Как разработать новый электронный аппаратный продукт: полный гайд


Итак, вы хотите разработать новый электронный аппаратный продукт? Позвольте мне начать с хорошей новости – это возможно. Вы можете разработать аппаратный продукт независимо от вашего технического уровня, и вам не обязательно быть инженером, чтобы добиться успеха (хотя это, безусловно, помогает).

Независимо от того, являетесь ли вы предпринимателем, стартапом, производителем, изобретателем или представителем малого бизнеса, это руководство поможет вам понять процесс разработки нового продукта в электронике.

Как разработать новый электронный аппаратный продукт: полный гайд

Хотя не стоит идеализировать этот процесс. Это невероятно долгий и трудный путь к запуску нового аппаратного продукта. Хотя аппаратное обеспечение известно как сложное, сейчас отдельным людям и небольшим группам стало проще , чем когда-либо, разрабатывать новые аппаратные продукты.

Однако, если вы ищете простой и быстрый способ заработать деньги, я предлагаю вам прекратить чтение прямо сейчас, потому что вывести на рынок новый аппаратный продукт далеко не просто и не быстро.

В этом руководстве я сначала расскажу о стратегиях разработки продуктов как для технических авторов, так и для нетехнических предпринимателей, желающих создать новый электронный аппаратный продукт. Затем мы перейдем к разработке электроники, а затем к разработке пластикового корпуса.

Часть 1. Стратегии разработки продуктов

По сути, у предпринимателей и стартапов есть пять вариантов разработки нового аппаратного продукта. Однако во многих случаях лучшая общая стратегия — это комбинация этих пяти стратегий развития.

1) Разработайте продукт самостоятельно

Сама по себе такая стратегия редко бывает жизнеспособной. Очень немногие люди обладают всеми навыками, необходимыми для самостоятельной разработки готового к выходу на рынок электронного продукта.

Даже если вы инженер, являетесь ли вы экспертом в области проектирования электроники, программирования, 3D-моделирования, литья под давлением и производства? Возможно нет. Кроме того, большинство этих специальностей состоят из множества подспециальностей.

При этом, если у вас есть необходимые навыки, чем дальше вы продвинетесь в разработке своего продукта, тем больше денег вы сэкономите и тем лучше вы будете чувствовать себя в долгосрочной перспективе.

Например, около 6 лет назад автор этой статьи вывел на рынок свой собственный аппаратный продукт. Изделие было более сложным механически, чем электрически. По образованию он инженер-электронщик, а не инженер-механик, поэтому сначала он нанял пару внештатных инженеров-механиков.

Однако меня быстро разочаровало то, насколько медленно продвигались дела. Ведь я думал о своем продукте почти каждый час бодрствования! Я был одержим идеей как можно быстрее разработать и вывести на рынок свой продукт. Но инженеры, которых я нанял, совмещали его с множеством других проектов и не уделяли моему проекту того внимания, которого, по моему мнению, он заслуживал.

Поэтому я решил изучить все необходимое для механического проектирования самостоятельно. Никто не был более мотивирован, чем я, в разработке и выпуске моего продукта на рынок. В конечном итоге мне удалось завершить механическое проектирование гораздо быстрее (и за гораздо меньшие деньги).

Мораль этой истории заключается в том, чтобы заниматься разработкой настолько, насколько позволяют ваши навыки, но при этом не заходить слишком далеко. Если ваши навыки субэксперта заставляют вас разрабатывать неоптимальный продукт, то это большая ошибка. Кроме того, любые новые навыки, которые вам необходимо освоить, потребуют времени, и это в конечном итоге может продлить время выхода на рынок. Всегда привлекайте экспертов, чтобы заполнить пробелы в ваших знаниях.

Некоторые из моих любимых веб-сайтов для изучения разработки электроники — Hackster.io, Build Electronic Circuits, Bald Engineer, Adafruit, Sparkfun, Make Magazine и All About Circuits. Обязательно посетите канал YouTube под названием AddOhms, на котором есть отличные вводные видеоролики для изучения электроники.

2) Пригласите технического сооснователя(ей)

Если вы нетехнический основатель, вам определенно будет разумно привлечь технического соучредителя. Один из основателей вашей стартап-команды должен, по крайней мере, достаточно разбираться в разработке продукта, чтобы управлять этим процессом.

Если вы планируете в конечном итоге привлечь внешнее финансирование от профессиональных инвесторов, вам обязательно понадобится команда основателей. Профессиональные инвесторы в стартапы знают, что у команды основателей гораздо больше шансов на успех, чем у индивидуального основателя.

Идеальная команда соучредителей для большинства стартапов по производству аппаратного обеспечения — это инженер по аппаратному обеспечению, программист и маркетолог.

Привлечение соучредителей может показаться идеальным решением ваших проблем, но есть и серьезные недостатки. Во-первых, найти соучредителей сложно и, скорее всего, это займет огромное количество времени. Это ценное время, которое не тратится на разработку вашего продукта.

Поиск соучредителей — это не то, чем вам следует торопиться, и вам нужно потратить время, чтобы найти подходящего партнера. Они не только должны хвалить ваши навыки, но они также должны нравиться вам лично. По сути, вы собираетесь пробыть с ними в браке как минимум несколько лет, поэтому убедитесь, что вы хорошо ладите.

Основным недостатком привлечения соучредителей является то, что они уменьшают вашу долю в компании. Все основатели компании действительно должны иметь равные доли в компании. Так что, если вы сейчас собираетесь работать в одиночку, будьте готовы отдать любому соучредителю половину своей компании.

3) Аутсорсинг инженерам-фрилансерам

Один из лучших способов заполнить пробелы в технических возможностях вашей команды — это привлечь инженеров-фрилансеров.

Просто имейте в виду, что для большинства продуктов потребуется несколько инженеров разных специальностей, поэтому вам придется управлять разными инженерами самостоятельно. В конечном счете, кто-то из команды основателей должен будет выполнять функции менеджера проекта.

Команда инженеров

Убедитесь, что вы нашли инженера-электрика, имеющего опыт проектирования электроники, необходимой для вашего продукта. Электротехника — это огромная область обучения, и многим инженерам не хватает опыта проектирования схем.

Что касается 3D-дизайнера, убедитесь, что вы нашли кого-то, у кого есть опыт работы с технологией литья под давлением, иначе вы, скорее всего, получите продукт, для которого можно будет создать прототип, но нельзя будет производить массово.

4) Аутсорсинг фирме-разработчику

Самые известные дизайнерские фирмы, такие как Frog, IDEO, Fuse Project и т. д., могут создавать фантастические дизайны продуктов, но они безумно дороги.

Стартапам следует любой ценой избегать дорогих дизайнерских фирм. Лучшие дизайнерские фирмы могут взять более 500 тысяч долларов за полную разработку вашего нового продукта. Даже если вы можете позволить себе нанять дорогую фирму по разработке продуктов, не делайте этого. Мало того, что вы, скорее всего, никогда не вернете эти деньги, вы также не захотите совершить ошибку, основав стартап по производству аппаратного обеспечения, который не будет активно участвовать в реальной разработке продукта.

5) Партнерство с производителем

Одним из возможных вариантов является партнерство с зарубежным производителем, который уже производит продукцию, аналогичную вашей.

Крупные производители будут иметь собственные отделы проектирования и разработки для работы над собственной продукцией. Если вы найдете производителя, который уже производит что-то похожее на ваш собственный продукт, возможно, он сможет сделать за вас все — разработку, проектирование, прототипирование, изготовление пресс-форм и производство.

Эта стратегия может снизить первоначальные затраты на разработку. Однако производители амортизируют эти затраты, что означает добавление дополнительных затрат на продукт для первых производственных партий. По сути, это работает как беспроцентный кредит, позволяя вам медленно возвращать производителю затраты на разработку.

Звучит здорово и просто, так в чем же подвох? Основной риск, который следует учитывать при использовании этой стратегии, заключается в том, что вы объединяете все, что связано с вашим продуктом, в одну компанию.

Они наверняка захотят заключить эксклюзивное производственное соглашение, по крайней мере, до тех пор, пока их затраты не будут возмещены. Это означает, что вы не сможете перейти на более дешевый вариант производства, когда объем производства увеличится.

Также имейте в виду, что многие производители могут захотеть получить часть или все интеллектуальные права на ваш продукт.

Часть 2. Разработка электроники

Разработку электроники для вашего продукта можно разбить на семь этапов: предварительный производственный проект, принципиальная схема, компоновка печатной платы, окончательная спецификация, прототип, испытания и программа и, наконец, сертификация.

Шаг 1. Создайте предварительный производственный проект

При разработке нового электронного аппаратного продукта следует сначала начать с предварительного производственного проекта. Его не следует путать с прототипом для проверки концепции (Proof-of-Concept, POC).

Прототип POC обычно создается с использованием комплекта разработки, такого как Arduino. Иногда они могут быть полезны, чтобы доказать, что концепция вашего продукта решает желаемую проблему. Но прототип POC — это далеко не серийный образец. Редко вы можете выйти на рынок со встроенным в ваш продукт Arduino.

Предварительный производственный проект фокусируется на производственных компонентах вашего продукта, стоимости, рентабельности, производительности, функциях, возможности разработки и технологичности.

Вы можете использовать предварительный производственный проект, чтобы составить смету всех затрат, которые потребуются вашему продукту. Важно точно знать затраты на разработку, создание прототипа, программирование, сертификацию, масштабирование и производство продукта.

Предварительный проект производства ответит на следующие важные вопросы. Возможна ли разработка моего продукта? Могу ли я позволить себе разработку этого продукта? Сколько времени мне понадобится на разработку своего продукта? Могу ли я производить продукцию массово? Могу ли я продать его с прибылью?

Многие предприниматели совершают ошибку, пропуская этап предварительного проектирования производства, и вместо этого сразу переходят к разработке принципиальной схемы. Поступив так, вы можете в конечном итоге обнаружить, что потратили все эти усилия и с трудом заработанные деньги на продукт, который невозможно разработать, произвести или, что наиболее важно, продать с прибылью.

Шаг 1A – Блок-схема системы

При создании предварительного производственного проекта следует начать с определения структурной схемы системного уровня. На этой схеме указаны все электронные функции и способы взаимодействия всех функциональных компонентов.

Структурная схема проекта

Для большинства продуктов требуется микроконтроллер или микропроцессор с различными компонентами (дисплеями, датчиками, памятью и т. д.), взаимодействующими с микроконтроллером через различные последовательные порты.

Создав структурную схему системы, вы можете легко определить тип и количество необходимых последовательных портов. Это важный первый шаг для выбора правильного микроконтроллера для вашего продукта.

Шаг 1B – Выбор производственных компонентов

Затем вы должны выбрать различные производственные компоненты: микрочипы, датчики, дисплеи и разъемы, исходя из желаемых функций и целевой розничной цены вашего продукта. Это позволит вам создать предварительную спецификацию материалов (Bill of Materials, BOM).

Внешний вид электронных компонентов на печатной плате

В США наиболее популярными поставщиками электронных компонентов являются Newark , Digikey , Arrow , Mouser и Future . Вы можете приобрести большинство электронных компонентов поштучно (для прототипирования и первоначального тестирования) или тысячами (для мелкосерийного производства).

Как только вы достигнете более высоких объемов производства, вы сэкономите деньги, приобретая некоторые компоненты напрямую у производителя.

Шаг 1C – Оцените себестоимость производства

Теперь вы должны оценить себестоимость производства (или себестоимость проданных товаров – COGS, Cost of Goods Sold) для вашего продукта. Очень важно как можно скорее узнать, сколько будет стоить производство вашего продукта.

Вам необходимо знать себестоимость единицы продукции вашего продукта, чтобы определить лучшую цену продажи, стоимость запасов и, что наиболее важно, какую прибыль вы можете получить.

Производство электронного устройства

Выбранные вами производственные компоненты, конечно, окажут большое влияние на стоимость производства.

Но чтобы получить точную оценку производственных затрат, вы также должны включить стоимость сборки печатной платы, окончательной сборки продукта, тестирования продукта, розничной упаковки, уровня брака, возврата, логистики, пошлин и складирования.

Шаг 2. Разработка принципиальной схемы

Теперь пришло время спроектировать принципиальную схему на основе блок-схемы системы, созданной на шаге 1.

Пример принципиальной схемы

Принципиальная схема показывает, как каждый компонент, от микрочипов до резисторов, соединяется вместе. В то время как системная блок-схема в основном ориентирована на функциональность продукта более высокого уровня, схематическая диаграмма полностью сосредоточена на мелких деталях.

Такая простая вещь, как неправильный номер контакта на схеме, может привести к полному отсутствию функциональности.

В большинстве случаев вам понадобится отдельная подсхема для каждого блока блок-схемы вашей системы. Эти различные подсхемы затем будут соединены вместе, чтобы сформировать полную принципиальную схему.

Для создания принципиальной схемы и обеспечения отсутствия ошибок используется специальное программное обеспечение для проектирования электроники. Я рекомендую использовать пакет под названием DipTrace , который является доступным, мощным и простым в использовании.

Шаг 3. Разработка печатной платы (PCB)

После того, как схема будет готова, вы приступите к проектированию печатной платы (PCB). Печатная плата — это физическая плата, которая удерживает и соединяет все электронные компоненты.

Разработка структурной схемы и принципиальной схемы системы носила преимущественно концептуальный характер. Однако дизайн печатной платы — это вполне реальный мир.

Отрисовка макета печатной платы

Печатная плата может быть спроектирована в том же программном обеспечении, в котором была создана принципиальная схема. Программное обеспечение будет иметь различные инструменты проверки, позволяющие убедиться, что разводка печатной платы соответствует правилам проектирования используемого процесса изготовления печатной платы, а также соответствие печатной платы схеме.

На нашем сайте мы проводили обзор программ для проектирования печатных плат, и более подробно рассматривали некоторые из этих программ, такие как Cadsoft Eagle, Sprint Layout 6 Rus и EasyEDA.

Как правило, чем меньше изделие и чем плотнее упакованы компоненты, тем больше времени потребуется для создания разводки печатной платы. Если ваш продукт передает большое количество энергии или предлагает беспроводное соединение, то разводка печатной платы становится еще более важной и трудоемкой задачей.

Пример макета печатной платы

Для большинства конструкций печатных плат наиболее важными частями являются трассировка питания, высокоскоростные сигналы (тактовые генераторы, линии адреса/данных и т. д.) и любые беспроводные схемы.

Шаг 4. Создание окончательной спецификации материалов

Хотя вы уже должны были создать предварительную спецификацию в рамках предварительного производственного проекта, теперь пришло время для полной производственной спецификации.

Основное различие между ними заключается в многочисленных недорогих компонентах, таких как резисторы и конденсаторы. Эти компоненты обычно стоят весьма дешево, поэтому их  часто не перечисляют в предварительной спецификации.

Но для фактического изготовления печатной платы вам нужна полная спецификация с указанием каждого компонента. Эта спецификация обычно создается автоматически с помощью программного обеспечения для проектирования схем. В спецификации указаны номера деталей, количества и характеристики всех компонентов.

Шаг 5. Заказ прототипов печатных плат

Создание электронных прототипов — это двухэтапный процесс. На первом этапе изготавливаются голые печатные платы. Ваше программное обеспечение для проектирования схем позволит вам вывести макет печатной платы в формате Gerber с одним файлом для каждого слоя печатной платы.

Эти файлы Gerber можно отправить в магазин прототипов для небольших объемов производства. Те же файлы можно предоставить более крупному производителю для крупносерийного производства. Также можно изготовить печатную плату в домашних условиях.

Полностью изготовленные электронные схемы

Второй шаг — припаять все электронные компоненты к плате. Из вашего программного обеспечения для проектирования вы сможете вывести файл, в котором показаны точные координаты каждого компонента, размещенного на плате. Это позволяет сборочному цеху полностью автоматизировать пайку каждого компонента вашей печатной платы.

Самым дешевым вариантом будет производство прототипов печатных плат в Китае. Хотя обычно лучше, если вы сможете создавать прототипы ближе к дому, чтобы сократить задержки с доставкой, для многих предпринимателей более важно минимизировать затраты.

Для производства плат-прототипов в Китае я настоятельно рекомендую Seeed Studio . Они предлагают фантастические цены на партии от 5 до 8000 печатных плат. Они также предлагают услуги 3D-печати, что делает их универсальным магазином. Другие китайские производители прототипов печатных плат с хорошей репутацией: Gold Phoenix PCB и Bittele Electronics .

В США я рекомендую Sunstone Circuits , Screaming Circuits и San Francisco Circuits , которые широко используются многими энтузиастами для создания прототипов своих собственных проектов. Сборка плат занимает 1-2 недели, если только вы не заплатите за срочное обслуживание.

Шаг 6. Оценка, программирование, отладка и повторение

Теперь пришло время оценить прототип электронного устройства. Имейте в виду, что ваш первый прототип редко будет работать идеально. Скорее всего, вам придется пройти несколько итераций, прежде чем завершить проект. На этом этапе вы выявите, отладите и исправите любые проблемы с вашим прототипом.

Тестирование электронной схемы

Это может быть трудный этап для прогнозирования как с точки зрения затрат, так и с точки зрения времени. Любые обнаруженные вами ошибки, конечно же, неожиданны, поэтому требуется время, чтобы выяснить источник ошибки и способы ее лучшего устранения.

Оценка и тестирование обычно проводятся параллельно с программированием микроконтроллера. Прежде чем приступить к программированию, вам нужно хотя бы провести базовое тестирование, чтобы убедиться, что с платой нет серьезных проблем.

Код программы для микроконтроллера

Почти все современные электронные продукты включают в себя микрочип, называемый микроконтроллером (MCU), который действует как «мозг» продукта. Микроконтроллер очень похож на микропроцессор компьютера или смартфона.

Микропроцессор превосходно справляется с быстрой передачей больших объемов данных, а микроконтроллер превосходно справляется со взаимодействием и управлением такими устройствами, как переключатели, датчики, дисплеи, двигатели и т. д. Микроконтроллер — это в значительной степени упрощенный микропроцессор.

Микроконтроллер необходимо запрограммировать для выполнения желаемых функций.

Микроконтроллеры почти всегда программируются на широко используемом компьютерном языке под названием «С». Программа, называемая прошивкой (или встроенным программным обеспечением, ПО), хранится в постоянной, но перепрограммируемой памяти, обычно внутренней микросхемы микроконтроллера.

Более подробно эти шаги изложены в руководстве по разработке встроенного ПО.

Шаг 7. Сертификация вашего продукта

Вся продаваемая электронная продукция должна иметь различные виды сертификации. Требуемые сертификаты различаются в зависимости от страны, в которой будет продаваться продукт. Мы предоставим сертификаты, необходимые в США, Канаде и Европейском Союзе.

Сертификация электронного продукта

FCC (Федеральная комиссия по связи)

Сертификация FCC необходима для всех электронных продуктов, продаваемых в США. Все электронные продукты излучают определенное количество электромагнитного излучения (т.е. радиоволн), поэтому FCC хочет убедиться, что продукты не мешают беспроводной связи.

Существует две категории сертификации FCC. Какой тип требуется для вашего продукта, зависит от того, поддерживает ли ваш продукт возможности беспроводной связи, такие как Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee или другие протоколы беспроводной связи.

FCC классифицирует продукты с функциями беспроводной связи как преднамеренные излучатели. Изделия, которые непреднамеренно излучают радиоволны, классифицируются как непреднамеренные излучатели. Преднамеренная сертификация радиаторов обойдется вам примерно в 10 раз дороже, чем непреднамеренная сертификация радиаторов.

Рассмотрите возможность первоначального использования электронных модулей для любой из беспроводных функций вашего продукта. Это позволяет обойтись только непреднамеренной сертификацией, что сэкономит вам как минимум 10 тысяч долларов.

UL (Лаборатории страховщиков) / CSA (Канадская ассоциация стандартов)

Сертификация UL или CSA необходима для всей электротехнической продукции, продаваемой в США или Канаде и подключаемой к розетке переменного тока.

Продукты, работающие только от аккумулятора и не подключаемые к розетке переменного тока, не требуют сертификации UL/CSA. Однако большинство крупных розничных продавцов и/или компаний по страхованию ответственности за качество продукции потребуют, чтобы ваш продукт был сертифицирован UL или CSA.

CE (Европейское соответствие)

Сертификация CE необходима для большинства электронных продуктов, продаваемых в Европейском Союзе (ЕС). Это аналогично сертификатам FCC и UL, требуемым в США.

RoHS

Сертификация RoHS гарантирует, что продукт не содержит свинца. Сертификация RoHS требуется для электротехнической продукции, продаваемой в Европейском Союзе (ЕС) или штате Калифорния. Поскольку экономика Калифорнии настолько значительна, большинство продуктов, продаваемых в США, сертифицированы RoHS.

Сертификаты литиевых батарей (UL1642, IEC61233 и UN38.3)

Перезаряжаемые литий-ионные/полимерные аккумуляторы имеют серьезные проблемы с безопасностью. При коротком замыкании или перезарядке они могут даже загореться .

Помните двойной отзыв Samsung Galaxy Note 7 из-за этой проблемы? Или истории о том, как различные ховерборды загорались?

Из-за этих проблем безопасности перезаряжаемые литиевые батареи должны быть сертифицированы. Для большинства продуктов я рекомендую изначально использовать готовые аккумуляторы, уже имеющие эти сертификаты. Однако это ограничит ваш выбор, поскольку большинство литиевых батарей не сертифицированы.

В первую очередь это связано с тем, что большинство компаний-производителей оборудования предпочитают создавать аккумуляторы, специально разработанные для использования всего доступного пространства в продукте. По этой причине большинство производителей аккумуляторов не утруждают себя сертификацией своих имеющихся в продаже аккумуляторов.

Часть 3. Разработка корпуса

Теперь мы рассмотрим разработку и прототипирование любых нестандартных пластиковых деталей. Для большинства продуктов это включает, по крайней мере, корпус, в котором все скреплено.

Для разработки пластиковых или металлических деталей индивидуальной формы потребуется эксперт по 3D-моделированию, а еще лучше — промышленный дизайнер.

Пластиковые корпуса для смартфонов

Если внешний вид и эргономика имеют решающее значение для вашего продукта, вам следует нанять промышленного дизайнера. Например, промышленные дизайнеры — это инженеры, благодаря которым портативные устройства, такие как iPhone, выглядят круто и элегантно.

Если внешний вид не имеет решающего значения для вашего продукта, то, вероятно, можно обойтись наймом 3D-моделиста, который обычно обходится значительно дешевле, чем промышленный дизайнер.

Шаг 1. Создайте 3D-модель

Первым шагом в разработке экстерьера вашего продукта является создание 3D-модели. Два крупных пакета программного обеспечения, используемые для создания 3D-моделей, — это Solidworks и PTC Creo (ранее называвшийся Pro/Engineer).

Однако теперь Autodesk предлагает облачный инструмент 3D-моделирования, который совершенно бесплатен для студентов, любителей и стартапов. Он называется Fusion 360. Если вы хотите заниматься 3D-моделированием самостоятельно и не привязаны ни к Solidworks, ни к PTC Creo, то обязательно рассмотрите Fusion 360.

Пример 3D-модели

После того, как ваш промышленный дизайнер или дизайнер 3D-моделирования завершил создание 3D-модели, вы можете превратить ее в физические прототипы. 3D-модель также можно использовать в маркетинговых целях, особенно до того, как у вас появятся функциональные прототипы.

Если вы планируете использовать свою 3D-модель в маркетинговых целях, вам понадобится создать фотореалистичную версию модели. И в Solidworks, и в PTC Creo доступны фотореалистичные модули.

Вы также можете создать фотореалистичную 3D-анимацию вашего продукта. Имейте в виду, что вам, возможно, придется нанять отдельного дизайнера, который специализируется на анимации и придаёт 3D-моделям реалистичный вид.

Самый большой риск, когда дело доходит до разработки 3D-модели вашего корпуса, заключается в том, что в итоге вы получите конструкцию, которую можно смоделировать, но невозможно изготовить серийно.

В конечном итоге ваш корпус будет изготовлен методом литья под высоким давлением (более подробную информацию см. в шаге 4 ниже).

Разработка детали для производства с использованием литья под давлением может быть довольно сложной задачей, требующей соблюдения множества правил. С другой стороны, с помощью 3D-печати можно прототипировать практически все.

Поэтому обязательно нанимайте только того, кто полностью понимает все сложности и требования к дизайну литья под давлением.

Шаг 2. Закажите прототипы корпусов (или купите 3D-принтер)

Пластиковые прототипы создаются с использованием аддитивного процесса (наиболее распространенного) или субтрактивного процесса. Аддитивный процесс, такой как 3D-печать, создает прототип путем складывания тонких слоев пластика для создания конечного продукта.

Аддитивные процессы являются наиболее распространенными из-за их способности создавать практически все, что вы можете себе представить.

Внешний вид 3D-принтера

Субтрактивный процесс, такой как обработка на станке с ЧПУ, вместо этого берет блок твердого производственного пластика и вырезает конечный продукт.

Преимущество субтрактивных процессов заключается в том, что вы можете использовать пластиковую смолу, которая точно соответствует конечному пластику, который вы будете использовать. Это важно для некоторых продуктов, однако для большинства продуктов это не является существенным.

При аддитивных процессах используется специальная смола для прототипирования и ее ощущение может отличаться от производственного пластика. Смолы, используемые в аддитивных процессах, значительно улучшились, но они все еще не соответствуют производственным пластикам, используемым при литье под давлением.

Я уже упоминал об этом, но это заслуживает того, чтобы подчеркнуть еще раз. Имейте в виду, что процессы прототипирования (аддитивные и субтрактивные) совершенно отличаются от технологии, используемой для производства (литье под давлением). Вы должны избегать создания прототипов (особенно с помощью аддитивного прототипирования), которые невозможно изготовить.

Вначале вам не обязательно заставлять прототип соответствовать всем правилам литья под давлением, но вам нужно их помнить, чтобы ваш дизайн можно было легче перенести на литье под давлением.

Многие компании могут взять вашу 3D-модель и превратить ее в физический прототип. Proto Labs — компанию, которую я лично рекомендую. Они предлагают как аддитивное, так и субтрактивное прототипирование, а также литье под давлением в небольших объемах.

Вы также можете рассмотреть возможность приобретения собственного 3D-принтера, особенно если вы считаете, что вам потребуется несколько итераций, чтобы получить правильный продукт. 3D-принтеры сейчас можно приобрести всего за несколько сотен долларов, что позволяет создавать столько версий прототипов, сколько пожелаете.

Реальное преимущество наличия собственного 3D-принтера заключается в том, что он позволяет практически сразу же повторить прототип, тем самым сокращая время выхода на рынок.

Шаг 3. Оценка прототипов корпуса

Теперь пришло время оценить прототипы корпуса и при необходимости изменить 3D-модель. Почти всегда требуется несколько итераций прототипа, чтобы получить правильную конструкцию корпуса.

Хотя компьютерные 3D-модели позволяют визуализировать корпус, ничто не сравнится с тем, чтобы держать в руках настоящий прототип. Почти наверняка, как только у вас появится первый настоящий прототип, вам наверняка захочется внести как функциональные, так и косметические изменения. Планируйте, что вам понадобится несколько версий прототипа, чтобы все было правильно.

Разработка пластика для вашего нового продукта не обязательно будет легкой и дешевой, особенно если эстетика имеет решающее значение для вашего продукта. Однако настоящие сложности и затраты возникают при переходе от стадии прототипа к полноценному производству.

Шаг 4. Переход к литью под давлением

Хотя электроника, вероятно, является самой сложной и дорогой частью вашего продукта для разработки, пластик будет самым дорогим в производстве. Организация производства пластиковых деталей методом литья под давлением обходится чрезвычайно дорого.

Большинство пластиковых изделий, продаваемых сегодня, изготавливаются с использованием действительно старой технологии производства, называемой литьем под давлением. Для вас очень важно иметь понимание этого процесса.

Вы начинаете со стальной формы, которая представляет собой две части стали, скрепленные вместе под высоким давлением. В форме имеется вырезанная полость по форме желаемого изделия. Затем в форму впрыскивают горячий расплавленный пластик.

Устройство станка для литья под давлением

У технологии литья под давлением есть одно большое преимущество – это дешевый способ изготовления миллионов одинаковых пластиковых деталей. Современная технология литья под давлением использует гигантский винт для подачи пластика в форму под высоким давлением. Этот процесс был изобретен в 1946 году. По сравнению с 3D-печатью, литье под давлением является древним!

Формы для литья под давлением чрезвычайно эффективны при изготовлении большого количества одинаковых изделий по очень низкой цене за единицу. Но сами формы невероятно дороги. Пресс-форма, предназначенная для производства миллионов изделий, может стоить 100 тысяч долларов! Такая высокая стоимость обусловлена ​​главным образом тем, что пластик впрыскивается под таким высоким давлением, что чрезвычайно вредно для формы.

Чтобы выдержать эти условия, формы изготавливают из твердых металлов. Чем больше инъекций требуется, тем тверже требуется металл и тем выше стоимость.

Например, вы можете использовать алюминиевые формы для изготовления нескольких тысяч единиц продукции. Алюминий мягкий, поэтому он очень быстро портится. Однако, поскольку он мягче, его легче изготовить в форме, поэтому стоимость ниже — всего 1–2 тысячи долларов за простую форму.

По мере увеличения предполагаемого объема формы увеличивается требуемая твердость металла и, следовательно, стоимость. Время изготовления формы также увеличивается при использовании твердых металлов, таких как сталь. Изготовителю пресс-форм требуется гораздо больше времени, чтобы вырезать (так называемая механическая обработка) стальную форму, чем более мягкую алюминиевую.

Со временем вы можете увеличить скорость производства, используя пресс-формы с несколькими полостями. Они позволяют изготавливать несколько копий детали с помощью одной инъекции пластика.

Но не переходите к формам с несколькими полостями, пока не внесете какие-либо изменения в первоначальные формы. Целесообразно запустить как минимум несколько тысяч единиц, прежде чем переходить на пресс-формы с несколькими полостями.

Заключение

В этой статье представлен базовый обзор процесса разработки нового электронного аппаратного продукта независимо от вашего технического уровня. Этот процесс включает в себя выбор лучшей стратегии разработки, а также разработку электроники и корпуса для вашего продукта.

(Проголосуй первым!)
Загрузка...
21 просмотров

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *