Остаточний посібник - як розробити новий електронний апаратний продукт

Отже, ви хочете розробити новий електронний апаратний продукт? Почнемо з хороших новин - це можливо. Ви можете розробити апаратний продукт незалежно від вашого технічного рівня, і для досягнення успіху не обов’язково бути інженером (хоча це, безумовно, допомагає).

Якщо ви підприємець, стартап, виробник, винахідник або малий бізнес, цей посібник допоможе вам зрозуміти процес розробки нового продукту.

Однак я не буду вам брехати. Це неймовірно довгий і важкий шлях до запуску нового апаратного продукту. Хоча апаратне забезпечення відоме тим, що воно складне, зараз також простіше, ніж будь-коли, для окремих людей та невеликих команд розробляти нові апаратні продукти.

Однак якщо ви шукаєте простий, швидкий спосіб заробити гроші, то я пропоную вам припинити читати прямо зараз, оскільки випуск нового апаратного продукту на ринок далеко не простий і не швидкий.

У цьому посібнику я спочатку обговорюю стратегії розробки продуктів як для технічних творців, так і для нетехнічних підприємців, які бажають створити новий електронний апаратний продукт. Потім ми перейдемо до розробки електроніки з подальшою розробкою пластикового корпусу.

Частина 1 - Стратегії розробки продуктів

Існує, по суті, п’ять варіантів для підприємців та стартапів розробити новий апаратний продукт. Однак багато разів найкраща загальна стратегія - це поєднання цих п’яти стратегій розвитку.

1) Розробіть Продукт самостійно

Це рідко буває життєздатною стратегією повністю само по собі. Дуже мало людей мають усі навички, необхідні для того, щоб повністю самостійно розробити готовий до продажу електронний продукт.

Навіть якщо ти випадково інженер, ти фахівець у галузі електроніки, програмування, 3D-моделювання, лиття під тиском та виробництва? Можливо, ні. Крім того, більшість з цих спеціальностей складаються з численних субспеціальностей.

З огляду на це, якщо у вас є необхідні навички, чим далі ви будете самостійно розробляти свій продукт, тим більше грошей ви заощадите і тим краще ви будете в довгостроковій перспективі.

Наприклад, я вивів на ринок свій власний апаратний продукт приблизно 6 років тому. Виріб був механічно складнішим, ніж електрично. Я за освітою інженер-електронік, а не інженер-механік, тому спочатку найняв пару інженерів-механіків-фрілансерів.

Однак я швидко розчарувався тим, як повільно йдуть справи. Зрештою, я думав про свій товар майже кожну годину неспання! Я був одержимий тим, щоб розробити свій продукт і вийти на ринок якомога швидше. Але найняті мною інженери жонглювали цим безліччю інших проектів і не надавали своєму проекту тієї уваги, яку я вважав заслуженим.

Тому я вирішив навчитися усьому, що потрібно для самостійного проектування механіки. Ніхто не був більш мотивованим, ніж я сам, розвивати свій продукт і виходити на ринок. Зрештою, мені вдалося виконати механічну конструкцію набагато швидше (і за значно менші гроші).

Мораль історії полягає в тому, щоб робити стільки розвитку, скільки дозволяють ваші вміння, але також не заходити занадто далеко. Якщо ваші навички експертів змушують вас розробляти продукт, який не є оптимальним, це велика помилка. Крім того, будь-які нові навички, які ви повинні засвоїти, потребуватимуть часу, і це, зрештою, може подовжити час виходу на ринок. Завжди залучайте експертів, щоб заповнити будь-які прогалини у своєму досвіді.

Деякі з моїх улюблених веб-сайтів для вивчення розробки електроніки - Hackster.io, Build Electronic Circuits, Bald Engineer, Adafruit, Sparkfun, Make Magazine та All About Circuits. Обов’язково перегляньте канал YouTube під назвою AddOhms, у якому є абсолютно чудові вступні відео для вивчення електроніки.

2) Залучення технічного співзасновника

Якщо ви не є технічним засновником, то вам, безумовно, було б розумно залучити технічного співзасновника. Один із засновників вашої команди стартапів повинен, як мінімум, достатньо зрозуміти розробку продукту, щоб керувати процесом.

Якщо ви плануєте врешті-решт шукати стороннього фінансування у професійних інвесторів, тоді вам точно потрібна команда засновників. Професійні інвестори-стартапи знають, що команда засновників набагато частіше досягне успіху, ніж сольний засновник.

Ідеальною командою співзасновників для більшості апаратних стартапів є інженер-апаратник, програміст та маркетолог.

Залучення співзасновників може здатися ідеальним рішенням ваших проблем, але є й деякі серйозні мінуси. Перш за все, знайти співзасновників складно і, ймовірно, займе надзвичайно багато часу. Це цінний час, який не витрачається на розробку вашого продукту.

Пошук співзасновників - це не те, з чим слід поспішати, і вам потрібно витратити час, щоб знайти правильний збіг. Їм потрібно не тільки зробити комплімент вашим навичкам, але і вам дуже сподобатися особисто. Ви, по суті, збираєтесь одружитися на них принаймні кілька років, тому переконайтеся, що ви добре ладнали.

Основним мінусом залучення співзасновників є зменшення власного капіталу в компанії. Усі засновники компанії повинні дійсно мати рівний власний капітал у компанії. Тож якщо ви збираєтеся соло прямо зараз, будьте готові віддати будь-якому співзасновнику половину своєї компанії.

3) Передача послуг інженерам-фрілансерам

Одним з найкращих способів заповнити будь-які прогалини в технічних здібностях ваших команд є передача підрядників інженерам-фрілансерам.

Тільки майте на увазі, що для більшості продуктів потрібні кілька інженерів різних спеціальностей, тому вам доведеться керувати різними інженерами самостійно. Зрештою, хтось із засновників повинен буде виконувати функції керівника проекту.

Обов’язково знайдіть інженера-електрика, який має досвід проектування типу електроніки, необхідної для вашого виробу. Електротехніка - це величезна галузь досліджень, і багато інженери не мають жодного досвіду у проектуванні схем.

Для 3D-дизайнера переконайтеся, що ви знайшли когось, хто має досвід роботи з технологією лиття під тиском, інакше ви, мабуть, отримаєте продукт, який можна прототипувати, але не виготовляти масово.

4) Передача підрядників фірмі, що розробляє

Найвідоміші фірми з дизайну продуктів, такі як Frog, IDEO, Fuse Project тощо, можуть створювати фантастичні дизайни продуктів, але вони шалено дорогі.

Стартапи повинні уникати дорогих дизайнерських фірм будь-якою ціною. Провідні дизайнерські фірми можуть взяти $ 500 тис. +, Щоб повністю розробити ваш новий продукт. Навіть якщо ви можете дозволити собі найняти дорогу фірму з розробки продуктів, не робіть цього. Ви не тільки ніколи не зможете повернути ці гроші, ви також не хочете помилитися, заснувавши апаратний запуск, який не бере великої участі в реальній розробці продукту.

5) Партнерство з виробником

Одним із шляхів досягнення є співпраця із закордонним виробником, який уже виробляє товари, схожі на ваш.

Великі виробники матимуть власні інженерно-конструкторські підрозділи, які працюватимуть над власною продукцією. Якщо ви можете знайти виробника, який уже робить щось схоже на ваш власний продукт, він може зробити все для вас - розробку, розробку, виготовлення прототипів, виготовлення та виготовлення прес-форм.

Ця стратегія може зменшити ваші попередні витрати на розробку. Однак виробники амортизують ці витрати, що означає додавання додаткових витрат на товар для перших виробничих циклів. По суті, це працює як безвідсоткова позика, що дозволяє повільно повертати виробникові витрати на розробку.

Звучить чудово і просто, то в чому кришка? Основний ризик, який слід враховувати при цій стратегії, полягає в тому, що ви розміщуєте все, що стосується вашого товару, в одній компанії.

Вони напевно захочуть ексклюзивної угоди про виробництво, принаймні до тих пір, поки їх витрати не будуть відшкодовані. Це означає, що ви не зможете перейти на більш дешевий варіант виробництва, коли обсяг виробництва збільшиться.

Також зауважте, що багато виробників можуть захотіти частково або повністю інтелектуальні права на ваш продукт.

Частина 2 - Розробка електроніки

Розробка електроніки для вашого продукту може бути розбита на сім етапів: попередній дизайн виробництва, принципова схема, компонування друкованих плат, остаточна специфікація, прототип, тест і програма, нарешті, сертифікація.

Крок 1 - Створіть попередній проект виробництва

При розробці нового електронного апаратного продукту спочатку слід розпочати з попереднього проекту виробництва . Це не слід плутати з прототипом Proof-of-Concept (POC).

Прототип POC зазвичай будується з використанням набору для розробки, такого як Arduino. Іноді вони можуть бути корисними, щоб довести, що ваша концепція товару вирішує бажану проблему. Але прототип POC далеко не є виробничим дизайном. Рідко ви можете вийти на ринок із вбудованим у ваш продукт Arduino.

Ескізний проект виробництва спеціалізується на виробництві компонентів для вашого продукту, вартості, прибутку, продуктивності, особливості, техніко - економічного розвитку і технологічність.

Ви можете використовувати попередній проект виробництва, щоб скласти кошторис на кожну вартість, яка потрібна вашому товару. Важливо точно знати витрати на розробку, прототип, програмування, сертифікацію, масштабування та виготовлення продукту.

Попередній проект виробництва відповість на наступні відповідні питання. Чи можливо розробити мій продукт? Чи можу я дозволити собі розробку цього продукту? Скільки часу піде мені на розробку мого продукту? Чи можу я масово виготовити продукт? Чи можу я продати його з прибутком?

Багато підприємців роблять помилку, пропускаючи попередній етап проектування виробництва, і замість цього переходять безпосередньо до проектування принципової електричної схеми. Роблячи це, зрештою ви можете виявити, що витратили всі ці зусилля та зароблені коштами гроші на товар, який недоступно розробити, виготовити або найголовніше продати з прибутком.

Крок 1А - Блок-схема системи

Створюючи попередній проект виробництва, слід почати з визначення блок-схеми на рівні системи. Ця діаграма визначає кожну електронну функцію та те, як усі функціональні компоненти взаємопов’язані.

Для більшості продуктів потрібен мікроконтролер або мікропроцесор з різними компонентами (дисплеями, датчиками, пам'яттю тощо), що взаємодіють з мікроконтролером через різні послідовні порти.

Створюючи системну блок-схему, ви можете легко визначити тип і кількість необхідних послідовних портів. Це важливий перший крок для вибору правильного мікроконтролера для вашого продукту.

Крок 1B - Вибір виробничих компонентів

Далі ви повинні вибрати різні виробничі компоненти: мікросхеми, датчики, дисплеї та роз’єми на основі бажаних функцій та цільової роздрібної ціни вашого товару. Це дозволить вам створити попередній технічний документ (BOM).

У США Newark, Digikey, Arrow, Mouser та Future є найпопулярнішими постачальниками електронних компонентів. Ви можете придбати більшість електронних компонентів у таких (для створення прототипів та початкових випробувань) або до тисяч (для невеликого виробництва).

Як тільки ви досягнете більших обсягів виробництва, ви заощадите гроші, купуючи деякі компоненти безпосередньо у виробника.

Крок 1С - Оцініть виробничу вартість

Тепер слід оцінити виробничу вартість (або вартість реалізованих товарів - COGS) для вашого товару. Дуже важливо якомога швидше знати, скільки буде коштувати виготовлення вашого продукту.

Вам потрібно знати виробничу вартість одиниці продукції, щоб визначити найкращу ціну продажу, вартість запасів, а головне, який прибуток ви можете отримати.

Вибрані вами компоненти виробництва, звичайно, матимуть великий вплив на виробничі витрати.

Але для отримання точного кошторису виробничих витрат ви також повинні включати вартість складання друкованої плати, складання кінцевого продукту, випробування продукції, роздрібну упаковку, норму брухту, віддачу, логістику, мита та складування.

Крок 2 - Складіть схематичну схему

Тепер прийшов час розробити принципову схему на основі системної блок-схеми, яку ви створили на кроці 1.

Принципова схема показує, як кожен компонент, від мікросхеми до резисторів, з'єднується між собою. Тоді як системна блок-схема в основному орієнтована на функціональність продукту вищого рівня, принципова діаграма стосується лише дрібних деталей.

Щось таке просте, як неправильно пронумерований штифт компонента в схемі, може спричинити повну відсутність функціональних можливостей.

У більшості випадків вам знадобиться окрема підсхема для кожного блоку вашої системної блок-схеми. Потім ці різні підсхеми будуть з'єднані разом, щоб сформувати повну принципову схему.

Спеціальне програмне забезпечення для проектування електроніки використовується для створення принципової схеми та забезпечення її без помилок. Я рекомендую використовувати пакет DipTrace, який є доступним, потужним та простим у використанні.

Крок 3 - Створення друкованої плати (друкованої плати)

Після того, як схему буде зроблено, тепер ви розробите друковану плату (друковану плату). Друкована плата - це фізична плата, яка вміщує та з'єднує всі електронні компоненти.

Розробка системної блок-схеми та схематичної схеми мала переважно концептуальний характер. Хоча дизайн друкованої плати є справжнім світом.

Друкована плата розроблена в тому ж програмному забезпеченні, що і створило принципову схему. Програмне забезпечення буде мати різні засоби перевірки, щоб переконатися, що компонування друкованої плати відповідає правилам проектування використовуваного процесу друкованої плати, а також відповідність друкованої плати схемі.

Загалом, чим менше виріб і чим щільніше упаковані компоненти, тим довше буде потрібно створення макета друкованої плати. Якщо ваш продукт передає велику кількість енергії або пропонує бездротове підключення, то розмітка друкованої плати є ще більш важливою та трудомісткою.

Для більшості конструкцій друкованих плат найбільш важливими деталями є маршрутизація живлення, високошвидкісні сигнали (кришталеві годинники, адреси / лінії передачі даних тощо) та будь-які бездротові схеми.

Крок 4 - Створення остаточного опису матеріалів (BOM)

Хоча ви вже повинні були створити попередню специфікацію як частину вашого попереднього проекту виробництва, настав час для повної виробничої специфікації.

Головна відмінність між ними - численні недорогі компоненти, такі як резистори та конденсатори. Ці компоненти зазвичай коштують лише копійки або дві, тому я не перелічую їх окремо в попередній специфікації.

Але для того, щоб насправді виготовити друковану плату, вам потрібна повна специфікація з усіма перерахованими компонентами. Зазвичай ця специфікація створюється автоматично програмним забезпеченням для проектування. У специфікації перелічені номери деталей, кількості та усі специфікації компонентів.

Крок 5 - Замовлення прототипів друкованих плат

Створення електронних прототипів - це двоетапний процес. Першим кроком виходять голі друковані плати. Ваше програмне забезпечення для проектування схем дозволить вивести макет друкованої плати у форматі, який називається Gerber, з одним файлом для кожного шару друкованої плати.

Ці файли Gerber можна надсилати в магазин прототипів для невеликих обсягів. Ці ж файли також можуть бути надані більшому виробнику для великого обсягу виробництва.

Другим кроком є ​​припаювання всіх електронних компонентів до плати. З вашого програмного забезпечення для проектування ви зможете вивести файл, який показує точні координати кожного компонента, розміщеного на платі. Це дозволяє складальному цеху повністю автоматизувати пайку кожного компонента на друкованій платі.

Найдешевшим варіантом буде виготовлення зразків друкованих плат у Китаї. Хоча зазвичай найкраще, якщо ви можете робити свої прототипи ближче додому, щоб зменшити затримки з доставкою, для багатьох підприємців важливіше мінімізувати витрати.

Для виготовлення ваших прототипів плат у Китаї я настійно рекомендую Seeed Studio. Вони пропонують фантастичні ціни на кількості від 5 до 8000 плат. Вони також пропонують послуги 3D-друку, що робить їх універсальним магазином. Інші китайські виробники прототипів друкованих плат, що мають хорошу репутацію, включають друковану плату Gold Phoenix та Bittele Electronics.

У США я рекомендую ланцюги Sunstone, схеми, що кричать, і схеми Сан-Франциско, які я широко використовував для створення прототипів власних конструкцій. Щоб отримати зібрані дошки, потрібно 1-2 тижні, якщо ви не платите за швидку послугу, яку я рідко рекомендую.

Крок 6 - Оцініть, програмуйте, налагодьте та повторіть

Тепер прийшов час оцінити прототип електроніки. Майте на увазі, що ваш перший прототип рідко буде працювати ідеально. Ви, швидше за все, пройдете кілька ітерацій, перш ніж доопрацювати дизайн. Саме тоді ви будете виявляти, налагоджувати та виправляти будь-які проблеми зі своїм прототипом.

Це може бути важким етапом для прогнозування як з точки зору витрат, так і часу. Будь-які виявлені помилки, звичайно, несподівані, тож потрібен час, щоб з’ясувати джерело помилки та способи її виправлення.

Оцінка та тестування зазвичай проводяться паралельно з програмуванням мікроконтролера. Перш ніж розпочати програмування, ви хочете хоча б провести базове тестування, щоб переконатися, що плата не має серйозних проблем.

Майже всі сучасні електронні вироби включають мікрочіп, який називається Блок мікроконтролера (MCU), який виконує роль "мозку" для продукту. Мікроконтролер дуже схожий на мікропроцесор, який знаходиться в комп’ютері чи смартфоні.

Мікропроцесор перевершує швидке переміщення великих обсягів даних, тоді як мікроконтролер перевершує взаємодію та керування пристроями, такими як перемикачі, датчики, дисплеї, двигуни тощо.

Мікроконтролер потрібно запрограмувати на виконання бажаних функціональних можливостей.

Мікроконтролери майже завжди програмуються на загальновживаній комп'ютерній мові, що називається "С". Програма, яка називається мікропрограмою, зберігається у постійній, але перепрограмованій пам'яті, як правило, внутрішній до мікросхеми мікроконтролера.

Крок 7 - Сертифікуйте свій продукт

Всі електронні вироби, що продаються, повинні мати різні типи сертифікації. Необхідні сертифікації залежать від того, в якій країні буде продаватися товар. Ми розглянемо сертифікації, необхідні в США, Канаді та Європейському Союзі.

FCC (Федеральна комісія зв’язку)

Сертифікація FCC необхідна для всіх електронних продуктів, що продаються в США. Усі електронні випромінювання випромінюють деяку кількість електромагнітного випромінювання (тобто радіохвилі), тому FCC хоче переконатися, що вироби не перешкоджають бездротовому зв'язку.

Існує дві категорії сертифікації FCC. Який тип потрібен для вашого продукту, залежить від того, чи має ваш продукт можливості бездротового зв'язку, такі як Bluetooth, WiFi, ZigBee або інші бездротові протоколи.

FCC класифікує продукти з функцією бездротового зв'язку як навмисні випромінювачі . Продукти, які навмисно не випромінюють радіохвилі, класифікуються як ненавмисні випромінювачі . Навмисна сертифікація радіаторів обійдеться вам приблизно в 10 разів дорожче, ніж ненавмисна сертифікація радіаторів.

Спочатку розгляньте можливість використання електронних модулів для будь-яких бездротових функцій вашого продукту. Це дозволяє пройти лише завдяки ненавмисній сертифікації радіаторів, що заощадить щонайменше 10 тис. Доларів.

UL (лабораторії андеррайтерів) / CSA (Канадська асоціація стандартів)

Сертифікація UL або CSA необхідна для всіх електричних виробів, що продаються в США або Канаді, що підключаються до розетки змінного струму.

Вироби, що працюють лише від акумуляторів і не підключаються до розетки змінного струму, не потребують сертифікації UL / CSA. Однак більшість великих роздрібних торговців та / або страхових компаній, відповідальних за товари, вимагатимуть, щоб ваш продукт був сертифікований UL або CSA.

CE (Conformité Européene)

Сертифікація CE необхідна для більшості електронних продуктів, що продаються в Європейському Союзі (ЄС). Це схоже на сертифікати FCC та UL, які вимагаються в США.

RoHS

Сертифікація RoHS гарантує, що продукт не містить свинцю. Сертифікація RoHS необхідна для електричних виробів, що продаються в Європейському Союзі (ЄС) або штаті Каліфорнія. Оскільки економіка Каліфорнії настільки значна, більшість продуктів, що продаються в США, мають сертифікат RoHS.

Сертифікати літієвої батареї (UL1642, IEC61233 та UN38.3)

Акумуляторні літій-іонні / полімерні акумулятори мають кілька серйозних проблем із безпекою. При короткому замиканні або перезарядці вони можуть навіть спалахнути.

Ви пам’ятаєте подвійне відкликання Samsung Galaxy Note 7 через цю проблему? Або історії про різні говерборди, що горіють полум’ям?

Через ці проблеми безпеки літієві акумулятори повинні бути сертифіковані. Для більшості продуктів я рекомендую спочатку використовувати готові акумулятори, які вже мають ці сертифікати. Однак це обмежить ваш вибір, і більшість літієвих акумуляторів не сертифіковані.

Це пов’язано, в першу чергу, з тим, що більшість апаратних компаній вирішують використовувати акумулятор на замовлення, щоб використовувати весь простір, доступний у продукті. З цієї причини більшість виробників акумуляторів не турбуються про те, щоб пройти сертифікацію своїх готових батарей.

Частина 3 - Розробка додатку

Зараз ми розглянемо розробку та створення прототипів будь-яких спеціальних пластикових деталей. Для більшості продуктів сюди входить принаймні корпус, який вміщує все разом.

Для розробки пластикових або металевих деталей на замовлення знадобиться фахівець із 3D-моделювання, а ще краще промисловий дизайнер.

Якщо зовнішній вигляд та ергономіка мають вирішальне значення для вашого продукту, то вам доведеться найняти промислового дизайнера. Наприклад, промислові дизайнери - це інженери, які роблять такі портативні пристрої, як iPhone, такими крутими та витонченими.

Якщо зовнішній вигляд не є критичним для вашого продукту, ви, мабуть, можете пройти, найнявши 3D-модельєра, і вони, як правило, значно дешевші, ніж промисловий дизайнер.

Крок 1 - Створіть 3D-модель

Першим кроком у розвитку зовнішнього вигляду вашого товару є створення 3D-комп’ютера

модель. Два великі програмні пакети, що використовуються для створення тривимірних моделей, - Solidworks та PTC Creo (раніше називався Pro / Engineer).

Однак Autodesk зараз пропонує хмарний інструмент 3D-моделювання, який є абсолютно безкоштовним для студентів, любителів та стартапів. Це називається Fusion 360. Якщо ви хочете зробити своє власне 3D-моделювання, і ви не прив'язані ні до Solidworks, ні до PTC Creo, тоді однозначно розгляньте Fusion 360.

Після того, як ваш дизайнер промислового або 3D-моделювання завершить 3D-модель, ви зможете перетворити її на фізичний прототип. 3D-модель також може бути використана в маркетингових цілях, особливо до того, як у вас з’являться функціональні прототипи.

Якщо ви плануєте використовувати свою 3D-модель для маркетингових цілей, вам потрібно створити фотореалістичну версію моделі. І Solidworks, і PTC Creo мають доступні фотореалістичні модулі.

Ви також можете виконати фотореалістичну 3D-анімацію свого продукту. Майте на увазі, можливо, вам доведеться найняти окремого дизайнера, який спеціалізується на анімації та робить 3D-моделі виглядають реалістично.

Найбільший ризик, коли мова йде про розробку 3D-моделі для вашого корпусу, полягає в тому, що ви отримаєте дизайн, який можна прототипувати, але не виготовляти в обсязі.

Зрештою, ваш корпус буде виготовлений методом, який називається литтям під тиском під тиском (докладніше див. Крок 4 нижче).

Розробка деталі для виробництва за допомогою лиття під тиском може бути досить складною, дотримуючись багатьох правил. З іншого боку, майже усе можна прототипувати за допомогою 3D-друку.

Тож обов’язково наймайте лише того, хто повністю розуміє всі складності та вимоги до конструкції для лиття під тиском.

Крок 2 - Замовлення прототипів футлярів (або придбання 3D-принтера)

Пластикові прототипи будуються за допомогою або аддитивного процесу (найпоширеніший), або субтрактивного процесу. Додатковий процес, такий як 3D-друк, створює прототип шляхом складання тонких шарів пластику для створення кінцевого продукту.

Аддитивні процеси на сьогоднішній день є найпоширенішими завдяки їх здатності створювати майже все, що ви можете собі уявити.

Субтрактивний процес, такий як обробка з ЧПУ, замість цього бере блок твердого виробничого пластику і вирізає кінцевий продукт.

Перевага субтрактивних процесів полягає в тому, що ви можете використовувати пластикову смолу, яка точно відповідає кінцевому виробничому пластику, який ви будете використовувати. Це важливо для деяких продуктів, однак для більшості продуктів це не є важливим.

При адитивних процесах використовується спеціальна прототипувальна смола, яка може мати інше відчуття, ніж виробнича пластмаса. Смоли, що використовуються в аддитивних процесах, значно покращились, але вони все ще не відповідають виробничим пластмасам, що використовуються для лиття під тиском.

Я вже згадував про це, але це заслуговує на те, щоб ще раз виділити його. Зауважте, що процеси створення прототипів (адитивні та субтрактивні) абсолютно відрізняються від технології, що використовується для виробництва (лиття під тиском). Ви повинні уникати створення прототипів (особливо з адитивними прототипами), які неможливо виготовити.

На початку вам не обов’язково потрібно змусити прототип дотримуватися всіх правил для лиття під тиском, але потрібно пам’ятати про них, щоб ваш дизайн можна було легше перенести на лиття під тиском.

Багато компаній можуть взяти вашу 3D-модель і перетворити її на фізичний прототип. Proto Labs - це компанія, яку я особисто рекомендую. Вони пропонують як аддитивне, так і субтрактивне прототипування, а також лиття під тиском невеликого обсягу.

Ви також можете розглянути можливість придбання власного 3D-принтера, особливо якщо ви вважаєте, що вам знадобиться кілька ітерацій, щоб правильно виправити свій продукт. Зараз 3D-принтери можна придбати лише за кілька сотень доларів, що дозволяє створити скільки завгодно прототипів.

Справжньою перевагою власного 3D-принтера є те, що він дозволяє вам повторити ваш прототип майже відразу, тим самим скорочуючи ваш час на ринок.

Крок 3 - Оцініть прототипи корпусів

Тепер прийшов час оцінити прототипи корпусів і за необхідності змінити 3D-модель. Майже завжди знадобиться кілька ітерацій прототипу, щоб отримати дизайн корпусу в самий раз.

Незважаючи на те, що 3D-комп’ютерні моделі дозволяють візуалізувати корпус, ніщо не зрівняється з тим, що ти тримаєш у руках справжній прототип. Майже напевно відбудуться як функціональні, так і косметичні зміни, які ви захочете внести, коли у вас з’явиться перший справжній прототип. Плануйте необхідність декількох версій прототипів, щоб все було правильно.

Розробка пластику для вашого нового продукту не обов'язково проста або дешева, особливо якщо естетика має вирішальне значення для вашого продукту. Однак реальні ускладнення та витрати виникають при переході від етапу прототипу до повного виробництва.

Крок 4 - Перехід до лиття під тиском

Хоча електроніка, мабуть, є найскладнішою та найдорожчою частиною вашого виробу для розробки, пластмаса буде найдорожчою у виробництві. Налаштування виробництва ваших пластикових деталей за допомогою лиття під тиском надзвичайно дорого.

Більшість виробів із пластику, що продаються сьогодні, виготовляються з використанням справді старої технології виробництва, яка називається лиття під тиском. Для вас дуже важливо розуміти цей процес.

Ви починаєте зі сталевої форми, яка являє собою два шматки сталі, склеєні між собою за допомогою високого тиску. Форма має різьблену порожнину у формі бажаного виробу. Потім у форму вводять гарячий розплавлений пластик.

Технологія лиття під тиском має одну велику перевагу - це дешевий спосіб виготовлення мільйонів однакових пластикових деталей. Сучасна технологія лиття під тиском використовує гігантський гвинт, щоб змусити пластмасу вляти у форму під високим тиском - процес, винайдений у 1946 р. Порівняно з 3D-друком, лиття під тиском давнє!

Форми для лиття під тиском надзвичайно ефективно роблять багато одного і того ж за справді низькою вартістю за одиницю. Але самі форми шокують дорого. Форма, призначена для виготовлення мільйонів товару, може досягати 100 тис. Доларів! Ця висока вартість в основному тому, що пластик впорскується під таким високим тиском, який надзвичайно жорсткий на формі.

Щоб витримати ці умови, форми виготовляють із застосуванням твердих металів. Чим більше ін’єкцій потрібно, тим твердіший метал і тим вища вартість.

Наприклад, ви можете використовувати алюмінієві форми для виготовлення декількох тисяч одиниць. Алюміній м’який, тому дуже швидко руйнується. Однак, оскільки він м’якший, його також легше виготовити у форму, тому вартість нижча - лише 1-2 тис. Доларів за просту форму.

Зі збільшенням передбачуваного обсягу форми збільшується необхідна твердість металу і, отже, вартість. Час виготовлення прес-форми також збільшується за допомогою твердих металів, таких як сталь. Виробнику прес-форм потрібно набагато більше часу, щоб вирізати (що називається механічною обробкою) сталеву форму, ніж більш м'яку алюмінієву.

Зрештою ви можете збільшити швидкість виробництва, використовуючи безліч порожнинних форм.

Вони дозволяють виготовити кілька копій вашої деталі за допомогою однієї ін’єкції пластику.

Але не вникайте у кілька порожнинних форм, поки ви не проробили будь-які модифікації початкових форм. Доцільно запустити щонайменше кілька тисяч одиниць перед оновленням до кількох порожнинних форм.

Висновок

Ця стаття дає вам основний огляд процесу розробки нового електронного апаратного продукту, незалежно від вашого технічного рівня. Цей процес включає вибір найкращої стратегії розвитку та розробку електроніки та корпусу для вашого продукту.

Про автора

Джон Тіл є президентом компанії Predictable Designs, яка допомагає підприємцям, стартапам, виробникам, винахідникам та невеликим компаніям виводити на ринок нові електронні продукти. Джон раніше був старшим інженером-конструктором у Texas Instruments, де він створював електронні конструкції, які зараз використовуються у мільйонах продуктів (включаючи деякі від Apple). Він також успішний підприємець, який розробив власний продукт, виготовив його в Азії та продавав у сотнях торгових точок у багатьох країнах. Завантажте його безкоштовну шпаргалку: 15 кроків до розробки вашого нового електронного продукту.