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Kit di utensili per la produzione di componenti elettronici di consumo

4 modalità per migliorare il design dei componenti attraverso la personalizzazione, attente considerazioni sui materiali, prototipazione iterativa con stampi multi-cavità e impiego di risorse di produzione digitale


A gennaio, ogni anno, l’esposizione CES di Las Vegas mette in mostra le ultime innovazioni del settore dell’elettronica di consumo. Quale più grande appuntamento annuale del settore dell’elettronica di consumo al mondo, questa incredibile esposizione presenta gadget e congegni e illustra con grande enfasi come i diversi chip, schede, circuiti e connessioni elettronici rappresentino il cuore di tutti questi prodotti.

Ma un cuore non può sopravvivere senza un corpo e quei corpi - smartphone, laptop, tablet, auricolari wireless e diversi dispositivi IoT nonché una varietà di altri dispositivi elettronici - sono costituiti da scatole, console, pulsanti, lenti, dispositivi di fissaggio, piastre interne, alloggiamenti e altri componenti. Questi articoli sono solitamente realizzati in plastica, che è l’elemento dominante, sebbene troviate occasionalmente componenti in lastra metallica (si veda la barra laterale).

Questo suggerimento esamina come migliorare i componenti e i prodotti che potreste progettare per designing per il settore dell'elettronica di consumo e per computer. Parleremo di:

  • come la personalizzazione possa aiutare a differenziare i prodotti nel mercato,
  • soddisfare le esigenze dei clienti e, in alcuni casi, ridurre i costi di produzione
  • materiali di uso comune da prendere in considerazione e perché
  • diversi approcci alla prototipazione durante lo sviluppo
  • come passare rapidamente dalle prime fasi di sviluppo di un prodotti alla consegna sul mercato con l’aiuto di risorse di produzione digitale

 

Un approccio personalizzato

Da progettisti e ingegneri quali siete, potete acquistare i prodotti, ovvero i componenti, prontamente disponibili in commercio. Il problema rappresentato da questo approccio consiste nel fatto che il grande elemento differenziatore tra i prodotti è il prezzo, per cui rischiate di partecipare ad una “corsa al risparmio” che eroderà gli utili della vostra azienda. Anche se il design e la tecnologia del vostro dispositivo è originale, può passare inosservata in un mare di altri prodotti simili, nel quale la vostra soluzione innovativa si differenza da quella della concorrenza soltanto per un’etichetta apposta sull’esterno.

La personalizzazione rappresenta uno dei modi per uscire da questa trappola, permettendo lo sviluppo di prodotti differenziati che offrono prestazioni migliori, funzionano più velocemente, durano più a lungo, riducono i costi di assemblaggio e sono più facili da usare. E si distingueranno dagli altri. L’aspetto esterno - l’interfaccia tra il prodotto e l’utilizzatore - aiuta a contraddistinguere il vostro prodotto e ne dichiara la sua unicità. Apple, per esempio, ha reso questo approccio la chiave della strategia di marketing: prestare molta attenzione a ogni aspetto dei suoi prodotti, aspetto e sensazione al tatto compresi. Che ci piaccia o no, i consumatori scelgono spesso l’aspetto, ovvero la forma rispetto alla funzione.

prototipi
La produzione dei pezzi elettronici di consumo assume molte forme, conformazioni e dimensioni, incluso questo minuscolo componente per gli auricolari wireless, osservato nei vari stadi di sviluppo: Una prima versione su modello CAD, a sinistra, un prototipo che comprende le modifiche consigliate dalla nostra analisi di realizzabilità (DFM), al centro, e il pezzo destinato alla produzione finale, che include ulteriori perfezionamenti al design

Ovviamente, lo sviluppo di un componente personalizzato richiede un maggiore sforzo di design rispetto alla semplice scelta da un catalogo. Ci sono, tuttavia, modi per ottenere i vantaggi della personalizzazione semplificando al contempo lo sviluppo, minimizzando i ritardi e controllando i costi. Questo vale particolarmente per i pezzi in plastica, tanto stampati quanto lavorati meccanicamente.

Il design su misura vi permette di combinare più componenti in un unico pezzo, indipendentemente dal processo di lavorazione. Questo elimina i potenziali problemi strutturali e ne semplifica l’assemblaggio. È possibile progettare i componenti in modo da offrire un distanziamento migliore o una disposizione più compatta. I connettori possono essere posizionati esattamente nel punto in cui sono richiesti, eliminando diversi passaggi in fase di assemblaggio. Pannelli personalizzabili possono ridurre i costi di lavorazione meccanica e consentire la realizzazione di soluzioni specifiche per i clienti.

Ovviamente, un altro metodo da usare, almeno in questa fase iniziale di prototipazione, è la stampa 3D industriale (produzione additiva), che può aiutare a eliminare completamente l’esigenza di componenti multipli.

Detto ciò, se vi avvalete dello stampaggio a iniezione, due metodi di personalizzazione durante la progettazione di pezzi destinati allo stampaggio cui ricorrono spesso i progettisti, sono il costampaggio e il sovrastampaggio.

Il costampaggio permette di incorporare nei pezzi in plastica elementi metallici di piccole dimensioni - connettori, innesti, limitatori di compressione o filettature fini che non potrebbero essere facilmente lavorati in modo meccanico per ottenere un componente stampato - migliorando la flessibilità del design. Questi elementi possono proteggere pannelli, porte o innesti dai danni durante gli interventi di servizio. Il costampaggio può anche conferire robustezza e durabilità ai pezzi. Un esempio di costampaggio in uso? Sebbene si tratti più di componenti elettronici per uso commerciale anziché di consumo, l’appaltatore della pubblica amministrazione Harris Corporation ha utilizzato di recente il costampaggio per rendere personalizzabili i dispositivi di fissaggio in plastica per circuiti stampati, con un conseguente risparmio sui costi di produzione.

Il sovrastampaggio - processo mediante il quale un polimero viene fuso sopra un’altro in strati - è un ottimo esempio di combinazione in un unico pezzo di quelli che sarebbero altrimenti pezzi multipli. Viene usata frequentemente per ottenere un effetto estetico o per applicare un materiale morbido ad uno più duro, per realizzare impugnature o attutire gli urti. Triax Technologies ha recentemente utilizzato il sovrastampaggio per realizzare gli alloggiamenti in plastica di un dispositivo IoT indossabile.

Inoltre, le opzioni di finitura o post-lavorazione rappresentano anch’esse un modo per personalizzare o differenziare i vostri prodotti da quelli della concorrenza, utilizzando l’abbinamento di colori personalizzati per il branding del vostro prodotto, per esempio, oppure per la marchiatura del pezzo, o la goffratura, o altri processi.

pezzo CNC
La lavorazione CNC della plastica è una scelta popolare per la produzione dell’elettronica di consumo come si può osservare in questo esempio di pezzo fresato che presenta quattro cavità.

Considerazioni sui materiali per la produzione di elettronica di consumo

La scelta del materiale è una considerazione importante da fare perché l’impiego del materiale corretto può contribuire a ridurre i costi, conferire durevolezza ai componenti migliorare l’ergonomia e offrire altri vantaggi funzionali. Come già citato, questo settore è dominato dalla plastica. Pertanto, il tipo di plastica o materiale da usare è una considerazione importante. I polimeri per uso generico come l’ABS e il policarbonato (PC) sono durevoli ed economici e rappresentano la soluzione ideale per una varietà di componenti come scatole e quadri di comando. Nelle nostre case possiamo trovare un gran numero di prodotti composti da ABS, PC e da miscele di ABS/PC. Altri polimeri presentano caratteristiche specifiche.

  • I materiali trasparenti come il policarbonato, l’acrilico, il polistirene o il silicone (LSR) sono ideali per realizzare lenti e schermi.
  • I polimeri per uso industriale possono essere resi più tolleranti al calore o più conduttivi aggiungendo fibra di vetro o polveri in ceramica.
  • I materiali elettricamente conduttivi sono in grado di offrire il collegamento a terra o la protezione all’interno dell’alloggiamento stesso.
  • Materiali flessibili come gli elastomeri, il silicone, il polipropilene o il polietilene sono ideali per impugnature, pulsanti o paraurti di protezione.

Oltre alla plastica, in questo settore anche l’alluminio è ampiamente usato. Questo materiale può essere lavorato meccanicamente per creare alloggiamenti, staffe o altri pezzi in metallo che devono possedere qualità di resistenza elevata e leggerezza. Offriamo una guida dei materiali uno strumento utile che vi aiuterà nella scelta.

Prototipazione dei pezzi destinati all’elettronica di consumo

La prototipazione occuperà gran parte del tempo e degli sforzi impiegati per il design di un pezzo personalizzato, ma offrirà anche molti vantaggi. Vi permette di perfezionare il vostro design e di verificare l’assemblaggio. Inoltre, vi permette di provare diversi materiali per consentirvi di ottenere esattamente la funzionalità di cui avete bisogno.

La stampa 3D industriale (produzione additiva) viene spesso usata per i prototipi funzionali, sebbene i progettisti passino solitamente allo stampaggio a iniezione per i prototipi successivi e, alla fine, per la produzione di serie a causa dei costi. La lavorazione meccanica come metodo di prototipazione può non offrire una scelta di materiali ampia quanto lo stampaggio, oppure può non fornire altrettante informazioni sulla realizzabilità, ma vi permette di produrre bassi volumi di prototipi, rapidamente e a costi contenuti.

Nelle fasi successive della prototipazione, lo stampaggio a iniezione offre una scelta più ampia di polimeri, vi indica se un design è realizzabile e risulta essere un processo economico per la produzione di volumi maggiori di pezzi da sottoporre a collaudo o destinati alla produzione di serie.

Gli stampi multicavità e gli stampi multi-figura sono ottime modalità per accelerare lo sviluppo iterativo. Si tratta infatti di metodi ampiamente validati, utilizzati per aumentare l'efficienza quando si iniziano a stampare prototipi o si avvia la produzione. Gli stampi multicavità possono produrre pezzi identici in ciascun ciclo di iniezione, ma possono essere modificati, in termini di dimensioni del pezzo, con maggiore complessità e costi aggiuntivi. Lo stampo multicavità ben disegnato può accelerare la produzione riducendone al contempo i costi. Gli stampi multi-figura possono produrre un numero di pezzi diversi con lo stesso polimero in un unico ciclo di produzione ma l’esito dipende dalla similarità delle forme e delle dimensioni. E se non avete ancora scelto il materiale, gli stessi stampi possono, in molti casi, essere usati per produrre un pezzo o più pezzi della stessa forma in vari polimeri diversi ai fini dei test comparativi, sebbene questo possa non funzionare per i polimeri che hanno un coefficiente di ritiro diverso tra loro.

Avvalersi delle risorse di un produttore che fa uso delle tecnologie digitali

Nei mercati competitivi di oggi, il tempo è denaro. Lo sviluppo dei prodotti deve essere tanto rapido quanto completo, e questo vale particolarmente per i prodotti elettronici che, di solito, richiedono ampi collaudi. Da produttori che si avvalgono delle tecnologie digitali, possiamo aiutarvi a velocizzare e semplificare ogni fase del processo di sviluppo.

  • ProtoQuote, il nostro sistema di preventivazione interattiva on-line, trasforma il vostro modello CAD in un preventivo con un’analisi immediata di realizzabilità e feedback per la maggior parte dei processi di produzione. Questa procedura può essere ripetuta tutte le volte necessarie per ottenere il vostro design ideale.
  • Potete discutere dei vostri progetti e aspettative con i nostri Application Engineer, che vi aiuteranno a raggiungere i vostri obiettivi.
  • Una volta inviato un ordine, i pezzi stampati o lavorati meccanicamente possono essere consegnati anche in un solo giorno lavorativo.
  • La produzione a livello nazionale elimina i ritardi di spedizione, permettendovi di iniziare a valutare i prototipi in tempi brevi.
  • Le diverse tecnologie a vostra disposizione vi offrono numerose opzioni tra cui scegliere. Per esempio, in Protolabs offriamo tre metodi di produzione: stampa 3D (con sei opzioni di produzione additiva), lavorazione meccanica e stampaggio a iniezione. Questo permette ai progettisti di passare dalla prototipazione alla produzione in volumi ridotti in poco tempo e con un unico fornitore.
  • Una volta ultimato il vostro design, possiamo iniziare con una delle diverse opzioni di produzione, come:
    • Pezzi stampati con stampi in alluminio (produzione con stampi in alluminio) che vi aiuteranno a confermare il fatto che si possano effettivamente stampare e/o che potete portare sul mercato in attesa che gli stampi “ufficiali” da produzione per volumi ultra elevati vengano realizzati
    • Produzione on-demand di volumi ridotti di pezzi stampati e destinati all’utilizzo finale (migliaia o persino decine di migliaia di pezzi)
    • Produzione on-demand per la personalizzazione di massa dei pezzi. Questo approccio on-demand è particolarmente importante nel settore dell’elettronica di consumo, che è passato ad adottare diffusamente la personalizzazione di massa dei prodotti. La capacità di realizzare questa personalizzazione di massa rappresenta un altro vantaggio della collaborazione con un produttore che si avvale delle tecnologie digitali, in grado di fornire velocità di produzione e produzione in volumi ridotti, permettendovi di razionalizzare la vostra supply chain procurandovi i pezzi on-demand, senza quantitativi minimi richiesti per gli ordini.

Quando inviate il vostro modello in formato CAD a ProtoQuote, il nostro sistema di preventivazione automatizzata, potete eliminare molti passaggi. Il sistema valuta infatti il vostro design ed evidenzierà le aree che non possono essere realizzate o che non risultano conformi alle best practice. I progettisti riferiscono che il nostro sistema offre loro un preventivo piuttosto preciso e, inoltre, l’analisi riempimento-stampo. Vi ricordiamo che ProtoQuote “sa” molto in termini di produzione ma nulla del vostro progetto. Il sistema è in grado di evidenziare problemi come sottosquadri, spigoli vivi e pareti spesse. Può prendere decisioni in base ai materiali che scegliete. Ma non sa in che modo il pezzo sarà usato, a cosa sarà collegato o se sarà sottoposto a temperature estreme, maneggiato in condizioni difficili, esposto a radiazioni ultraviolette o a sostanze chimiche.

Di conseguenza, se vi avvalete del nostro sistema di preventivazione, lasciate che funga da vostro partner. Fategli sapere, attraverso il vostro modello in formato CAD, cosa ritenete che funzionerà. Il sistema indicherà modi per migliorare la realizzabilità e la qualità del vostro design; potete apportare modifiche e inviarlo nuovamente per la valutazione, senza alcun costo. Quando concorderete insieme a ProtoQuote il design, inviate il vostro ordine e testate il prototipo che sarà realizzato.

La produzione è il frutto di una collaborazione. Sebbene vi offra l’opportunità di progettare e ricevere un feedback automatico del vostro design, Protolabs ha bisogno di comprendere il vostro prodotto per aiutarvi ad avere successo nel realizzare un pezzo utilizzando le nostre capacità di produzione. Non esitate dunque a contattare i nostri Application Engineers in qualsiasi momento; sono a vostra completa disposizione. Quali vostri partner, evidenzieranno le aree che rappresentano un rischio e vi guideranno a valutare le opzioni per eliminare tale rischio. I nostri Application Engineers sono anche disponibili per valutare eventuali compromessi in termini di costo associati alle modifiche consigliate da apportare al design.

Non è sempre facile passare da un processo di produzione all’altro per ottenere la geometria desiderata di un pezzo, solitamente dalla lavorazione meccanica allo stampaggio a iniezione. La lavorazione meccanica è in grado di accettare la presenza di spigoli vivi, l'assenza di angoli di spoglia e sezioni trasversali sottili e spesse, elementi che possono invece rappresentare un problema con lo stampaggio a iniezione. Il nostro sistema di preventivazione e i nostri Applications Engineers possono aiutarvi a evitare problemi in ogni fase del processo.

Come sempre, se desiderate ulteriore assistenza, vi invitiamo a contattare uno degli Application Engineers di Protolabs al numero +39 0321 381211 o all'indirizzo [email protected] Per iniziare oggi stesso il vostro prossimo progetto, non dovete fare altro che caricare un file CAD 3D per ottenere in poche ore un preventivo interattivo.

*Richiedete qui un Design Cube gratuito.