Elegir el mejor proceso de fabricación para gabinetes electrónicos

La electricidad es una fuerza poderosa pero delicada que es la clave de nuestro mundo moderno. En cualquier momento, una persona puede usar o interactuar con varios dispositivos electrónicos a la vez, desde teléfonos celulares hasta relojes inteligentes y dispositivos médicos que salvan vidas. Si bien los consumidores pueden dar por sentado estos dispositivos, se requiere una gran cantidad de trabajo para diseñar los diversos gabinetes que protegen los circuitos eléctricos y el cableado que garantiza su funcionalidad.

La naturaleza delicada de estos componentes electrónicos a menudo requiere que se alojen dentro de algún tipo de recinto o jaula para proteger sus circuitos y cableado de daños. Estos gabinetes sirven no solo para evitar que los productos químicos, el polvo, la humedad y otros elementos ambientales adulteren los componentes electrónicos, sino que también protegen a los usuarios finales de descargas eléctricas y posibles incendios. Por lo general, la carcasa es la única parte del dispositivo que ve el consumidor.

Los gabinetes electrónicos adoptan una amplia variedad de formas y tamaños, desde carcasas de teléfonos y computadoras hasta gabinetes protectores para sistemas de energía y telecomunicaciones, y el método de fabricación específico más adecuado para un trabajo en particular dependerá de una serie de factores, que incluyen la selección de materiales, el precio punto, volumen de producción y consideraciones de diseño.

Esto es lo que los equipos de productos deben saber.

Consideraciones clave de selección de materiales para gabinetes electrónicos

El proceso de diseño de gabinetes electrónicos debe ser de "ingeniería inversa":los diseñadores e ingenieros pueden trabajar hacia atrás, usando lo que saben sobre los requisitos críticos para la aplicación final para informar el diseño, la selección de materiales y la elección del método de fabricación.

La selección de los materiales más adecuados para el trabajo estará determinada, en gran parte, por el grado en que el recinto estará sujeto a estrés y desgaste ambiental. La carcasa del velocímetro de una bicicleta, por ejemplo, tiene estrictos requisitos materiales:debe poder resistir la lluvia, la suciedad y las vibraciones intensas y constantes para evitar que el dispositivo funcione mal. Por el contrario, es mucho menos probable que una calculadora gráfica esté expuesta a grandes cantidades de desgaste físico, lo que puede expandir significativamente el grupo de materiales viables para el gabinete.

Si bien algunos dispositivos electrónicos pueden presentar materiales de madera o acrílicos (tocadiscos o dispositivos de juegos portátiles, por ejemplo), la gran mayoría de los gabinetes de dispositivos electrónicos de consumo estarán fabricados con plásticos rígidos o metales. Los gabinetes de metal tienden a ser más resistentes y duraderos que sus contrapartes de plástico y, por lo general, están hechos de aluminio o acero al carbono, galvanizado o inoxidable. Una ventaja significativa de los materiales metálicos es que son eléctricamente conductores, lo que ayuda a negar las interferencias electromagnéticas y las radiofrecuencias entrantes y salientes. Los gabinetes de metal deben estar eléctricamente conectados a tierra para proporcionar resistencia a los golpes.

Por otro lado, los gabinetes de plástico son generalmente más livianos y menos costosos de fabricar, y algunos termoplásticos de ingeniería pueden incluso proporcionar una mayor resistencia que los metales como el aluminio, las aleaciones de aluminio y las aleaciones de magnesio. Tampoco son conductores, lo que significa que los cables energizados no crean riesgos de descarga eléctrica si entran en contacto con el interior del gabinete, y no activarán los sistemas de protección de circuitos. Si se necesita un recubrimiento superficial conductor para una carcasa de plástico, se puede agregar uno en la posproducción, aunque el tiempo, los materiales y la mano de obra adicionales aumentarán el costo por pieza.

A diferencia de los gabinetes de metal, los gabinetes de plástico no generan calor. Al pensar en aplicaciones de uso final, es importante recordar que los metales se calentarán significativamente más que una pieza de plástico. Si los componentes eléctricos dentro del gabinete generarán suficiente calor para impactar el material, optar por un gabinete de plástico generalmente será la opción más segura; los humanos recogerían mucho más fácilmente una carcasa de plástico que una de metal.

Muchos termoplásticos (el polipropileno es un ejemplo común) son extremadamente resistentes a la humedad, pero se degradan cuando se exponen a la luz ultravioleta durante períodos prolongados. Sin embargo, este efecto se puede mitigar incorporando estabilizadores UV en el material del gabinete o cubriendo la superficie del gabinete con pintura u otro acabado resistente a los rayos UV. En algunos casos, la flexibilidad y las cualidades de goma de los plásticos menos rígidos pueden mejorar la durabilidad de la pieza o proporcionar sellos herméticos.

Métodos comunes para la fabricación de cajas electrónicas

En última instancia, la selección de materiales para una caja electrónica en particular determinará qué método de fabricación es más eficiente. Algunos de los métodos más comunes incluyen los siguientes:

1. Mecanizado CNC

El mecanizado CNC es un proceso de fabricación sustractivo y versátil que utiliza archivos CAD digitales para dirigir las herramientas en la conformación de una pieza a partir de un bloque de materia prima llamado "pieza de trabajo" o "pieza en blanco". El proceso es altamente repetible, lo que significa que el mismo archivo de diseño permite a los ingenieros producir copias idénticas de una pieza simultáneamente en varias máquinas, y se puede usar para crear gabinetes de plástico y metal.

Mientras que otros métodos de fabricación se limitan a crear carcasas relativamente simples, el mecanizado CNC permite incorporar una mayor complejidad geométrica en el diseño de la pieza al tiempo que proporciona tolerancias de superpieza. Otra ventaja de emplear el mecanizado CNC es que los recintos mecanizados a partir de una sola pieza de metal no mostrarán costuras abiertas, lo que crea un producto limpio y visualmente atractivo. Sin embargo, es posible que descascarar un bloque de material en un molino no sea una opción rentable, ya que es probable que pague por más material del que terminaría usando en el producto final.

2. Fabricación de chapa

La fabricación de láminas de metal es un medio económico y eficiente para producir gabinetes electrónicos. Por lo general, estos gabinetes tienen gastos de material significativamente más bajos que sus equivalentes mecanizados por CNC, en parte porque con solo tres dobleces, una lámina se puede transformar en un gabinete de cara abierta.

Los gabinetes de las computadoras de escritorio y muchos gabinetes electrónicos para exteriores son ejemplos comunes de gabinetes fabricados con láminas de metal, y lo que les falta en valor estético lo compensan en durabilidad. Los costos iniciales de herramientas asociados con la fabricación de láminas de metal pueden ser altos, pero el costo por pieza disminuye rápidamente a medida que aumenta el volumen de producción.

3. Moldeo por inyección

El proceso de moldeo por inyección implica el llenado repetido y rápido de moldes metálicos duraderos con plásticos fundidos, lo que permite la producción de grandes volúmenes de piezas idénticas. Los fabricantes suelen utilizar este método para crear recintos simples a partir de plásticos rígidos o no rígidos, como los que se utilizan en los controladores de juegos, llaves electrónicas, pantallas de quiosco y muchos otros productos.

El tiempo y los gastos de herramientas aumentan el tiempo de entrega y los gastos generales iniciales para los gabinetes moldeados por inyección, pero las piezas se vuelven increíblemente rentables cuando se producen en grandes volúmenes. El moldeo por inserción, un proceso similar al moldeo por inyección, también permite que los componentes electrónicos se incrusten firmemente dentro de una carcasa para una protección adicional.

4. impresión 3D

La impresión 3D, o fabricación aditiva, utiliza archivos CAD para crear partes de una capa de material a la vez, lo que a menudo permite que los ensamblajes de varias partes se condensen en piezas individuales. La impresión 3D otorga una mayor libertad geométrica, lo que permite agregar características como canales internos curvos que son extremadamente difíciles o imposibles de producir a través de otros métodos.

Además, la impresión 3D permite que los componentes electrónicos queden completamente encerrados dentro de sus carcasas, lo que a menudo elimina la necesidad de un ensamblaje adicional. Por lo general, no son adecuados para la producción de gran volumen, los procesos aditivos son efectivos y asequibles para la creación de prototipos y las tiradas de volumen pequeño a mediano. Tanto los componentes de metal como los de plástico se pueden imprimir en 3D.

Fabricar gabinetes electrónicos de calidad superior

A medida que las tecnologías digitales se arraigan cada vez más en la vida diaria, mantener la funcionalidad a largo plazo de los dispositivos electrónicos se vuelve más importante que nunca. Los gabinetes electrónicos brindan una protección crítica, pero los ingenieros y los equipos de productos deben asegurarse de que la elección del material y el diseño de las piezas estén optimizados para brindar el máximo beneficio.

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