Как спроектировать корпус для прибора. Полное руководство

Так выглядит холодное литье в силиконовой пресс-форме (сама пресс-форма — на фото справа). Оснастка из силикона дешевле металлической, но годится только для пары десятков циклов, потом форму можно выбросить

Каждый инженер и технолог знает, что проект никогда не идет по плану на 100%. Даже если предусмотреть возможные риски, всё равно в какой-то момент приходится действовать по реальным обстоятельствам, а не по плану. Особенно если вы что-то делаете в первый раз, работая с подрядчиком из другой культурной среды, который удален на тысячи километров. С опытом внеплановых ситуаций становится значительно меньше.

За семь лет на Хабре мы рассказали про все этапы создания новых устройств для рынка электроники: от идеи до запуска серийного производства. В этот раз сфокусируемся на разработке и производстве корпусов в Китае, отмечая подводные камни, которые могут вас подстерегать на пути к новому продукту.

Как спроектировать корпус — схема работы

Вы почти наверняка можете спроектировать корпус для своего устройства самостоятельно. Главное — хорошо представлять себе весь цикл, от идеи до производства.
Разработка корпуса — процесс, разбитый на несколько обязательных этапов. Это даже обсуждать не буду: проверено много раз. Даже если вы не собираетесь связываться с «большим» производством (например, если планируете делать устройство только для себя), всё равно лучше бы вам соблюдать правильную последовательность этапов.

А для сомневающихся в своих силах скажу сразу — вы точно сможете разобраться во всем этом: программное обеспечение шагнуло далеко вперёд, и сейчас не нужно тратить несколько лет, чтобы поставить себе на стол первый прототип корпуса.

Вот схема, по которой мы пойдем:

Поэтапная схема разработки корпуса устройства

Задача

У меня в работе есть тест, который позволяет отсеять горе-инноваторов-компилянтов. Я прошу прислать описание их идеи с формальными (численными) характеристиками. Например, идея такая-то, прибор функционировать должен столько-то и вот так-то, себестоимость примерно вот такая. Если продукт — чистый компилянт (к чайнику прикрутим вайфай + облачный сервис с блокчейном) то описания (как правило) нет и не будет: человек, скорее всего, ленится, ему надо, чтобы его выслушали, с его слов задачу описали.
Но проблема здесь даже не в лени, а в нежелании подумать над ключевыми характеристиками изделия, которые имеют непосредственное отношение к сложности будущего продукта. Не мне вам объяснять, что хоть функционал, время автономной работы, планка себестоимости (и продаж) непосредственно влияют на «железную» составляющую будущего устройства.

Именно поэтому нужно сформулировать всё, что мы хотим воплотить, и описать в документе. Даже если понятно, что это всё ещё поменяется 30 раз, да. Поэтому переходим к п.1.1.

1.1. Сформулировать хотелки

Начнём с 5 главных вопросов:

1. Для чего вам нужен корпус — что вы с ним будете делать? Использовать дома, создадите прототип для инвестора или станете продавать прибор?
   Ответ на этот вопрос сразу подскажет, до какой стадии готовности нужно проектировать корпус. Ведь есть технологии, которые прощают ошибки при разработке (например 3D-печать), а есть те, которые могут погубить проект (пресс-формы, об этом далее).
2. Какой тираж у вашего устройства планируется в первый год?
   Я понимаю, что часто чёткого ответа на этот вопрос может не быть, но хотя бы предположите. Одно устройство? Десятки, сотни или тысячи?

   От ответа зависит выбор технологии производства, что, в свою очередь, сильно влияет на бюджет проекта. Подробнее об этом в заметке о том, как оценить корпус. А вот примеры цен на производство корпусов с разными размерами и тиражами, и изготовленных по различным технологиям.

3. Насколько для корпуса важен дизайн?
   Все мы любим красивые и удобные вещи. Но так ли важен дизайн для начала реализации проекта? Подробнее об этом вот в этой заметке.
4. В каких условиях будет работать прибор или устройство?
   В обычных, при комнатной температуре? А если на улице под снегом?

   Видео того же, но получше качеством, есть на канале НПП «Технотрон».

5. Кто ваши конкуренты?
   Если вы на этот вопрос ответили, что конкурентов нет, то тут что-то не так: вы либо поленились искать, либо в принципе неправильно оцениваете реальную потребность вашего клиента и то, как её решает ваш продукт (темы немного касаюсь здесь: formlab.ru/konkurent). Ответы на все эти вопросы лягут в основу технического задания.

1.2. Установить планку себестоимости и тираж

Очень важный пункт. О максимальной себестоимости изделия поначалу мало кто думает. Чем быстрее будет она понятна (хотя бы на уровне начинка + корпус), тем скорее проект завершится, и тем меньше будет блужданий и итераций.
Если данных совсем нет, можно глянуть на конкурентов. Берём средневзвешенного прямого конкурента, смотрим продажную цену его продукта, делим её на три части: себестоимость + маркетинг + маржа.

Вот в этой планке себестоимости нам и придется крутиться. И подчеркну — неважно, насколько эта оценка точна, главное — порядок затрат на одно изделие, который потом окажет влияние на всё: какой тираж лучше планировать, какие компоненты использовать и насколько велики будут стартовые затраты.

Хозяйке на заметку: даже если вы выпускаете изделие тиражом меньше, чем у конкурентов, получить цену ниже, чем у них, не получится. Те стартовые затраты, которые они уже несколько лет отбивают, вам только предстоят.

1.3. Заполнить техническое задание

Всю информацию, которую мы собрали выше, нужно внести в техническое задание. Его форма зависит только от вас — пишите так, как считаете нужным. Ну или качайте наш шаблон (free.formlab.ru/tz.zip) с инструкцией по заполнению, в архиве есть даже пара «живых» примеров (formlab.ru/tz).

Какие способы изготовления корпусов из металла наиболее востребованы сегодня

1. Лазерная резка.

Лазерная резка металла – это новейшая технология раскроя листового проката. Этот метод обладает несколькими преимуществами перед традиционными способами:

• при лазерной резке нет механического воздействия на обрабатываемый материал;
• лазерный луч разрезает практически любой материал, какими бы теплофизическими свойствами он не обладал;
• точность позиционирования лазерной головки примерно 0,08 мм, благодаря чему точность взаимного расположения элементов заготовки довольно высока;
• лазерную резку можно применять на легкодеформируемых и нежестких деталях;
• диаметр лазерного луча около 0,25 мм, что делает возможным создание отверстий диаметром от 0,5 мм.
• большая мощность лазерного излучения обуславливает высокую производительность процесса лазерной резки;
• используя возможности лазерной резки, можно раскроить практически любой листовой материал по сложному контуру.

Лазерная резка металла – это высокая скорость процесса, безупречное качество и приемлемая цена в любой области применения. Также лазерная резка не предусматривает высоких денежных затрат: сколько бы деталей ни было, цена на них практически не меняется.

С помощью лазера можно резать сталь, алюминий и другие материалы. Лазерный станок – это начальный этап производства корпусов. Производство металлических изделий другого типа чаще всего тоже начинается с лазерной резки. С нее начинают изготовление металлических корпусов, корпусов для РЭА, изделий из металла на заказ в виде листовых заготовок и других металлических плоских деталей любой сложности и любой геометрии. Изделия из металла, выполненные с помощью лазерной резки, не требуют последующей обработки, и изготовление корпусов из листового металла упрощается.

2. Гибка.

Гибка изделий промышленного производства выполняется на высокоточных гидравлических гибочных станках. Эти станки изгибают металл и металлические заготовки длиной до 2,5 м и толщиной от 0,3 до 8 мм. Гибка может выполняться и с установленными метизами и резьбовыми бонками. Это позволяет более технологично подходить к производственному циклу изготовления корпусных изделий.

Часто изготовление корпусов для приборов из металла подразумевает наличие приваренных или иным образом закрепленных крепежных изделий – шпилек, резьбовых бонок, резьбовых заклепок и втулок.

Все эти элементы крепежа устанавливаются в приборные корпуса различными способами. Это:

• кондесаторная приварка метизов;
• запрессовка бонок, втулок и шпилек;
• установка вытяжных заклепок и резьбовых втулок.

3. Сварка.

Иногда требуется произвести сварочные работы для закрепления согнутого корпуса. Сварка осуществляется следующими способами:

• полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа;
• аргонно-дуговой сваркой алюминиевых сплавов переменным током и нержавейки – постоянным током;
• контактной сваркой.

Сварка соединяет изделия различной толщины, изготовленные из разных металлов:

• сварка металла толщиной от 0,5 до 10 мм;
• сварка нержавейки толщиной от 0,5 до 6 мм;
• сварка алюминия толщиной от 0,5 до 6 мм.

Сваренные металлические корпуса или сварочный шов нержавейки зачищаются, а при необходимости шлифуются или подвергаются другим видам металлообработки перед нанесением краски.

Дизайн

Ещё один вопрос, который я часто задаю в беседах с клиентами: «Насколько вам важен дизайн?» Тотальное большинство отвечает, что важен и это понятно (а где нет?), но лучше задать дополнительный вопрос: «А у вас есть конкуренты? Они вкладываются в дизайн своих изделий?» И как раз ответы на эти вопросы дадут более чёткое и глубинное представление, насколько дизайн нужен для продаж продукт. Я уже затрагивал эту тему на Хабре.

2.1. Набросать идею

Эскизирование (оно же ручные наброски) позволяет представить, как будет выглядеть будущий корпус. Сейчас вы скажете: зачем это нужно? Всё же и так будет понятно.
Не совсем верно.

Опыт показывает, что визуализация проекта важна потому, что мы все по-разному видим одни и те же вещи. Если вам нужно, чтобы другие разработчики увидели будущий корпус прибора так же, как и вы, нарисуйте его — так, как сможете.

Обязательно нарисуйте корпус будущего устройства — как получится. Художником здесь быть не нужно
Можно просто начать делать наброски одного какого-то элемента, и сразу становится понятно, в ту сторону идёшь или нет:

Набросок

Набрасывать можно на салфетке или листе А4; по дороге домой в метро, в кафе, на коленке, — да где угодно. Повторюсь, качество не имеет значения.

2.2. Прорисовать эскиз

Ручной рисунок хорош только одним — скоростью. Но часто то, что нарисовано на картинке (если ты не профессиональный дизайнер), на практике нереализуемо. Поэтому надо «приземлять» свою идею, подтягивая её к реальности, — начиная с габаритов и заканчивая детализацией элементов. Лучше сделать скриншот изображения своей электронной платы и попытаться поверх получившейся картинки набросать то, как вы видите корпус.
Здесь качество тоже не сильно важно: главное, чтобы человек, которому вы это продемонстрируете, представил, что именно вы хотели показать, и чтобы были правильно поняты:

• пропорции;
• из каких деталей корпус будет состоять;
• то, где находятся органы управления и индикации прибора;
• материалы, из которых сделаны детали.

Имеет смысл проверить результат на ком-нибудь, кто делает проект вместе с вами. Например, покажите рисунок программисту, который сидит за соседним столом, и спросите его, как он понял идею (и понял ли вообще).

Детализированная прорисовка

Если коллега после разглядывания рисунка начнёт спрашивать о проблемах («Здесь плата не войдёт, а вот как ты тут шлейф пропустишь?»), — отлично. Это значит, что, скорее всего, форм-фактор и пропорции корпуса верны, он вашу идею воспринял.

Ну а дальше надо просто разработчикам начать договариваться о деталях и «расшивать» дополнительными поясняющими рисунками проблемные места будущего изделия.

2.3 Разработать 3D-модель

Если вы хотя бы немного владеете САПР, пропускайте этот этап. Если нет, то совет один: начните использовать САПР (но не AutoCAD — это не то).
Ниже привожу свой собственный список нужного софта — со ссылками на официальные сайты разработчиков. На этапе разработки модели можно использовать самые простые и даже бесплатные программы. Ведь задача этапа относительно проста — всего лишь представить будущий корпус в реальных габаритах и пропорциях.

3D-модель

Настоятельно рекомендую проектировать дизайн сразу в инженерном софте (из списка ниже) — сэкономите себе пачку нервов и ведро крови. Никаких полигональных 3ds Max`ов и аналогов. На крайний случай можно использовать поверхностные моделлеры (Rhino, Alias studio), и то в умелых руках.

2.4. Визуализация

Этот пункт можно бы пропустить вообще — визуализация (рендеринг модели с фотореалистичными материалами), по моему наблюдению, исчезает из проектов в своём чистом виде. Это происходит потому, что результат (красивые картинки) потерял свою значимость для реального процесса разработки изделий. Он нужен только для отделов рекламы — чтобы менеджеры смогли показать картинки инвесторам, партнёрам и начальству.
Но если вам всё же придется показывать свой проект кому-то, то встроенных в САПР визуализаторов будет более чем достаточно. Если нет, проще обратиться к фрилансерам и поручить эту задачу им — есть масса ПО, которое делает красивые картинки буквально на лету (гуглите keyshot

, например).

На рендерах имеет смысл показывать степень глянцевости (матовости) поверхности и цвета:

Ручка у прибора сделана из матового пластика

Разработка дизайна корпуса

Промдизайнеры и конструкторы считают, что дизайн корпуса — это главный компонент нового устройства, потому что именно из-за него гаджеты и покупают. Увидел-захотел-купил-пользуюсь. Конечно, инженеры и программисты, которые работают над функциональностью продукта, могли бы с этим поспорить.
В процессе разработки дизайна и конструкции корпуса учитывают сразу множество ограничений:

• пожелания заказчика;
• назначение изделия;
• область и условия применения;
• удобство эксплуатации;
• запросы потребителей.

На старте дизайнеры прорабатывают множество вариантов, обычно не менее 5—7 разных направлений, из которых выбирают 2—3 самых интересных для демонстрации заказчику или рабочей группе проекта.
У вас как заказчика может быть множество идей, которые хочется воплотить в своем продукте, но они не всегда могут сочетаться из-за технических ограничений производства или эстетических противоречий. Опытные дизайнеры учитывают, что на обсуждение и доработку разных корпусных решений уйдет около половины времени всего проекта. Переговоры, созвоны, переписка — личная, совместно с конструктором, с менеджером проекта. Согласование порой проходит сложнее, чем сам процесс разработки дизайна, но это нормальная часть работы по проекту. Нужно быть к этому готовым.

Эскизы iPhone. Авторы: Джонатан Айв и команда дизайнеров Apple. Дата неизвестна

Параллельно (обязательно параллельно!) к разработке дизайна подключается конструктор. Он приземляет полет мысли дизайнера к реальным требованиям технологий производства. Если оставить дизайнера наедине с самим собой, сроки разработки могут затянуться: дизайн разработали, согласовали-пересогласовали-супер, а произвести изделие литьем в пресс-форме без значительной корректировки внешнего вида уже не получается. И приходится запускать процесс заново.

Инжиниринг

В какой программе лучше проектировать корпус
Отлично, внешний вид примерно определён, теперь давайте займемся инжинирингом будущего корпуса и начнём проработку его конструкции. Здесь уже придется освоить новую программу — систему автоматизированного проектирования или САПР (CAD).

Таких программ несколько десятков, все разные и предназначены для разной аудитории и решения разных задач. Поэтому я составил список тех, которые подходят большинству.

Сразу отмечу, что искать бесплатные версии вам нужно самостоятельно, но они есть в свободном доступе, просто имеют ограничения либо предназначены для некоммерческого использования.

Это список САПР, с которыми сталкивался сам, но их великое множество — на любые вкус, задачу и кошелёк. Желающим больше САПРов велкам в Википедию.

Если у вас достаточно квалификации для проектирования электроники, то рекомендую сразу посмотреть на «Компас», «Солидворкс» или «Инвентор»: это лёгкие для изучения программы, по работе с ними в сети есть масса материалов и роликов, а в них самих имеется всё для разработки и производства; короче, в них можно делать проекты в расчёте на любую технологию производства. Также они почти всеядны в плане форматов. Сам я много лет использовал SolidWorks, проблемы видел только при использовании сложных поверхностей.

3.1. Компоновка элементов

Теперь нужно смоделировать вашу плату или основные компоненты в 3D. Вокруг этой модели мы и будем в дальнейшем строить наш корпус. Постарайтесь поточнее измерить все детали, принцип «на глазок» лучше не применять — идеально использовать модель от производителя компонентов и самой платы и проверять всё «ручками» на «живых» деталях — со штангенциркулем.
Не нужно бояться ошибиться — всегда есть возможность откатиться и исправить какой-то размер.

3.2. Инженерное моделирование

Строим вокруг платы корпус, начиная от основных примитивов и самых больших размеров и постепенно детализируя.

Нужно соблюдать несколько основных правил:

• не должно быть пересекающихся деталей;
• вам нужно представить, как корпус должен собираться, а все детали — сопрягаться друг с другом;
• надо стремиться к равнотолщинности: все стенки корпуса должны быть примерно одинаковой толщины, например, 1,5 мм:

Более подробно про проектирование корпуса из пластика можно почитать тут → formlab.ru/kak_razrabotat_korpus_iz_plastika.

3.3. Проработка под технологию производства

«Я планирую производить мой продукт серийно или делаю его только для себя?»
На этом этапе проработки корпуса очень важно ответить себе на такой вопрос максимально честно. Если не планируете, то сразу переходите на следующую стадию процесса разработки. Если же «серия» в планах есть, то нужно решить, каким тиражом будет выпускаться изделие.

А здесь — подробно про тираж и его расчёт.

А сейчас давайте ограничим свои хотелки парой десятков корпусов. Такой тираж идеально подходит под технологию литья полиуретана в силиконовые формы (детали изготавливаются из материала, который идентичен обычной пластмассе).
Но сначала сделаем наше изделие более технологичным. Нам нужно, чтобы корпус можно было достать из силиконовой формы (оснастки), а значит, все стенки формы должны быть под небольшим наклоном (уклонами), буквально 3° по вертикали:

Придание технологических уклонов рёбрам

Проверка пройдена — поверхности становятся зелёными

Опять повторюсь — не нужно бояться ошибиться. Цикл разработки как раз так устроен, чтобы все ошибки проявлялись, и их можно было исправить.

Разработка конструкции корпуса

Предположим, мы пошли правильным путём и сразу после согласования дизайна приступили к 3D-моделированию изделия и его составных частей. Конструктор, или несколько конструкторов, в зависимости от сложности и состава изделия, используя различные САПР, воплощают в жизнь эскизы дизайнера.
В процессе разработки компьютерных моделей корпуса и более детальной проработки каждой мелочи может появиться (и появляется!) необходимость незначительной корректировки дизайна. Конструкторы предусматривают литьевые уклоны, предусматривают равномерную толщину стенок и правильную конструкцию углов. Мы уже рассказывали про эти тонкости в статье про литье под давлением.

Все эти изменения для технологичности производства хороший конструктор тоже согласует с заказчиком, чтобы не возникло недоразумений при приемке.

Чертежи iPhone 5, изображение компании Apple Inc.

При разработке корпуса важно не пропустить этап компьютерного моделирования физических процессов — для проверки надежности и дефектов отливки.

Затем, имея на руках 3D-модели и чертежи изделия, можно рассылать их потенциальным подрядчикам в наш любимый Китай для оценки стоимости производства. Подумав немного, добавив свою маржу, они with pleasure присылают предложения, часто отличающиеся в разы. Происходит это потому, что подрядчик подрядчику рознь, и кто-то действительно делает качественные вещи задорого, а кто-то делает не очень качественные вещи, но тоже задорого.

Типичный демостенд с образцами продукции на китайском заводе-изготовителе пластиковых корпусов

Как сделать выбор? Опираться на свой и чужой опыт работы с подрядчиками, анализируя предыдущие предложения на похожие или аналогичные изделия, сравнивая сроки изготовления.

Когда производитель корпуса выбран, можно подписывать договор на поставку. На этом же этапе можно оценить стоимость изготовления прототипа корпуса.

Конструкторская документация

Примеры конструкторской документации здесь → formlab.ru/cad.

Пакет конструкторской документации — это, по сути, единый пакет файлов, который должен максимально подробно описать для производства ваш корпус и все его составляющие. Внутри будут (кроме трёхмерных моделей из предыдущего раздела) подетальные и сборочные чертежи, спецификации (список деталей с их параметрами), документ о себестоимости производства по этой документации.
Все чертежи делаются, как правило, в той же САПР, в которой вы и разрабатывали модели, но я всё же рекомендую передавать их на подготовку специалистам с соответствующим опытом: можно здорово обжечься, не заметив ошибку в оформлении или не дав нужной информации на чертеже.

4.1. Подетальные и сборочные чертежи

Не раз слышал, что чертежи всё меньше используются в проектной работе. Но это не совсем так — чертёж не заменить ничем. Штука в том, что чертёж описывает то, что в модели описать нельзя: допуски, точность производства, материалы, способы сопряжения зависимых деталей и много чего ещё, — по стандартам оформления конструкторской документации. Если не по стандартам, то у разных предприятий будут разночтения документации, а значит, количество проблем при производстве может вырасти многократно.

4.2. Спецификации

Тоже важная составляющая пакета конструкторской документации. Это описание всех деталей, количества, материала, из которого корпус изготавливается, цена (если компонент покупается) и любая другая важная информация, — всё в виде единой таблички, которая заполняется в самом конце разработки и дополняет собой пакет с чертежами и моделью.

4.3. Оценка себестоимости

Она же коммерческое предложение, она же квотейшн, она же оффер:

А если есть красная печать, так вообще хорошо:

Прототипирование: изготовление опытного образца корпуса

Перед изготовлением дорогущего прототипа нужно изготовить 1-2-3 модели изделия, чтобы убедиться в том, что мы действительно получим то, что хотели. Есть разные способы изготовления модели корпуса — ее можно вырастить или фрезеровать, чаще всего используют FDM-выращивание как оптимальный вариант по стоимости, срокам и результату.

Фрезерный станок с ЧПУ вырезает прототип корпуса из капролона, который также известен как полиамид 6

Только получив модель, взяв ее в руки, пощупав, уронив, и понажимав физические кнопки, можно понять правильность выбранного дизайна. А зачем нужны вторая или третья итерации, спросите вы? За тем, что часто первая выращенная модель, а иногда и вторая, требует некоторой корректировки по результатам тестирования «вживую».

Прототип корпуса, изготовленный по методу фрезеровки на станке с ЧПУ, практически неотличим от серийного изделия, полученного при промышленном производстве. То есть вы будете держать в руках образец, готовый к показу потенциальным покупателям, руководству или инвесторам.

Портальный фрезерный станок с ЧПУ для быстрой и точной обработки деталей на одной из фабрик в Китае

Вот как выглядит фреза в станке с открытыми дверцами. Во время работы их закрывают, чтобы алюминиевая стружка не летела в глаза и на пол

Прототип

Фактически наш корпус разработан, но это пока ещё картинка на мониторе, 3D-модель. Опыт показывает, что в любой 3D-модели есть ряд недостатков, которые в виртуальной среде разработки просто невозможно вычислить. Для выявления и устранения проблем нужна физическая модель — прототип корпуса. Давайте им и займёмся.
Для этого необходимо экспортировать вашу модель из исходной программы в универсальный формат, например, .stl, и отправить в компанию, которая занимается 3D-печатью. Их очень много, поиск вам в помощь (и я бы не гнался за самым малым ценником — ничем хорошим это не заканчивается).

Первый вопрос от такой компании по печати будет таким: «А по какой технологии вы хотите печатать ваш корпус?»

Прототип корпуса
Вопрос резонный: технологий уже несколько десятков, и каждая из них имеет свои плюсы и минусы. Поэтому давайте определимся: что мы хотим от прототипа?

• Конечно, собрать устройство и посмотреть как оно будет выглядеть — т.е. закрыть вопрос собираемости. Заодно проверить, выглядит ли устройство так, как ожидалось.
• Хотелось бы потестировать устройство в жизни, потаскать в кармане, выставить на улицу под снег или окунуть в реальную лужу, чтобы проверить герметичность.
• Показать инвестору, клиенту, на выставке — решить вопросы маркетинга, бизнес-задачу и т.д.

К сожалению, одновременно решить все эти задачи прототип первого поколения не сможет. На нём можно проверить лишь собираемость и условно оценить внешний вид. «Условно» — потому, что напечатанный макет корпуса будет далёк от реального, производимого серийно. Но пока это и не нужно.

5.1. Производство прототипа

Для прототипа первого поколения (или макета) лучше выбрать самую дешёвую технологию — печать пластиковой нитью
, или
FDM
. Если кратко, то корпус будет печататься из пластиковой нити послойно снизу вверх, вот как-то так:

Принтеры, печатающие пластиковой нитью или по технологии FDM, есть сейчас везде. Cтоит всё это недорого (пара тысяч рублей за корпус, цены здесь и далее условные).

Иногда даже целесообразно купить принтер и делать макеты сразу во время разработки, но это даёт экономию только по времени.

Если же средства позволяют, то лучше заказать более качественную печать по технологиям SLA или SLS (тут уже стоимость будет от 10 тысяч рублей). О том, как правильно выбрать технологию производства для корпуса, я на Хабре уже отчитывался. И чтобы два раза не вставать, вот моё видео про то, «Когда и почему 3d-печать бесполезна?»

Фрезеровка пластика и металла

— из пластиковой болванки фрезеруется нужный корпус или деталь, которая мало отличается от серийного изделия. Такой корпус будет стоить от 30 тысяч рублей.

Литьё в силикон

— вообще хороший вариант (и единственный, если вам требуются герметичность корпуса или «резиновые», т.е. гибкие детали). Такой корпус будет уже стоить от 50 тысяч рублей.

5.2. Сборка и испытания

По итогам прототипирования вы сразу увидите, где есть проблемы в конструкции и дизайне корпуса. Поэтому следующим этапом станет возврат на предыдущую стадию и внесение правки в модель. И так — несколько раз, в зависимости от вашей аккуратности и наличия опыта.
Специалисты обходятся парой поколений прототипов и переходят дальше, новичкам нужно больше — иногда доходит даже до десятков. Почему прототипирование важно? Чем больше прототипов будет изготовлено, тем больше проблем будет выявлено, а значит, конечный продукт будет максимально продуманным.

Испытания: прибор в разработанном нами корпусе сутки пролежал в ведре с водой и после этого продолжал работать

5.3. Правки моделей и документации

Про этот пункт никто на старте даже не думает, а избежать правок нереально: всегда (даже не так — абсолютно по всех проектах) после этапа тестирования (макетирования, прототипирования) выявляются ошибки, которые нужно исправить в модели и документации. А потом опять и снова. Исправления должны продолжаться, пока не кончится бюджет у команды или не появится ощущение, что модель «вылизана» полностью, прототип идеален, нужно переходить к серийному производству.

Производство корпуса для электроники в Китае

4.1. Выбор материалов и договор на изготовление оснастки

Для производства корпуса необходимы оборудование, оснастка, материалы и рабочий персонал. Оборудование у подрядчика имеется, ведь мы его как раз выбирали, исходя из технических требований нашего производства. А вот с материалами для производства деталей корпуса нужно определиться заранее, еще до изготовления оснастки, потому что каждый материал имеет свои литейные и эксплуатационные характеристики, особенно важное значение для полимеров имеет объемная усадка при охлаждении. И изначально пресс-форму необходимо проектировать под определенный диапазон материалов, для соответствия конечных размеров отлитой детали вашему чертежу/модели.
Итак, дизайн, конструктив и прототипы согласованы, можно приступать к производству изделия. Начинается всё с разработки и изготовления оснастки, то есть пресс-форм — для пластика, литьевых форм — для алюминия, штампов — для стальных деталей. Процессы эти довольно длительные и дорогостоящие, и начинаются они с согласования и подписания договора на изготовление оснастки и серийного производства.

Участок сборки и обслуживания пресс-форм, неиспользуемую оснастку готовят к консервации

Договор на изготовление оснастки или на серийное производство изделий готовится очень тщательно, обычно на русском и английском языках. Подписывают договор товарищи из Китая мгновенно, наверное, смотрят только сумму и сроки. Но если в случае каких-либо эксцессов вы потребуете компенсации за некачественный продукт, а вам откажут из-за отсутствия тесных связей или слабых перспектив дальнейшего сотрудничества, то можете смело забыть и про договор, и про компенсацию. Судиться со стороной, находящейся на другом конце Земли, крайне нерентабельно, если у вас не миллионные проекты…

Поэтому и зрелые компании, и стартапы без собственного производства не всегда обращаются к китайским заводам-изготовителям напрямую, а работают с ними через контрактных производителей, которые сами выбирают подрядчика из списка доверенных партнеров и берут на себя все организационные вопросы, включая контроль качества и все связанные с этим риски.

Также стоит учитывать, что на этапе проектирования и изготовления оснастки может снова потребоваться корректировка конструкции и дизайна корпуса для обеспечения технологичности производства детали.

Цех по производству пресс-форм на одной из фабрик в Китае. Слева — участок с оснасткой, справа — металлообрабатывающие станки с ЧПУ

Если вы работаете с заводом изготовителем напрямую, необходимо регулярно интересоваться состоянием процесса производства оснастки: всё ли идет по графику, есть ли какие-либо проблемы на производстве, успеем ли уложиться в срок. Далеко не все производители Китая тщательно следят за сроками изготовления и сразу сообщают заказчикам о задержках и сбоях. Если не проверять их самостоятельно, есть риск получить от своих подрядчиков в нужный срок вместо результата ответ «бу хао исы», т.е. «извините», ну так получилось, такие обстоятельства, мы ничего не могли сделать, так расположились звезды…

4.2. Получение промышленных образцов корпуса и согласование Golden Sample

После проектирования и изготовления оснастки начинается самый волнующий процесс — получение первых промышленных образцов и приближение к заветной цели — подержать в дрожащих руках свое серийное изделие.
Обычно годный образец получается не с первого раза. Часто требуется доработка тех или иных элементов и поверхности, чтобы корпус полностью соответствовал желаемому виду и тактильному ощущению.

Термопластавтоматы для производства изделий из пластика методом литья под давлением. По зеленой конвейерной ленте съезжает готовая продукция

Так как Китай далековато, для оптимизации общих затрат первые образцы оценивают по многочисленным детальным фотографиям и видео. Для предварительной оценки качества этого вполне достаточно. Указываем на недостатки нашим китайским товарищам, обсуждаем и находим оптимальный путь их решения.

Недостатки исправлены (под неусыпным контролем), и мы получаем вторую итерацию образца. При тщательном исследовании первого образца и правильных действиях по его улучшению, вторая итерация обычно полностью соответствует желаемому результату. Снова оцениваем корпус по фото и видео. Если всё хорошо, заказываем доставку 3—5 образцов для визуальной и тактильной оценки.

По истечении 4—5 дней и таможенной очистки получаем первые долгожданные серийные образцы корпуса. Трогаем, щупаем, гладим, топим (при наличии требований водостойкости), морозим, анализируем, оцениваем и снова ищем, чтобы еще можно улучшить для достижения идеального результата.

Если появляются замечания, еще раз корректируем оснастку и производим повторные образцы. Если всё устраивает — можно смело демонстрировать заказчику, инвестору или потенциальным пользователям. Чем ближе продукт находится к конечной стадии проекта, тем дороже, дольше и больнее будет вносить изменения в дизайн и конструкцию. Однако это возможно.

Так выглядят отлитые кнопки для корпусов различной электроники. Литьевые каналы потом обламывают, а места стыков шлифуют

После всех вышеописанных итераций можно направляться в командировку к подрядчику в Китай. Обычно это занимает несколько дней без учета времени на дорогу. На заводе-изготовителе необходимо полностью сымитировать процесс серийного производства корпуса (т.е.проработать на малой партии), чтобы отладить все этапы, получить и окончательно согласовать серийный образец, так называемый Golden Sample, и оснастку для его производства.

4.3. Серийное производство корпусов

Само производство заветных корпусов для нового электронного устройства происходит практически без вашего участия. Китайские подрядчики согласно срокам, указанным в договоре, и только после предоплаты, изготавливают компоненты изделия и при необходимости организуют сборку.
Обязательно, как и в случае с оснасткой, необходимо периодически контролировать процесс производства и его график. Также нужно определить периодичность контроля качества корпусов и договориться об отправке информации о ходе процесса производства. Например, контролю внешнего вида можно подвергать до 100% изделий (особенно если отливки снимаются с пресс-формы вручную). Соответствие заданным размерам проверяем каждые 200 циклов пресс-формы. Тест на водонепроницаемость собранного изделия — каждые 1000 изделий, и так далее.

Проверка качества на китайской фабрике по производству пластиковых изделий

Наш опыт показывает, что у китайских подрядчиков есть своя специфика работы с фото- и видеоотчетами. Присланные фото почти всегда не очень хорошего качества, хотя технически сейчас в любом более-менее приличном телефоне камера позволяет делать отличные фото и видео. Только после нескольких повторных запросов на фото и видео наконец-то можно детально рассмотреть какие-то дефекты или несоответствия. Расчет простой: раз ты не увидел дефект, это твои проблемы, мы тебе всё выслали, ты всё посмотрел, согласовал, что ты теперь хочешь? Так что не стесняйтесь запрашивать как можно больше фото и видео хорошего качества.

Тестовая партия

Тестовая партия отличается от серийной, во-первых, тиражом: это, как правило, всего несколько изделий. Во-вторых, другой, менее массовой, технологией. И ровно поэтому каждый экземпляр из тестовой партии «золотой». На Хабре даже подсказали термин golden sample, — он полностью отражает суть. Давайте разберемся, как всё это организовать.

6.1. Производство

Любое производство начинается с подготовки к нему. Посмотрим, как это делается (не забудьте, что наш условный тираж — два десятка корпусов). В качестве технологии производства возьмём литьё полиуретана в силиконовую форму.

Поиск производства

Поиск производства ничего не отличается от выбора любого другого подрядчика. За исключением бюджета — большому заводу абсолютно неинтересно заниматься маленьким заказом. В этом случае нужно либо проявлять настойчивость либо сразу отсеивать тех, кто на контакт не идёт.
Алгоритм следующий: ищем предприятия, использующие при производстве ту технологию, которая нам нужна, прикрепляем к заявке нашу модель в универсальном формате .step (или .iges), пишем на завод письмо, где указываем тираж, требования (цвет, жёсткость корпуса, наличие на нём надписей) и отправляем его всем, кого нашли. Ждём откликов. Производства, которые откликнутся на ваше письмо, обязательно будут задавать вам уточняющие вопросы. Отвечайте на них подробно.

Для тех, кто ленится искать изготовителей корпус самостоятельно, мы сделали сайт «Заказист» — zakaz.ist/plast.

Ещё одна рекомендация — не обращать внимания на географию предприятия: нет смысла выбирать «поближе». Это точно не даст вам реального контроля над процессом производства, но цену однозначно увеличит. Китай здесь — вообще отдельная история, о которой можно писать тома.

Производство форм

Как я писал раньше, мы сейчас ограничимся простым примером — литьём полиуретана в силиконовые формы. Другие технологии сложнее.
Когда контракт заключен и оплачена его авансовая часть, завод начинает изготавливать формы для производства. Поскольку мы договорились, что нам нужны десятки корпусов, значит, форма будет из силикона, а перед этим нам сделают мастер-модель нашего корпуса. Видео с этим процессом (ищите по ключевым «литьё в силиконовые формы») очень много в сети, а ниже — фотография самой формы:

В такой оснастке начинают производить тестовые экземпляры корпусов — чтобы понять, насколько вас устроит получившийся корпус. Если не устроит, то нужно вносить изменения либо в модель корпуса, а потом начинать заново весь процесс разработки, либо ограничиться «косметической» переделкой. Количество изменений и степень изменений угадать сложно, гарантий тоже добиться нереально, нужно просто проявлять здравый смысл и обсуждать правки со специалистами завода.

6.2. Обратная связь от пользователей

И это ровно то, ради чего и делается тестовая партия — пользователи скажут вам такие вещи, до которых дойти самостоятельно не получится. Условно мы предполагаем, что прибор будет использоваться вот так-то, но у реального пользователя сценарий выйдет совсем другим; а каким — об этом вы даже можете и не догадываться.
Для наглядности — пример. Спустя пару лет после выхода изделия в серию выяснилось, что пользователи вынуждены регулярно открывать корпус устройства. А конструкция креплений и защёлок была сделана в расчёте на обратный сценарий — повесили и забыли. А если бы была изготовлена тестовая партия и решения принимались с оглядкой на тестирование не только прототипа, но и этой партии, то до появления проблемы дело бы вообще не дошло. Но тестовой партии не было, и пользователи до сих пор ломают корпус (подробнее — formlab.ru/alarm_system_pritok).

Обязательно надо не только слушать то, что говорят (потому что все врут и недоговаривают), но и пытаться понять, о чём молчат (например, многое становится понятно по осмотру образцов, если видишь сколы на корпусе, царапины от отвертки, пережатые винты и т.д.) Всё это даёт тонну информации, которая расскажет о проблемах монтажа и эргономики гораздо лучше самого пользователя — он, может, ничего и не скажет, так как посчитает, что это несущественно для проекта: так, ерунда, подумаешь, немного неудобно было подлезть отвёрткой или долго не мог попасть в шляпку винта, потому что ее видно плохо.

Всё собранное таким путём, включая даже, казалось бы, мелкие вещи, надо тщательно собирать в единый документ, определять важность каждой выявленной проблемы или проблемки и вносить нужные изменения в документацию и в модели.

6.3. Правка моделей и документации

Тут всё просто — адекватное производство обязательно даст вам знать об ошибках в вашей модели, которые надо будет исправить в соответствии с данной этим производством рекомендацией.
Однако если вам пишут, что модель «нетехнологична», но не уточняют, почему, обязательно спросите напрямую, что именно не нравится. Либо обращайтесь к стороннему конструктору, чтобы тот проверил модель и устранил недочёты.

До момента выбора технологии ещё можно ошибаться — есть возможность вернуться на предыдущие этапы, что-то исправить, изменить или протестировать. Но с этой точки отыграть назад станет сложнее и в разы дороже.

Одна из самых распространенных проблем, например, когда этап прототипирования не был выполнен (вот тут: formlab.ru/12mln-v-minus история о том, как люди 12 млн. рублей сожгли таким макаром) или на этапе производства оснастки не были учтены какие-то незначительные в тот момент изменения. Защёлка работает не так долго, как нужно, что-то хрустит при сборке или шов между деталями корпуса неровный — всё это на производстве исправить офигеть как дорого уже не получится, лучше вернуться на этап назад и перепроверить.

Однако если вы хорошо поработали с ошибками на предыдущих этапах, то с производством проблем не будет.

И, конечно, многое зависит от той технологии, которую вы выбирали под производство своего корпуса: каждая имеет разную стоимость, подход и особенности.

Доставка партии корпусов для электроники и таможенная очистка

Для доставки готовой продукции можно использовать несколько видов транспорта, которые отличаются стоимостью и сроком доставки: авиа, ЖД, морской и автотранспорт. Также можно использовать комбинированные варианты. Каждый вид транспорта имеет свои преимущества и недостатки, определяющие возможности его использования. Авиатранспорт — самый дорогой вид доставки, но при этом и самый быстрый.
Самые простые позиции — образцы — обычно отправляются службами экспресс-доставки. Занимает это в среднем 3—5 дней без учета таможенной очистки.

При отправке партий побольше необходимо особенно тщательно просчитать целесообразность отправки самолетом, это самый дорогой способ доставки. Да, это занимает не более 4—5 дней, но стоимость в разы выше, чем доставка железнодорожным транспортом или морским путем. Таможенная очистка груза подразумевает таможенное оформление и уплату таможенных пошлин. Оказанием таких услуг занимается таможенный представитель или таможенный брокер. Это агент, который вправе от имени и в интересах заказчика совершать любые операции по таможенной очистке.

Для начала процедуры необходимо представить в таможенную службу все документы, подтверждающие происхождение груза, его характеристики и стоимость.
К таким документам относится (список из 12 пунктов):

1. Договор (контракт) международной купли-продажи.
2. Спецификации к договору (контракту).
3. Регистрация сделки в банке, если сумма договора превышает 3 млн руб. по курсу ЦБ РФ на дату подписания договора. Регистрация в банке занимает 2—3 дня.
4. Инвойс или счет-проформа.
5. Упаковочный лист.
6. Транспортный документ: при морской доставке — коносамент, при автодоставке — CMR, при авиадоставке — авианакладная, при курьерской доставке — экспресс-накладная, при ЖД-доставке — ЖД-накладная);
7. Разрешения и/или лицензии на ввоз товаров, ограниченных к перемещению через таможенную границу (если требуются).
8. Документы, удостоверяющие соответствие товаров требованиям технических нормативных правовых актов — в отношении товаров, для которых обязателен «сертификат соответствия».
9. Сертификат о происхождении товара по форме «А», СТ-1, общей или другой форме, предусмотренной законодательством.
10. Документы, подтверждающие уплату таможенных платежей.
11. Договор и счет-фактура от транспортной экспедиции.
12. Документы, позволяющие идентифицировать товар — описание товара с указанием контрактного или коммерческого наименования товара с указанием его характеристик, достаточных для идентификации в соответствии с ТН ВЭД.

Таможенная очистка обычно занимает 1—2 дня в случае если не будет проводится дополнительная таможенная проверка (тарифная и нетарифная). После таможенного выпуска товара он может свободно перемещаться по всей территории ЕЭС.

Серийное производство

7.1. Производство

Вот примерно так выглядят разработка и запуск в производство простого корпуса из пластмассы небольшим тиражом.

Сложно ли это? Нет. Просто нужно двигаться — шаг за шагом — и не форсировать процесс.

Уверен, что у вас появились или остались вопросы по статье. Буду рад ее дополнить тем, что интересно или кажется вам важным.

Из каких металлов изготавливают корпуса для различных приборов и устройств

В радиоэлектронной аппаратуре металлические корпуса применяются в качестве оболочки для приборов различного назначения. Изготовление корпусов из металла для радиоаппаратуры может выполняться любой формы, а материалы, применяемые в процессе работы, обладают высокой прочностью и надежностью.

Металлические корпуса применяются для изготовления таких объектов, как:

• платежные терминалы;
• вендинговые аппараты;
• электрощиты;
• торговое оборудование;
• прочие приборы и аппараты.