Выбор оптимального производственного метода для долговечных корпусов электроники

Электричество — мощная, но деликатная сила, ключ к нашему современному миру. В любой момент человек может носить или взаимодействовать с несколькими электрониками сразу, от мобильных телефонов до умных часов и спасающих жизни медицинских устройств. Пока потребители могут принимать эти устройства как данность, огромный объём работы вкладывается в проектирование различных корпусов, защищающих электрические цепи и проводку, обеспечивающие их функциональность.

Деликатная природа этих электроник часто требует, чтобы они помещались в какой-то корпус или клетку для защиты их цепей и проводки от повреждений. Эти корпуса служат не только для удержания химикатов, пыли, влаги и других экологических элементов от порчи электроники, но также защищают конечных пользователей от электрических ударов и потенциальных пожаров. Обычно корпус — единственная часть устройства, которую видит потребитель.

Корпуса электроники принимают широкое разнообразие форм и размеров — от корпусов телефонов и компьютеров до защитных корпусов для систем питания и телекоммуникаций — и специфический производственный метод, наиболее подходящий для конкретной работы, будет зависеть от ряда факторов, включая выбор материала, ценовую точку, производственный объём и дизайнерские соображения.

Вот что продуктовым командам нужно знать.

Ключевые соображения выбора материалов для корпусов электроники

Процесс дизайна для корпусов электроники должен быть «обратным» — дизайнеры и инженеры могут работать назад, используя то, что они знают о критических требованиях для конечного применения, для информирования дизайна, выбора материала и выбора производственного метода.

Выбор материалов, наиболее подходящих для работы, будет определяться в значительной степени степенью, в которой корпус будет подвергаться напряжению и экологическому износу. Корпус для велосипедного спидометра, например, имеет строгие материальные требования: он должен выдерживать дождь, грязь и постоянную интенсивную вибрацию для предотвращения неисправностей устройства. В отличие от этого, графический калькулятор гораздо менее вероятно будет подвергаться высоким физическим нагрузкам, что может значительно расширить пул жизнеспособных материалов для корпуса.

Пока некоторые электроники могут иметь деревяные или акриловые материалы (проигрыватели пластинок или портативные игровые устройства, например), подавляющее большинство потребительских корпусов электроники будут сделаны из жёстких пластиков или металлов. Металлические корпуса склонны быть сильнее и долговечнее своих пластиковых аналогов, и обычно делаются из алюминия или углеродистой, оцинкованной или нержавеющей стали. Одно значительное преимущество металлических материалов — они электрически проводимы, что помогает нейтрализовать входящие и исходящие электромагнитные помехи и радиочастоты. Металлические корпуса должны быть электрически заземлены для обеспечения ударной стойкости.

С другой стороны, пластиковые корпуса обычно легче по весу и дешевле в производстве, и некоторые инженерные термопласты могут даже обеспечивать большую прочность, чем металлы вроде алюминия, алюминиевых сплавов и магниевых сплавов. Они также непроводящие — означая, что под напряжением провода не создают опасностей удара, если контактируют с внутренней стороной корпуса — и не срабатывают системы защиты цепей. Если проводящее покрытие поверхности нужно для пластикового корпуса, его можно добавить в пост-производстве, хотя дополнительное время, материалы и труд увеличат стоимость на деталь.

В отличие от металлических корпусов, пластиковые корпуса не генерируют тепло. Думая о конечных применениях, важно помнить, что металлы станут значительно горячее куска пластика. Если электрические компоненты внутри корпуса генерируют достаточно тепла для воздействия на материал, выбор пластикового корпуса будет в общем более безопасным вариантом; люди гораздо легче поднимут пластиковую оболочку, чем металлическую.

Многие термопласты — полипропилен будучи одним распространённым примером — экстремально влагостойки, но деградируют при воздействии ультрафиолетового света за продолжительные периоды. Однако этот эффект можно смягчить, включив УФ-стабилизаторы в материал корпуса или покрыв поверхность корпуса краской или другой УФ-стойкой отделкой. В некоторых случаях гибкость и резиноподобные качества менее жёстких пластиков могут улучшить долговечность детали или обеспечить герметичные уплотнения.

Распространённые методы производства корпусов электроники

В конечном счёте, выбор материала для конкретного корпуса электроники определит, какой производственный метод наиболее эффективен. Некоторые из самых распространённых методов включают следующее:

1. CNC-обработка

CNC-обработка — универсальный субтрактивный производственный процесс, использующий цифровые CAD-файлы для направления инструментов в формировании детали из блока сырья, называемого «заготовкой» или «бланком». Процесс высокоповторяем — означая, что тот же дизайн-файл позволяет инженерам производить идентичные копии детали одновременно на множестве станков — и может использоваться для создания как пластиковых, так и металлических корпусов.

Пока другие производственные методы ограничены созданием относительно простых корпусов, CNC-обработка позволяет большую геометрическую сложность включать в дизайн детали, обеспечивая супер допуски деталей. Ещё одно преимущество CNC-обработки — корпуса, обработанные из единого металлического бланка, не показывают открытых швов, создавая чистый, визуально привлекательный продукт. Однако изготовление оболочки из блока материала на фрезерном станке может не быть стоимоэффективным вариантом, так как вы, вероятно, платите за больше материала, чем в итоге используете в конечном продукте.

2. Листовое металлообработка

Листовое металлообработка — экономичный и эффективный способ производства корпусов электроники. Обычно эти корпуса имеют значительно меньшие материальные расходы, чем их CNC-обработанные аналоги, جزئно потому что с тремя гнутиями лист можно трансформировать в открытый корпус.

Корпуса настольных компьютеров и многие наружные корпуса электроники — распространённые примеры корпусов, сделанных через листовое металлообработку, и то, чего им не хватает в эстетической ценности, они компенсируют долговечностью. Начальные затраты на инструментарий, связанные с листовым металлообработкой, могут быть высокими, но стоимость на деталь быстро падает по мере роста производственного объёма.

3. Литьё под давлением

Процесс литья под давлением включает повторное и быстрое заполнение долговечных металлических форм расплавленными пластиками, тем самым позволяя крупносерийное производство идентичных деталей. Производители часто используют этот метод для создания простых корпусов из жёстких или нежёстких пластиков, таких как используемые в игровых контроллерах, электронных ключах, киосковых дисплеях и многих других продуктах.

Время и расходы на инструментарий увеличивают срок исполнения и начальные накладные расходы для литьёных под давлением корпусов, но детали становятся невероятно стоимоэффективными при производстве в больших объёмах. Вкладышное литьё, процесс, похожий на литьё под давлением, также позволяет твёрдо встраивать электронику в корпус для дополнительной защиты.

4. 3D-печать

3D-печать, или аддитивное производство, использует CAD-файлы для создания деталей один слой материала за раз, что часто позволяет конденсировать многочастные сборки в единые детали. 3D-печать даёт большую геометрическую свободу — позволяя добавление особенностей вроде изогнутых внутренних каналов, которые экстремально сложны или невозможны для производства другими методами.

Кроме того, 3D-печать позволяет электронике быть полностью заключённой в своих корпусах, что часто устраняет необходимость в дополнительной сборке. Обычно не подходит для крупносерийного производства, аддитивные процессы эффективны и доступны для прототипирования и малых- и среднеобъёмных серий. И металлические, и пластиковые компоненты можно 3D-печатать.

Производство корпусов электроники превосходного качества

По мере того как цифровые технологии становятся всё более вкоренёнными в повседневной жизни, поддержание долгосрочной функциональности электронных устройств становится важнее, чем когда-либо. Корпуса электроники обеспечивают критически важную защиту, но инженеры и продуктовые команды должны обеспечивать, что выбор материала и дизайн детали оптимизированы для доставки максимальной выгоды.

Выбор производственного партнёра вроде Fast Radius означает, что вы получите первоклассный доступ к нашим десятилетиям коллективной экспертизы и знаний. Мы — онлайн-цифровая производственная платформа, специализирующаяся на эффективном и экономичном производстве превосходных продуктов. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы открыть, как мы можем помочь трансформировать исходные дизайнерские идеи в полностью функционирующие, долговечные детали.