Płytka wyznacza wymiary
Punktem wyjścia jest plik STEP płytki z programu ECAD, na przykład KiCad lub Altium. Pokazuje kontur płytki, otwory montażowe i wysokości elementów, a to one wyznaczają wnętrze obudowy. Wokół krawędzi płytki zostawiamy luz, zwykle 0,5–1 mm, aby montaż się udał nawet wtedy, gdy tolerancje obudowy i płytki pójdą w przeciwne strony.
Złącza takie jak USB-C, RJ45 i listwy zaciskowe umieszczamy przy ściankach, z wycięciami dopasowanymi do kołnierza złącza. Wysokie elementy, jak kondensatory elektrolityczne i dławiki, muszą mieć luz do pokrywy. Gdy brak pliku 3D, robimy uproszczony model płytki z wymiarów i zdjęć, z elementami wpływającymi na obudowę. Dodajemy też otwory na złącza programowania i punkty testowe potrzebne podczas prac rozwojowych.
Sprawdzamy kolizje w całym złożeniu: płytka, obudowa, pokrywa, wkręty i kable. To wyłapuje błędy, które inaczej wyszłyby dopiero przy montażu. Przykładem jest kondensator dotykający żebra pokrywy albo złącze niedostępne z podłączonym kablem. Kabel z prostą wtyczką potrzebuje znacznie więcej miejsca niż samo złącze na płytce.
Tuleje pod wkręty, prowadzenie i montaż
Płytkę mocujemy na tulejach połączonych żebrami ze ścianką lub dnem, aby nie wyłamały się przy montażu. Otwór pod wkręt samogwintujący dobieramy według zaleceń producenta wkrętów, a średnica zewnętrzna tulei to mniej więcej dwie średnice wkrętu. Gdy obudowa ma być często otwierana, wybieramy mosiężne wkładki gwintowane wtapiane lub wciskane.
Pokrywę prowadzi wargą lub rowkiem, aby trafiła na miejsce przed dokręceniem wkrętów. Zatrzaski sprawdzają się w pokrywach otwieranych rzadko, ale materiał musi znieść odkształcenie. Myślimy też o kolejności montażu: płytkę ma się dać włożyć bez przyciskania kabli, a do wkrętów sięgnąć zwykłym narzędziem.
Przyciski naciskane przez obudowę mogą być sprężystymi językami z tego samego materiału albo osobnymi przyciskami z własnym prowadzeniem. Dla diod LED rysujemy światłowody lub przezroczyste okienko, aby szczelna obudowa nie potrzebowała otwartych otworów. Oznaczenia i symbole można grawerować lub wytłaczać bezpośrednio w powierzchni.
Stopień IP i uszczelnienie
Stopień ochrony IP według IEC 60529 określa ochronę przed ciałami stałymi i wodą. IP54 oznacza ochronę przed pyłem i bryzgami, IP65 wytrzymuje strugi wody z każdego kierunku, a IP67 chwilowe zanurzenie. Wyższy stopień wymaga przemyślanego uszczelnienia i mniejszej liczby otworów. Dlatego zawsze pytamy, gdzie urządzenie będzie pracować, zanim ustalimy stopień.
Najczęstszym rozwiązaniem jest o-ring w rowku wokół krawędzi pokrywy. Rowek wymiarujemy tak, aby pierścień był ściśnięty o około 20–30 procent i wypełniał rowek najwyżej w około 85 procentach. Przepusty projektujemy pod dławnice kablowe z gwintem metrycznym, na przykład M12, M16 i M20. Przyciski i wyświetlacze uszczelniamy membraną lub uszczelką. Drukowana obudowa rzadko osiąga szczelność wtryskowej i mówimy o tym jasno już w ofercie.
Uszczelnienie musi też przetrwać montaż i demontaż. Pokrywa z o-ringiem potrzebuje dość wkrętów, aby docisk był równy na całym obwodzie, a ich rozstaw zależy od sztywności pokrywy. Wiotka pokrywa z kilkoma wkrętami wygina się między nimi i wpuszcza wodę tam, gdzie docisk jest najmniejszy.
Ciepło i wentylacja
Elektronika gorzej znosi ciepło niż otaczające ją tworzywo. Wychodzimy od mocy strat i oceniamy, czy wystarczy konwekcja naturalna, czy potrzebne są otwory wentylacyjne, wentylator albo radiator przechodzący przez ściankę. Wloty umieszczamy nisko, a wyloty wysoko, aby ciepłe powietrze uchodziło do góry.
W szczelnej obudowie ciepło odchodzi tylko przez ścianki. Rozwiązaniem bywa wtedy aluminiowy radiator albo większa obudowa, a połączenie elementu z powierzchnią chłodzącą rysujemy z podkładką termoprzewodzącą. Otwory wentylacyjne kształtujemy jako lamele lub wąskie szczeliny, aby palce i narzędzia nie sięgały części pod napięciem.
W obudowach zewnętrznych przy zmianach temperatury może powstawać kondensat. Membrana wyrównująca ciśnienie wypuszcza wilgoć, ale nie wpuszcza wody – rysujemy ją jako element standardowy z gwintem. Ciemne obudowy w pełnym słońcu nagrzewają się wyraźnie bardziej niż otoczenie, co wpływa i na elektronikę, i na dobór materiału.
Projektowanie obudów do elektroniki – od prototypu do serii
Pierwszą wersję obudowy drukujemy z PETG lub ASA ze ścianką 2–3 mm. Możesz zamontować płytkę, sprawdzić złącza i przetestować urządzenie w docelowym środowisku. Potem poprawiamy ten sam model parametryczny, a zmiany płytki przenoszą się na obudowę bez rysowania od nowa. W razie potrzeby drukujemy kilka wariantów pokrywy naraz, aby porównać uszczelnienia lub przyciski obok siebie.
Przed serią dostosowujemy model do wtrysku: równa grubość ścianek, pochylenia i żebra – więcej na stronie projektowanie pod wtrysk. Przy mniejszych seriach drukowana obudowa z ASA lub PC może wystarczyć na stałe. Jakie tolerancje względem płytki są rozsądne, opisujemy przy rysunkach technicznych, a cały proces rozwoju na stronie rozwój produktu i prototypy.
Wartości orientacyjne dla obudów
| Szczegół | Wartość orientacyjna |
|---|---|
| Luz między krawędzią płytki a ścianką | 0,5–1 mm dookoła |
| Luz między najwyższym elementem a pokrywą | co najmniej 1–2 mm |
| Tuleja pod wkręt, średnica zewnętrzna | ok. 2–2,5 × średnica nominalna wkrętu |
| Grubość ścianki, wtrysk ABS lub PC | ok. 1,5–2,5 mm |
| Grubość ścianki, druk 3D (FDM) | ok. 2–3 mm |
| O-ring, uszczelnienie statyczne osiowe | ściśnięcie 20–30 %, wypełnienie rowka najwyżej ok. 85 % |
| IP54 / IP65 / IP67 (IEC 60529) | ochrona przed pyłem + bryzgi / pyłoszczelna + strugi wody / pyłoszczelna + chwilowe zanurzenie |
| Pochylenie ścianek (wtrysk) | co najmniej 0,5–1°, więcej na powierzchni z fakturą |
| Dławnica kablowa | gwint metryczny, np. M12, M16, M20 |
Wartości orientacyjne dla typowych obudów z tworzyw. Ostateczne wymiary zależą od materiału, technologii i tolerancji elementów.
Czego potrzebujemy od Ciebie
- Plik STEP płytki z programu ECAD (KiCad, Altium itp.)
- Wymiary płytki, otwory montażowe i najwyższe elementy, jeśli brak STEP
- Lista złączy, przycisków, diod i wyświetlacza dostępnych z zewnątrz
- Środowisko: wewnątrz czy na zewnątrz, pył, woda, temperatura i wymagany stopień IP
- Moc strat lub pobór prądu do oceny nagrzewania
- Sposób montażu: na ścianie, szynie DIN, stole lub w dłoni
- Przewidywany wolumen: prototypy, mała seria lub wtrysk
Przykładowe zlecenia
- Obudowa czujnika IoT z baterią
- Skrzynka zewnętrzna stacji pogodowej
- Miernik ręczny z wyświetlaczem i przyciskami
- Puszka przyłączeniowa na szynę DIN
- Obudowa do projektu z Raspberry Pi lub Arduino
- Obudowa sterownika silnika z radiatorem
- Panel przedni z otworami na złącza i diody
- Uchwyt ładowarki i pojemnik na baterie
- Szczelna obudowa elektroniki łodziowej
- Osłona systemu alarmowego lub kontroli dostępu
Co wpływa na cenę i termin
- Liczba złączy, otworów i przycisków do uszczelnienia
- Wymagany stopień IP i rodzaj uszczelnienia
- Czy płytka istnieje jako STEP, czy trzeba ją zamodelować
- Odprowadzanie ciepła przez wentylację lub radiator
- Dostosowanie do wtrysku: pochylenia i linia podziału
- Liczba rund prototypów przed zamrożeniem konstrukcji
Co otrzymasz
- Obudowa i pokrywa jako złożenie z płytką
- Kontrola kolizji obudowy, płytki i kabli
- STEP dla narzędziowni oraz STL lub 3MF do prototypów
- Rysunek z wymiarami krytycznymi, rowkami uszczelek i tolerancjami
- Zestawienie wkrętów, wkładek, o-ringów i dławnic
- Wydrukowane prototypy (opcja)
Częste pytania
Czy zrobicie obudowę do istniejącej płytki?
Tak. Wyślij plik STEP płytki albo wymiary i zdjęcia. Rysujemy obudowę wokół płytki i sprawdzamy, czy złącza, przyciski i wkręty mają wolną drogę.
Czy obudowa z druku 3D może być wodoszczelna?
Może być odporna na bryzgi, a przy dobrej konstrukcji wytrzymać sporo wody. Drukowane ścianki mogą jednak przepuszczać wilgoć. Do IP67 i długiej pracy na zewnątrz zalecamy często wtrysk lub uszczelnioną powierzchnię – oceniamy to indywidualnie.
Jaki materiał na obudowę zewnętrzną?
ASA znosi promieniowanie UV i temperatury do około 90 °C, więc dobrze sprawdza się w obudowach drukowanych. Wtryskowe obudowy zewnętrzne robi się często z PC lub PC/ABS. PLA na zewnątrz lepiej unikać.
Co oznacza IP65?
IP65 według IEC 60529 oznacza, że obudowa jest pyłoszczelna i wytrzymuje strugi wody z każdego kierunku. Nie jest przeznaczona do zanurzenia – to wymaga IP67 lub IP68.
Czy pomożecie z ekranowaniem EMC?
Możemy przewidzieć miejsce na blachę ekranującą, uszczelkę przewodzącą lub farbę przewodzącą od wewnątrz. Same badania EMC wykonuje akredytowane laboratorium.
Ile prototypów potrzeba przed wtryskiem?
Zwykle dwie lub trzy rundy: pierwsze pasowanie, wersja z uszczelnieniem i montażem oraz wersja końcowa zatwierdzana przed zamówieniem formy.