Auswahl eines geeigneten Herstellungsverfahrens für Elektronik-Gehäuse

Gepostet am 24.01.2023 Nach Protolabs

Elektronische Geräte sind allgegenwärtig, von Smartphones und Laptops für Verbraucher bis hin zu hochentwickelten medizinischen Geräten, kritischen Flugzeugsteuerungen sowie Sicherheits-, Leistungs- und Unterhaltungssystemen in elektronischen und anderen Fahrzeugen.

Trotz ihrer sehr unterschiedlichen Anwendungen haben viele elektronische Geräte zumindest eines gemeinsam: Die Platinen und anderen Komponenten, die sie zum Funktionieren bringen, befinden sich alle in einem Gehäuse.

Ein kundenspezifisches Gehäuse kann dazu beitragen, dass sich Produkte der Unterhaltungs- und Computerelektronik von den Standardprodukten der Konkurrenz abheben. Andere Gehäuse bieten eher praktische Vorteile, z. B. den Schutz von Industrie- und anderen Geräten vor Feuchtigkeit, Hitze oder Chemikalien und anderen Gefahren.

Für die Herstellung eines Gehäuses, das den Anforderungen an Leistung und Ästhetik der meisten elektronischen Geräte entspricht, stehen verschiedene Herstellungsverfahren zur Verfügung. Diese Dienstleistungen können ein Projekt vom Prototyping bis zur Kleinserienfertigung begleiten und dabei die Markteinführung beschleunigen und im Laufe der Zeit zu Einsparungen führen.

Diese Einführung befasst sich mit den Vor- und Nachteilen der einzelnen Verfahren zur Herstellung von Gehäusen, einschließlich konstruktiver Überlegungen, Material- und Montageoptionen sowie fortschrittlicher Fertigungstechniken.

Spritzgussgehäuse montiert
Dieses Kunststoffgehäuse besteht tatsächlich aus mehreren Teilen.

Spritzguss

Beim Kunststoffspritzguss werden starke, haltbare Teile hergestellt. Das macht ihn zu einer guten Wahl für medizinische und andere kleine tragbare Geräte wie Fernbedienungen, Laptop-Docks und Teile für Smartphone-Gehäuse. Die Oberflächen reichen von fast glänzend bis matt. Sie können auch klare Teile für Tasten, Linsen oder Lichtleiter erhalten. Größere Teile können je nach ihrer Geometrie eine Herausforderung für die interne Fertigung darstellen und eignen sich daher besser für unser Fertigungsnetzwerk.

 

Spritzguss Beispiel
Kunststoff-Spritzgussteile bieten eine Leichtbau-Option für die Konstruktion von Gehäusen.

Das Prototypen-Spritzgussverfahren liefert Teile innerhalb von Tagen und trägt dazu bei, die Produktentwicklungszyklen um Wochen, manchmal Monate, zu verkürzen. Die Herstellung von Prototypen auf diese Weise kann kostspieliger sein, wenn vor der Produktion iteriert wird, aber sie kann auch zur Überbrückung bis zur (Serien-) Produktion dienen. Da unsere Kunden höhere Stückzahlen benötigen, bietet unser On-Demand-Fertigungsverfahren eine unbegrenzte Auswurfmenge aus jedem Werkzeug.

Runde CNC-Bearbeitungsfräser stellen die Aluminiumformen her, mit denen Spritzgussteile produziert werden. Daher sollten die Entwürfe einen Radius oder ein gewisses Maß an Rundung an den Stellen aufweisen, an denen die Böden der Teile auf die Wände treffen, sowie an den Oberseiten der Wände. Mit der DFM-Analyse von Protolabs kann festgestellt werden, wo sich Radien in einem Teil befinden. Bei der standardmäßigen Entwurfsprüfung wird auch die Wandstärke bewertet, wobei die Konsistenz den Kunststofffluss in das Werkzeug verbessert, um ein qualitativ hochwertiges Teil zu produzieren. Durch Seitenschieber entstehen Löcher für Anschlüsse oder Stromversorgungen.

ABS/PC-Mischungen und glasgefülltes Nylon gehören zu den Materialien, die bei Spritzgussteilen die beste Haltbarkeit aufweisen.

Ein Gehäuse für ein medizinisches Instrument oder ein anderes Gehäuse, das mit Schrauben oder Bolzen an einem Gegenstück befestigt wird, ist ein Kandidat für das Insert Moulding (Umspritzen von Einlegern), ein fortschrittliches Herstellungsverfahren, bei dem Metalleinsätze mit Gewinde vor dem Kunststoffspritzguss in das Werkzeug eingesetzt werden. Bei einem anderen fortschrittlichen Verfahren, dem Umspritzen, wird ein Teil aus weichem Kunststoff oder Flüssigsilikon auf ein bereits gegossenes Teil aus Hartkunststoff oder ein Substrat aufgetragen. Die beiden Teile werden chemisch oder mechanisch dauerhaft miteinander verbunden.

Die Vorlaufzeit für spritzgegossene Teile beträgt in der Regel 15 Tage.

 

Ein Schaftfräser bearbeitet ein Gehäuse
Ein Schaftfräser bearbeitet ein Gehäuse

CNC-Bearbeitung

Schnelligkeit ist der wichtigste Grund für den Einsatz der CNC-Bearbeitung bei der Herstellung von Elektronikgehäusen, denn die Teile sind innerhalb von ein bis drei Werktagen fertig. Sie können auch komplexere Entwürfe bearbeiten, aber die Herstellung kann etwas länger dauern. CNC-bearbeitete Teile sind langlebig, und unser CNC-Bearbeitungsverfahren verwendet die meisten der für den Spritzguss verfügbaren Kunststoffe.

Bei den meisten maschinell bearbeiteten Gehäusen handelt es sich um Einzelanfertigungen zur Herstellung eines speziellen Ersatzteils oder eines Prototyps für ein neues Design. Da es sich bei der maschinellen Bearbeitung um ein subtraktives Verfahren handelt, bei dem das Teil oder das Gehäuse aus einem Materialblock geschnitten wird, ist es etwas teurer. Bei Bestellungen von 150 oder mehr Teilen kann das Spritzgießen auf lange Sicht günstiger sein.

Kunststoffteile werden gefräst verschickt, so dass einige Werkzeugspuren sichtbar sein können. Metallteile können perlgestrahlt werden, um eine matte Oberfläche zu erhalten. Metallteile können auch eloxiert oder chemisch beschichtet werden, um sie vor Korrosion zu schützen.

3D-Druck Beispiel 2
Der 3D-Druck ermöglicht hochgradig individualisierte Gehäuse aus langlebigen Materialien.

3D Druck

Stereolithografie (SLA), selektives Lasersintern (SLS) und Multi Jet Fusion (MJF) sind die wichtigsten industriellen 3D-Druckverfahren für die Herstellung von Gehäusen für elektronische Verbraucherprodukte und Industrieanlagen. Alle drei Verfahren können Prototypen oder Teile für den Endverbraucher innerhalb eines Tages herstellen.

Bei der Stereolithografie kommt ein Ultraviolettlaser zum Einsatz, der auf die Oberfläche eines flüssigen, duroplastischen Kunststoffs zeichnet, um Teile aus Tausenden von Materialschichten herzustellen. Das Ergebnis ist eine glatte Oberfläche des Teils. Es werden Konzeptmodelle, kosmetische Prototypen und komplexe Teile mit komplizierten Geometrien hergestellt. Bei der Herstellung von Prototypen können Designer ein durchsichtiges Gehäuse drucken lassen, um zu sehen, wie Platinen und andere Komponenten passen. Bei einigen Prototypen von Elektronikgehäusen wird die Luftströmung getestet, indem kleine Blöcke, die Transistoren und andere Komponenten darstellen, in das Gehäuse geschickt werden, um zu sehen, wie der Rauch zirkuliert. Wie beim Spritzgießen können auch funktional klare Teile für Knöpfe, Linsen oder Lichtleiter gedruckt werden

3D-Druck Beispiel
SLS und MJF sind in der Lage, haltbare Gehäuse mit chemischen und hitzebeständigen Eigenschaften zu drucken

Sowohl SLS als auch MJF stellen robuste, langlebige Gehäuse her, unterscheiden sich aber geringfügig in der Art und Weise, wie die Materialien verarbeitet werden. Beim selektiven Lasersintern wird ein computergesteuerter C02-Laser verwendet, um Schichten von pulverförmigen Materialien von unten nach oben zu verschmelzen. Beim Multi Jet Fusion-Verfahren werden selektiv Schmelz- und Detaillierungsmittel auf ein Bett aus Nylonpulver aufgetragen und die Schichten mithilfe von Heizelementen zu einem festen Bauteil verschmolzen. Beide Verfahren führen zu einer strukturierten Oberfläche, die dem Material von Jeanshosen sehr ähnlich ist. Die meisten der Materialoptionen für SLS und MJF (sowohl gefüllte als auch ungefüllte Materialien) bieten chemische und hitzebeständige Eigenschaften, was sie zu idealen Kandidaten für Endanwendungen macht. Darüber hinaus lassen sich mit diesen Werkstoffen flexible Teile herstellen, wie z. B. Filmscharniere oder Schnappverschlüsse, was sie ideal geeinget für Einzelteilgehäuse macht, die sichere Verbindungen erfordern.

 

Selektives Lasersintern und Multi Jet Fusion sind ideal für die Produktion von Kleinserien. Dabei kann es sich um Hunderte von Teilen handeln, obwohl die Aufträge für kleinere Gehäuse leicht in die Tausende gehen können. Nylon-Pulverbett-Technologien gehören zu den schnellsten 3D-Druckverfahren und haben daher im Allgemeinen den niedrigsten Preis pro Teil, insbesondere bei größeren Mengen.