Herstellung von Rechnergehäusen im Spritzgießverfahren

Das Gehäuse eines Taschenrechners spielt sowohl eine ästhetische als auch eine funktionale Rolle. Während die Hauptaufgabe des Gehäuses darin besteht, die interne Elektronik zu schützen, integrieren einige Hersteller von Taschenrechnergehäusen Designelemente, die es ermöglichen, dass das Gehäuse Zubehör wie z. B. einen Bleistift aufnehmen kann, wie dies beim FLIP-Rechner der Fall ist.  

Für die Herstellung von Taschenrechnergehäusen werden hauptsächlich haltbare Kunststoffe wie Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), hochschlagfestes Polystyrol (HIPS) und Polycarbonat (PC) verwendet. Im Folgenden werden einige der Funktionen eines Rechnergehäuses beschrieben.

• Schutz: Sie schützt die empfindliche interne Elektronik, wie die Leiterplatte (PCB) und die Mikrochips, vor physischen Schäden durch Stöße und vor Umwelteinflüssen wie Wasser und UV-Strahlen. Einige Modelle haben Schiebeabdeckungen, die den Bildschirm zusätzlich schützen.
• Organisation: Das Gehäuse ist so konzipiert, dass es über Fächer für den Bildschirm, die Tastatur und die Batterie verfügt. Der starre Rahmen sichert diese Komponenten an ihrem Platz und verhindert versehentliche Schäden durch Stöße und Kurzschlüsse.
• Benutzerfreundlichkeit: Bietet eine stabile Basis für flexible Schalter, die eine komfortable, reaktionsschnelle wiederholte Eingabe ermöglichen.
• Langlebigkeit: Das Gehäuse des Rechners ist so gefertigt, dass es der täglichen Beanspruchung standhält und das empfindliche Innenleben vor Druck und Stürzen schützt.

Anforderungen des Kunden

Ein Taschenrechnerhersteller brachte ein neues Produkt mit einem einzigartigen gebogenen Design auf den Markt und wandte sich an First Mold, um bei der Herstellung des Gehäuses zu helfen. Es handelte sich um einen einzigartigen Taschenrechner mit zwei Bildschirmen für den geschäftlichen Gebrauch. Man wollte ein renommiertes Unternehmen, das Präzisionsformen für das Projekt entwerfen konnte, und First Mold wurde sehr empfohlen.

Der Produktionsleiter von First Mold, Bowen Huang, war hocherfreut, dem Kunden eine Führung durch die verschiedenen Abteilungen des Werks zu geben. Der Hersteller drückte offen seine Freude aus und fuhr damit fort, seine detaillierten Anforderungen an die Herstellung von Rechengehäusen zu umreißen.

Aufgrund der leichten Krümmung des Designs war der Kunde sehr darauf bedacht, ein Gleichgewicht zwischen Leistung und Haltbarkeit herzustellen und gleichzeitig das Gewicht von etwa 150 Gramm beizubehalten. Zu den wichtigsten Anforderungen, die sie im Entwurf skizzierten, gehören:

• Gesamtgewicht des Produkts: 125g bis 150g
• Wandstärke: 1,0 mm bis 1,5 mm
• Oberflächenbehandlung: Siebdruck
• Teiletoleranz: ±0,1mm
• Montagetoleranz: ±0,03mm
• Ausbeute bei der Massenproduktion: ≥98%

Herausforderungen und Lösungen

Die Herstellung von Formen für Produkte mit gekrümmten Oberflächen ist im Vergleich zu Produkten mit flachen Oberflächen schwieriger. Sie erfordert eine hochpräzise, spezialisierte Bearbeitung und arbeitsintensive Eingriffe von erfahrenen Ingenieuren. Um diese Herausforderung zu meistern, musste First Mold auf High-End-CAD-Software und 5-Achsen-CNC-Bearbeitung zurückgreifen, um eine Stahlform für die Herstellung des Rechnergehäuses zu erstellen.

Nach der Produktion musste die endgültige Oberfläche der Form in hohem Maße poliert werden, um sicherzustellen, dass das Endprodukt eine saubere, glatte Oberfläche hat, die für den Siebdruck geeignet ist.

Das Hauptmaterial für dieses Projekt war ABS, das in der Regel eine Formschrumpfung von 0,4% bis 0,7% aufweist, je nach Sorte und Verarbeitungsbedingungen. Die Ingenieure von First Mold mussten diese Schrumpfung bei der Herstellung der Form für das Rechnergehäuse berücksichtigen, um Defekte wie Verformungen zu vermeiden.

Rechnergehäusefertigung für Snap-Fit-Montage

Der Kunde wollte, dass die Ober- und Unterschalen an den Rändern mit einer Schnappverbindung versehen werden. Zusätzlich zur Schnappmontage verlangte der Hersteller die Verwendung von selbstschneidenden Schrauben zur sekundären Befestigung für eine dichte, dauerhafte Abdichtung und den Schutz der inneren Komponenten.

Schnappverbindungen erfordern präzise Toleranzen beim Gießen. Wenn die Toleranzen zu eng sind, lassen sich die Teile nur schwer zusammenfügen. Sind die Toleranzen hingegen zu locker, ist die Verbindung schwach, was zu Lücken führt, durch die Feuchtigkeit eindringen und die empfindlichen internen elektronischen Komponenten beschädigen kann.

Eine große Herausforderung bei der Konstruktion von Schnappverschlüssen ist die Konzentration der Spannung auf den Schnapparm (Kragarm), was dazu führen kann, dass der Schnappverschluss bei der Montage bricht. Um dies zu vermeiden und die langfristige Haltbarkeit des Produkts zu gewährleisten, fügten die Ingenieure von First Mold Verrundungen (abgerundete Ecken) an der Wurzel des Auslegers hinzu, um die Spannung zu verteilen und so die Festigkeit zu erhöhen.

Ein weiterer Ansatz der First Mold-Ingenieure zur Verbesserung der Einrastfestigkeit war die Verjüngung des freitragenden Trägers, um den Materialverbrauch und die Spitzenbelastung zu verringern. Das Team verließ sich auf eine fortschrittliche Software, um die perfekte Passform für die Herstellung des Rechnergehäuses zu finden, anstatt sich auf Versuch und Irrtum bei mehreren Prototypen zu verlassen.

Rechnergehäuse für Leichtgewicht entwerfen

Das Gehäuse des Rechners trägt 70% bis 90% zum Gesamtgewicht und -volumen bei. Obwohl das vom Kunden gewählte Material (ABS) in der Regel die erste Wahl für Unterhaltungselektronik ist, weil es relativ leicht ist, war es notwendig, das Design mit Blick auf die Gewichtsreduzierung zu überdenken. Die Reduzierung des Materialeinsatzes bei der Herstellung des Rechnergehäuses wird zu einem geringeren Gesamtgewicht beitragen.

Die Ingenieure von First Mold beschlossen, die Wandstärke bei 1,0 mm zu halten. Um sicherzustellen, dass die dünnen Wände strukturell funktionsfähig bleiben, wurden sie mit Rippen verstärkt. Um das beste Ergebnis zu erzielen, wurde die Ausrichtung der Rippen mithilfe einer Simulationssoftware bestimmt. Die Rippen dienten nicht nur der strukturellen Unterstützung, weshalb sie besser geplant werden mussten. Die Rippen spielen auch andere Rollen:

• Erhöhte Steifigkeit: Die Rippenkonstruktion sorgt dafür, dass der Rechner steif bleibt und sich nicht verbiegen lässt. Mit anderen Worten: Der Rechner bricht nicht ein, wenn er gebogen wird, was sich positiv auf die Haltbarkeit auswirkt.
• Montage der Komponenten: Die Rippen wurden mit Abschnitten versehen, in denen die verschiedenen internen Komponenten sitzen, einschließlich der Tastenfelder, Leiterplatten und Batterien, damit sie sicher an ihrem Platz bleiben.
• Defektprävention: Dünne Wände sind anfällig für Defekte wie Verformungen und Einfallstellen oder sichtbare Vertiefungen auf der Oberfläche. Durch den Einsatz von Rippen konnte First Mold dünnere, gleichmäßigere Wände herstellen.

Die Kombination aus dünnen Wänden und intelligentem Rippendesign ermöglichte es dem Team von First Mold, ein Taschenrechnergehäuse zu entwickeln, das extrem leicht ist, ohne die strukturelle Integrität zu beeinträchtigen. Das leichte Taschenrechnergehäuse sorgte dafür, dass das Gesamtgewicht des Produkts nach der Montage aller Komponenten unter 150 Gramm blieb.

Erreichen einer Massenproduktionsausbeute von ≥98%

Eine durchdachte Anschnittposition und Entlüftungsstrategie, insbesondere die Entlüftung am Ende des Fließweges, waren notwendig, um eingeschlossene Luft entweichen zu lassen, eine unvollständige Füllung zu verhindern und Brandflecken zu vermeiden. Die Ingenieure von First Mold verwendeten konforme Kühlkanäle, um eine gleichmäßige Formtemperatur aufrechtzuerhalten und so den Verzug, die Schrumpfung und die Zykluszeit zu reduzieren.

Das Team von First Mold-Ingenieuren erstellte eine detaillierte Prozessdokumentation, die Anleitungen für Design, Ersteinrichtung, Produktion, Wartung und Reparatur enthält. Dieses Dokument hilft dem Hersteller von Rechengehäusen, seinen Produktionsprozess zu optimieren, um eine Massenproduktion von ≥98% zu erreichen.

Warum ist die Herstellung gebogener Produkte so schwierig?

Produkte mit gekrümmten Geometrien sind in der Regel anfälliger für Verformungen während der Abkühlung, insbesondere wenn die Wandstärke nicht gleichmäßig ist. Daher war es für First Mold wichtig, die Wanddicke entlang der Kurve konstant zu halten. Eine uneinheitliche Dicke führt zu einer unterschiedlichen Abkühlung, die dazu führen kann, dass dicke Bereiche absinken, während dünne Bereiche zu schnell abkühlen.

Gewölbte Teile haben auch die Tendenz, im Vergleich zu Teilen mit geraden Wänden stärker am Formhohlraum zu ‘kleben’. Dies erschwert den Auswurf und birgt die Gefahr von Beschädigungen oder Kratzern an gebogenen Teilen.

Das Gehäusedesign des Kunden hatte etwas dünnere Wände um die Bildschirme und das Tastenfeld. Um mögliche Defekte durch unterschiedliche Kühlung zu vermeiden, optimierten die Ingenieure von First Mold das Kühlsystem des Werkzeugs mithilfe der Software Mold Flow Analysis, um die internen Spannungen zu reduzieren.

Was der Kunde mit den Lösungen von First Mold gewonnen hat

Der erste und wichtigste Vorteil, den der Kunde aus der Zusammenarbeit mit First Mold zog, war eine Verkürzung der Vorlaufzeit. Der Kunde erhielt die fertigen Produktionsformen innerhalb von 21 Tagen, zusammen mit einer detaillierten Dokumentation zur Prozessoptimierung.

Die Herstellung einer Stahlform ist teuer. Die Kosten steigen mit der Komplexität der Konstruktion. Eine Stahlform mit gekrümmten Oberflächen erhöht natürlich die Werkzeugkosten, da sie spezielle Werkzeuge und Arbeitskräfte erfordert, um sie herzustellen. First Mold hat jedoch das Design des Kunden im Rahmen des Budgets realisiert, indem es die Grundsätze der Herstellbarkeit umgesetzt und sich auf fortschrittliche Technologien wie 5-Achsen-CNC-Bearbeitung und CAD-Software verlassen hat.

First Mold lieferte nicht nur fertige Formen für die identische Nachbildung des Rechnergehäuses nach dem Bauplan des Kunden, sondern bot auch technische Unterstützung bei der Ausrichtung und Platzierung der Rippen für ein optimales strukturelles Ergebnis.

Die Ingenieure von First Mold haben das Team des Kunden bei der effektiven Nutzung der Maschine beraten. Auch nach der Auslieferung unterstützte das Team den Kunden mit Kundendienstleistungen, um den reibungslosen Betrieb der Form für eine optimale Herstellung von Rechengehäusen zu gewährleisten.

Die Kombination aus optimiertem Produktionsprozess, der Umsetzung von Design for Manufacturability und der Bereitstellung von Wartungs- und Reparatursupport gewährleistet, dass der Kunde eine optimale Produktion von Rechnergehäusen mit minimalen Ausfallzeiten aufrechterhalten kann. Dadurch amortisieren sich die Vorabinvestitionen in Stahlwerkzeuge im Laufe der Zeit.

Kreatives Taschenrechnergehäuse-Design

Wir glauben, dass einige von Ihnen, die unser Unternehmen verfolgen, Produktdesigner sind. Wir haben einige Beispiele für die Gestaltung von Taschenrechnergehäusen gesammelt, um sie mit Ihnen zu teilen.

01. MINUS

MINUS ist ein einfacher konzeptioneller Taschenrechner, der die Form eines Taschenrechners auf unkomplizierte Weise neu überdenkt.

Sein klares Erscheinungsbild und die abgerundeten Zahlentasten geben dem Rechner eine völlig neue Form.

Designer: Telekes - Entwurf

02. FLIP

FLIP ist ein Designkonzept für Taschenrechner, das es dem Benutzer ermöglicht, das Gerät vor Staub oder anderen Schäden zu schützen, wenn es nicht in Gebrauch ist, und gleichzeitig mit seiner einzigartigen Form für Ordnung auf dem Schreibtisch zu sorgen.

Das scheibenförmige Design ist leicht zu reinigen.

Designer: Jaewan - Park

03. Neumorator

Designer: Jinwook Lee

Dieser minimalistische und elegante Taschenrechner hat eine rutschfeste schwarze Rückseite für eine komfortable Nutzung. Die halbtransparente Hülle gibt den Blick auf die Farbe der darunter liegenden Tasten frei. Das Produkt hat zwei geheime Details: die bunten Tasten unter der Silikonhülle und die zwei Arten von Tasten.

04. SpaceBar

Die große Leertaste auf der Tastatur erregte die Aufmerksamkeit des Designers und wurde auf diesen Rechner übertragen, so dass ein Rechner mit einer übergroßen Leertaste entstand.

Dieser Rechner verwendet drei schlichte Farben - Schwarz, Weiß und Grau -, die ihm ein elegantes Aussehen verleihen.

Designer: Elodie - DELASSUS

05. Logitech

Dies ist ein Konzeptentwurf für einen Braille-Rechner, der speziell für Menschen mit Sehbehinderungen entwickelt wurde.

Jeder Tastensatz hat eine eigene Oberflächenbehandlung, die auch für Menschen mit Sehbehinderungen geeignet ist.

Designer: Merve Nur Sökmen

06. Mittelton

Der Midtone-Rechner zeichnet sich durch eine einfache Blockform mit runden Tasten und einem einzigen Farbschema aus. Die gesamte Schnittstelle ist sauber und raffiniert.

Die Hintergrundfarbe des LCD-Bildschirms entspricht der Farbe des Rechners und verleiht dem Produkt ein rustikales und einheitliches Aussehen.

Gestalter: Erdem Selek & Hale Selek

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