Lopullinen opas - kuinka kehittää uusi elektroninen laitteistotuote

Joten haluat kehittää uuden elektronisen laitteistotuotteen? Haluan aloittaa hyvistä uutisista - se on mahdollista. Voit kehittää laitteistotuotteen riippumatta teknisestä tasostasi, eikä sinun tarvitse välttämättä olla insinööri menestyäksesi (vaikka se varmasti auttaa).

Olitpa yrittäjä, aloittelija, valmistaja, keksijä tai pieni yritys, tämä opas auttaa sinua ymmärtämään uutta tuotekehitysprosessia.

En kuitenkaan valehtele sinulle. Uuden laitteistotuotteen lanseeraus on uskomattoman pitkä, vaikea matka. Vaikka laitteiston tiedetään olevan kova, myös yksilöille ja pienille ryhmille on nyt helpompaa kuin koskaan kehittää uusia laitteistotuotteita.

Jos kuitenkin etsit helppoa, nopeaa tapaa ansaita rahaa, suosittelen, että lopetat lukemisen heti, koska uuden laitteistotuotteen tuominen markkinoille ei ole läheskään helppoa tai nopeaa.

Tässä oppaassa keskustelen ensin tuotekehitysstrategioista sekä teknisille tekijöille että ei-teknisille yrittäjille, jotka haluavat luoda uuden elektronisen laitteistotuotteen. Sitten siirrymme elektroniikan kehittämiseen, jota seuraa muovikotelon kehittäminen.

Osa 1 - Tuotekehitysstrategiat

Yrittäjille ja startup-yrityksille on pohjimmiltaan viisi vaihtoehtoa uuden laitteistotuotteen kehittämiseksi. Usein paras kokonaisstrategia on kuitenkin näiden viiden kehitysstrategian yhdistelmä.

1) Kehitä tuotetta itse

Tämä on harvoin täysin itsessään toteuttamiskelpoinen strategia. Hyvin harvoilla ihmisillä on kaikki tarvittavat taidot kehittää markkinavalmiita elektronisia tuotteita täysin itsenäisesti.

Vaikka satutkin olemaan insinööri, oletko asiantuntija elektroniikan suunnittelussa, ohjelmoinnissa, 3D-mallinnuksessa, ruiskupuristuksessa ja valmistuksessa? Luultavasti ei. Myös suurin osa näistä erikoisuuksista koostuu lukuisista alaerikoisuuksista.

Tästä huolimatta, jos sinulla on tarvittavat taidot, mitä kauemmas otat tuotteesi kehityksen itse, sitä enemmän rahaa säästät ja sitä paremmin olet pitkällä aikavälillä.

Esimerkiksi toin oman laitteistotuotteen markkinoille noin 6 vuotta sitten. Tuote oli mekaanisesti monimutkaisempi kuin sähköisesti. Olen koulutukseltani elektroniikkainsinööri enkä mekaanikkoinsinööri, joten palkkasin aluksi pari freelance-koneinsinööriä.

Olen kuitenkin turhautunut siitä, kuinka hitaasti asiat etenivät. Loppujen lopuksi ajattelin tuotteitani melkein joka hereillä! Olin pakkomielle saada tuotteeni kehitetyksi ja markkinoille mahdollisimman nopeasti. Mutta palkkaamani insinöörit taistelivat sitä monilla muilla projekteilla eivätkä antaneet projektilleni huomiota, jonka tunsin ansaitsevani.

Joten päätin oppia kaiken tarvittavan mekaanisen suunnittelun tekemiseen itse. Kukaan ei ollut motivoituneempi kuin minä itse saamaan tuotteeni kehitetyksi ja markkinoille. Viime kädessä pystyin suorittamaan mekaanisen suunnittelun paljon nopeammin (ja paljon vähemmän rahaa).

Tarinan moraali on tehdä niin paljon kehitystä kuin taitosi sallivat, mutta älä myöskään vie sitä liian pitkälle. Jos ala-asiantuntijataitosi aiheuttavat sinulle kehityksen optimaalista vähemmän, se on iso virhe. Lisäksi kaikki uudet taidot, jotka sinun on opittava, vievät aikaa ja voivat lopulta pidentää markkinointiaikaa. Tuo aina asiantuntijoita mukaan puutteiden korjaamiseen.

Jotkut suosikkisivustoistani elektroniikan kehittämiseen ovat Hackster.io, Build Electronic Circuits, Bald Engineer, Adafruit, Sparkfun, Make Magazine ja All About Circuits. Muista tarkistaa YouTube-kanava nimeltä AddOhms, jolla on aivan erinomaisia ​​esittelyvideoita elektroniikan oppimiseen.

2) Ota mukaan tekninen perustaja (t)

Jos olet ei-tekninen perustaja, sinun olisi ehdottomasti viisasta ottaa mukaan tekninen perustaja. Yhden käynnistysryhmän perustajien on ainakin ymmärrettävä tarpeeksi tuotekehityksestä prosessin hallitsemiseksi.

Jos aiot hakea lopulta ulkopuolista rahoitusta ammattimaisilta sijoittajilta, tarvitset ehdottomasti perustajaryhmän. Ammattimaiset startup-sijoittajat tietävät, että perustajajoukkue menestyy paljon todennäköisemmin kuin yksin perustaja.

Ihanteellinen perustajaryhmä useimmille laitteistokäynnistimille on laitteistoinsinööri, ohjelmoija ja markkinoija.

Perustajien perustaminen saattaa kuulostaa täydelliseltä ratkaisulta ongelmasi, mutta on myös joitain vakavia haittoja. Ensinnäkin, perustajien löytäminen on vaikeaa ja vie todennäköisesti valtavasti aikaa. Se on arvokasta aikaa, jota ei käytetä tuotteen kehittämiseen.

Perustajayritysten löytäminen ei ole sinun pitäisi kiirehtiä, ja sinun on varattava aikaa oikean ottelun löytämiseen. Paitsi että heidän täytyy kiittää taitojasi, sinun on myös pidettävä niistä henkilökohtaisesti. Olette lähinnä naimisissa heidän kanssaan ainakin muutaman vuoden, joten varmista, että tulette hyvin toimeen.

Perustajayritysten tuomisen suurin haittapuoli on se, että ne vähentävät omaa pääomaa yrityksessä. Kaikilla yrityksen perustajilla pitäisi olla samanlainen pääoma yhtiössä. Joten jos olet menossa yksin nyt, ole valmis antamaan puolet yrityksestäsi.

3) ulkoistaa freelance-insinööreille

Yksi parhaista tavoista täyttää mahdolliset aukot joukkueidesi teknisissä kyvyissä on ulkoistaminen freelance-insinööreille.

Muista vain, että useimmat tuotteet vaativat useita insinöörejä eri erikoisuuksista, joten sinun on hallittava eri insinöörejä itse. Viime kädessä jonkun perustajatiimissä olevan on toimittava projektipäällikkönä.

Varmista, että löydät sähköinsinöörin, jolla on kokemusta tuotteen vaatiman elektroniikan suunnittelusta. Sähkötekniikka on valtava tutkimusala, ja monilla insinööreillä ei ole kokemusta piirien suunnittelusta.

Varmista 3D-suunnittelijalle, että löydät jonkun, jolla on kokemusta ruiskupuristustekniikasta, muuten päädyit todennäköisesti tuotteeseen, joka voidaan prototyyppisesti valmistaa, mutta jota ei voida valmistaa massatuotantona.

4) ulkoistaa kehitysyritykselle

Tunnetuimmat tuotesuunnitteluyritykset, kuten Frog, IDEO, Fuse Project jne., Voivat tuottaa upeita tuotemalleja, mutta ne ovat mielettömän kalliita.

Startup-yritysten tulisi välttää kalliita suunnitteluyrityksiä hinnalla millä hyvänsä. Huippumuotoilualan yritykset voivat veloittaa 500 000 dollaria + kehittääksesi uuden tuotteen. Vaikka sinulla olisi varaa palkata kallis tuotekehitysyritys, älä tee sitä. Paitsi että et todennäköisesti koskaan saa rahoja takaisin, et myöskään halua tehdä virheen perustamalla laitteistokäynnistyksen, joka ei ole vahvasti mukana varsinaisessa tuotekehityksessä.

5) Kumppani valmistajan kanssa

Yksi tapa jatkaa on kumppanuus ulkomaisen valmistajan kanssa, joka jo valmistaa tuotteita, jotka ovat samanlaisia ​​kuin tuotteesi.

Suurilla valmistajilla on omat suunnittelu- ja kehitysosastot, jotka työskentelevät omien tuotteidensa parissa. Jos löydät valmistajan, joka valmistaa jo jotain samanlaista kuin oma tuotteesi, he voivat pystyä tekemään kaiken puolestasi - kehityksen, suunnittelun, prototyyppien valmistuksen, muottien valmistuksen ja valmistuksen.

Tämä strategia voi alentaa ennakkokehityskustannuksiasi. Valmistajat kuitenkin poistavat nämä kustannukset, mikä tarkoittaa lisäkustannusten lisäämistä tuotetta kohden ensimmäisillä tuotantokerroilla. Tämä toimii pohjimmiltaan kuin koroton laina, jolloin voit maksaa kehityskustannukset hitaasti takaisin valmistajalle.

Kuulostaa hyvältä ja helpolta, joten mikä on saalis? Tärkein tässä strategiassa huomioon otettava riski on, että laitat kaiken tuotteeseesi liittyvän yrityksen yhdeksi yritykseksi.

He haluavat varmasti yksinomaisen valmistussopimuksen ainakin siihen saakka, kunnes kustannukset on katettu. Tämä tarkoittaa, että et voi siirtyä halvempaan valmistusvaihtoehtoon, kun tuotantomääräsi kasvaa.

Varoitetaan myös, että monet valmistajat saattavat haluta osan tai kaikki tuotteesi immateriaalioikeuksista.

Osa 2 - Kehitä elektroniikkaa

Tuotteesi elektroniikan kehittäminen voidaan jakaa seitsemään vaiheeseen: alustava tuotesuunnittelu, kaaviokuva, piirilevyasettelu, lopullinen luettelo, prototyyppi, testi ja ohjelma sekä lopuksi sertifiointi.

Vaihe 1 - Luo alustava tuotantosuunnitelma

Kun kehität uutta elektronista laitteistotuotetta, sinun on ensin aloitettava alustava tuotesuunnittelu . Tätä ei pidä sekoittaa Proof-of-Concept (POC) -prototyyppiin.

POC-prototyyppi rakennetaan yleensä käyttämällä kehityssarjaa, kuten Arduino. Ne voivat joskus olla hyödyllisiä todistamaan, että tuotekonseptisi ratkaisee halutun ongelman. Mutta POC-prototyyppi ei ole kaukana tuotantosuunnittelusta. Harvoin voit mennä markkinoille tuotteeseesi upotetun Arduinon kanssa.

Alustava tuotannon suunnittelu keskittyy tuotteen tuotannon osia, kustannukset, voittomarginaali, suorituskyky, ominaisuudet, kehityksen toteutettavuus ja valmistettavuus.

Voit käyttää alustavaa tuotantosuunnittelua tuottamaan arvioita jokaisesta tuotteesi tarvitsemasta hinnasta. On tärkeää tietää tarkasti tuotteen kehittämisen, prototyypin, ohjelmoinnin, sertifioinnin, mittakaavan ja valmistuksen kustannukset.

Alustava tuotantosuunnitelma vastaa seuraaviin olennaisiin kysymyksiin. Onko tuotteeni mahdollista kehittää? Onko minulla varaa kehittää tätä tuotetta? Kuinka kauan tuotteen kehittäminen kestää? Voinko valmistaa tuotetta massaa? Voinko myydä sen voittona?

Monet yrittäjät tekevät virheen ohittaessaan alustavan tuotantosuunnitteluvaiheen ja siirtyvät sen sijaan suoraan kaavamaisen piirikaavion suunnitteluun. Tekemällä niin saatat lopulta huomata, että olet käyttänyt kaiken tämän vaivannäön ja ansaitut rahat tuotteeseen, jota ei voida kehittää, valmistaa tai mikä tärkeintä, myydä voitolla.

Vaihe 1A - Järjestelmän lohkokaavio

Alustamalla tuotantosuunnittelua sinun tulisi aloittaa määrittelemällä järjestelmätason lohkokaavio. Tässä kaaviossa määritetään kukin elektroninen toiminto ja kuinka kaikki toiminnalliset komponentit kytkeytyvät toisiinsa.

Suurin osa tuotteista vaatii mikrokontrollerin tai mikroprosessorin, jossa on useita komponentteja (näytöt, anturit, muisti jne.), Jotka ovat yhteydessä mikrokontrolleriin erilaisten sarjaporttien kautta.

Luomalla järjestelmän lohkokaavio voit helposti tunnistaa tarvittavien sarjaporttien tyypin ja määrän. Tämä on tärkeä ensimmäinen vaihe oikean mikrokontrollerin valitsemiseksi tuotteellesi.

Vaihe 1B - Tuotantokomponenttien valinta

Seuraavaksi sinun on valittava eri tuotantokomponentit: mikrosirut, anturit, näytöt ja liittimet haluttujen toimintojen ja tavoitehinnan perusteella. Tämän avulla voit sitten luoda alustavan materiaaliluettelon (BOM).

Yhdysvalloissa Newark, Digikey, Arrow, Mouser ja Future ovat suosituimpia elektronisten komponenttien toimittajia. Voit ostaa suurimman osan elektronisista komponenteista yksitellen (prototyyppien valmistusta ja alkutestausta varten) tai jopa tuhansina (pienimuotoista valmistusta varten).

Kun saavutat suuremmat tuotantomäärät, säästät rahaa ostamalla joitain komponentteja suoraan valmistajalta.

Vaihe 1C - Arvioi tuotantokustannukset

Sinun pitäisi nyt arvioida tuotteesi tuotantokustannukset (tai myytyjen tavaroiden kustannukset - COGS). On tärkeää tietää mahdollisimman pian, kuinka paljon tuotteen valmistus maksaa.

Sinun on tiedettävä tuotteesi valmistusyksikkökustannukset, jotta voit määrittää parhaan myyntihinnan, varastokustannukset ja ennen kaikkea kuinka paljon voittoa voit saada.

Valitsemillasi tuotantokomponenteilla on tietysti suuri vaikutus valmistuskustannuksiin.

Mutta saadaksesi tarkan arvion valmistuskustannuksista, sinun on myös sisällytettävä piirilevykokoonpanon, lopputuotteen kokoonpanon, tuotteiden testauksen, vähittäismyyntipakkausten, romumäärän, palautusten, logistiikan, tullien ja varastoinnin kustannukset.

Vaihe 2 - Suunnittele piirikaavio

Nyt on aika suunnitella kaavamainen piirikaavio vaiheessa 1 luomasi järjestelmälohkokaavion perusteella.

Kaaviokuva näyttää kuinka kaikki komponentit mikrosiruista vastuksiin yhdistyvät toisiinsa. Vaikka järjestelmälohkokaavio keskittyy enimmäkseen korkeamman tason tuotteen toiminnallisuuteen, kaavamaisessa kaaviossa on kyse pienistä yksityiskohdista.

Jotain niin yksinkertaista kuin väärin numeroitu tappi komponenttikaaviossa voi aiheuttaa täydellisen toiminnallisuuden puutteen.

Useimmissa tapauksissa tarvitset erillisen alipiirin järjestelmälohkokaavion jokaiselle lohkolle. Nämä eri alipiirit kytketään sitten yhteen muodostaen täydellinen kaavamainen piirikaavio.

Erityistä elektroniikan suunnitteluohjelmistoa käytetään kaavion luomiseen ja sen varmistamiseksi, että siinä ei ole virheitä. Suosittelen käyttämään DipTrace- nimistä pakettia, joka on edullinen, tehokas ja helppo käyttää.

Vaihe 3 - Piirilevyn (piirilevyn) suunnittelu

Kun kaavio on valmis, suunnittelet nyt piirilevyn (PCB). Piirilevy on fyysinen piirilevy, joka pitää sisällään ja yhdistää kaikki elektroniset komponentit.

Järjestelmälohkokaavion ja kaavapiirin kehittäminen on ollut luonteeltaan pääosin käsitteellistä. Piirilevyjen suunnittelu on tosin hyvin todellinen maailma.

Piirilevy on suunniteltu samassa ohjelmistossa, joka loi kaavion. Ohjelmistolla on useita tarkistustyökaluja varmistaakseen, että piirilevyn asettelu täyttää käytetyn piirilevyn prosessin suunnittelusäännöt ja että piirilevy vastaa kaaviota.

Yleensä mitä pienempi tuote ja mitä tiukemmat komponentit pakataan yhteen, sitä kauemmin PCB-asettelun luominen kestää. Jos tuotteesi reitittää paljon virtaa tai tarjoaa langattoman yhteyden, piirilevyn asettelu on vieläkin kriittisempi ja aikaa vievämpi.

Useimpien piirilevymallien kriittisimmät osat ovat virran reititys, nopeat signaalit (kristallikellot, osoite- / datalinjat jne.) Ja kaikki langattomat piirit.

Vaihe 4 - Luo lopullinen materiaalilista (BOM)

Vaikka sinun olisi pitänyt jo luoda alustava BOM osana alustavaa tuotantosuunnittelua, on nyt aika suorittaa koko tuotannon BOM.

Suurin ero näiden kahden välillä on lukuisat edulliset komponentit, kuten vastukset ja kondensaattorit. Nämä komponentit maksavat yleensä vain sentin tai kaksi, joten en luetella niitä erikseen alustavassa luettelossa.

Mutta PCB: n todelliseen valmistamiseen tarvitset täydellisen BOM: n jokaisella luetellulla komponentilla. Tämä BOM luodaan yleensä kaavamaisen suunnitteluohjelmiston avulla. BOM luetteloi osanumerot, määrät ja kaikki komponenttimääritykset.

Vaihe 5 - Tilaa piirilevyn prototyypit

Sähköisten prototyyppien luominen on kaksivaiheinen prosessi. Ensimmäinen vaihe tuottaa paljaat, painetut piirilevyt. Piirisuunnitteluohjelmiston avulla voit lähettää piirilevyasettelun Gerber-nimisessä muodossa yhdellä tiedostolla kutakin piirilevykerrosta kohden.

Nämä Gerber-tiedostot voidaan lähettää prototyyppikauppaan pieniä määriä varten. Samat tiedostot voidaan toimittaa myös suuremmalle valmistajalle suuren tuotannon tuottamiseksi.

Toisessa vaiheessa kaikki elektroniset komponentit juotetaan levylle. Suunnitteluohjelmistostasi pystyt tuottamaan tiedoston, joka näyttää kaikkien taululle sijoitettujen komponenttien tarkat koordinaatit. Tämä antaa kokoonpanokorjaamolle mahdollisuuden automatisoida piirilevyn jokaisen komponentin juottaminen kokonaan.

Halvin vaihtoehto on tuottaa piirilevyn prototyyppejä Kiinassa. Vaikka on yleensä parasta, jos voit tehdä prototyyppisi lähempänä kotia lähetysviivästysten vähentämiseksi, monille yrittäjille on tärkeämpää minimoida kustannukset.

Prototyyppilevyjen tuottamiseksi Kiinassa suosittelen lämpimästi Seeed Studiota. Ne tarjoavat fantastisen hinnoittelun määrille 5-8000 levyä. Ne tarjoavat myös 3D-tulostuspalveluja, mikä tekee niistä yhden luukun. Muita kiinalaisia ​​piirilevyjen prototyyppivalmistajia, joilla on hyvä maine, ovat Gold Phoenix PCB ja Bittele Electronics.

Yhdysvalloissa suosittelen Sunstone-piirejä, huutopiirejä ja San Francisco -piirejä, joita olen käyttänyt laajasti omien mallien prototyyppien valmistamiseen. Kokoonpanettujen levyjen saaminen kestää 1-2 viikkoa, ellet maksa kiireestä, jota suosittelen harvoin.

Vaihe 6 - Arvioi, ohjelmoi, viritä ja toista

Nyt on aika arvioida elektroniikan prototyyppi. Muista, että ensimmäinen prototyyppisi toimii harvoin täydellisesti. Suoritat todennäköisesti useita iteraatioita ennen suunnittelun viimeistelemistä. Tällöin tunnistat, korjaat virheen ja korjaat prototyyppisi ongelmat.

Tämä voi olla vaikea ennustaa sekä kustannusten että ajan suhteen. Löytämäsi virheet ovat tietenkin odottamattomia, joten vian lähteen selvittäminen ja korjaaminen vie aikaa.

Arviointi ja testaus tehdään yleensä rinnakkain mikrokontrollerin ohjelmoinnin kanssa. Ennen kuin aloitat ohjelmoinnin, kannattaa ainakin tehdä joitain perustestejä varmistaaksesi, että levyllä ei ole suuria ongelmia.

Lähes kaikkiin nykyaikaisiin elektroniikkatuotteisiin kuuluu mikrosiru, jota kutsutaan mikrokontrolleriyksiköksi (MCU), joka toimii tuotteen "aivoina". Mikrokontrolleri on hyvin samanlainen kuin tietokoneessa tai älypuhelimessa oleva mikroprosessori.

Mikroprosessori ylittää suurten tietomäärien nopean liikkumisen, kun taas mikrokontrolleri on yhteensopiva ja ohjaa laitteita, kuten kytkimiä, antureita, näyttöjä, moottoreita jne. Mikrokontrolleri on melko yksinkertaistettu mikroprosessori.

Mikrokontrolleri on ohjelmoitava suorittamaan halutut toiminnot.

Mikrokontrollerit ohjelmoidaan melkein aina yleisesti käytetyllä C-kielellä. Laiteohjelmistoksi kutsuttu ohjelma on tallennettu pysyvään, mutta uudelleen ohjelmoitavaan muistiin, joka on yleensä mikro-ohjainsirun sisäinen.

Vaihe 7 - Sertifioi tuotteesi

Kaikilla myytävillä elektronisilla tuotteilla on oltava erityyppiset sertifikaatit. Vaaditut sertifikaatit vaihtelevat sen mukaan, missä maassa tuote myydään. Katamme Yhdysvalloissa, Kanadassa ja Euroopan unionissa vaaditut sertifikaatit.

FCC (Federal Communications Commission)

FCC-sertifikaatti on välttämätön kaikille Yhdysvalloissa myytäville elektroniikkatuotteille. Kaikki elektroniset tuotteet lähettävät jonkin verran sähkömagneettista säteilyä (ts. Radioaaltoja), joten FCC haluaa varmistaa, että tuotteet eivät häiritse langatonta viestintää.

FCC-sertifikaatteja on kaksi luokkaa. Tuotteen tyyppi vaaditaan riippuen siitä, onko tuotteessasi langattoman tiedonsiirron ominaisuuksia, kuten Bluetooth, WiFi, ZigBee vai muut langattomat protokollat.

FCC luokittelee langattomalla viestinnällä varustetut tuotteet tarkoituksellisiksi pattereiksi . Tuotteet, jotka eivät lähetä tarkoituksellisesti radioaaltoja, luokitellaan tahattomiksi pattereiksi . Tahallinen jäähdyttimen sertifiointi maksaa sinulle noin 10 kertaa enemmän kuin tahallinen jäähdyttimen sertifiointi.

Harkitse ensin elektronisten moduulien käyttöä minkä tahansa tuotteesi langattomissa toiminnoissa. Tämä antaa sinulle mahdollisuuden päästä vain tahattomalla jäähdyttimen sertifioinnilla, mikä säästää vähintään 10 000 dollaria.

UL (Underwriters Laboratories) / CSA (Kanadan standardointiliitto)

UL- tai CSA-sertifikaatti vaaditaan kaikille Yhdysvalloissa tai Kanadassa myydyille sähkötuotteille, jotka kytketään pistorasiaan.

Vain akkua käyttävät tuotteet, joita ei liitetä pistorasiaan, eivät vaadi UL / CSA-sertifikaattia. Suurin osa suurimmista vähittäiskauppiaista ja / tai tuotevastuuvakuutusyhtiöistä vaatii kuitenkin, että tuotteellasi on UL- tai CSA-sertifikaatti.

CE (Conformité Européene)

CE-sertifikaatti vaaditaan suurimmalle osalle Euroopan unionissa (EU) myytävistä elektroniikkatuotteista. Se on samanlainen kuin Yhdysvalloissa vaaditut FCC- ja UL-sertifikaatit.

RoHS

RoHS-sertifikaatti varmistaa, että tuote on lyijytön. RoHS-sertifikaatti vaaditaan sähkötuotteille, joita myydään Euroopan unionissa (EU) tai Kalifornian osavaltiossa. Koska Kalifornian talous on niin merkittävä, suurin osa Yhdysvalloissa myydyistä tuotteista on RoHS-sertifioitu.

Litiumparistosertifikaatit (UL1642, IEC61233 ja UN38.3)

Ladattavilla litiumioni / polymeeri-akuilla on vakavia turvallisuusongelmia. Oikosulku tai ylilataus voi jopa syttyä liekkeihin.

Muistatko Samsung Galaxy Note 7: n kaksoisvedon tämän ongelman takia? Tai tarinoita erilaisista leijulaudoista, jotka syttyvät liekkeihin?

Näiden turvallisuusongelmien vuoksi ladattavien litiumparistojen on oltava sertifioituja. Suurimmalle osalle tuotteista suosittelen aluksi sellaisten valmiiden paristojen käyttöä, joilla on jo nämä sertifikaatit. Tämä kuitenkin rajoittaa valintojasi ja useimpia litiumparistoja ei ole sertifioitu.

Tämä johtuu pääasiassa siitä, että useimmat laiteyritykset valitsevat räätälöidyn akun hyödyntääkseen tuotteessa kaiken käytettävissä olevan tilan. Tästä syystä useimmat paristovalmistajat eivät vaivaudu hankkimaan valmiiden akkujensa sertifikaatteja.

Osa 3 - Kehitä kotelo

Nyt käsitellään mahdollisten muovikappaleiden kehittämistä ja prototyyppejä. Useimpien tuotteiden osalta tämä sisältää ainakin kotelon, joka pitää kaiken yhdessä.

Muokattujen muovi- tai metallikappaleiden kehittäminen vaatii 3D-mallinnuksen asiantuntijan tai paremminkin teollisen suunnittelijan.

Jos ulkonäkö ja ergonomia ovat tärkeitä tuotteellesi, sinun kannattaa palkata teollinen suunnittelija. Esimerkiksi teolliset suunnittelijat ovat insinöörejä, jotka tekevät kannettavista laitteista, kuten iPhone, näyttävän niin siistiltä ja tyylikkäältä.

Jos ulkonäkö ei ole kriittinen tuotteellesi, voit todennäköisesti tulla toimeen palkkaamalla 3D-mallintajan, ja ne ovat yleensä huomattavasti halvempia kuin teollinen suunnittelija.

Vaihe 1 - Luo 3D-malli

Ensimmäinen askel tuotteen ulkoasun kehittämisessä on 3D-tietokoneen luominen

malli. Kaksi 3D-mallien luomiseen käytettyä suurta ohjelmistopakettia ovat Solidworks ja PTC Creo (aiemmin kutsuttiin Pro / Engineeriksi).

Autodesk tarjoaa kuitenkin nyt pilvipohjaisen 3D-mallinnustyökalun, joka on täysin ilmainen opiskelijoille, harrastajille ja aloittelijoille. Sitä kutsutaan Fusion 360. Jos haluat tehdä oman 3D-mallinnuksen etkä ole sidoksissa Solidworksiin tai PTC Creoon, harkitse ehdottomasti Fusion 360: tä.

Kun teollinen tai 3D-mallinnussuunnittelijasi on valmistanut 3D-mallin, voit muuttaa sen fyysisiksi prototyypeiksi. 3D-mallia voidaan käyttää myös markkinointitarkoituksiin, varsinkin ennen kuin sinulla on toiminnallisia prototyyppejä.

Jos aiot käyttää 3D-malliasi markkinointitarkoituksiin, sinun on luotava valokuvasta realistinen versio mallista. Sekä Solidworksilla että PTC Creolla on saatavana realistisia valokuvamoduuleja.

Voit myös tehdä valokuvistasi realistisen 3D-animaation tuotteestasi. Muista, että sinun on ehkä palkattava erillinen suunnittelija, joka on erikoistunut animaatioihin ja 3D-mallien näyttämiseen realistisilta.

Suurin riski kotelon 3D-mallin kehittämisessä on, että päädyt malliin, joka voidaan prototyyppisesti valmistaa, mutta jota ei valmisteta määrältään.

Viime kädessä kotelosi valmistetaan menetelmällä, jota kutsutaan korkeapaineruiskupuristukseksi (katso lisätietoja vaiheesta 4 alla).

Kappaleen kehittäminen ruiskuvalulla tapahtuvaa tuotantoa varten voi olla melko monimutkaista, ja noudattaa monia sääntöjä. Toisaalta melkein mitä tahansa voidaan prototypoida 3D-tulostuksen avulla.

Joten muista palkata vain joku, joka ymmärtää täysin kaikki ruiskuvalun monimutkaisuudet ja suunnitteluvaatimukset.

Vaihe 2 - Tilaa kotelon prototyypit (tai osta 3D-tulostin)

Muoviprototyypit rakennetaan joko lisäaineprosessilla (yleisimmin) tai subtraktiivisella prosessilla. Lisäprosessi, kuten 3D-tulostus, luo prototyypin pinoamalla ohuet muovikerrokset lopullisen tuotteen luomiseksi.

Lisäprosessit ovat ylivoimaisesti yleisimpiä, koska ne kykenevät luomaan melkein mitä vain voit kuvitella.

Subtraktiivinen prosessi, kuten CNC-työstö, ottaa sen sijaan lohkon kiinteää tuotantomuovia ja vei lopputuotteen.

Subtraktiivisten prosessien etuna on, että käytät muovihartsia, joka vastaa tarkalleen käyttämääsi lopullista tuotantomuovia. Tämä on tärkeää joillekin tuotteille, mutta useimmille tuotteille tämä ei ole välttämätöntä.

Lisäprosesseissa käytetään erityistä prototyyppihartsia, ja sillä voi olla erilainen tunnelma kuin tuotantomuovilla. Lisäprosesseissa käytetyt hartsit ovat parantuneet merkittävästi, mutta ne eivät silti vastaa ruiskuvalussa käytettyjä tuotantomuoveja.

Mainitsin tämän jo, mutta se ansaitsee tulla esiin uudelleen. Varoitetaan, että prototyyppien valmistusprosessit (additiiviset ja subtraktiiviset) ovat täysin erilaisia ​​kuin tuotantoon käytetty tekniikka (ruiskupuristus). Sinun on vältettävä sellaisten prototyyppien luomista (erityisesti lisäaineiden prototyyppien kanssa), joita on mahdotonta valmistaa.

Aluksi sinun ei tarvitse välttämättä saada prototyyppiä noudattamaan kaikkia ruiskupuristussääntöjä, mutta sinun on pidettävä ne mielessä, jotta suunnittelusi voidaan helpommin siirtää ruiskupuristukseen.

Lukuisat yritykset voivat ottaa 3D-mallisi ja tehdä siitä fyysisen prototyypin. Proto Labs on yritys, jota suosittelen henkilökohtaisesti. Ne tarjoavat sekä additiivisia että subtraktiivisia prototyyppejä sekä pienen volyymin ruiskuvalua.

Voit myös harkita oman 3D-tulostimen ostamista, varsinkin jos luulet tarvitsevasi useita toistoja saadaksesi tuotteen oikein. 3D-tulostimia voi ostaa nyt vain muutamalla sadalla dollarilla, joten voit luoda niin monta prototyyppiversiota kuin haluat.

Oman 3D-tulostimen todellinen etu on, että sen avulla voit toistaa prototyyppisi melkein välittömästi, mikä vähentää markkinoillesi kuluvaa aikaa.

Vaihe 3 - Arvioi kotelon prototyypit

Nyt on aika arvioida kotelon prototyypit ja vaihtaa 3D-malli tarpeen mukaan. Lähes aina kestää useita prototyyppikertoja, jotta kotelon muotoilu saadaan oikein.

Vaikka 3D-tietokonemallit mahdollistavat kotelon visualisoinnin, mikään ei ole verrattavissa todellisen prototyypin pitämiseen kädessäsi. Tulee melkein varmasti sekä toiminnallisia että kosmeettisia muutoksia, jotka haluat tehdä, kun sinulla on ensimmäinen todellinen prototyyppi. Suunnittele tarvitsevasi useita prototyyppiversioita saadaksesi kaiken oikein.

Muovin kehittäminen uudelle tuotteellesi ei ole välttämättä helppoa tai halpaa, varsinkin jos estetiikka on kriittinen tuotteellesi. Todelliset komplikaatiot ja kustannukset syntyvät kuitenkin siirtyessä prototyyppivaiheesta täysvalmistukseen.

Vaihe 4 - Siirtyminen ruiskupuristukseen

Vaikka elektroniikka on luultavasti monimutkaisin ja kallein osa tuotteestasi kehitettävissä, muovin valmistus on kallein. Muoviosien tuotannon asettaminen ruiskupuristuksella on erittäin kallista.

Suurin osa nykyisin myydyistä muovituotteista valmistetaan todella vanhalla valmistustekniikalla, jota kutsutaan ruiskupuristukseksi. On erittäin tärkeää, että ymmärrät tämän prosessin.

Aloitat teräsmuotilla, joka on kaksi teräspalaa, jotka pidetään yhdessä korkealla paineella. Muotissa on veistetty ontelo, joka on halutun tuotteen muotoinen. Sitten kuumaa sulaa muovia ruiskutetaan muottiin.

Ruiskupuristustekniikalla on yksi suuri etu - se on halpa tapa valmistaa miljoonia samoja muovikappaleita. Nykyinen ruiskuvalutekniikka käyttää valtavaa ruuvia pakottaakseen muovin muottiin korkeassa paineessa. Tämä keksittiin vuonna 1946. 3D-tulostukseen verrattuna ruiskuvalu on ikivanha!

Ruiskumuotit ovat erittäin tehokkaita valmistamaan paljon samaa todella edullisilla yksikkökustannuksilla. Mutta itse muotit ovat järkyttävän kalliita. Miljoonan tuotteen valmistamiseen suunniteltu muotti voi nousta 100 000 dollariin! Nämä korkeat kustannukset johtuvat pääasiassa siitä, että muovi ruiskutetaan niin korkealla paineella, mikä on erittäin kovaa muotissa.

Näiden olosuhteiden kestämiseksi muotit valmistetaan kovametalleilla. Mitä enemmän injektioita tarvitaan, sitä kovempaa metallia tarvitaan, ja korkeammat kustannukset.

Esimerkiksi alumiinimuottien avulla voit tehdä useita tuhansia yksiköitä. Alumiini on pehmeää, joten se hajoaa hyvin nopeasti. Koska se on pehmeämpää, sitä on myös helpompi tehdä muottiin, joten kustannukset ovat pienemmät - vain 1-2 000 dollaria yksinkertaisesta muotista.

Kun muottiin tarkoitettu tilavuus kasvaa, niin vaadittu metallikovuus ja siten myös kustannukset kasvavat. Muotin valmistusaika kasvaa myös kovametallien, kuten teräksen, kanssa. Muotinvalmistaja vie paljon kauemmin teräsmuotin (kutsutaan koneistukseksi) kuin pehmeämmän alumiinisen.

Voit lopulta lisätä tuotantonopeutta käyttämällä useita ontelomuotteja.

Niiden avulla voit tuottaa useita kopioita osastasi yhdellä injektiolla muovia.

Mutta älä hyppää useisiin ontelomuotteihin, ennen kuin olet muokannut alkuperäisiä muottejasi. On järkevää käyttää vähintään useita tuhansia yksiköitä ennen päivittämistä useisiin ontelomuotteihin.

Johtopäätös

Tämä artikkeli on antanut sinulle yleiskatsauksen uuden elektronisen laitteistotuotteen kehittämisprosessista riippumatta teknisestä tasostasi. Tämä prosessi sisältää parhaan kehitysstrategian valitsemisen ja elektroniikan ja kotelon kehittämisen tuotteellesi.

kirjailijasta

John Teel on Predictable Designs -yrityksen puheenjohtaja, joka auttaa yrittäjiä, startup-yrityksiä, valmistajia, keksijöitä ja pieniä yrityksiä tuomaan markkinoille uusia elektronisia tuotteita. John oli aiemmin Texas Instrumentsin vanhempi suunnitteluinsinööri, jossa hän loi elektronisia malleja, joita käytetään nyt miljoonissa tuotteissa (mukaan lukien jotkut Applelta). Hän on myös menestyvä yrittäjä, joka kehitti oman tuotteensa, antoi sen valmistaa Aasiassa ja myi satoissa vähittäiskaupoissa useissa maissa. Lataa hänen ilmainen huijauslehti: 15 vaihetta uuden elektronisen tuotteen kehittämiseen.