Choisir le meilleur procédé de fabrication pour les boîtiers électroniques

L'électricité est une force puissante mais délicate qui est la clé de notre monde moderne. À tout moment, une personne peut porter ou interagir avec plusieurs appareils électroniques à la fois, des téléphones portables aux montres intelligentes et aux dispositifs médicaux vitaux. Bien que les consommateurs puissent considérer ces appareils comme allant de soi, une énorme quantité de travail est consacrée à la conception des différents boîtiers qui protègent les circuits électriques et le câblage qui assure leur fonctionnalité.

La nature délicate de ces composants électroniques nécessite souvent qu'ils soient logés dans une sorte de boîtier ou de cage pour protéger leurs circuits et leur câblage contre les dommages. Ces boîtiers servent non seulement à empêcher les produits chimiques, la poussière, l'humidité et d'autres éléments environnementaux d'altérer l'électronique, mais également à protéger les utilisateurs finaux contre les chocs électriques et les incendies potentiels. Généralement, le boîtier est la seule partie de l'appareil que le consommateur voit.

Les boîtiers électroniques prennent une grande variété de formes et de tailles - des boîtiers de téléphone et d'ordinateur aux boîtiers de protection pour les systèmes d'alimentation et de télécommunications - et la méthode de fabrication spécifique la mieux adaptée à un travail particulier dépendra d'un certain nombre de facteurs, notamment le choix des matériaux, le prix point, volume de production et considérations de conception.

Voici ce que les équipes produit doivent savoir.

Considérations clés sur la sélection des matériaux pour les boîtiers électroniques

Le processus de conception des boîtiers électroniques doit faire l'objet d'une « ingénierie inverse » :les concepteurs et les ingénieurs peuvent travailler à rebours, en utilisant ce qu'ils savent des exigences critiques de l'application finale pour éclairer la conception, la sélection des matériaux et le choix de la méthode de fabrication.

La sélection des matériaux les mieux adaptés au travail sera déterminée, en grande partie, par le degré auquel l'enceinte sera soumise aux contraintes et à l'usure environnementale. Le boîtier d'un compteur de vélo, par exemple, a des exigences matérielles strictes :il doit pouvoir résister à la pluie, à la saleté et aux vibrations intenses constantes pour éviter tout dysfonctionnement de l'appareil. En revanche, une calculatrice graphique est beaucoup moins susceptible d'être exposée à une usure physique élevée, ce qui peut considérablement élargir le pool de matériaux viables pour le boîtier.

Alors que certains appareils électroniques peuvent comporter du bois ou des matériaux acryliques (tourne-disques ou appareils de jeu portables, par exemple), la grande majorité des boîtiers électroniques grand public seront fabriqués à partir de plastiques rigides ou de métaux. Les boîtiers métalliques ont tendance à être plus solides et plus durables que leurs homologues en plastique et sont généralement fabriqués en aluminium ou en carbone, galvanisé ou en acier inoxydable. Un avantage important des matériaux métalliques est qu'ils sont électriquement conducteurs, ce qui aide à annuler les interférences électromagnétiques entrantes et sortantes et les fréquences radio. Les boîtiers métalliques doivent être électriquement mis à la terre pour fournir une résistance aux chocs.

D'autre part, les boîtiers en plastique sont généralement plus légers et moins coûteux à fabriquer, et certains thermoplastiques techniques peuvent même offrir une plus grande résistance que les métaux tels que l'aluminium, les alliages d'aluminium et les alliages de magnésium. Ils sont également non conducteurs - ce qui signifie que les fils sous tension ne créent pas de risques d'électrocution s'ils entrent en contact avec l'intérieur du boîtier - et ne déclencheront pas les systèmes de protection des circuits. Si un revêtement de surface conducteur est nécessaire pour un boîtier en plastique, vous pouvez en ajouter un en post-production, bien que le temps, les matériaux et la main-d'œuvre supplémentaires augmentent le coût par pièce.

Contrairement aux boîtiers métalliques, les boîtiers en plastique ne génèrent pas de chaleur. Lorsque l'on pense aux applications d'utilisation finale, il est important de se rappeler que les métaux deviennent beaucoup plus chauds qu'un morceau de plastique. Si les composants électriques à l'intérieur du boîtier génèrent suffisamment de chaleur pour impacter le matériau, opter pour un boîtier en plastique sera généralement l'option la plus sûre; les humains saisiraient beaucoup plus facilement une coque en plastique qu'une coque en métal.

De nombreux thermoplastiques - le polypropylène étant un exemple courant - sont extrêmement résistants à l'humidité, mais se dégradent lorsqu'ils sont exposés à la lumière ultraviolette pendant des périodes prolongées. Cependant, cet effet peut être atténué en incorporant des stabilisants UV dans le matériau de l'enceinte, ou en recouvrant la surface de l'enceinte avec de la peinture ou une autre finition résistante aux UV. Dans certains cas, la flexibilité et les qualités caoutchouteuses des plastiques moins rigides peuvent améliorer la durabilité de la pièce ou fournir des joints étanches.

Méthodes courantes de fabrication de boîtiers électroniques

En fin de compte, la sélection des matériaux pour un boîtier électronique particulier déterminera la méthode de fabrication la plus efficace. Certaines des méthodes les plus courantes sont les suivantes :

1. Usinage CNC

L'usinage CNC est un processus de fabrication polyvalent et soustractif qui utilise des fichiers de CAO numériques pour diriger les outils dans la mise en forme d'une pièce à partir d'un bloc de matière première appelée « pièce » ou « ébauche ». Le processus est hautement reproductible (ce qui signifie que le même fichier de conception permet aux ingénieurs de produire simultanément des copies identiques d'une pièce sur plusieurs machines) et peut être utilisé pour créer des boîtiers en plastique et en métal.

Alors que d'autres méthodes de fabrication se limitent à créer des boîtiers relativement simples, l'usinage CNC permet d'incorporer une plus grande complexité géométrique dans la conception des pièces tout en offrant des tolérances de super pièces. Un autre avantage de l'utilisation de l'usinage CNC est que les boîtiers usinés à partir d'une seule pièce métallique n'afficheront aucune couture ouverte, créant un produit propre et visuellement attrayant. Cependant, le décorticage d'un bloc de matériau sur une usine n'est peut-être pas une option rentable, car vous payez probablement plus de matériau que ce que vous finirez par utiliser dans le produit final.

2. Tôlerie

La fabrication de tôles est un moyen économique et efficace de produire des boîtiers électroniques. En règle générale, ces boîtiers ont des dépenses matérielles nettement inférieures à celles de leurs homologues usinés CNC, en partie parce qu'avec seulement trois plis, une feuille peut être transformée en un boîtier à face ouverte.

Les boîtiers d'ordinateurs de bureau et de nombreux boîtiers électroniques extérieurs sont des exemples courants de boîtiers fabriqués via la fabrication de tôles, et ce qui leur manque en valeur esthétique, ils le compensent en durabilité. Les coûts d'outillage initiaux associés à la fabrication de tôles peuvent être élevés, mais le coût par pièce diminue rapidement à mesure que le volume de production augmente.

3. Moulage par injection

Le processus de moulage par injection implique le remplissage répété et rapide de moules métalliques durables avec du plastique fondu, permettant ainsi la production en grand volume de pièces identiques. Les fabricants utilisent souvent cette méthode pour créer des boîtiers simples à partir de plastiques rigides ou non rigides, tels que ceux utilisés dans les contrôleurs de jeu, les clés électroniques, les écrans de kiosque et de nombreux autres produits.

Le temps et les dépenses d'outillage augmentent le délai et les frais généraux initiaux pour les boîtiers moulés par injection, mais les pièces deviennent incroyablement rentables lorsqu'elles sont produites en gros volumes. Le moulage par insertion, un processus similaire au moulage par injection, permet également d'intégrer fermement l'électronique dans un boîtier pour une protection supplémentaire.

4. Impression 3D

L'impression 3D, ou fabrication additive, utilise des fichiers CAO pour créer des pièces une couche de matériau à la fois, ce qui permet souvent de condenser des assemblages en plusieurs parties en une seule pièce. L'impression 3D offre une plus grande liberté géométrique - permettant l'ajout de fonctionnalités telles que des canaux internes incurvés qui sont extrêmement difficiles ou impossibles à produire par d'autres méthodes.

De plus, l'impression 3D permet aux composants électroniques d'être entièrement enfermés dans leurs boîtiers, ce qui élimine souvent le besoin d'un assemblage supplémentaire. Généralement inadaptés à la production à grand volume, les procédés additifs sont efficaces et abordables pour le prototypage et les petites et moyennes séries. Les composants métalliques et plastiques peuvent être imprimés en 3D.

Fabriquer des boîtiers électroniques de qualité supérieure

Alors que les technologies numériques deviennent de plus en plus ancrées dans la vie quotidienne, le maintien de la fonctionnalité à long terme des appareils électroniques devient plus important que jamais. Les boîtiers électroniques offrent une protection essentielle, mais les ingénieurs et les équipes produit doivent s'assurer que le choix des matériaux et la conception des pièces sont optimisés pour offrir un maximum d'avantages.

Choisir un partenaire de fabrication comme Fast Radius signifie que vous aurez un accès direct à nos décennies d'expertise et de connaissances collectives. Nous sommes une plateforme de fabrication numérique à la demande spécialisée dans la production efficace et économique de produits de qualité supérieure. Contactez-nous dès aujourd'hui pour découvrir comment nous pouvons vous aider à transformer des idées de conception initiales en pièces entièrement fonctionnelles et durables.