Este artículo analiza dónde encaja la impresión 3D en el desarrollo de la electrónica de consumo, qué piezas vale la pena imprimir y cómo elegir el proceso y el material adecuados para su proyecto.
La industria de la electrónica de consumo avanza rápidamente. Un accesorio para teléfono puede venderse bien a principios de año. Unos meses más tarde, es posible que deba rediseñar su carcasa. Los equipos de dispositivos portátiles a menudo pasan por cinco o seis versiones de carcasa antes de decidir el diseño final. En esta etapa, cada cambio en el espesor de la pared o ajuste de la apertura del puerto significa esperar semanas para los cambios de molde. El progreso se ralentiza gravemente.
La impresión 3D no necesita moldes. Produce piezas directamente a partir de archivos CAD. Actualiza el modelo, lo envía a imprimir y recibe la pieza revisada unos días después. Sin cambios de molde, sin tiempo de espera de herramientas.
Las cajas son una de las piezas impresas en 3D más comunes en los prototipos de electrónica de consumo. Incluyen estuches de carga para auriculares, estuches para dispositivos domésticos inteligentes, estuches para controles remotos, estuches para sensores y cubiertas protectoras para dispositivos portátiles.
Los recintos impresos en 3D se utilizan principalmente para verificar lo siguiente:
Si el gabinete se moldeará posteriormente por inyección, mantenga las características del ensamblaje final, como ajustes a presión, salientes y ranuras para el cableado en el diseño del prototipo impreso en 3D. Si se salta estos y sólo se hace una carcasa simplificada, los problemas de interferencia a menudo no se descubrirán hasta después de revestir el molde de acero.
Estas piezas se utilizan para asegurar PCB, paquetes de baterías, módulos de cámara, antenas, conjuntos de sensores o conectores. La mayoría de ellos están ubicados dentro del producto, por lo que básicamente no es necesario tener en cuenta la apariencia.
Los puntos clave a confirmar en el diseño son:
Todo esto se puede verificar mediante impresión 3D antes de fabricar el molde. Si el diseño del tablero cambia durante el proyecto, el soporte se puede reimprimir en dos días. Si se realiza el mismo cambio en un molde, puede tardar tres semanas y costar más de diez mil yuanes en honorarios de reparación del molde.
La electrónica de consumo de alto rendimiento genera mucho calor. Los dispositivos portátiles para juegos, los cascos de realidad virtual, los PC pequeños y los cargadores de alta potencia necesitan un flujo de aire interno cuidadosamente diseñado. Los conductos de aire, las carcasas de los ventiladores, las interfaces de los disipadores de calor y los canales de refrigeración personalizados suelen tener superficies curvas irregulares, curvas internas y estructuras de paredes delgadas. Mecanizarlos es costoso y algunas estructuras ni siquiera pueden fabricarse de esa manera. La impresión 3D puede formarlos directamente, sin complejos núcleos de molde ni acciones laterales.
Para productos electrónicos de bajo volumen o altamente personalizados, la impresión 3D puede crear piezas con flujo de aire interno sin abrir moldes separados. Si un producto tiene tres SKU con diferentes diseños térmicos, puede imprimir tres versiones diferentes de conductos de aire por separado. No es necesario que el presupuesto del molde se triplique con ellos.
Botones, perillas, fundas protectoras, tapas de puertos, interruptores deslizantes. Estas pequeñas piezas cambian con frecuencia y afectan directamente la forma en que los usuarios interactúan con el producto.
La impresión 3D puede evaluar:
Imprimir cinco variantes de botones con diferentes alturas, redondeos o texturas ahorra mucho más tiempo y costos que mecanizar cinco juegos de inserciones de moldes en miniatura.
Relojes inteligentes, pulseras de fitness, gafas AR, monitores de salud con clip. Estos dispositivos electrónicos portátiles comparten un rasgo común: los usuarios tienen diferentes formas corporales. Un conector de correa que se adapta a una muñeca grande puede no adaptarse a una pequeña. Las carcasas de los sensores deben entrar en contacto con la piel en ángulos específicos.
La impresión 3D puede fabricar de manera flexible piezas de prueba en diferentes tamaños y diferentes versiones ergonómicas, sin agregar una inversión adicional en el molde. La producción de prueba, la validación clínica o las variantes regionales de productos pueden necesitar de 50 a 200 piezas hechas a medida. Imprimirlos es más práctico que abrir moldes de inyección para cada tamaño.
No todas las piezas son aptas para la impresión 3D. Los siguientes puntos le ayudarán a juzgar.
Si la pieza aún se encuentra en la etapa de revisión del diseño, la impresión 3D es la forma más económica de seguir probando. Cada cambio solo actualiza el archivo. No es necesario volver a trabajar el molde.
Cuando la cantidad del pedido está entre 20 y 500 piezas, es posible que nunca se recupere el costo del molde. Cargos de impresión 3D por pieza. No existe una inversión inicial en moldes.
Características como canales internos, estructuras huecas, rebajes y estructuras reticulares aumentan en gran medida el costo y la dificultad del mecanizado tradicional o del moldeo por inyección. La fabricación aditiva puede construir estas estructuras en el proceso de impresión estándar.
Tipo de pieza | Volumen típico | Por qué ayuda la impresión 3D | Proceso recomendado |
Vivienda prototipo | 1–20 unidades | Valide la forma, el ajuste y el ensamblaje antes del mecanizado. | SLA o MJF |
Soporte interno | 10–200 unidades | Reposicionamiento rápido de soportes a medida que evoluciona el diseño de PCB | MJF o SLS |
Conducto de aire | 5–100 unidades | Geometría interna compleja sin núcleos de molde | SLS o MJF |
Botones / Fundas | 5–50 unidades | Iteración rápida de tamaño, forma y sensación táctil. | SLA o resina |
Montajes personalizados | 10–300 unidades | Diferentes dimensiones por SKU o especificación del cliente | MJF o SLS |
Las piezas fabricadas con estereolitografía (SLA) tienen superficies lisas, bordes afilados y alta resolución de detalles. Cuando los prototipos de electrónica de consumo necesitan parecerse mucho a los productos terminados, para revisiones de diseño, presentaciones para inversionistas o pruebas de usuarios, SLA es la primera opción.
Multi Jet Fusion (MJF) produce piezas de nailon densas, fuertes y mecánicamente consistentes. Es adecuado para gabinetes funcionales, soportes internos, funciones de ajuste a presión y piezas de producción de bajo volumen que necesitan soportar cargas.
La sinterización selectiva por láser (SLS) utiliza polvo de nailon PA12 y PA11 para fabricar piezas. Estas piezas pueden soportar impactos, vibraciones y montajes repetidos. Si las piezas de electrónica de consumo deben pasar pruebas de caída o ciclos mecánicos, SLS puede proporcionar suficiente durabilidad para verificar el rendimiento.
Durante la etapa de desarrollo, la producción de bajo volumen y los frecuentes cambios de diseño, la ventaja de costos de la impresión 3D es muy obvia. Paga por pieza, sin inversión en molde. Usar la impresión 3D para completar las iteraciones del proyecto cuesta mucho menos en total que modificar moldes repetidamente.
Una vez finalizado el diseño, cuando la producción anual alcance varios miles o incluso decenas de miles de piezas, el coste unitario del moldeo por inyección será significativamente menor que el de la impresión 3D. Si el producto se produce de manera estable durante más de dos años, el costo del molde también se puede recuperar gradualmente.
Muchos compradores sólo comparan el precio unitario de la impresión 3D y el moldeo por inyección. Este tipo de comparación no tiene en cuenta otros costos.
Factor | Impresión 3D | Moldeo por inyección |
Costo de herramientas | Ninguno | $3000–$50 000+ por molde |
Velocidad del prototipo | 2 a 5 días | 3 a 6 semanas (con moho) |
Cambios de diseño | Actualizar CAD y reimprimir | Modificar o rehacer el molde |
Bajo volumen (menos de 500 unidades) | Rentable | El coste de las herramientas es difícil de justificar |
Gran volumen (más de 10.000 unidades) | Mayor costo por unidad | Menor costo por unidad |
Personalización | Fácil, por archivo | Requiere variantes de molde |
Para evaluar el coste de la impresión 3D y el moldeo por inyección, no se puede mirar simplemente el precio unitario. También debe considerar juntos el costo del molde, el costo de modificación y el tiempo de entrega. Calcule el costo total del proyecto durante todo el ciclo de desarrollo. En las etapas previas a la producción en masa, la impresión 3D suele tener más ventajas.
Las resinas tipo ABS son rígidas y ricas en detalles. Se adaptan a prototipos visuales, inspección de formas y modelos de visualización. Son fáciles de mecanizar y pintar, y son una buena opción cuando se necesita un prototipo refinado.
El nailon PA12 es ampliamente aplicable en piezas de electrónica de consumo. Tiene las siguientes propiedades:
Las carcasas, soportes, conductos de aire, conectores y clips de montaje suelen utilizar este material.
Algunos productos electrónicos de consumo funcionan en entornos relativamente hostiles. Los sensores exteriores deben resistir los rayos UV y la humedad, los dispositivos dentro de los vehículos pasan por ciclos térmicos y los escáneres portátiles industriales deben resistir los productos químicos.
Para la selección de materiales de dichos productos, debe partir de las condiciones de uso reales y tener en cuenta el rango de temperatura, la exposición química, el estrés mecánico y los requisitos reglamentarios.
La superficie original de las piezas impresas en 3D tiene líneas de capa. Para las piezas orientadas al consumidor, el posprocesamiento como lijado, alisado con vapor o chorro de arena puede hacer que la superficie se acerque a la calidad de producción. Los prototipos utilizados para pruebas de usuarios o revisiones de clientes necesitan este paso aún más.
La pintura personalizada puede dar a las piezas impresas en 3D una apariencia que coincida con las imágenes de la marca. Las opciones incluyen:
Numerosos procesos de creación de marca, como el grabado láser, la tampografía y la serigrafía, pueden ayudar a marcar las piezas impresas en 3D mediante la aplicación de logotipos, textos reglamentarios, certificaciones, etc.
Cuando es necesario que aparezcan prototipos o productos de bajo volumen en ferias comerciales, eventos de financiación colectiva o pilotos minoristas con una imagen de marca completa, estos tratamientos pueden hacer que las piezas terminadas se parezcan a las piezas de producción.
Xunjie apoya a los equipos de electrónica de consumo desde la creación de prototipos conceptuales iniciales hasta la transición de la producción antes del lanzamiento del molde. Proporcionamos impresión SLA, MJF, SLS y resina, con capacidades completas de posprocesamiento y acabado de superficies.
Si está desarrollando un nuevo producto y necesita piezas confiables rápidamente, puede enviar archivos CAD para obtener una cotización. Recomendaremos procesos y materiales adecuados en función de sus necesidades específicas.
1. ¿Puede la impresión 3D crear estructuras como hilos y ajustes a presión? ¿Serán quebradizos?
Sí, puede ser, y ahora es bastante común. Por ejemplo, se pueden imprimir directamente salientes de tornillos, ajustes a presión y clips de tapas de baterías en carcasas de electrónica de consumo. Si utiliza nailon o resina endurecida, la dureza es suficiente para un montaje y desmontaje repetidos. Pero para las roscas, generalmente se recomienda utilizar inserciones metálicas o tornillos autorroscantes, porque las roscas finas impresas directamente se desgastan fácilmente.
2. ¿Se pueden fabricar guías de luz transparentes o cubiertas de lámparas en productos electrónicos de consumo mediante impresión 3D?
Sí. Hay resina transparente y materiales de PC transparentes. Después de imprimir, puede lijarlos y pulirlos o rociar una capa transparente. La transmisión de luz es bastante buena. Es suficiente para la verificación del prototipo. Pero si desea realizar piezas de producción finales, la transparencia y la uniformidad óptica todavía tienen una ligera brecha en comparación con las piezas moldeadas por inyección. Se acepta la personalización de lotes pequeños. Para lotes grandes, es necesario pesarlo.
3. ¿Existen piezas de electrónica de consumo que no sean muy adecuadas para la impresión 3D?
Sí. Por ejemplo, piezas que necesitan alta resistencia al desgaste o alta conductividad, carcasas grandes de alta resistencia y conectores flexibles ultrafinos. Utilizar la impresión 3D para prototipos de estos no supone ningún problema. Pero usarlo directamente para la producción de lotes pequeños puede no ser rentable o es posible que el rendimiento no cumpla con los requisitos. También hay algunas interfaces estándar y piezas giratorias de alta velocidad. Los procesos tradicionales son más maduros para ellos. Generalmente durante la evaluación, le indicaremos directamente al cliente qué piezas no se recomiendan para impresión, para evitar problemas de montaje posteriores.
4. ¿Puede una carcasa impresa en 3D adaptarse directamente a una placa de circuito? ¿Los orificios para tornillos y los postes de localización son lo suficientemente precisos?
Se puede hacer. Para cosas como postes de ubicación de PCB, salientes de tornillos y ranuras, si reserva un espacio de ensamblaje de aproximadamente 0,2 milímetros durante el diseño, la pieza impresa básicamente se puede ensamblar directamente. Si algunos agujeros están un poco apretados, puedes usar una lima para retocarlos un poco. Por lo general, verificamos las dimensiones del ensamblaje antes de imprimir, para evitar el problema de que las piezas no encajen después de la impresión.
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