Auswahl des besten Herstellungsverfahrens für Elektronikgehäuse

Elektrizität ist eine starke, aber dennoch empfindliche Kraft, die der Schlüssel zu unserer modernen Welt ist. Zu jedem Zeitpunkt kann eine Person mehrere elektronische Geräte gleichzeitig tragen oder mit ihnen interagieren, von Mobiltelefonen über Smartwatches bis hin zu lebensrettenden medizinischen Geräten. Während die Verbraucher diese Geräte als selbstverständlich betrachten, wird enorm viel Arbeit in die Gestaltung der verschiedenen Gehäuse gesteckt, die die elektrischen Schaltkreise und Kabel schützen, die ihre Funktionalität gewährleisten.

Die empfindliche Natur dieser Elektronik erfordert oft, dass sie in einer Art Gehäuse oder Käfig untergebracht werden, um ihre Schaltkreise und Verkabelung vor Beschädigung zu schützen. Diese Gehäuse dienen nicht nur dazu, Chemikalien, Staub, Feuchtigkeit und andere Umwelteinflüsse davon abzuhalten, die Elektronik zu verfälschen, sondern schützen Endbenutzer auch vor Stromschlägen und möglichen Bränden. Normalerweise ist das Gehäuse der einzige Teil des Geräts, den der Verbraucher sieht.

Elektronikgehäuse haben eine Vielzahl von Formen und Größen – von Telefon- und Computergehäusen bis hin zu Schutzgehäusen für Strom- und Telekommunikationssysteme – und das spezifische Herstellungsverfahren, das für eine bestimmte Aufgabe am besten geeignet ist, hängt von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich Materialauswahl und Preis Punkt, Produktionsvolumen und Designüberlegungen.

Folgendes müssen Produktteams wissen.

Wichtige Überlegungen zur Materialauswahl für Elektronikgehäuse

Der Designprozess für Elektronikgehäuse sollte „reverse-engineered“ sein – Designer und Ingenieure können rückwärts arbeiten und ihr Wissen über die kritischen Anforderungen für die endgültige Anwendung nutzen, um das Design, die Materialauswahl und die Wahl der Herstellungsmethode zu beeinflussen.

Die Auswahl der für die Aufgabe am besten geeigneten Materialien wird zu einem großen Teil durch den Grad bestimmt, in dem das Gehäuse Belastungen und Umwelteinflüssen ausgesetzt ist. Das Gehäuse für einen Fahrradtacho zum Beispiel hat hohe Anforderungen an das Material:Es muss Regen, Schmutz und ständigen starken Vibrationen standhalten, damit das Gerät nicht ausfällt. Im Gegensatz dazu ist ein grafikfähiger Taschenrechner mit weitaus geringerer Wahrscheinlichkeit starker körperlicher Abnutzung ausgesetzt, was den Pool an verwendbaren Materialien für das Gehäuse erheblich erweitern kann.

Während einige Elektronikgeräte aus Holz oder Acryl bestehen (z. B. Plattenspieler oder tragbare Spielgeräte), wird die überwiegende Mehrheit der Gehäuse der Unterhaltungselektronik aus starren Kunststoffen oder Metallen hergestellt. Metallgehäuse sind tendenziell stärker und haltbarer als ihre Gegenstücke aus Kunststoff und werden typischerweise aus Aluminium oder Kohlenstoff, verzinktem oder rostfreiem Stahl hergestellt. Ein wesentlicher Vorteil metallischer Materialien besteht darin, dass sie elektrisch leitfähig sind, was dazu beiträgt, ein- und ausgehende elektromagnetische Störungen und Funkfrequenzen zu negieren. Metallgehäuse müssen elektrisch geerdet sein, um Stoßfestigkeit zu gewährleisten.

Andererseits sind Kunststoffgehäuse im Allgemeinen leichter und kostengünstiger in der Herstellung, und einige technische Thermoplaste können sogar eine größere Festigkeit bieten als Metalle wie Aluminium, Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen. Sie sind auch nicht leitend – was bedeutet, dass unter Spannung stehende Drähte keine Stromschlaggefahr darstellen, wenn sie mit der Innenseite des Gehäuses in Kontakt kommen – und lösen keine Schaltkreisschutzsysteme aus. Wenn eine leitfähige Oberflächenbeschichtung für ein Kunststoffgehäuse benötigt wird, kann eine in der Nachproduktion hinzugefügt werden, obwohl der zusätzliche Zeit-, Material- und Arbeitsaufwand die Kosten pro Teil erhöhen wird.

Im Gegensatz zu Metallgehäusen erzeugen Kunststoffgehäuse keine Wärme. Wenn man über Endanwendungen nachdenkt, ist es wichtig zu bedenken, dass Metalle wesentlich heißer werden als ein Stück Kunststoff. Wenn die elektrischen Komponenten im Inneren des Gehäuses genügend Wärme erzeugen, um das Material zu beeinträchtigen, ist die Entscheidung für ein Kunststoffgehäuse im Allgemeinen die sicherere Option. Menschen würden eine Plastikschale viel leichter aufheben als eine Metallschale.

Viele Thermoplaste – Polypropylen ist ein gängiges Beispiel – sind extrem feuchtigkeitsbeständig, zersetzen sich jedoch, wenn sie längere Zeit ultraviolettem Licht ausgesetzt werden. Dieser Effekt kann jedoch abgemildert werden, indem man UV-Stabilisatoren in das Gehäusematerial einarbeitet oder die Gehäuseoberfläche mit Farbe oder einer anderen UV-beständigen Beschichtung bedeckt. In einigen Fällen können die Flexibilität und gummiartigen Eigenschaften von weniger steifen Kunststoffen die Haltbarkeit des Teils verbessern oder wasserdichte Versiegelungen bieten.

Gängige Methoden zur Herstellung von Elektronikgehäusen

Letztendlich bestimmt die Materialauswahl für ein bestimmtes Elektronikgehäuse, welches Herstellungsverfahren am effizientesten ist. Zu den gebräuchlichsten Methoden gehören die folgenden:

1. CNC-Bearbeitung

Die CNC-Bearbeitung ist ein vielseitiger, subtraktiver Fertigungsprozess, der digitale CAD-Dateien verwendet, um Werkzeuge beim Formen eines Teils aus einem Rohmaterialblock, der als „Werkstück“ oder „Rohling“ bezeichnet wird, zu lenken. Der Prozess ist hochgradig wiederholbar – d. h. dieselbe Designdatei ermöglicht es Ingenieuren, identische Kopien eines Teils gleichzeitig auf mehreren Maschinen zu erstellen – und kann verwendet werden, um sowohl Kunststoff- als auch Metallgehäuse zu erstellen.

Während andere Fertigungsmethoden auf die Erstellung relativ einfacher Gehäuse beschränkt sind, ermöglicht die CNC-Bearbeitung die Integration einer größeren geometrischen Komplexität in das Teiledesign und bietet gleichzeitig hervorragende Teiletoleranzen. Ein weiterer Vorteil der CNC-Bearbeitung besteht darin, dass aus einem einzigen Metallwerkstück gefertigte Gehäuse keine offenen Nähte aufweisen, wodurch ein sauberes, optisch ansprechendes Produkt entsteht. Das Schälen eines Materialblocks auf einer Mühle ist jedoch möglicherweise keine kostengünstige Option, da Sie wahrscheinlich für mehr Material bezahlen, als Sie am Ende im Endprodukt verwenden würden.

2. Blechbearbeitung

Die Blechfertigung ist ein wirtschaftliches und effizientes Mittel zur Herstellung von Elektronikgehäusen. Typischerweise haben diese Gehäuse einen deutlich geringeren Materialaufwand als ihre CNC-gefrästen Gegenstücke, zum Teil, weil ein Blech mit nur drei Biegungen in ein offenes Gehäuse umgewandelt werden kann.

Die Gehäuse von Desktop-Computern und viele Outdoor-Elektronikgehäuse sind gängige Beispiele für Gehäuse, die durch Blechherstellung hergestellt werden, und was ihnen an ästhetischem Wert fehlt, machen sie durch Langlebigkeit wett. Die anfänglichen Werkzeugkosten im Zusammenhang mit der Blechfertigung können hoch sein, aber die Kosten pro Teil sinken schnell, wenn das Produktionsvolumen steigt.

3. Spritzguss

Beim Spritzgussverfahren werden langlebige Metallformen wiederholt und schnell mit geschmolzenem Kunststoff gefüllt, wodurch die Produktion identischer Teile in großen Mengen ermöglicht wird. Hersteller verwenden diese Methode häufig, um einfache Gehäuse aus starren oder nicht starren Kunststoffen herzustellen, wie sie beispielsweise in Gamecontrollern, elektronischen Schlüsseln, Kioskdisplays und vielen anderen Produkten verwendet werden.

Werkzeugzeit und -kosten erhöhen die Vorlaufzeit und die anfänglichen Gemeinkosten für spritzgegossene Gehäuse, aber Teile werden unglaublich kostengünstig, wenn sie in großen Mengen hergestellt werden. Insert Moulding, ein dem Spritzgussverfahren ähnliches Verfahren, ermöglicht auch das feste Einbetten von Elektronik in ein Gehäuse für zusätzlichen Schutz.

4. 3D-Druck

Beim 3D-Druck oder der additiven Fertigung werden CAD-Dateien verwendet, um Teile Materialschicht für Schicht zu erstellen, wodurch häufig mehrteilige Baugruppen zu einzelnen Teilen verdichtet werden können. Der 3D-Druck gewährt eine größere geometrische Freiheit und ermöglicht das Hinzufügen von Merkmalen wie gekrümmten Innenkanälen, die mit anderen Methoden äußerst schwierig oder unmöglich herzustellen sind.

Darüber hinaus ermöglicht der 3D-Druck, dass die Elektronik vollständig in ihren Gehäusen eingeschlossen ist, wodurch häufig die Notwendigkeit einer zusätzlichen Montage entfällt. Additive Verfahren sind im Allgemeinen nicht für die Großserienfertigung geeignet, aber für das Prototyping und kleine bis mittlere Stückzahlen effektiv und erschwinglich. Sowohl Metall- als auch Kunststoffkomponenten können 3D-gedruckt werden.

Stellen Sie Elektronikgehäuse von höchster Qualität her

Da sich digitale Technologien immer mehr im täglichen Leben durchsetzen, wird die Aufrechterhaltung der langfristigen Funktionalität elektronischer Geräte wichtiger denn je. Elektronikgehäuse bieten kritischen Schutz, aber Ingenieure und Produktteams müssen sicherstellen, dass die Materialauswahl und das Teiledesign optimiert sind, um maximalen Nutzen zu erzielen.

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