Der optimale Fertigungsprozess für individuelle Elektronikgehäuse

Elektronische Geräte sind allgegenwärtig – von Smartphones und Laptops für Endverbraucher über anspruchsvolle Medizintechnik und kritische Flugsteuerungen bis hin zu Sicherheits-, Leistungs- und Entertainmentsystemen in Fahrzeugen.

Trotz ihrer vielfältigen Anwendungen haben viele Elektronikgeräte eines gemeinsam: Die Leiterplatten und Komponenten, die sie funktionsfähig machen, sitzen in einem Gehäuse.

Ein individuell entworfenes Gehäuse kann Consumer- und Computer-Elektronik vom Standardwettbewerb abheben. Andere Gehäuse bieten praktische Vorteile: Schutz industrieller und sonstiger Geräte vor Feuchtigkeit, Hitze, Chemikalien und weiteren Gefahren.

Verschiedene Fertigungsverfahren stehen zur Verfügung, um ein Gehäuse zu schaffen, das die geforderten Leistungs- und Ästhetikansprüche erfüllt. Diese Services begleiten ein Projekt vom Prototyp bis zur Kleinserienfertigung, verkürzen die Time-to-Market und führen langfristig zu Einsparungen.

Dieser Überblick beleuchtet Vor- und Nachteile jedes Verfahrens für die Gehäusefertigung – inklusive Designaspekten, Material- und Montageoptionen sowie fortgeschrittenen Fertigungstechniken.

Spritzguss

Kunststoff-Spritzguss liefert starke, langlebige Teile – ideal für medizinische und andere kleine Handgeräte wie Fernbedienungen, Laptop-Docks und Smartphone-Gehäuseteile. Oberflächen reichen von hochglänzend bis matt. Auch transparente Teile für Tasten, Linsen oder Lichtleiter sind möglich. Je nach Geometrie können größere Teile im eigenen Haus schwer herstellbar sein und besser über unser Hubs-Fertigungsnetzwerk umgesetzt werden.

Der Prototyp-Spritzguss liefert Teile innerhalb von Tagen und verkürzt Entwicklungszyklen um Wochen, manchmal Monate. Prototyping ist bei Iterationen vor der Serie teurer, kann aber als Brücke zur Serienproduktion dienen. Bei steigenden Stückzahlen bietet unser On-Demand-Fertigungsprozess unbegrenzte Schüsse pro Werkzeug.

Runde CNC-Fräser fertigen die Aluminiumwerkzeuge für Spritzgussteile an – daher sollten Designs Radien oder Rundungen dort vorsehen, wo Teilböden auf Wände treffen und an Wandköpfen. Die DFM-Analyse von Protolabs identifiziert, wo Radien im Teil erforderlich sind. Der Standard-Design-Check bewertet auch Wandstärken: Gleichmäßigkeit verbessert den Kunststofffluss in die Form für hochwertige Teile. Seitenbewegungen (Side-Actions) erzeugen Bohrungen für Anschlüsse oder Netzteile.

ABS/PC-Blends und glasgefülltes Nylon zählen zu den Materialien mit bester Haltbarkeit im Spritzguss.

Ein Medizininstrumentgehäuse oder anderes Gehäuse, das per Schrauben oder Bolzen an ein Gegenstück montiert wird, eignet sich für Einpressen (Insert Molding) – ein fortschrittliches Verfahren, bei dem Gewindeeinsätze aus Metall vor dem Spritzgießen in die Form eingelegt werden. Ein weiteres Verfahren, das Umspritzen (Overmolding), formt einen weichen Kunststoff oder Flüssigsilikon auf ein bereits geformtes Hartkunststoffteil (Substrat) auf. Beide Teile verbinden sich chemisch oder mechanisch dauerhaft.

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

Blechfertigung

Das Standardverfahren für Gehäuse von Computerbauteilen, Schaltschränken und Elektronik-Sammelschienen ist die Blechfertigung. Blechgehäuse oder -teile werden aus einem dünnen, flachen Metallblech geschnitten, per Abkantpresse oder Biegemaschine in Form gebracht und teils geschweißt. Bohrungen für Kabel oder Lüftungsschlitze werden per Laser vor dem Biegen ausgeschnitten. Trotz geringen Gewichts sind Metallgehäuse hochfest, das Material meist kostengünstig.

Designs müssen oft weniger komplex sein, bedingt durch Limitierungen und Sicherheitsaspekte beim manuellen Biegen. Mit weniger Materialoptionen als bei anderen Verfahren bestehen die meisten Blechgehäuse aus Aluminium oder Edelstahl.

Wir bieten tausende Blech-Hardware-Optionen zur Integration von Muttern, Stiften, Bolzen und anderen Verbindern sowie Gewinde- oder glatten Abstandshaltern für Distanzen zwischen verbundenen Teilen.

Pulverbeschichtung – ein trockenes Pulver, das auf jedes elektrisch leitende Metall aufgebracht und eingebrannt wird – ist ein beliebter Finish für Metallgehäuse. Sie ist schneller, günstiger und langlebiger als Lack, besonders im Außenbereich. Und sie sieht hervorragend aus.

Bei kastenförmigen Gehäusen verhindern kleine Aussparungen oder Biegeausklinkungen, dass das Metall nach außen wölbt und einen Spalt hinterlässt, wo zwei Flansche zusammenstoßen. Alternativ können diese Bereiche glattgeschliffen, geschweißt und pulverbeschichtet werden, sodass das Gehäuse wie ein massives Teil wirkt. Zwei Designfeatures zur Beseitigung scharfer Kanten an Blechgehäuseteilen: ein Radius (abgerundete Ecke) oder eine Fase (abgewinkelte/abgeschrägte Ecke).

Ein Kunde benötigt vielleicht nur wenige Blechgehäuse. Einmal eingerichtet, sinken die Stückkosten bei höherer Stückzahl. Teile sind in nur drei Werktagen verfügbar, Pulverbeschichtung, Hardware-Montage und Schweißen können ein bis zwei Tage hinzufügen.

CNC-Bearbeitung

Geschwindigkeit ist der Hauptgrund für CNC-Bearbeitung bei Elektronikgehäusen – Teile sind in ein bis drei Werktagen fertig. Auch komplexere Designs sind machbar, dauern aber länger. Bearbeitete Teile sind langlebig; unser CNC-Prozess nutzt die meisten für Spritzguss verfügbaren Kunststoffe und die meisten für Blechfertigung genutzten Metalle.

Die meisten bearbeiteten Gehäuse sind Einzelstücke für Spezialersatzteile oder Prototypen neuer Designs. Da Bearbeitung subtraktiv ist – das Teil wird aus einem Block herausgefräst – ist sie etwas teurer. Ab 150+ Teilen kann Blechfertigung oder Spritzguss langfristig günstiger sein.

Kunststoffteile werden als gefräst ausgeliefert, Werkzeugspuren können sichtbar sein. Metallteile können per Glasperlenstrahlen mattiert werden. Auch Eloxieren oder chemische Beschichtung zum Korrosionsschutz sind möglich.

3D-Druck

Stereolithografie (SLA), Selektives Lasersintern (SLS) und Multi Jet Fusion (MJF) sind die primären industriellen 3D-Druckverfahren für Gehäuse von Consumer-Elektronik und Industriegeräten. Alle drei liefern Prototypen oder Endverbrauchsteile in nur einem Tag.

SLA nutzt einen UV-Laser, der auf die Oberfläche eines flüssigen Duroplast-Harzes zeichnet und Teile aus tausenden Schichten aufbaut. Das Ergebnis: sehr glatte Oberflächen. Es eignet sich für Konzeptmodelle, optische Prototypen und komplexe Teile mit feinen Geometrien. Beim Prototyping können Designer ein transparentes Gehäuse drucken, um die Passung von Leiterplatten und Komponenten zu prüfen. Manche Prototypen testen Luftströmung, indem sie kleine Blöcke als Transistoren darstellen und Rauch in das Gehäuse leiten. Wie beim Spritzguss lassen sich auch funktional transparente Teile für Tasten, Linsen oder Lichtleiter drucken.

SLS und MJF fertigen langlebige Gehäuse mit chemischer und thermischer Beständigkeit. Beide Verfahren unterscheiden sich leicht in der Materialverarbeitung: SLS nutzt einen computergesteuerten CO₂-Laser, der pulverförmige Materialien von unten nach oben verschmilzt. MJF trägt Fusions- und Detailierungsmittel selektiv auf ein Nylon-Pulverbett auf und verschmilzt Schichten per Heizelementen. Beide ergeben eine texturierte Oberfläche, ähnlich Denim. Die meisten Materialoptionen für SLS und MJF (gefüllt und ungefüllt) bieten chemische und thermische Beständigkeit – ideal für Endverbrauchsteile. Zudem ermöglichen diese Materialien Flexibilität, z. B. Film-Scharnier (Living Hinges) oder Snap-Fit-Verbindungen – ideal für einteilige Gehäuse mit sicherer Verbindung.

SLS und MJF eignen sich für Kleinserien – hunderte Teile, bei kleineren Gehäusen leicht tausende. Nylon-Pulverbett-Technologien gehören zu den schnellsten 3D-Druckverfahren und haben daher oft den niedrigsten Stückpreis, besonders bei größeren Mengen.