Изучая сеть, я не смог найти ни одной статьи которая описывала бы все этапы разработки и производства корпуса — ни одной. Всё что можно почитать касается лишь одного или двух аспектов этого процесса, ну например, давайте спроектируем корпус и распечатаем на 3d принтере. Или купим типовой корпус и насверлим в нем отверстий.

Но вот чтобы были расписаны все этапы, от идеи до серийного производства — не нашел. Поэтому решил написать свою, максимально наполненную фактами, картинками и полезной информацией.

С чего правильно начать разработку корпуса

В разработке корпуса нет ничего сложного — их разрабатывают тысячами каждый день по всему миру. Задачи, исполнение и назначения корпусов самое разное — от маленьких электронных устройств, до сложного оборудования или огромных станков. Вы можете разработать корпус для своего устройства самостоятельно, используя нашу статью, в большинстве случаев, но когда корпус непросто коробочка, когда предполагается общение с заводами или оборудование внутри слишком дорогое — ошибки при проектировании весьма вероятны и несет за собой существенные риски — имеет смысл обратиться к специалистам по корпусам.

Давайте начнем с нуля — ответьте сами себе на главные вопросы перед началой любого проекта по проектированию корпуса для прибора или устройства:

1. Для чего вам нужен корпус — что вы с ним будете делать? Использовать дома, создадите прототип для инвестора или будут продавать заказчикам? Ответ на этот вопрос сразу подскажет до какой степени детализации нужно проектировать корпус, ведь есть технологии которые прощают ошибки при разработке, а есть которые нет и могут погубить проект.
2. Какой тираж у вашего устройства планируется в первый год — я понимаю, что вы еще можете не знать, но представьте? Одно устройство? Десятки или тысячи? От этого зависит выбор технологии производства, что сильно влияет на бюджет проекта. Подробнее об этом тут.
3. Насколько корпусу важен дизайн — все мы любим красивые и удобные вещи, но так ли он нужен для начала реализации проекта? О таких критериях я пишу вот тут.
4. В каких условиях будет работать прибор или устройство — вдруг на улице под снегом? Когда можно справиться с проектированием самому, а когда позвать профессионалов? О выборе подрядчика пишу здесь.

Как спроектировать корпус от наброска до конструкторской документации

Давайте поговорим про этапы проектирования. Четкое соблюдение этих этапов почти наверняка гарантирует, что вашу документацию примут на производстве. Но серьезное большое производство не всегда нужно, например, тогда когда вы новичок и планируете делать устройство только для себя — обо всем этом я и рассказываю ниже.

Разработка корпуса специфический процесс, разбитый на несколько подэтапов. Для сомневающихся в своих силах скажу сразу, что вы точно сможете разобраться во всем этом — программное обеспечение шагнуло далеко вперед и сейчас не нужно тратить несколько лет, чтобы получить у себя на столе первый прототип (линк на прототипирование) корпуса. Если корпус простой и вы делаете все правильно по нашей инструкции, скорее всего у вас на это уйдет всего несколько дней, давайте начнем.

Первый этап — эскизирование

Эскизирование или ручные наброски позволяют в наглядной форме представить как будет выглядеть будущий корпус. Сейчас вы скажите, что зачем это нужно и так понятно — не совсем так. Мой профессиональный опыт показывает, что визуализация процесса важно именно потому, что мы все по разному видим одни и те же вещи. Т.е. если вы хотите убедится что другие люди видели вашу идею так же как и вы — нарисуйте ее, любым способом.

Черновое эскизирование

Обычно надо начать просто набрасывать свои идеи в виде одного какого то элемента и сразу становится понятно, в ту сторону идешь или нет. Это можно делать на салфетке, дома, в кафе, да где угодно. Качество не имеет значения. Но такое сложно показывать другим людям или коллегам разработчикам, поэтому имеет смысл прорисовать более тщательно

Чистовая прорисовка

Для лучшего результата лучше сделать скриншот своей электронной платы и просто попытаться поверх нее нарисовать корпус с тем элементов который показался важен на предыдущем этапе. Здесь качество тоже не сильно важно, главное чтобы другой человек смог представить что именно вы хотели показать. Имеет смысла проверить результат на человеке, которые делает проект вместе в вами, например, программист за соседним столом.

Второй этап: подготовка конструкторской документации — инжиниринг

В какой программе лучше проектировать корпус

Отлично, внешний вид примерно определен, теперь давайте займемся инжинирингом будущего корпуса и начнем проработку его конструкции. Здесь уже придется освоить новую программу — систему автоматизированного проектирования или САПР (CAD).

Таких программ несколько десятков, все разные и предназначены для разной аудитории и задач, поэтому я составил список тех, которые подходят большинству. Сразу отмечу, что искать бесплатные версии вам нужно самостоятельно, но они есть в свободном доступе, просто имеют ограничения либо предназначены для частного некоммерческого использования:

Название	Сайт	Для каких задач	Для кого	Для чего лучше не использовать
Google SketchUP	https://www.sketchup.com/	Простые корпуса	Новичок	Проектов с серийным производством
КОМПАС-3D	http://kompas.ru/	Любые корпуса	Новичок и выше	Проектов со сложной геометрией корпуса
SolidWorks	https://www.solidworks.com/	Любые корпуса	Новичок и выше	Проектов со сложными поверхностями/ дизайном
Inventor	https://www.autodesk.ru/products/inventor/	Любые корпуса	Новичок и выше	Проектов со сложными поверхностями/ дизайном
NX	https://www.plm.automation.siemens.com/ru/products/nx/	Любые корпуса	Специалистов	—
CATIA	https://www.3ds.com/products-services/catia/	Любые корпуса	Специалистов	—

Если у вас достаточно квалификации для проектирования электроники, то рекомендую сразу посмотреть на Компас, Солид или Инвентор — программы легкие для изучения, масса материалов и роликов в сети, готовы к любым технологиям, есть все для разработки и производства и почти «всеядны» в плане форматов. Сам я много лет использовал Солид Воркс, проблемы видел только при использовании сложных поверхностей.

Компоновка

Нужно смоделировать вашу плату или основные компоненты в 3D — вокруг  этого мы и будем в дальнейшем строить наш корпус. Не нужно боятся ошибиться — всегда есть возможность откатиться и исправить какой-то размер. Но постарайтесь поточнее измерить все детали, «на глазок» тут не подходит:

Эскиз корпуса

Строим вокруг платы корпус, начинаем от основных примитивов и самых больших размеров, постепенно детализируя корпус. Более подробно про проектирование корпуса из пластика можно почитать тут

Нужно соблюдать несколько основных правил:

• а) не должно быть пересекающихся деталей
• б) вы должны представить как корпус должен собираться, а все детали выниматься друг из друга
• в) надо стремится к равнотолщинности — все стенки корпуса должны быть примерно одинаковой толщины, например 1,5мм:

Технологическая проработка

На этом этапе проработка корпуса очень важно ответить себе на вопрос максимально честно — я планирую производить мой продукт серийно? Если нет, то сразу переходите на этап ниже, если же ответ положительный то нужно решить какой тираж планируется выпускать, когда ваш продукт будет серийным? Более подробно про тираж и его расчет можно почитать тут.

Давайте ограничим свои хотелки парой десяткой корпусов в недалеком будущем. Такой тираж идеально подходит под технологию литья полиуретана в силиконовые формы. Если кратко то готовые детали изготавливаются из материала который практически идентичен обычной пластмассе. Давайте сначала сделаем наше изделие более технологичным — нам нужно, чтобы корпус можно было достать из силиконовой формы (оснастки), а значит все стенки должны быть под небольшим наклоном (уклоны), буквально 3° от вертикали:

(придание технологических уклонов ребрам)

(проверка модели после этого проходит правильно — все становится зеленым)

Опять повторюсь — не нужно боятся ошибиться. Цикл разработки как раз так устроен, чтобы все ошибки проявлялись и их можно было исправить в какой-то момент.

Тестирование — критически важный момент

Наш корпус разработан, но это все картинка на мониторе, 3D-модель. Опыт показывает, что любой такой проект содержить ряд проблем, которые в вирутальной среде разработки просто невозможно вычислить. Поэтому любое изменение, любая деталь должна проверяться физическим объектом — давайте займемся прототипом нашего корпуса.

Для этого необходимо экспортировать вашу модель в формате, например, STL и отослать в компанию которая занимается 3D-печатью. Их очень много разных — поиск вам в помощь и я бы не гналася за самым малым ценником — ничем хорошим это не заканчивается.

Первый вопрос такой компании по печати будет — а по какой технологии вы хотите печатать ваш корпус?

Вопрос резонный, технологий уже несколько десятков и каждая из них имеет свои плюс и минусы. Поэтому давайте начнем с вопроса — что мы хотим от прототипа?

• а) Ну конечно собраться наше устройство и посмотреть как оно будет выглядеть — т.е. закрыть вопрос собираемости, проверки дизайна
• б) Хотелось бы потестировать устройство в жизни, потаскать в кармане, выставить на улицу под снег или окунуть в реальную лужу — проверить герметичность
• в) Показать инвестору, клиенту, на выставке — решить вопросы маркетинга, бизнес-задачу и т.д.

К сожалению ответить на все эти вопросы прототип сразу (первого поколения) не сможет, для этого его должны разрабатывать специалисты с опытом, поэтому ограничимся лишь собираемостью и условной проверкой дизайна. А условной потому, что напечатанный макет корпуса будет далек от реального, серийно-производимого, но это сейчас и не нужно.

Для прототипа первого поколения (или макета) лучше выбрать самую дешевую технологию — печать пластиковой нитью или FDM. Если кратко то корпус будет печататься послойно снизу вверх, вывавлеваемым горячим пластиком, вот как-то так:

Такие принтера есть сейчас везде, стоит все это недорого (пара тысяч рублей за корпус, цены здесь и далее условные), иногда целесообразно купить принтер делать макеты сразу во время разработки, но экономически экономии это не даст — только время. Если же средства позволяют, то лучше заказать более качественную печать по технологиям SLA или SLS (тут уже от 10 тысяч рублей).

Для тех кто уверен в своих силах и проработал модель с пониманием технологических процессов, а уж тем более для кого важны реальные физические (герметичность, радиопрозрачность, жесткость, гибкость) свойства будущего корпуса лучше выбрать другие технолологии — 3D-печать уже не подходит:

Фрезеровка пластика и металла — если кратко, то из пластиковой болванки фрезеруется нужный корпус или деталь, которая мало отличается от серийного изделия. Такой корпус будет стоить от 10 тысяч рублей.

Литье в силикон — вообще хороший вариант и единственный если у вас требуется герметичность корпуса или резиновые (гибкие) детали. Такой корпус будет уже стоить от 30 тысяч рублей

По итогам прототипирования (или производства прототипа корпуса) вы сами увидите где проявились проблемы в конструкции и дизайне корпуса — необходимо возвращаться на предыдущий этап и вносить правки в модель. И так несколько раз, в зависимости от аккуратности и опыта. Специалисты обходятся парой поколений прототипов и переходят дальше, новичками нужно сильно больше, иногда десятки, но вот почему это важно — чем больше прототипов (поколений, циклов) будет изготовлено, тем больше проблем будет выявлено, а значит конечный ваш продукт будет более продуманным.

Когда есть ощущение что модель вылизана полность, прототип идеален, нужно переходить к серийному производству. И все не так страшно, как обычно представляют, хотя да, это не самая простая штука на свете.

Как запустить ваш корпус в производство

Любое производство начинается с подготовки к нему, но давайте сразу ограничим свои хотелки парой десяткой корпусов в недалеком будущем????

Поиск производства

Поиск производства ничего не отличается от выбора любого другого подрядчика за исключением масштабов — большому завод физически не интересно заниматься маленьким заказом, поэтому нужно проявлять настойчивость либо отсеивать сразу тех кто на контакт не идет. И так если кратко — ищем предприятия по той технологии которая нам нужна, экспортируем нашу модель в формат STEP (или IGES), создаем письмо, где указываем тираж, требования (цвет, жесткость, надписи) и рассылаем по всем кто откликнется, начинаем отвечать на вопросы. Для тех кто ленится искать самостоятельно мы сделали сайт Заказист, либо Яндекс и  Гугль. Еще одна рекомендация — не обращать внимание на географию предприятия, т.е. нет смысла выбирать поближе к вам. Это совершенно не дает реального контроля над предприятием, но цену точно увеличит. Китай отдельная история, о которой можно писать тома.

Обсуждение контракта

Непростая штука, но понятная — сроки, цена, качество, неустойки. Так как вы будете заказывать услугу впервые, то сложно дать какой-то алгоритм, просто внимательность к мелочам, расписывать всё, что можно хоть как-то измерить. Из обязательного — надо прописать что все должно соответствовать эталонному образцу, который будет являться часть договора и отклонение от которого считается браком, который завод должен исправлять или компенсировать.

Согласование документации

Тут все просто — адекватное производство напишет об ошибках в модели, которые надо будет исправить в соответствии с их рекомендацией. Если они пишут что модель нетехнологична, но не говорят почему, лучше спросить напрямую, что именно не нравится. Либо обратится к стороннему конструктору (например фрилансеру), чтобы тот проверил модель и устранил недочеты.

Производство форм

Как я писал раньше в разделе 4, мы сейчас ограничимся не самым сложным примером — литьем полиуретана в силиконовые формы для получения нескольких десятков корпусов для вашего устройства. Другие технологии сложнее и требуют друого подхода, который не всегда можно реализовать самстоятельно, лучше нанимать специалистов.

Итак, когда контракт заключен и оплачена его аваносвая часть, завод начинает изготавливать формы для дальнейшего производства. Поскольку мы в начале договорились, что нам нужны десятки корпусов, значит форма будет из силикона, а перед этим завод произведет мастер-модель нашего корпуса. Видео с этим процессом очень много в сети, поэтому вот фотография самой формы:

Производство тестовых корпусов

В такой оснастке начинают производить тестовые экземпляры корпусов, чтобы понять, насколько они вас устроят. Если не устраивают, то нужно вносить изменения либо в модель корпуса, а потом и все начинать заново, либо более косметические вещи, без глобальной переделки. Степень изменений угадать  тут сложно, гарантий тоже добиться сложно, нужно просто проявлять здравый смысл и обсуждать правки в корпусе со специалистами завода.

Как выбрать правильную технологию для производства корпуса

До этого момента еще можно ошибаться — можно вернуться назад, что-то исправить, изменить или протестировать. А вот дальше сложнее и в разы дороже, хотя само по себе производство достаточно предсказуемая вещь — если на предыдущих этапах основные ошибки учтены, то с производством проблем не будет.

Одна из самых распространенных проблем например, когда этап прототипирования не был выполнен, или на этапе производства оснастки не были учтены какие-то незначительные в тот момент изменения. Защелка работает не так долго как нужно, что-то хрустит при сборке или шов между деталями корпуса неровный — все это на производстве исправить уже не получится, лучше вернуться на этап назад.

И конечно все зависит от той технологии, которую вы выбирали под производство своего корпуса — каждая имеет разную цену, подход и особенности:

3D-печать в мелкосерийном производстве

Общее заблуждение что можно печать корпуса на принтерах и это дешевый способ производства. Это не совсем так, на текущий момент (2018). Сама по себе технология (технологии) хорошая, но все же она не рассчитана на хоть какую-то серийность. Каждое следующее изделие будет дороже предыдущего, затраты на оборудование будут расти, а само качество корпусных деталей будет очень низкое или потребуется массу ручной работы — такие корпуса может разламывать без усилий кто угодно. Это именно из-за особенности технологии. Хотя все развивается и, уверен, скоро мы сможем производить 3D-печатью полноценные корпуса для коммерческой реализации.

Литье полиуретана в силиконовые формы

Один из оптимальных вариантов для малых тиражей, от десятков до полутысячи корпусов. Много кто может производить, стоит не очень дорого и поэтому если ваш продукт будет продаваться поштучно редким заказчикам, себестоимость корпуса может достигать 2-3 тысячи рублей, то это скорее всего ваш выбор. Но есть и проблема — такие корпуса не будут дешеветь с каждой новой партией, так как каждый раз нужно заказывать силиконовую форму.

Литье пластмасс под давлением

Самый дешевый вариант в  производстве, но самый дорого на старте, так как стоимость пресс-формы начинается от нескольких сотен тысяч рублей, хотя сами корпуса будут стоить копейки, по сути по цене пластика. Этот способ надо выбирать если вы планируете продавать изделие несколько лет и тиражом в несколько тысяч корпусов.

Конечно есть много ньюнасов, поэтому для правильного выбора надо все просчитывать заранее и смотреть экономику вашего проекта, опять же имеет смысл посоветоваться с более опытным человеком или специалистом.

Где производить территориально — Китай, Россия, Европа или другие страны

А вот где конкретно заказывать производство однозначно рекомендовать не получится — проблемы есть у каждого предприятия, причем страна не имеет значения, косячат все — что Россия, что Китай, что Европа. И высокий ценник не является фильтром в таких ситуациях. Наверно лучше рекомендацией тут будет обратится к знакомому которые имеет опыт заказа производства подобных изделий либо обратится к специалистам/посредника, у которых есть проверенные подрядчики и многолетний опыт в работе в ними.

Тоже самое касается и логистики — все компании обещают быстро, дешево и надежно, но косячат тоже все — то на границе что-то не так, то уехало не туда. К сожалению универсального совета тут нет, ну разве что, смотреть сколько компания на рынке существует — чем дольше, тем, скорее всего она надежнее.

Вот примерно так выглядит разработка и запуск в производство простого корпуса из пластмассы небольшим тиражом. Сложно ли это — нет, просто нужно двигаться по шагам и не форсировать процесс. Уверен, что у вас появились или остались вопросы по статье — буду рад ее дополнить тем, что интересно или кажется важным именно вам, давайте обсудим.

Какие аспекты я не затронул:

1. Разработка корпусов под большие тиражи — сам процесс будет тот же самый, но очень много упирается в сложность вашего корпуса, в требования по промышленному дизайну и вообще задача может быть радикально сложнее чем описанная. Но повторюсь, в целом, этапы примерно те же самые
2. Мне нужен корпус из листового металла — примерно тоже самое, но само проектирование корпуса конечно же отличается. Например, вот перевод статьи как лучше его проектировать, но тема очень большая сама по себе.
3. Промышленный дизайн и когда корпусу требуется не просто проектирование, а разработка для победы конкурентов — этому посвятим отдельную страницу.
4. Проблемы эргономики и вообще удобство корпуса — тоже большая отдельная тема.