La scheda detta le misure
Il punto di partenza è il file STEP della scheda esportato dal programma ECAD, per esempio KiCad o Altium. Mostra contorno, fori di fissaggio e altezze dei componenti, ed è ciò che determina le misure interne dell'involucro. Lasciamo un gioco attorno al bordo della scheda, di solito 0,5–1 mm. Così la scheda si monta anche quando le tolleranze di involucro e scheda vanno in direzioni opposte.
Connettori come USB-C, RJ45 e morsettiere a vite si posizionano contro le pareti, con aperture che seguono il collare del connettore. I componenti alti, come condensatori elettrolitici e induttanze, devono avere spazio libero sotto il coperchio. Se manca un file 3D, creiamo un modello semplificato della scheda da misure e foto, con i componenti che influenzano l'involucro. Prevediamo anche aperture per i connettori di programmazione e i punti di test da raggiungere durante lo sviluppo.
Controlliamo inoltre le interferenze nell'intero assieme: scheda, involucro, coperchio, viti e cavi. Così emergono errori che altrimenti si scoprono solo al montaggio. Un esempio è un condensatore che tocca una nervatura del coperchio, o un connettore irraggiungibile con il cavo inserito. Un cavo con connettore diritto può richiedere molto più spazio del connettore sulla scheda.
Torrette, guide e montaggio
La scheda si fissa su torrette collegate alla parete o al fondo tramite nervature, così non si staccano durante il montaggio. Per le viti autofilettanti nella plastica il foro segue la raccomandazione del produttore della vite. Il diametro esterno della torretta è circa il doppio del diametro della vite. Se l'involucro va aperto spesso, scegliamo inserti filettati in ottone inseriti a caldo o a pressione.
Il coperchio viene centrato da un labbro o da una cava, così è in posizione prima di serrare le viti. Gli incastri a scatto vanno bene per coperchi che si aprono raramente, ma il materiale deve sopportare la deformazione. Pensiamo anche alla sequenza di montaggio: la scheda deve entrare senza schiacciare i cavi e le viti devono essere raggiungibili con attrezzi comuni.
I pulsanti da premere attraverso l'involucro possono essere linguette elastiche nello stesso materiale o tasti separati con guida propria. Per i LED disegniamo guide di luce o una finestra trasparente, così non servono fori aperti in un involucro stagno. Marcature e simboli si possono incidere o rilevare direttamente sulla superficie.
Grado IP e tenuta
Il grado IP secondo IEC 60529 indica la protezione contro corpi solidi e acqua. IP54 significa protezione da polvere e spruzzi, IP65 resiste a getti d'acqua da ogni direzione e IP67 all'immersione temporanea. Un grado più alto richiede una tenuta ben studiata e meno aperture. Per questo chiediamo sempre dove sarà installato il prodotto prima di fissare il grado.
La soluzione più comune è un O-ring in una cava lungo il bordo del coperchio. La cava si dimensiona per una compressione dell'anello del 20–30% circa e un riempimento massimo di circa l'85%. I passacavi si disegnano per pressacavi con filettatura metrica, per esempio M12, M16 e M20. Pulsanti e display si sigillano con membrana o guarnizione. Un involucro stampato in 3D raramente raggiunge la tenuta di uno stampato a iniezione, e lo diciamo chiaramente già nel preventivo.
La tenuta deve sopportare anche montaggi e smontaggi. Un coperchio con O-ring ha bisogno di abbastanza viti perché la pressione sia uniforme su tutto il perimetro. La distanza tra le viti dipende dalla rigidezza del coperchio. Un coperchio flessibile con poche viti si inarca tra di esse e lascia entrare l'acqua dove la pressione è minima.
Calore e ventilazione
L'elettronica sopporta il calore peggio della plastica che la circonda. Partiamo dalla potenza dissipata e valutiamo se basta la convezione naturale o se servono aperture di ventilazione, una ventola o un dissipatore che attraversa la parete. Le prese d'aria vanno in basso e le uscite in alto, così l'aria calda sale e se ne va.
In un involucro stagno il calore si smaltisce solo attraverso le pareti. La soluzione può essere un dissipatore in alluminio o un involucro più grande. Disegniamo il collegamento tra componente e superficie di raffreddamento con un pad termico. Le aperture di ventilazione hanno forma di lamelle o fessure strette, così dita e attrezzi non raggiungono le parti in tensione.
Gli involucri da esterno possono formare condensa quando la temperatura cambia. Una membrana di equalizzazione della pressione fa uscire l'umidità e blocca l'acqua: la inseriamo come componente standard con filettatura. Gli involucri scuri al sole diventano inoltre molto più caldi dell'ambiente, e questo influisce su elettronica e scelta del materiale.
Progettazione involucri per elettronica – dal prototipo alla serie
La prima versione dell'involucro la stampiamo in PETG o ASA con pareti di 2–3 mm. Puoi montare la scheda, provare i connettori e testare l'apparecchio nell'ambiente reale. Poi correggiamo nello stesso modello parametrico: le modifiche alla scheda si riflettono sull'involucro senza ridisegnare tutto. Se serve, stampiamo più varianti del coperchio insieme, per confrontare fianco a fianco tenute o soluzioni per i pulsanti.
Per la serie il modello viene adattato allo stampaggio a iniezione con pareti uniformi, angoli di sformo e nervature: leggi la pagina sulla progettazione per stampaggio a iniezione. Per piccole serie può bastare fino in fondo un involucro stampato in ASA o PC. Come le tolleranze vanno indicate sul disegno lo spieghiamo nella pagina sui disegni tecnici, e l'intero percorso di sviluppo in sviluppo prodotto e prototipi.
Valori indicativi per la progettazione di involucri
| Dettaglio | Valore indicativo |
|---|---|
| Gioco tra bordo scheda e parete interna | 0,5–1 mm su tutto il perimetro |
| Spazio tra componente più alto e coperchio | almeno 1–2 mm |
| Torretta, diametro esterno | circa 2–2,5 × il diametro nominale della vite |
| Spessore parete, ABS o PC stampato a iniezione | circa 1,5–2,5 mm |
| Spessore parete, stampa 3D (FDM) | circa 2–3 mm |
| O-ring, tenuta assiale statica | compressione 20–30%, riempimento cava massimo circa 85% |
| IP54 / IP65 / IP67 (IEC 60529) | protetto dalla polvere + spruzzi / stagno alla polvere + getti d'acqua / stagno alla polvere + immersione temporanea |
| Angolo di sformo sulle pareti (iniezione) | almeno 0,5–1°, di più su superficie goffrata |
| Pressacavo | filettatura metrica, es. M12, M16, M20 |
Valori indicativi per comuni involucri in plastica. Le misure finali dipendono da materiale, processo e tolleranze dei componenti.
Cosa ci serve da te
- File STEP della scheda dal programma ECAD (KiCad, Altium ecc.)
- Misure della scheda, fori di fissaggio e componenti più alti se manca lo STEP
- Elenco di connettori, pulsanti, LED e display accessibili dall'esterno
- Ambiente: interno o esterno, polvere, acqua, temperatura e grado IP desiderato
- Potenza dissipata o assorbimento, per valutare il calore
- Come si monta l'apparecchio: a parete, su guida DIN, su tavolo o in mano
- Volume previsto: prototipi, piccola serie o stampaggio a iniezione
Esempi di lavori
- Involucro per sensore IoT a batteria
- Box da esterno per stazione meteo
- Strumento palmare con display e pulsanti
- Scatola di derivazione per guida DIN
- Custodia per progetti Raspberry Pi o Arduino
- Involucro per controllo motore con dissipatore
- Pannello frontale con aperture per connettori e LED
- Supporto per caricatore e vano batteria
- Involucro stagno per elettronica nautica
- Carter per sistema di allarme o controllo accessi
Cosa influisce su prezzo e tempi di consegna
- Numero di connettori, aperture e pulsanti da sigillare
- Requisito di grado IP e scelta della soluzione di tenuta
- Se la scheda esiste come STEP o va modellata
- Gestione del calore con ventilazione o dissipatore
- Adattamento all'iniezione con sformi e linea di divisione
- Numero di giri di prototipo prima di congelare il progetto
Cosa ricevi
- Involucro e coperchio come assieme con la scheda
- Verifica delle interferenze tra involucro, scheda e cavi
- STEP per lo stampista e STL o 3MF per i prototipi
- Disegno con quote critiche, cave di tenuta e tolleranze
- Distinta con viti, inserti, O-ring e pressacavi
- Prototipi stampati (opzionale)
Domande frequenti
Potete progettare un involucro per una scheda esistente?
Sì. Inviaci il file STEP della scheda oppure misure e foto. Disegniamo l'involucro attorno alla scheda e verifichiamo che connettori, pulsanti e viti non interferiscano.
Un involucro stampato in 3D può essere stagno?
Può essere protetto dagli spruzzi e, con il progetto giusto, reggere parecchia acqua. Le pareti stampate possono però lasciar passare umidità. Per IP67 e un uso prolungato all'esterno consigliamo spesso lo stampaggio a iniezione o una superficie sigillata. Lo valutiamo caso per caso.
Quale materiale va bene per un involucro da esterno?
L'ASA resiste ai raggi UV e a temperature fino a circa 90 °C ed è un'ottima scelta per involucri stampati. Gli involucri da esterno stampati a iniezione sono spesso in PC o PC/ABS. Il PLA va evitato all'esterno.
Cosa significa IP65?
IP65 secondo IEC 60529 significa che l'involucro è stagno alla polvere e resiste a getti d'acqua da ogni direzione. Non è fatto per stare sott'acqua: per questo servono IP67 o IP68.
Potete aiutare con la schermatura EMC?
Possiamo prevedere lo spazio per lamierini di schermatura, guarnizioni conduttive o vernice conduttiva all'interno. Le prove EMC vere e proprie le esegue un laboratorio accreditato.
Quanti prototipi servono prima dello stampaggio a iniezione?
Di solito due o tre giri: una prima prova di ingombro, una versione con tenuta e montaggio e una versione finale da approvare prima di ordinare lo stampo.