Guide de comparaison pour fabriquer efficacement des boîtiers électroniques pour vos produits

Supposons que vous soyez dans la phase finale du prototypage ou que vous ayez développé un nouveau produit électronique et que vous envisagez de développer et de vendre votre produit sur le marché grand public. Bien que vous puissiez facilement vous procurer des circuits imprimés, des capteurs et d'autres composants électroniques / électriques, vous trébuchez souvent sur un boîtier, en particulier lorsque le produit a besoin d'un boîtier personnalisé ou lorsque le produit interagit régulièrement avec l'utilisateur.

Vous saurez à partir de cet article quels sont les moyens courants d'obtenir un boîtier pour votre produit, comment choisir le bon type de boîtier et où chercher un fournisseur de services. Étant donné que la plupart d'entre vous seront à la recherche d'un boîtier rentable, durable et facile à fabriquer, nous nous concentrerons sur le plastique car il fera un excellent travail pour les fonctionnalités susmentionnées.

Les moyens les plus courants d'obtenir un boîtier de votre produit sont:

Boîtier et panneaux standard
impression en 3D
Moulage par injection

En plus des informations contenues dans l'article, nous évaluerons chaque méthode avec le boîtier de thermomètre IR numérique ci-dessous (forme complexe, détails complexes) pour vous aider à vous faire une idée du scénario réel.

Les principaux critères sur la base desquels nous évaluerons chaque méthode sont le coût, le temps, la personnalisation, la complexité, la qualité et l'évolutivité. Nous comparerons le boîtier standard vs l'impression 3D vs le moulage par injection.

Critères	Boîtier prêt à l'emploi	impression en 3D	Moulage par injection
Coût	Le coût est proportionnel à la quantité. Cependant, vous pouvez négocier une meilleure offre lorsque la quantité est importante ⭐	Le coût est proportionnel au temps d'impression. Plages de 300 à 600 INR par heure en fonction du matériau (post-traitement supplémentaire)	Coût initial élevé pour la conception d'outils et coût de fabrication du produit très bon marché. Si la quantité est importante, le coût de conception de l'outil doit être réparti dans le coût unitaire.
Temps	Aucune contrainte sur le temps. Commandez et faites-le livrer ⭐	Après la conception, le temps nécessaire pour imprimer chaque pièce est proportionnel à la quantité.	Après la conception, la conception des outils (moules) et la fabrication des outils prennent un temps considérable (d'une semaine à un mois). Une fois que l'outil est prêt, vous pouvez fabriquer des centaines, voire des milliers de produits par jour.
Personnalisation	Très faible à non	Entièrement personnalisable et plusieurs itérations possibles ⭐	Une fois que vous avez finalisé la conception du moule, la personnalisation n'est pas possible.
Complexité du produit	Boîtiers pour produits standards.	Structures complexes et complexes possibles sans frais supplémentaires ⭐	Structures complexes et complexes possibles mais avec quelques frais supplémentaires
Qualité de finition	Surtout bien. Mais, ne peut pas être personnalisé.	Grossier et en couches Exception: Pièces en ABS traitées à l'acétone	Finition brillante et mate ⭐
Échelle	Aucune limite sur l'échelle ⭐	Réalisable pour moins de 1000 quantité	Faisable pour 1000+ quantité

Standard - Boîtier prêt à l'emploi

Si votre projet implique des composants standard tels que Arduino, RaspberryPi et certains composants ou capteurs standard, vous trouverez très probablement un boîtier standard en ligne. Voici les quelques exemples de boîtiers Readymade.

Vous pouvez les trouver sur des sites en ligne locaux ainsi que sur de nombreux sites Web internationaux comme Alibaba ou Aliexpress. Certains vendeurs peuvent vous aider avec une certaine personnalisation si vous avez une certaine quantité minimale. Si votre produit est similaire à quelque chose qui existe déjà sur le marché, vous pouvez utiliser ce moyen sournois pour remonter jusqu'au fabricant du boîtier du produit et essayer de négocier un accord.

Dans un autre cas probable, où vous avez un assemblage de plusieurs composants et lorsque l'esthétique n'est pas un problème, le meilleur choix est d'opter pour un panneau métallique de revêtement en poudre où vous pouvez fixer les composants tels que les contrôleurs, les relais, etc. des rails. Vous pouvez facilement trouver en ligne des boîtiers de contrôleurs Arduino / framboise montés sur rail din, des relais sur rail din, des blocs d'alimentation sur rail din, etc. Vous pouvez même modifier un peu le panneau pour inclure des écrans et des interrupteurs sur la porte du panneau. Les dimensions des panneaux peuvent varier de quelques centimètres à quelques mètres. Cette méthode est une pratique courante dans l' industrie de l'automatisation industrielle.

Pour en revenir à notre exemple de boîtier de thermomètre, nous ne pouvons trouver un tel boîtier sur aucun site Web. Cependant, vous avez de la chance si vous pouvez trouver une entreprise de moulage par injection qui fabrique déjà un boîtier similaire qui répondra à vos besoins. Le gros inconvénient ici est que votre produit n'aura pas l'air unique en soi, car votre fournisseur de boîtiers le vendra également à n'importe qui dans le monde.

Avantages du boîtier prêt à l'emploi

Si le boîtier prêt à l'emploi répond à vos besoins, alors-

Des livraisons plus rapides
Aucun investissement en temps et en argent
Meilleure qualité de finition

Inconvénients du boîtier prêt à l'emploi

Pas ou très peu de personnalisation
Aucune option matérielle

impression en 3D

Si les boîtiers standard ne vous conviennent pas, l'impression 3D est un excellent moyen de démarrer votre produit. L'impression 3D est idéale pour le prototypage. Au départ, vous ne rechercherez que quelques quantités (probablement quelques centaines) et vous souhaitez tester le marché de votre produit avant de verser un investissement important. L'impression de votre produit ne prend pas beaucoup de temps et d'argent une fois la conception CAO prête.

Si vous souhaitez en savoir plus sur l'impression 3D, consultez l'article sur la prise en main de l'impression 3D et d'autres projets d'impression 3D que nous avons créés précédemment pour vous inspirer.

Conception CAO de pièces → Tranchage (dans le logiciel de tranchage) → Impression 3D → Post-traitement

Tout d'abord, vous préparez un modèle 3D du boîtier
Importez le modèle 3D dans le logiciel de découpage tel que Cura, Simple3D et Slic3R

Le découpage est l'endroit où votre modèle 3D est converti en couches et en codes que l'imprimante 3D peut comprendre.

Vous pouvez visualiser les supports et également estimer le temps nécessaire à l'impression en réglant divers paramètres d'impression.

Ceci est ensuite suivi par l'impression 3D et le post-traitement. Le post-traitement implique le retrait des supports, le flash et le traitement chimique pour la finition de surface dans le cas du matériau ABS.

De nombreux fournisseurs de services d'impression 3D obtiennent votre conception via leur site Web ou par courrier électronique, l'impriment et vous envoient le produit imprimé - tout cela en une semaine. Sans tracas! N'est-ce pas. Les fournisseurs de services d'impression 3D vous factureront en fonction du temps nécessaire à l'impression de votre produit et le taux horaire varie en fonction du type de matériau que vous choisissez.

Il est important que vous soyez conscient de certains facteurs importants lorsque vous décidez d'opter pour l'impression 3D. Ces facteurs sont les matériaux du produit et les facteurs affectant le temps de traitement, donc votre coût.

Actuellement, les deux méthodes d'impression 3D les plus courantes sont:

Modélisation des dépôts fondus (FDM)

Également connu sous le nom de fabrication de filaments fondus (FFF), est un processus de fabrication additive dans lequel un objet est construit en déposant sélectivement un matériau fondu dans un chemin prédéterminé couche par couche. Les matériaux utilisés sont des polymères thermoplastiques et se présentent sous forme de filament.

Stéréolithographie (SLA)

SLA fonctionne en utilisant un laser haute puissance pour durcir la résine liquide dans le lit d'impression pour créer la forme 3D souhaitée - un processus connu sous le nom de polymérisation. Il existe de nombreux types d'impression 3D à base de lumière qui sont généralement classés dans le traitement numérique de la lumière (DLP).

	Modélisation des dépôts fondus (FDM)	Stéréolithographie (SLA)
Application	Pièces standard	Pièce avec des surfaces complexes (bijoux et petites pièces) Petits boîtiers électroniques
Coût	Moins cher
Temps		plus rapide
Finition	Généralement grossier et en couches Lisse en cas d'ABS traité à l'acétone	Lisse
Matériaux	Les plus courants: PLA, ABS, Nylon, HANCHES, PET, PC	Résine standard, résine transparente, résine résistante ou durable et résine haute température.

Pour l'instant, restons fidèles à FDM car il est plus largement disponible et convient à notre discussion.

Considérations de conception pour l'impression 3D

Lors de la conception du produit, il est important de comprendre les limites des imprimantes 3D disponibles sur le marché. Il est important que vous compreniez le fonctionnement de l'imprimante 3D FDM.

Si vous n'êtes pas doué pour la conception CAO, je vous conseille de prendre des services de conception 3D professionnels et dans certains cas, les fournisseurs de services d'impression 3D eux-mêmes proposent des services de conception 3D. Ces services sont payants - principalement à l'heure. Les considérations de conception les plus importantes sont

Assemblage: Si vous avez plusieurs pièces qui s'assemblent en un objet final, vous devez alors penser aux dispositions à prendre pour assembler les pièces - correspondance des pièces, vis, etc.

Suspendus: La réalité est que les imprimantes 3D FDM ne sont pas parfaites pour imprimer des surfaces en surplomb ou en pente raide. Vous obtenez des surfaces rugueuses, vous avez besoin de support, que vous devez post-traiter.

Complexité: La complexité signifie une complexité telle que des parties minces, des caractéristiques minuscules et des formes très complexes. Alors que les imprimantes 3D sont censées faire tout cela avec facilité, parfois elles ne fonctionnent pas bien.

Voici les facteurs que vous devez garder à l'esprit lorsque vous passez de la conception au processus d'impression 3D.

Considérations de processus pour l'impression 3D

Toutes les considérations de processus ont un impact sur le temps d'impression et la qualité de l'objet fini.

Tous ces paramètres peuvent être visualisés et analysés via les logiciels de tranchage (Cura, Simple3D & Slic3R)

L'orientation compte: l'image ci-dessous montre pourquoi. Essayez d'orienter la pièce d'une manière qui nécessite moins de soutien et moins de suspension. La meilleure orientation se traduira par une meilleure finition et un temps d'impression plus court.

Épaisseur de couche / hauteur de couche: l' épaisseur de couche est une mesure de la hauteur de couche de chaque ajout successif de matériau dans le processus d'impression 3D dans lequel les couches sont empilées. Réduisez l'épaisseur de la couche, plus le temps d'impression est long et améliorez la qualité de finition. L'image ci-dessous vous donne une perspective de la relation entre l'épaisseur de la couche et le temps d'impression.

Densité de remplissage: La densité de remplissage est la quantité de filament imprimé à l'intérieur de l'objet, et cela est directement lié à la résistance, au poids et à la durée d'impression de votre impression. Dans notre cas - enceinte, nous ne rencontrerons pas de densité de remplissage car notre pièce est une coque et non un objet solide. Dans le cas où vous avez une pièce solide, plus la densité de remplissage, plus la résistance et plus le temps d'impression.

Supports: les structures de support d'impression 3D ne font pas partie du modèle. Ils sont utilisés pour soutenir des parties du modèle lors de l'impression. Cela signifie qu'une fois l'impression terminée, vous avez la tâche supplémentaire de supprimer les structures avant que le modèle ne soit prêt à l'emploi.

Il existe d'autres facteurs tels que la vitesse d'impression, l'épaisseur de la coque, le diamètre de la buse, la température d'extrusion et le radeau dont vous n'avez pas à vous soucier car ils seront définis à des niveaux optimaux par le fournisseur de services.

Post-traitement: les pièces en ABS peuvent être traitées avec de l'acétone après le processus d'impression 3D pour obtenir un aspect brillant.

Voici la comparaison des objets ABS traités à l'acétone et ABS non traités. Le message que je veux faire passer est qu'il faut opter pour une qualité d'impression optimale en termes de fonctionnalité et d'esthétique.

Logiciels utilisés pour la conception

Gratuit: Sketchup, Blender 3D, Open SCAD.

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

Logiciels utilisés pour le tranchage - Gratuit: Cura, Simple3D, Slic3R

Analyse des coûts d'impression 3D

Le coût de l'impression 3D dépend de votre choix de matériau et du temps nécessaire pour imprimer un produit.

Le coût varie généralement de 300 à 600 INR. De plus, des compléments tels que le traitement à l'acétone ABS seront facturés en supplément (50-100 INR).

Pour mettre cela en perspective, voyons le coût d'impression de notre thermomètre IR numérique. Il faut 4 heures et 11 minutes pour imprimer une version de base de notre thermomètre infrarouge numérique avec le processus. Vous pouvez également consulter le thermomètre IR sans contact que nous avons construit précédemment à l'aide d'un boîtier imprimé en 3D.

Paramètres de processus: Hauteur de couche: 0,25 mm, Vitesse d'impression 60 mm / s. Étant donné que nous allons opter pour du matériau ABS sans aucun post-traitement, cela nous coûterait environ 1200 INR pour une impression.

Avantages de l'impression 3D

Liberté de conception
Prototypage rapide - liberté pour les itérations
Imprimez à la demande et ne payez que ce que vous imprimez

Inconvénients de l'impression 3D

Choix de matériaux limités
Volume de construction limité
Qualité de finition

Tendance du marché de l'impression 3D

Les services d'impression 3D étant plus facilement disponibles, les prix de l'impression 3D peuvent baisser. Azul 3D 'High Area Rapid Printing technology' est une méthode SLA révolutionnaire mais qui permet d'imprimer une couche du lit entier à la fois. Cependant, il faudra un certain temps pour atteindre le marché.

Moulage par injection

Le moulage par injection est la méthode de fabrication de masse la plus courante dans l'industrie et la mieux adaptée lorsque vous souhaitez fabriquer des milliers de produits. Si vous regardez un produit en plastique autour de vous, il est probablement fabriqué par moulage par injection. Il faut beaucoup de temps et d'argent pour fabriquer le premier produit, mais une fois cela fait, vous pouvez fabriquer des centaines, voire des milliers de produits par jour à un prix très bon marché.

Comment se déroule le processus de moulage par injection?

Conception de produits → Conception d'outils (conception de moules) → Essais → Fabrication de masse → Post-traitement

1. Tout d'abord, vous faites la conception du produit comme vous l'avez fait pour l'impression 3D - soit par vous-même, soit par un concepteur CAO professionnel.

2. Ensuite, vous confiez la conception du produit à un concepteur d'outils (principalement un fournisseur de services de moulage par injection) avec d'autres détails tels que le choix du matériau, la quantité et le type de finition. Le fournisseur de services conçoit l'outil (c'est-à-dire le moule) et analyse l'appariement des pièces, le flux du moule et tous les autres paramètres selon la conception de votre produit et les spécifications que vous souhaitez.

Une fois que c'est prêt, le fournisseur de services effectue un essai et effectue des corrections si nécessaire. Enfin, il procède à la fabrication en série. Le post-traitement implique des actions telles que la suppression du flash et des portes et le polissage.

Le moule / outil est un bloc métallique qui a le profil négatif / opposé de l'objet que vous souhaitez fabriquer. Il est composé d'un bloc de noyau et d'un bloc de cavité avec d'autres pièces de support telles qu'un système de refroidissement, une broche d'éjection, etc. Dans le processus de moulage par injection, le plastique chauffé s'écoule à l'intérieur de la cavité et refroidit. La pièce est ensuite automatiquement éjectée puis est post-traitée, des activités telles que la suppression des flashs et des portes et le polissage.

Matériaux utilisés dans le moulage par injection

La plupart des matières plastiques commerciales peuvent être utilisées dans le moulage par injection.

Ainsi, la propriété du produit fini aura la propriété du matériau que vous choisissez.

Par exemple: le polycarbonate et le polystyrène pour les produits transparents, le polypropylène (PP et PET) sont bons pour les matières plastiques de qualité alimentaire, le polyétherimide (PEI) pour une résistance thermique élevée.

Lorsqu'il s'agit de matériaux flexibles tels que le polyuréthane ou le caoutchouc de silicone, le concept de moulage par injection varie un peu. Chaque matériau a un coût de fabrication différent. Les moules sont conçus pour un matériau particulier de plastique. Les outils / moules conçus pour un matériau particulier peuvent ne pas être utiles pour un matériau différent car chaque matériau rétrécit d'une manière différente. Alors décidez de votre matériau au stade de la conception.

L'outil ou le moule a une durée de vie. Le matériau et le coût de l'outil varient en fonction du nombre estimé de produits que vous souhaitez fabriquer. La durée de vie minimale d'un outil est d'environ 5000 pièces. Alors estimez équitablement la quantité au stade initial.

De nombreux facteurs entrent en jeu en fonction de la finition et de la complexité du produit - par exemple -

Si vous avez besoin d'une très bonne qualité, la conception de l'outil implique certaines fonctionnalités qui augmentent le coût.

S'il existe des structures très complexes, qui rendent difficile la fabrication d'outils conventionnels, alors le fabricant d'outils utilise des méthodes non conventionnelles qui augmentent le coût.

Tout ce que vous devez faire est d'être clair sur ce que vous voulez: conception, quantité, finition et matériau.

Prise en compte des coûts pour le moulage par injection

Aller avec le prestataire de services qui donne une solution de bout en bout, c'est-à-dire de la conception de l'outil à la fabrication du produit pour éviter les problèmes de coordination. Le fournisseur de services prendra en charge tous les facteurs selon vos exigences en matière de conception, de quantité, de matériau et de finition.

Il existe deux façons de gérer la structure des coûts. Nous prendrons notre thermomètre numérique infrarouge comme exemple pour analyser la différence dans la structure des coûts.

Coût séparé pour la conception d'outils et la fabrication d'outils et un coût unitaire distinct pour la fabrication du produit, qui implique le coût des matériaux, le coût des machines, le coût de la main-d'œuvre, etc. Dans lequel le fournisseur de services vous facture séparément la conception et la fabrication de l'outil. Et il facture les produits séparément. Dans ce cas, vous engagez un coût fixe initial important (par exemple: 1-2 lac INR) et un coût de produit par unité (par exemple: 10-50 INR).

Produit fini par unité qui comprend à la fois le coût de fabrication du produit et le coût de l'outil. Dans ce cas, le coût initial fixe de conception et de fabrication des outils est réparti sur la quantité du produit. Par exemple: ce coût (par exemple 2 lac INR) est réparti dans la quantité totale (5000 pièces) que vous commandez en plus du coût de fabrication du produit (par exemple 20 INR).

Donc 200000 INR / 5000 unités = 40 INR (coût de l'outil) + 20 INR (coût du produit) = 60 INR (coût total)

Cette structure de coût allège le fardeau du coût initial de l'outil et rend le coût du boîtier variable.

Avantages du moulage

Idéal pour les grandes quantités de produits
Bonne finition - finition brillante ou finition mate
Large choix de matériaux

Inconvénients du moulage

Temps initial et coût élevés

Sujet bonus

Lorsque vous placez vos produits sur le marché grand public, vous devrez peut-être concevoir et fabriquer le produit pour qu'il soit doté d'une protection contre les entrées et les chocs. Il s'agit de communiquer efficacement la fiabilité du produit à vos clients.

Classement IP: Les classifications IP (ou «Ingress Protection») sont des normes internationales utilisées pour définir les niveaux d'efficacité d'étanchéité des boîtiers électriques contre l'intrusion de corps étrangers (outils, saleté, etc.) et l'humidité.

Classement IK

Les classifications IK indiquent les degrés de protection fournis par les boîtiers électriques contre les chocs mécaniques externes. L'échelle de classification IK identifie la capacité d'une enceinte à résister aux niveaux d'énergie d'impact mesurés en joules (J).