Feito à especificação: a idade próxima de prototipagem como um serviço

na última década, o preço para fazer um único PCB despencou. E nós apresentamos toneladas de hacks com placas chamando-se de lugares como osh park ou viu studio. Mas esse fenômeno não é isolado, e todos os tipos de serviços de prototipagem única estão se tornando mais baratos e olhando para saciar tanto o calor quanto o engenheiro.

Hoje, quero explodir a tampa de alguns lugares que oferecem serviços de prototipagem mecânicos de um off. Vou nos levar através de alguma história de como chegamos aqui, introduzindo alguns novos jogadores, e finalmente destacam algumas tradefas importantes antes de começar a encomendar peças de alumínio sob medida diretamente à sua porta.

Agora vá pegar seus óculos de segurança ANSI Z87 + e vamos começar.

Nossas origens do PCB.

Há pouco mais de uma década, ordenando que as placas de circuito impresso (PCBs) fosse uma provação cara (nay, muito cara) para o hobbyist. Obter uma única placa feita custaria várias centenas de dólares no PCB Fab House. A questão não era o preço por placa. Foi o custo de fabricação de frente para empurrar a placa através da fábrica. Infelizmente, os PCBs simplesmente não são feitos um-momento. Eles são consolidados com outras cópias do mesmo PCB em um painel maior para simplificar o processo de fixação ao mover o design da máquina para a máquina na fabricação.

Mas logo depois, uma pequena empresa chamada Osh Park fez algo descontroladamente diferente. Agindo como agente médio, eles consolidaram diferentes PCBs de vários designers em um painel compartilhado e enviaram esse design de painel para fabricação. O resultado foi que os amadores podiam pedir um único PCB através do Parque Osh para uma fração do custo de necessidade de colocar uma ordem de lote diretamente. E o que uma vez um processo profissional ficou disponível para o engenheiro pós-hora por alguns dólares e algumas semanas de chumbo.

Claro, esse processo não veio com todas as vantagens do pedido direto. O sacrifício foi que os designers de PCB precisavam concordar com algumas configurações de fabricação que seriam comuns ao painel, como a contagem de camadas, tamanho mínimo do furo, acabamento de superfície do PCB e cor, que é como temos a solda roxa inconfundível do Osh Park. Finalmente, uma vez que o OSH Park precisava agregar pedidos suficientes para enviar um painel, pedidos levaria cerca de duas a três semanas para voltar ao cliente. Mas, apesar das restrições, o espaço de design do que é possível é tremendo, e o baixo preço fez o tempo extra de espera vale a pena para projetos de hobbyist.

Nos anos que se seguiram, outros fabricantes capturaram, especialmente na China. E parecia uma corrida para baixo para oferecer a placa de circuito de quantidade mais barata. Pela primeira vez, os hobbyistas eletrônicos em um orçamento foram capazes de usar os mesmos processos de fabricação que os profissionais. Agora, nomes como JLCPCB, PCBs sujos, viu studio e PCBway são bastante comuns entre esta comunidade de hackers.

Prototipagem como um serviço

Muitos de nós sabem a história acima. Diabos; Nós vivemos através dele! Mas não pára por aí. De fato, algo semelhante está acontecendo em outros domínios. Outros serviços de fabricação estão abrindo suas portas para protótipos one-off que usados ​​para exigir pedidos mínimos mais altos, e o resultado é que o seu hackerpace mais próximo poderia ser inteiramente virtual onde as peças são ordenadas e entregues à sua porta.

Vale a pena perguntar: onde isso está acontecendo? Agora, estamos vendo essas opções emergem de processos de fabricação controlados por computador 2D, como corte a laser, jetting de água e roteamento 2D CNC. O tema comum? Cada um desses processos usa ferramentas que operam em grandes folhas de material de estoque. O resultado é que, com alguns pré-processamento a montante, os lotes de pedidos podem ser consolidados na mesma folha – como o OSH PARK fez. Em teoria, este truque pode se estender a qualquer processo de fabricação onde o software pode colar juntos pedidos agregados em um processo de lote.

Neste momento, ordens de lotes em folhas de material de estoque compartilhado faz muito sentido. Mas, com algum trabalho, é possível estender este conceito a outros processos. Enquanto isso, é hora de aproveitar as capacidades de processo adicionadas que podem ser entregues à nossa porta por uma fração do seu preço original.

Os jogadores

Vamos fazer um passeio rápido de quem está entregando singles fabricados diretamente para a sua porta. Eu penso em que nossos leitores estarão familiarizados com shapeways para o SLS 3D Imprimindo e Ponoko para o corte a laser, então eu vou orientá-los para destacar algumas outras ofertas de alta e chegada.

Corte a laser: sendcutsend

Os cortadores de laser para cortar metais são ferramentas incríveis, mas as próprias ferramentas podem assumir uma pegada significativa em uma garagem em casa – para não mencionar fazendo um dente substancial em nosso salário! Em vez de instalar um cortador de laser de metal e aprender a usá-lo, eu comecei a optar por opções no catálogo do SendutSend.

Para os breves lotes de itens que eu comecei a pedir a partir do SendutSend, eu tive peças enviadas de volta para mim no início da próxima semana. A maioria das peças de metal do Sendcutsend ArriPor padrão com uma borda áspera característica, mas eu suavizei essas bordas com alguns minutos de lã de aço e graxa de cotovelo. Além disso, os buracos feitos da linha de alumínio do Sendcutsend são cortados precisamente o suficiente para que eu tenha sido capaz de tocar os buracos com segmentos M3x0.5. E se você é especialmente preguiçoso, o Sendcutsend até mesmo fará o processo de tocação para você.

Finalmente, vale a pena notar que o Sendcutsend aplica a compensação de Kerf a todas as suas partes de corte a laser. Isso significa que você pode enviar um arquivo DXF que é o tamanho exato da sua parte e o processo de fabricação irá ajustar tal que as partes são cortadas o mais próximo possível do tamanho nominal. Se você normalmente trabalha com cortadores laser fora de sua loja ou escola local, essa é uma grande conveniência, uma vez que geralmente temos que compensar a geometria DXF para explicar o tamanho do ponto do cortador a laser.

Vou mencionar: o preço mínimo para peças do Sendcutsend é de US $ 30, mas consegui um lote de 10 das peças acima feitas sem qualquer aumento de preço.

Roteamento de CNC de fibra de carbono: CNCmadness

Para os construtores quadcopter lá fora, as fibras de carbono são o molho secreto para fazer quadros de vôo resistentes que são leves e duros. Infelizmente, o laser cortando as folhas de fibra de carbono composto é fora da questão, uma vez que essas folhas vomitarão fumos desagradáveis ​​das colas que são feitas. A usinagem também não é apenas difícil, já que a fibra de carbono come através de ferramentas de corte normais como a lixa, é também perigoso, uma vez que os detritos feitos de cortar essas folhas podem ser prejudiciais para respirar. Desde que cortam este material exótico em casa é difícil na melhor das hipóteses, não seria ótimo se pudéssemos simplesmente pedir essas partes como um serviço simplificado?

Digite o CNCmadness. Eu os usei ao longo dos anos para todos os tipos de placas personalizadas de várias espessuras. Normalmente, eu alcançaria fibra de carbono ao salvar o peso é uma consideração chave de design. Mas a faixa de preço do cncmadness é tão boa, eu vou me encontrar alcançando a fibra de carbono, mesmo quando o peso não importa. Em uma ordem típica, geralmente vou obter peças (ordenadas a partir dos EUA) na próxima semana após a encomenda.

Placas de fibra de carbono de 6mm dão ao meu cortador a laser de ol ‘construir algum enquadramento.
Finalmente, vale a pena mencionar: Ao contrário do alumínio, que pode ser retrabalhado com ferramentas manuais e até reciclado para sucata, as fibras de carbono são mais de um acordo único. Se eu encontrar erros de design, essas partes estão desligadas para o lixo, então eu costumo tentar manter esse pensamento na parte de trás da minha mente antes de bater no botão “comprar”.

Outros serviços de fabricação:

Alguns desses próximos jogadores oferecem algo novo ou bastante nicho. No entanto, pela completude, eles ainda valem uma menção, pois sugerem onde os serviços de prototipagem poderiam crescer no futuro.

Resina 3D Impressão: PCBway
O PCBway está se ramificando e agora oferecendo vários serviços de impressão 3D, incluindo uma oferta de resina clara bacana. Embora ainda seja cedo, alguns dos resultados estão começando a surgir no Twitter, e o caso é convincente para experimentá-lhes. Para um fabricante que recebeu seu nome na paisagem de hobbyist que faz placas de circuito, é bom vê-los ramificadas enquanto ele também sugere como nosso relacionamento com os serviços de prototipagem está mudando.

Crédito da imagem: @pcbwayofficial

Crédito da imagem: @pcbwayofficial

Moldagem por injeção de baixo volume da IGUs
Crédito da imagem: igus
A moldagem por injeção geralmente tem um tremendo custo antecipado para fabricar o molde. Mas a IGUs oferece moldes impressos 3D feitos de um de seus polímeros de especialidade que reduz significativamente o desgaste no molde e podem ser usados ​​para volumes inferiores a custos mais baixos. O processo de citação está envolvido, mas esse serviço pode ser um recurso útil para manter no bolso traseiro.

Tradeoffs rápidos

Assim como osh Park, os serviços acima fazem alguns sacrifícios para prometer as ofertas de partida econômica rápida. Mas, claro, em muitos casos, essas compensações não importam. No entanto, vale a pena ser explícito sobre as três opções que são sacrificadas: inspeção de design, especificações e tolerâncias.

Inspeção de design

Primeiramente, perdemos inspeção de design. Com serviços de fabricação caros, os humanos normalmente inspecionarão seu pedido para garantir que você está prestes a fazer é livre de erros gritantes. No início da minha carreira de engenharia, eu tive a casa fab do PCB do meu empregador, apontando alguns desses brilhantes erros com o design do meu PCB, o pior dos quais estava deixando algumas terras de texto impressas na camada de cobre em vez da camada de cobre. Se eles fizessem meu conselho como é, eu teria esperado duas semanas por milhares de dólares em montanhas inúteis e talvez um chefe levemente irritado.

Com esses novos serviços de prototipagem de baixo custo, é improvável que qualquer humano intervene para nos dizer o que há de errado com nosso arquivo de design. Isso só será feito como é. Dito isto, mesmo que pedimos algum alumínio de sucata, o custo de fazer errado a primeira vez é muito mais barato. Heck, le.T’s apenas dizer que conseguimos fazer mais iterações de design.

Especificações especiais

No preço da velocidade, essas especificações de sacrifício de serviços. Ou seja, não recebemos todas as opções disponíveis para nós que, de outra forma, obteríamos quando citando uma oficina mais tradicional. Entre esses sacrifícios, perdemos materiais especializados, acabamentos de superfície, revestimentos, tratamentos térmicos e outras tarefas de pós-processamento, como rebarbentar as bordas afiadas. Se estamos procurando essas lojas, provavelmente sabíamos sobre essa troca de antemão, mas vale a pena explicar. Finalmente, se houver alguma técnica especial de pós-processamento que você precisa, mas não vê oferecida, estenda a mão para eles. Eles podem estar dispostos a fazer uma exceção para você por uma taxa. E com pessoas suficientes perguntando, pode se tornar a próxima especificação que eles lançam.

Tolerâncias

Finalmente, temos tradeoffs em tolerâncias dimensionais. Este é, de longe, a troca mais importante a considerar. A triste realidade sobre peças usinadas é que eles nunca serão as dimensões exatas que nosso arquivo especifica. Como designers, precisamos projetar para este peculiar, certificando-se de que nosso design funcione com uma pequena variedade de desvios de tamanho chamados tolerâncias dimensionais.

Com uma loja de máquinas high-end, as tolerâncias dimensionais são apenas especificações. Você pode especificar como as dimensões da peça precisam ser, e a loja tentará fazer a parte dentro dessas tolerâncias, aumentando o preço para especificações mais apertadas. Mas com esses serviços de baixo custo, não podemos especificar como serão as dimensões da nossa parte. Em vez disso, eles vão listar tolerâncias bastante grosseiras na frente, ou não listarão nenhuma tolerância de fabricação.

Sem tolerâncias dimensionais, temos duas opções. Como a maioria dos processos é feita de máquinas CNC, provavelmente podemos esperar tolerâncias relativas razoáveis ​​entre as características, mas tolerâncias ligeiramente mais grosseiras sobre essas características. Em outras palavras, o espaçamento entre dois buracos pode ser bastante apertado, mas o tamanho do buraco pode ser um pouco pequeno demais ou muito grande. Uma opção aqui é simplesmente viver com essas tolerâncias grossas como – é e projetar em torno deles, de modo que eles não importam.

Se as dimensões da parte apertada são importantes, a próxima opção é fazer algum pós-processamento em casa. Por exemplo, se quisermos garantir uma tolerância apertada em um pequeno buraco, podemos encomendar peças com buracos menosprezos e depois os arrancar em casa para uma especificação muito mais apertada. Esta opção nem sempre é prática, no entanto. Embora possa ser de baixo custo e fácil de perfurar furos de alumínio, os materiais de pós-processamento, como a fibra de carbono, pode ser muito mais impraticável, pois requer ferramentas de carboneto de especialidade para perfurar rapidamente a broca.

Finalmente, vale a pena notar que as tolerâncias e tolerâncias de tallidez também não estão disponíveis com esses serviços de baixo custo também. Isso é especialmente importante para as peças de plástico cortadas a laser, onde o processo de laser cortando a parte pode realmente levá-lo a desviar ou se enrolar ligeiramente. Tudo o que dizia, uma vez que sabemos sobre essas limitações, podemos colocá-los para usar de uma forma que consistentemente produza partes que atendam às nossas expectativas.

De onde viemos; Para onde estamos indo

Ai! Minhas habilidades de gravação de PCB foram colocadas em repouso desde 2013.
Cerca de uma década atrás, parecia entender o processo sujo de pcbs de gravação em sua garagem com produtos químicos desagradáveis ​​faria de você o hacker mais legal no bloco. Mas hoje em dia a parte mais suja do ofício da placa de circuito foi substituída por um processo de encomenda que é muito conveniente para ignorar. O que pode ter sido a feitiçaria de garagem foi reduzida a alguns cliques de distância. Mas o resultado tem sido uma explosão de projetos de hardware que todos confiam no que costumava ser um processo comercial ou boutique para aqueles com dinheiro ou paciência.

Vale a pena perguntar: Como o nosso relacionamento com o design de hardware vai mudar quando começamos a alavancar esses serviços para o nosso ano após horas

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