технологий прототипирования: что выбрать? Тут мы рассмотрим разные 3D-принтеры и сравним их с технологией фрезеровки на станках с ЧПУ.
3. Как выбрать изготовителя прототипа, какие документы предоставить подрядчику?

1. Из чего делается прототип корпус для электронных устройств?

Оптимальные материалы для корпуса электроники подбирают с учетом требований дизайна, назначения прибора (условий работы), предпочтений заказчика и ценовой категории разработки. Современные технологии позволяют создавать прототипы из:

• Различных видов пластика: ABS, PC, PA, PP и т.д. Для корпусов, требующих повышенной ударопрочности или устойчивости к воздействию агрессивных сред, используются полиамиды и полиформальдегиды (PA, POM)
• Металлов: алюминий, различные марки нержавеющей стали, алюминиево-магниевые сплавы и др.
• Резина
• Древесина (различные породы) и прочие экзотические материалы

Не все материалы поддаются прототипированию. Например, некоторые виды пластиков, которые используются при массовом производстве электронных устройств. В этом случае для изготовления прототипов используются аналоги, которые наиболее полно передают свойства основных материалов.

При совмещении в одном корпусе различных типов материалов важно получить консультацию специалистов, они помогут грамотно реализовать места стыковки, обеспечат нужные параметры герметичности, прочности, гибкости, т.е. сопоставят желания клиента и дизайнера устройства с реальными производственными возможностями.

2. Обзор современных технологий прототипирования: что выбрать?

Прототипы корпуса могут создаваться на оборудовании для серийного производства, но при этом используются другие технологии. Например, пластик не отливается, а фрезеруется или выращивается, поскольку создание литьевой пресс-формы — это длительный и дорогостоящий процесс.

Самые распространенные на сегодня технологии прототипирования — это фрезерование и выращивание (SLA, FDM, SLS).

Особой популярностью пользуется выращивание прототипов в 3D-принтерах, эта модная технология стремительно развивается и даже наслаивается на массовое производство. Сегодня выращивают самые разные изделия, вплоть до металлических изделий и пищевых продуктов, но всё это имеет свои ограничения. Рассмотрим эти технологии более подробно, а в конце попробуем выбрать оптимальный вариант для создания прототипа корпуса:

SLA (Stereo Lithography Apparatus) — технология стереолитографии, позволяет «выращивать» модель в жидком фотополимере, который затвердевает под воздействием ультрафиолетового лазера. Преимущества: высокая точность и возможность создания крупногабаритных моделей. Качественная поверхность SLA-прототипов легко поддается финальной обработке (ее можно шлифовать и красить). Важный недостаток технологии — хрупкость модели, SLA-прототипы не годятся для вкручивания саморезов или проверки корпусов на защелках.

SLS (Selective Laser Sintering) — технология селективного лазерного спекания, позволяет создавать прототип за счет послойного оплавления порошка. Преимущества: высокая точность и прочность, возможность получить образцы из пластика и металлов. SLS-прототипы позволяют проводить сборочные испытания корпусов с использованием шарниров, защелок и сложных узлов. Недостаток: более сложная обработка поверхности.

FDM (Fused Deposition Modeling) — технология послойного выращивания полимерной нитью. Преимущества: максимальная приближенность полученного образца к заводской версии устройства (до 80% прочности по сравнению с литьем пластика). FDM-прототип можно испытывать на функциональность, собираемость и климатику. Детали такого корпуса поддаются склейке и ультразвуковой сварке, можно использовать материалы ABS+PC (АБС-пластик + поликарбонат). Недостатки: среднее качество поверхности, сложности при финальной обработке.

Как видно, ограничения различных технологий выращивания не позволяют точно воспроизвести и передать тактильные характеристики корпуса. На основании прототипа нельзя будет сделать выводы о реальном внешнем виде устройства без дополнительной обработки. Главное достоинство этих методов – относительная дешевизна, но тут важно учесть, что дополнительная обработка, которая требуется для качественного внешнего вида изделия, перекрывает это достоинство.

Более того, на качество прототипа влияет и точность выращивания, которая недостаточна для создания корпусов небольшого размера. А после обработки и полировки поверхности становится еще ниже.

При этом фрезеровка на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) позволяет достичь точности изготовления одного порядка с точностью массового производства. При этом можно использовать абсолютное большинство материалов, которые используются при массовом изготовлении корпусов. Этот метод позволяет изготовить все типы поверхностей, указанных в конструкторской документации и достичь в итоге реальных тактильных и визуальных характеристик прибора.

Основной недостаток фрезеровки — высокая трудоемкость и необходимость использования дорогостоящего оборудования, что обуславливает высокую стоимость этой технологии. Хотя эти затраты вполне сопоставимы с выращиванием корпуса, если учитывать длительную и дорогостоящую финальную обработку поверхности.

3. Как выбрать изготовителя прототипа, какие документы предоставить подрядчику?

При выборе подрядчика для изготовления прототипов стоит обратить внимание на следующие особенности:

• Готовые прототипы должны быть полнофункциональными, максимально приближенными к серийным изделиям, чтобы их можно было использовать для сертификации, демонстрации инвестору, на выставках и презентациях.
• Производитель должен работать с широким набором различных материалов и технологий, оказывать консультации по их выбору. Так вы сможете подобрать оптимальный вариант для вашего конкретного проекта.
• Желательно, чтобы у подрядчика была база проверенных производителей как в СНГ, так и в Юго-Восточной Азии, чтобы вы получили оценку различных вариантов по срокам и стоимости изготовления различных компонентов вашего устройства. Так будет проще выбрать оптимальный вариант.

Напомним, что для изготовления прототипа корпуса вам нужно будет передать подрядчику сборочный чертеж либо 3D-модель в виде файла в формате STEP.

Мы надеемся, что наши советы помогут вам при производстве прототипов корпусов и механизмов для электроники! Вопросы и комментарии приветствуются.