Obudowa kalkulatora wykonana w procesie formowania wtryskowego

Obudowa kalkulatora pełni zarówno funkcję estetyczną, jak i użytkową. Chociaż głównym zadaniem obudowy jest ochrona wewnętrznych elementów elektronicznych, niektórzy producenci obudów kalkulatorów wprowadzają elementy konstrukcyjne, które pozwalają na przechowywanie w niej akcesoriów, takich jak ołówek, co widać na przykładzie kalkulatora FLIP.  

Obudowy kalkulatorów wytwarza się głównie z wytrzymałych tworzyw sztucznych, takich jak akrylonitryl-butadien-styren (ABS), polistyren o wysokiej udarności (HIPS) oraz poliwęglan (PC). Poniżej przedstawiono niektóre funkcje obudowy kalkulatora.

• Ochrona: Chroni delikatne elementy elektroniczne wewnątrz urządzenia, takie jak płytka drukowana (PCB) i mikrochipy, przed uszkodzeniami fizycznymi spowodowanymi uderzeniami oraz przed czynnikami środowiskowymi, takimi jak woda i promieniowanie UV. Niektóre modele są wyposażone w przesuwane osłony, które zapewniają dodatkową ochronę ekranu.
• Organizacja: Obudowa została zaprojektowana tak, aby zawierała przegródki na wyświetlacz, klawiaturę i akumulator. Sztywna rama utrzymuje te elementy na miejscu, zapobiegając przypadkowym uszkodzeniom spowodowanym uderzeniami oraz zwarciom.
• Użyteczność: Zapewnia stabilną podstawę dla elastycznych przełączników, umożliwiając wygodne i precyzyjne wielokrotne naciskanie.
• Trwałość: Obudowy kalkulatorów są produkowane tak, aby wytrzymały codzienne zużycie oraz chroniły delikatne elementy wewnętrzne przed uciskiem i upadkami.

Wymagania klienta

Producent kalkulatorów wprowadzał na rynek nowy produkt o unikalnej, zakrzywionej konstrukcji i zwrócił się do firmy First Mold z prośbą o pomoc w produkcji obudowy. Był to wyjątkowy kalkulator z dwoma ekranami, przeznaczony do użytku biznesowego. Poszukiwali renomowanej firmy, która mogłaby zaprojektować precyzyjne formy do tego projektu, a firma First Mold została im gorąco polecona.

Kierownik produkcji w firmie First Mold, Bowen Huang, z wielką przyjemnością oprowadził klienta po poszczególnych sekcjach fabryki. Producent otwarcie wyraził swoje zadowolenie i przystąpił do przedstawienia szczegółowych wymagań dotyczących produkcji obudów kalkulatorów.

Ze względu na niewielką krzywiznę konstrukcji klient przywiązywał dużą wagę do zapewnienia równowagi między wydajnością a trwałością przy jednoczesnym utrzymaniu masy na poziomie około 150 gramów (0,33 funta). Najważniejsze wymagania określone przez niego w projekcie obejmują:

• Całkowita waga produktu: od 125 g do 150 g
• Grubość ścianki: od 1,0 mm do 1,5 mm
• Obróbka powierzchni: sitodruk
• Tolerancja wymiarowa: ±0,1 mm
• Tolerancja montażowa: ±0,03 mm
• Wydajność produkcji seryjnej: ≥98%

Wyzwania i rozwiązania

Wytwarzanie form do produktów o zakrzywionych powierzchniach jest trudniejsze w porównaniu z produktami o powierzchniach płaskich. Wymaga to wysokiej precyzji, specjalistycznej obróbki oraz pracochłonnych działań ze strony wykwalifikowanych inżynierów. Aby sprostać temu wyzwaniu, firma First Mold musiała skorzystać z zaawansowanego oprogramowania CAD oraz 5-osiowej obróbki CNC w celu wykonania stalowej formy do produkcji obudowy kalkulatora.

Po zakończeniu produkcji powierzchnia gotowej formy wymagała bardzo dokładnego wypolerowania, aby zapewnić, że produkt końcowy będzie miał czyste, gładkie wykończenie, gotowe do sitodruku.

Głównym materiałem wykorzystanym w tym projekcie był ABS, który zazwyczaj wykazuje współczynnik skurczu formierskiego wynoszący od 0,4% do 0,7%, w zależności od gatunku i warunków przetwarzania. Inżynierowie z firmy First Mold musieli uwzględnić ten skurcz podczas produkcji formy na obudowę kalkulatora, aby uniknąć wad takich jak wypaczenie.

Produkcja obudów kalkulatorów do montażu typu „snap-fit”

Klient chciał, aby górna i dolna obudowa były połączone na krawędziach za pomocą zatrzasków. Oprócz połączenia zatrzaskowego producent poprosił o zastosowanie wkrętów samogwintujących, które zapewniłyby dodatkowe mocowanie, gwarantujące szczelne i trwałe uszczelnienie oraz ochronę elementów wewnętrznych.

Połączenia zatrzaskowe wymagają precyzyjnych tolerancji formowania. Jeśli tolerancje są zbyt wąskie, montaż części będzie utrudniony. Z drugiej strony, jeśli tolerancje są zbyt luźne, połączenie będzie słabe, co spowoduje powstanie szczelin, przez które może przedostawać się wilgoć i uszkodzić delikatne wewnętrzne elementy elektroniczne.

Głównym wyzwaniem związanym z konstrukcją zatrzaskową jest koncentracja naprężeń na ramieniu zatrzaskowym (belce wspornikowej), co może spowodować pęknięcie zatrzasku podczas montażu. Aby uniknąć takiej sytuacji i zapewnić długotrwałą wytrzymałość produktu, inżynierowie firmy First Mold dodali zaokrąglenia (zaokrąglone narożniki) u podstawy wspornika w celu rozłożenia naprężeń, co doprowadziło do zwiększenia wytrzymałości.

Innym rozwiązaniem zastosowanym przez inżynierów z firmy First Mold w celu zwiększenia wytrzymałości połączenia zatrzaskowego było zwężenie belki wspornikowej, co pozwoliło zmniejszyć zużycie materiału i obniżyć naprężenie szczytowe. Zespół wykorzystał zaawansowane oprogramowanie, aby uzyskać idealne dopasowanie podczas produkcji obudowy kalkulatora, zamiast polegać na metodzie prób i błędów z wykorzystaniem wielu prototypów.

Projektowanie obudowy kalkulatora z myślą o lekkości

Obudowa kalkulatora stanowi od 70% do 90% całkowitej masy i objętości. Chociaż wybrany przez klienta materiał (ABS) jest zazwyczaj najczęściej stosowany w elektronice użytkowej ze względu na swoją stosunkowo niewielką masę, konieczne było ponowne przemyślenie projektu z myślą o zmniejszeniu masy. Zmniejszenie zużycia materiału podczas produkcji obudowy kalkulatora przyczyni się do obniżenia całkowitej masy urządzenia.

Inżynierowie z firmy First Mold postanowili utrzymać grubość ścianek na poziomie 1,0 mm. Aby zapewnić funkcjonalność konstrukcyjną tak cienkich ścianek, wzmocniono je żebrami. W celu uzyskania najlepszego wyniku orientację żeberek ustalono za pomocą oprogramowania symulacyjnego. Żebra pełniły nie tylko funkcję wsparcia konstrukcyjnego, stąd konieczność dokładniejszego planowania. Inne role pełnione przez żebra to między innymi:

• Zwiększona sztywność: Konstrukcja z żebrami zapewniła kalkulatorowi sztywność i odporność na wyginanie. Innymi słowy, kalkulator nie pęknie pod wpływem zgięcia, co znacznie zwiększa jego trwałość.
• Mocowanie elementów: Żebra zostały zaprojektowane z uwzględnieniem miejsc, w których będą umieszczone różne elementy wewnętrzne, w tym panele przycisków, płytki drukowane i baterie, zapewniając ich bezpieczne zamocowanie.
• Zapobieganie usterkom: Cienkie ścianki są podatne na wady, takie jak wypaczenia oraz wgłębienia, czyli widoczne zagłębienia na powierzchni. Zastosowanie żeber pozwoliło firmie First Mold na wykonanie cieńszych i bardziej jednolitych ścianek.

Połączenie cienkich ścianek i przemyślanej konstrukcji żebrowania pozwoliło zespołowi First Mold stworzyć obudowę kalkulatora, która była niezwykle lekka, a jednocześnie nie traciła na wytrzymałości konstrukcyjnej. Dzięki lekkiej konstrukcji obudowy kalkulatora całkowita waga produktu po zmontowaniu wszystkich elementów nie przekroczyła 150 gramów.

Osiągnięcie wydajności produkcji seryjnej na poziomie ≥98%

Aby umożliwić ucieczkę uwięzionego powietrza, zapobiec niepełnemu napełnieniu formy oraz powstawaniu śladów przypalenia, konieczne było przemyślane rozmieszczenie wlotów oraz strategia wentylacji, zwłaszcza na końcu ścieżki przepływu. Inżynierowie z firmy First Mold zastosowali kanały chłodzące dopasowane do kształtu formy, aby utrzymać równomierną temperaturę formy, co pozwoliło ograniczyć wypaczenia, skurcz oraz skrócić czas cyklu.

Zespół inżynierów firmy First Mold opracował szczegółową dokumentację procesową, obejmującą wytyczne dotyczące projektowania, wstępnej konfiguracji, produkcji, konserwacji i napraw. Dokument ten pomaga producentowi obudów kalkulatorów zoptymalizować proces produkcyjny w celu osiągnięcia wydajności produkcji seryjnej na poziomie ≥98%.

Dlaczego produkcja wyrobów o zakrzywionych kształtach stanowi wyzwanie?

Wyroby o zakrzywionych kształtach są zazwyczaj bardziej podatne na odkształcenia podczas chłodzenia, zwłaszcza jeśli grubość ścianek nie jest jednolita. Dlatego dla firmy First Mold ważne było utrzymanie stałej grubości ścianek wzdłuż całej krzywej. Nierównomierność grubości prowadzi do nierównomiernego chłodzenia, co może powodować zapadanie się grubszych obszarów, podczas gdy cieńsze obszary chłodzą się zbyt szybko.

Elementy zakrzywione mają również tendencję do ‘przywierania’ do wnęki formy silniej niż elementy o prostych ściankach. Utrudnia to ich wyrzucanie, co wiąże się ze zwiększonym ryzykiem uszkodzenia lub zarysowania elementów zakrzywionych.

W projekcie obudowy kalkulatora klienta ścianki wokół ekranów i klawiatury były nieco cieńsze. Aby zapobiec potencjalnym wadom wynikającym z nierównomiernego chłodzenia, inżynierowie firmy First Mold zoptymalizowali układ chłodzenia formy przy użyciu oprogramowania do analizy przepływu w formach (Mold Flow Analysis), co pozwoliło zmniejszyć naprężenia wewnętrzne.

Co zyskał klient dzięki rozwiązaniom First Mold

Pierwszą i najważniejszą korzyścią, jaką klient odniósł dzięki współpracy z firmą First Mold, było skrócenie czasu realizacji zamówienia. Klient otrzymał gotowe zestawy form produkcyjnych w ciągu 21 dni wraz ze szczegółową dokumentacją zawierającą wskazówki dotyczące optymalizacji procesu.

Wykonanie stalowej formy jest kosztowne. Koszt rośnie wraz ze złożonością projektu. Stalowa forma o zakrzywionych powierzchniach w naturalny sposób podnosi koszty oprzyrządowania, ponieważ jej wykonanie wymaga specjalistycznego oprzyrządowania i dodatkowej siły roboczej. Jednak firma First Mold zrealizowała projekt klienta w ramach jego budżetu, stosując zasady projektowania pod kątem możliwości produkcyjnych oraz wykorzystując zaawansowane technologie, takie jak 5-osiowa obróbka CNC i oprogramowanie CAD.

Oprócz dostarczenia gotowych form umożliwiających identyczne odtworzenie projektu obudowy kalkulatora zgodnie z rysunkiem technicznym klienta, inżynierowie firmy First Mold udzielili wskazówek technicznych dotyczących orientacji i rozmieszczenia żeberek w celu uzyskania optymalnych właściwości konstrukcyjnych.

Inżynierowie firmy First Mold zapewnili zespołowi klienta wsparcie w zakresie efektywnego korzystania z maszyny. Nawet po dostawie zespół nadal wspierał klienta w ramach obsługi posprzedażowej, aby zapewnić sprawne działanie formy i optymalną produkcję obudów kalkulatorów.

Połączenie zoptymalizowanego procesu produkcyjnego, wdrożenia zasad projektowania pod kątem możliwości produkcyjnych oraz zapewnienia wsparcia w zakresie konserwacji i napraw gwarantuje klientowi utrzymanie optymalnej produkcji obudów kalkulatorów przy minimalnych przestojach. Z czasem pozwoli to na zwrot początkowej inwestycji w stalowe oprzyrządowanie.

Kreatywny projekt obudowy kalkulatora

Wierzymy, że niektórzy z Was śledzący naszą firmę są projektantami produktów. Zebraliśmy kilka przykładów obudów kalkulatorów, aby podzielić się nimi z wami.

01. MINUS

MINUS to prosty kalkulator koncepcyjny, który w prosty sposób zmienia formę kalkulatora.

Czysty wygląd i zaokrąglone przyciski numeryczne nadają kalkulatorowi zupełnie nową formę.

Projektant: Telekes - Design

02. FLIP

FLIP to koncepcja kalkulatora, która pozwala użytkownikom chronić urządzenie przed kurzem lub innymi uszkodzeniami, gdy nie jest używane, jednocześnie utrzymując porządek na biurku dzięki unikalnej formie.

Konstrukcja w kształcie dysku jest łatwa do czyszczenia.

Projektant: Jaewan - Park

03. Neumorator

Projektant: Jinwook Lee

Ten minimalistyczny i stylowy kalkulator posiada antypoślizgową, czarną tylną obudowę zapewniającą wygodę użytkowania. Półprzezroczysta powłoka ujawnia kolor przycisków znajdujących się pod spodem. Produkt wyróżnia się dwoma sekretnymi detalami: kolorowymi przyciskami pod silikonową osłoną oraz dwoma rodzajami przycisków.

04. SpaceBar

Duża spacja na klawiaturze przyciągnęła uwagę projektanta i została zastosowana w tym kalkulatorze, w wyniku czego powstał kalkulator z powiększoną spacją.

Kalkulator ten wykorzystuje trzy proste kolory - czarny, biały i szary - nadając mu stylowy wygląd.

Projektant: Elodie - DELASSUS

05. Logitech

Jest to projekt koncepcyjny kalkulatora brajlowskiego, zaprojektowanego specjalnie dla osób z wadami wzroku.

Każdy zestaw przycisków ma unikalną obróbkę powierzchni, zapewniając wygodę osobom z wadami wzroku.

Projektant: Merve Nur Sökmen

06. Midtone

Kalkulator Midtone ma prosty blokowy kształt z okrągłymi przyciskami i jednym schematem kolorów. Cały interfejs jest czysty i wyrafinowany.

Kolor tła ekranu LCD pasuje do koloru kalkulatora, nadając produktowi rustykalny i jednolity wygląd.

Projektanci: Erdem Selek & Hale Selek

FAQ