Fabrication de boîtiers de calculateurs par moulage par injection

Le boîtier, l'enveloppe ou la coque d'une calculatrice joue un rôle à la fois esthétique et fonctionnel. Si le rôle premier de la coque est de protéger les composants électroniques internes, certains fabricants de boîtiers de calculatrices intègrent des éléments de conception qui permettent au boîtier de contenir des accessoires, tels qu'un crayon, comme c'est le cas pour la calculatrice FLIP.  

Les boîtiers de calculatrices sont principalement fabriqués à partir de matières plastiques durables telles que l'acrylonitrile butadiène styrène (ABS), le polystyrène à fort impact (HIPS) et le polycarbonate (PC). Voici quelques-uns des rôles d'un boîtier de calculatrice.

• Protection : Il protège l'électronique interne délicate, comme le circuit imprimé (PCB) et les microprocesseurs, des dommages physiques causés par les chocs et les éléments environnementaux comme l'eau et les UV. Certains modèles sont dotés de couvercles coulissants qui offrent une protection supplémentaire à l'écran.
• Organisation : Le boîtier est conçu pour contenir l'écran, le clavier et la batterie. Le cadre rigide maintient ces composants en place, évitant ainsi les dommages accidentels dus aux chocs et aux courts-circuits.
• Facilité d'utilisation : Fournit une base stable pour les commutateurs flexibles, permettant une saisie répétée confortable et réactive.
• Durabilité : Le boîtier de la calculatrice est fabriqué de manière à résister à l'usure quotidienne et à protéger les fragiles compartiments internes de la pression et des chutes.

Exigences du client

Un fabricant de calculatrices lançait un nouveau produit au design incurvé unique et s'est adressé à First Mold pour l'assister dans la production de la coque. Il s'agissait d'une calculatrice unique à double écran destinée à un usage professionnel. Le fabricant souhaitait faire appel à une entreprise réputée capable de concevoir des moules de précision pour le projet, et First Mold lui a été chaudement recommandé.

Bowen Huang, directeur de production chez First Mold, a été ravi de faire visiter au client les différentes sections de l'usine. Le fabricant a exprimé ouvertement sa satisfaction et a commencé à exposer ses besoins détaillés en matière de fabrication de boîtiers de calculateurs.

En raison de la légère courbure de la conception, le client était très soucieux d'équilibrer les performances et la durabilité tout en maintenant un poids d'environ 150 grammes (0,33 livres). Les principales exigences énoncées dans le plan directeur sont les suivantes :

• Poids total du produit : 125g à 150g
• Épaisseur de la paroi : 1,0 mm à 1,5 mm
• Traitement de surface : sérigraphie
• Tolérance des pièces : ±0,1 mm
• Tolérance d'assemblage : ±0,03 mm
• Taux de rendement de la production de masse : ≥98%

Défis et solutions

La création de moules pour les produits à surfaces courbes est plus difficile que pour les produits à surfaces planes. Elle nécessite une grande précision, un usinage spécialisé et des interventions à forte intensité de main-d'œuvre de la part d'ingénieurs qualifiés. Pour relever ce défi, First Mold a dû s'appuyer sur un logiciel de CAO haut de gamme et un usinage CNC à 5 axes pour créer un moule en acier destiné à la fabrication d'un boîtier de calculatrice.

Après la production, la surface finale du moule a nécessité un degré de polissage très élevé afin de garantir que le produit final présente une finition propre et lisse, prête à être imprimée en sérigraphie.

Le principal matériau utilisé pour ce projet était l'ABS, qui présente généralement un taux de retrait du moule de 0,4% à 0,7%, en fonction de la qualité et des conditions de traitement. Les ingénieurs de First Mold ont dû tenir compte de cette contraction lors de la production des moules pour boîtiers de calcul afin d'éviter des défauts tels que le gauchissement.

Fabrication de boîtiers de calculateurs pour l'assemblage par encliquetage

Le client souhaitait que les coques supérieure et inférieure soient assemblées par encliquetage sur les bords. En plus de l'assemblage par encliquetage, le fabricant a demandé l'inclusion de vis auto-taraudeuses afin d'assurer une fixation secondaire pour une étanchéité et une protection durables des composants internes.

Les raccords rapides exigent des tolérances de moulage précises. Si les tolérances sont trop serrées, les pièces seront difficiles à assembler. En revanche, si les tolérances sont trop lâches, la connexion sera faible, ce qui créera des espaces où l'humidité peut passer et endommager les composants électroniques internes délicats.

La concentration des contraintes sur le bras d'encliquetage (poutre en porte-à-faux), qui peut entraîner la rupture de l'encliquetage lors de l'assemblage, constitue l'un des principaux défis posés par la conception des encliquetages. Pour éviter ce problème et garantir la durabilité à long terme du produit, les ingénieurs de First Mold ont ajouté des congés (coins arrondis) à la racine du cantilever pour répartir les contraintes, ce qui a permis d'accroître la résistance.

Une autre approche des ingénieurs de First Mold pour améliorer la résistance de l'encliquetage a été d'amincir la poutre en porte-à-faux afin de réduire l'utilisation de matériaux et d'abaisser les pics de contrainte. L'équipe s'est appuyée sur un logiciel avancé pour obtenir l'ajustement parfait pour la fabrication du boîtier de la calculatrice, plutôt que de s'appuyer sur des essais et des erreurs sur plusieurs prototypes.

Conception d'un logement de calculateur pour les poids légers

Le boîtier de la calculatrice représente 70% à 90% du poids et du volume totaux. Bien que le matériau choisi par le client (ABS) soit généralement le premier choix pour l'électronique grand public en raison de sa nature relativement légère, il était nécessaire de repenser la conception en gardant à l'esprit l'allègement. La réduction de l'utilisation des matériaux lors de la fabrication du boîtier de la calculatrice contribuera à réduire le poids total.

Les ingénieurs de First Mold ont décidé de maintenir l'épaisseur des parois à 1,0 mm. Pour que les parois minces restent structurellement fonctionnelles, elles ont été renforcées par des nervures. Pour un résultat optimal, l'orientation des nervures a été déterminée à l'aide d'un logiciel de simulation. Les nervures ne servent pas uniquement de support structurel, d'où la nécessité d'une meilleure planification. Les nervures ont également joué d'autres rôles, notamment

• Augmentation de la rigidité : La conception des nervures permet à la calculatrice de rester rigide et de résister à la flexion. En d'autres termes, la calculatrice ne craque pas lorsqu'elle est pliée, ce qui est excellent pour la durabilité.
• Montage des composants : Les nervures ont été conçues avec des sections où les différents composants internes sont placés, y compris les boutons, les circuits imprimés et les batteries, afin de les maintenir fermement en place.
• Prévention des défauts : Les parois minces sont sujettes à des défauts tels que le gauchissement et les marques d'enfoncement, ou dépressions visibles à la surface. L'utilisation de nervures a permis à First Mold de créer des parois plus fines et plus uniformes.

La combinaison de parois minces et d'une conception intelligente des nervures a permis à l'équipe de First Mold de fournir un boîtier de calculatrice extrêmement léger sans sacrifier l'intégrité structurelle. La conception du boîtier de calculatrice léger a permis de garantir qu'après l'assemblage de tous les composants, le poids total du produit restait inférieur à 150 grammes.

Atteindre un taux de rendement de production de masse ≥98%

Il a fallu réfléchir à l'emplacement de la porte et à la stratégie d'aération, en particulier à l'extrémité de la voie d'écoulement, pour permettre à l'air piégé de s'échapper, empêcher un remplissage incomplet et prévenir les marques de brûlure. Les ingénieurs de First Mold ont utilisé des canaux de refroidissement conformes pour maintenir une température uniforme dans le moule, réduisant ainsi le gauchissement, le rétrécissement et le temps de cycle.

L'équipe d'ingénieurs de First Mold a conçu une documentation détaillée sur le processus, qui comprenait des guides de conception, de configuration initiale, de production, de maintenance et de réparation. Ce document aide le fabricant de boîtiers de calculateurs à optimiser son processus de production pour atteindre un rendement de production de masse de ≥98%.

Pourquoi les produits courbes sont-ils difficiles à fabriquer ?

Les produits à géométrie courbe sont généralement plus susceptibles de se déformer pendant le refroidissement, surtout si l'épaisseur de la paroi n'est pas uniforme. Il était donc important pour First Mold de maintenir l'épaisseur de la paroi constante le long de la courbe. Un manque d'uniformité dans l'épaisseur entraîne un refroidissement différentiel qui peut faire couler les zones épaisses alors que les zones minces se refroidissent trop rapidement.

Les pièces courbes ont également tendance à ‘coller’ plus étroitement à la cavité du moule que les pièces à parois droites. Cela rend l'éjection difficile et augmente le risque de dommages ou de rayures sur les pièces courbes.

La conception du boîtier de la calculatrice du client présentait des parois légèrement plus fines autour des écrans et du clavier. Pour éviter les défauts potentiels dus au refroidissement différentiel, les ingénieurs de First Mold ont optimisé le système de refroidissement du moule à l'aide du logiciel Mold Flow Analysis afin de réduire les contraintes internes.

Ce que le client a gagné avec les solutions de First Mold

Le premier et le plus important avantage que le client a tiré de son partenariat avec First Mold a été la réduction des délais. Le client a reçu les jeux de moules de production dans un délai de 21 jours, ainsi qu'une documentation détaillée pour guider l'optimisation du processus.

La création d'un moule en acier est coûteuse. Le coût augmente avec la complexité de la conception. Un moule en acier avec des surfaces incurvées augmentera naturellement le coût de l'outillage car il nécessite un outillage et une main-d'œuvre spécialisés. Cependant, First Mold a réalisé la conception du client dans les limites de son budget en appliquant les principes de conception pour la fabrication et en s'appuyant sur des technologies de pointe telles que l'usinage CNC à 5 axes et les logiciels de CAO.

En plus de fournir des moules finis pour la reproduction à l'identique de la conception du logement de la calculatrice dans le plan du client, les ingénieurs de First Mold ont offert des conseils techniques sur l'orientation et le placement des nervures pour obtenir le meilleur résultat structurel.

Les ingénieurs de First Mold ont offert un mentorat à l'équipe du client sur la manière d'utiliser efficacement la machine. Même après la livraison, l'équipe a continué à soutenir le client avec un service après-vente afin de garantir le bon fonctionnement du moule pour une fabrication optimale des boîtiers de calcul.

La combinaison d'un processus de production optimisé, de la mise en œuvre de la conception pour la fabrication et de la fourniture d'une assistance à l'entretien et à la réparation permet au client de maintenir une production optimale de boîtiers de calculateurs avec un minimum de temps d'arrêt. L'investissement initial dans l'outillage en acier sera ainsi amorti au fil du temps.

Conception créative de la coque de la calculatrice

Nous pensons que certains d'entre vous qui suivent notre entreprise sont des concepteurs de produits. Nous avons rassemblé quelques exemples de boîtiers de calculatrices pour les partager avec vous.

01. MINUS

MINUS est une calculatrice conceptuelle simple qui repense la forme d'une calculatrice de manière directe.

Son aspect épuré et ses boutons numériques arrondis donnent à la calculatrice une forme totalement nouvelle.

Designer: Telekes - Conception

02. FLIP

FLIP est un concept de calculatrice qui permet aux utilisateurs de protéger l'appareil de la poussière ou de tout autre dommage lorsqu'il n'est pas utilisé, tout en gardant le bureau bien rangé grâce à sa forme unique.

Le design en forme de disque est facile à nettoyer.

Designer: Jaewan - Parc

03. Neumorator

Designer: Jinwook Lee

Cette calculatrice minimaliste et élégante est dotée d'un dos noir antidérapant pour une utilisation confortable. La coque semi-transparente révèle la couleur des boutons situés en dessous. Le produit présente deux détails secrets : les boutons colorés sous la coque en silicone et les deux types de boutons.

04. SpaceBar

La grande barre d'espacement du clavier a attiré l'attention du concepteur et a été appliquée à cette calculatrice, ce qui a donné une calculatrice avec une barre d'espacement surdimensionnée.

Cette calculatrice utilise trois couleurs simples - noir, blanc et gris - qui lui confèrent un aspect élégant.

Designer: Elodie - DELASSUS

05. Logitech

Il s'agit d'un concept de calculatrice en braille, spécialement conçue pour les personnes souffrant de déficiences visuelles.

Chaque série de boutons a son propre traitement de surface, ce qui est pratique pour les personnes souffrant d'un handicap visuel.

Designer: Merve Nur Sökmen

06. Midtone

La calculatrice Midtone se présente sous la forme d'un bloc simple avec des boutons ronds et une palette de couleurs unique. L'ensemble de l'interface est propre et raffiné.

La couleur de fond de l'écran LCD est assortie à la couleur de la calculatrice, ce qui confère au produit un aspect rustique et unifié.

Concepteurs: Erdem Selek & Hale Selek

FAQ