Fatto per specifiche: la prossima età della prototipazione come servizio

nell’ultimo decennio, il prezzo per creare un singolo PCB crollettato. E abbiamo ospitato tonnellate di hack con tavole salutando da luoghi come Osh Park o Seed Studio. Ma questo fenomeno non è isolato, e tutti i tipi di servizi di prototipazione una tantum stanno diventando più economici e guardando allo stesso modo di saziare sia l’hobbista e l’ingegnere.

Oggi voglio soffiare il coperchio da alcuni luoghi che offrono servizi di prototipazione meccanica una tantum. Ci vorrò attraverso una storia di come siamo arrivati ​​qui, presentando alcuni nuovi giocatori, e infine evidenziare alcuni importanti compromessi prima di iniziare ad ordinare le parti in alluminio su misura direttamente a casa tua.

Ora vai a prendere i tuoi occhiali di sicurezza ANSI Z87 + e iniziamo.

Le nostre origini PCB.

Poco oltre un decennio fa, ordinare i circuiti stampati (PCBS) è stato un calvario costoso (nay, troppo costoso) per l’hobbista. Ottenere una tavola single fatta ti costerà diverse centinaia di dollari USA nella PCB Fab House. La questione non era il prezzo per scheda. Era il costo di produzione anteriore per spingere la tavola attraverso la fabbrica. Purtroppo, i PCB non sono resi uno-a-a-time. Sono consolidati con altre copie dello stesso PCB su un pannello più grande per semplificare il processo di riqualificazione quando si sposta il design dalla macchina alla macchina nella produzione.

Ma poco dopo, una piccola azienda chiamata Osh Park ha fatto qualcosa di selvaggiamente diverso. Agire come agente centrale, hanno consolidato diversi PCB da vari progettisti su un pannello condiviso e ha inviato invece il design del pannello per la produzione. Il risultato è stato che gli hobbyists potevano ordinare un singolo PCB attraverso OSH Park per una frazione del costo del bisogno di posizionare direttamente un ordine batch. E cosa era una volta un processo professionale è diventato disponibile per l’ingegnere dopo-ore per pochi dollari e qualche settimana di consegna.

Naturalmente, questo processo non è arrivato con tutti i vantaggi di ordinazione diretta. Il sacrificio era che i progettisti PCB avevano bisogno di essere d’accordo su alcune impostazioni di produzione che sarebbero comuni al pannello, come il numero di layer, la dimensione minima del foro, la finitura della superficie del PCB e il colore, che è come abbiamo avuto un inconfondibile soldermask viola di Osh Park. Infine, dal momento che Osh Park aveva bisogno di aggregare abbastanza ordini per inviare un pannello, gli ordini richiederebbero circa due o tre settimane per tornare al cliente. Ma, nonostante i vincoli, lo spazio di progettazione di ciò che è possibile è tremendo, e il prezzo basso ha reso il tempo di attesa extra ne vale la pena per i progetti di hobbyist.

Negli anni che seguirono, altri produttori catturati, specialmente in Cina. E sembrava una gara-tocca per offrire il circuito stampato più economico. Per la prima volta, gli appassionati di elettronica su un budget sono stati in grado di utilizzare gli stessi processi produttivi dei professionisti. Ora, i nomi come JLCPCB, PCB sporchi, studio visto e PCBWay sono piuttosto comuni tra questa comunità di hacker.

Prototipazione come servizio

Molti di noi conosciano la storia sopra. Diamine; Abbiamo vissuto! Ma non si ferma lì. In effetti, qualcosa di simile sta accadendo in altri domini. Altri servizi di produzione stanno aprendo le loro porte a prototipi una tantum che richiedono ordini minimi più elevati e il risultato è che il tuo hackerpace più vicino potrebbe essere interamente virtuale dove le parti vengono ordinate e consegnate a casa tua.

Vale la pena chiedere: dov’è questo accadere? In questo momento, stiamo vedendo queste opzioni emergono da processi di produzione 2D controllati da computer come il taglio del laser, il getto d’acqua e il routing CNC 2D. Il tema comune? Ciascuno di questi processi utilizza strumenti che operano su grandi fogli di magazzino. Il risultato è che, con qualche pre-elaborazione a monte, lotti di ordini possono essere consolidati nello stesso foglio – proprio come lo ha fatto Osh Park. In teoria, questo trucco potrebbe estendersi a qualsiasi processo di produzione in cui il software può incollare insieme gli ordini aggregati in un processo batch.

In questo momento, gli ordini di batching su fogli di materiale azionario condiviso hanno molto senso. Ma con qualche lavoro, è possibile estendere questo concetto ad altri processi. Nel frattempo, è il momento di sfruttare le funzionalità di processo aggiunte che possono essere consegnate alla nostra porta per una frazione del loro prezzo originale.

I giocatori

Facciamo un giro veloce di chi offre i singoli fabbricati direttamente a portata di mano. Penso a che i nostri lettori avranno familiarità con Shapy per la stampa 3D SLS e Ponoko per il taglio laser, quindi lo dividerò per evidenziare alcune altre offerte emergenti.

Taglio laser: SendCutsend

Le frese laser per il taglio dei metalli sono strumenti sorprendenti, ma gli strumenti stessi possono assumere un’impronta significativa in un garage di casa, per non parlare di un’ammaccatura sostanziale nel nostro stipendio! Invece di installare un taglierina laser in metallo e imparare come usarlo da solo, ho iniziato a optare per le opzioni nel catalogo di SendCutsend.

Per i brevi lotti di elementi che ho iniziato a ordinare da SendCutsend, ho avuto parti rimandi a me presto la prossima settimana. La maggior parte delle parti metalliche da SendCutSend ARRIve di default con un bordo caratteristica di massima, ma ho ammorbidito i bordi con un paio di minuti di lana d’acciaio e olio di gomito. Cosa c’è di più, i buchi fatti dalla linea di alluminio di SendCutSend sono tagliati con sufficiente precisione che sono stato in grado di sfruttare i fori con filetti M3x0.5. e se siete particolarmente pigri, SendCutSend sarà anche fare il processo intercettazioni per voi.

Infine, vale la pena notare che SendCutSend applica la compensazione taglio a tutti i loro componenti tagliati al laser. Ciò significa che è possibile inviare in un file DXF che è l’esatta dimensione della vostra parte e il processo di produzione si regola in modo tale che le parti sono tagliati il più vicino alla dimensione nominale più possibile. Se normalmente il lavoro con taglio laser dal vostro negozio locale o la scuola, questa è una abbastanza grande convenienza dal momento che in genere hanno per compensare la geometria DXF per conto per la dimensione del punto del taglio laser.

Cito: il prezzo minimo per le parti da SendCutSend è di $ 30, ma sono stato in grado di ottenere un lotto di 10 di questi elementi realizzati senza alcun aumento di prezzo.

In fibra di carbonio CNC Routing: CNCMadness

Per i costruttori Quadcopter là fuori, parti in fibra di carbonio sono la salsa segreto per fare robusti telai volante che sono sia leggera e rigida. Purtroppo, taglio laser fogli di fibra di carbonio composito è out-of-the-domanda poiché queste lastre, vomitare fumi sgradevoli dai collanti sono fatti da. Lavorazione questi fogli non è solo difficile, poiché in fibra di carbonio mangia attraverso strumenti di taglio normali come carta vetrata, è anche pericoloso, in quanto i detriti fatta dal taglio queste tecniche può essere dannoso per respirare. dal momento che il taglio questo materiale esotico in casa è difficile al meglio, non sarebbe fantastico se potessimo semplicemente ordinare queste parti come un servizio razionalizzato?

Inserisci CNCMadness. Li ho usati nel corso degli anni per tutti i tipi di lastre personalizzati di vari spessori. Normalmente, avrei raggiunto per la fibra di carbonio quando risparmio di peso è un fattore chiave di design. ma fascia di prezzo di CNCMadness è così buono, mi ritrovo a raggiungere per la fibra di carbonio, anche quando il peso non importa. Su un tipico ordine, io di solito ottenere parti (ordinata dagli Stati Uniti) entro la prossima settimana dopo l’ordinazione.

Piastre in fibra di carbonio 6 millimetri dare la mia ol’laser cutter costruire qualche inquadratura.
Infine, vale la pena menzionare: alluminio differenza, che può essere rielaborato con strumenti manuali e anche riciclato per rottami, parti in carbonio sono più di un one-shot affare. Se trovo errori di progettazione, queste parti sono fuori nel cestino, così io di solito cerco di mantenere quel pensiero nella parte posteriore della mia mente, prima di premere il pulsante “buy”.

Altri servizi di produzione:

Alcuni di questi prossimi offrono lettore qualcosa sia nuovo o addirittura di nicchia. Tuttavia, per completezza, sono ancora una menzione la pena dal momento che suggeriscono dove i servizi di prototipazione potrebbero crescere in futuro.

Resina 3D Printing: PCBWay
PCBWay si ramifica e ora offre vari servizi di stampa 3D, tra cui un abile offerta resina trasparente. Mentre è ancora presto, alcuni dei risultati stanno iniziando ad emergere su Twitter, e il caso è convincente per dare loro una prova. Per un produttore che ha avuto il suo nome nei circuiti preparazione di paesaggio hobbisti, è bello vederli diramano mentre anche accenni a come il nostro rapporto con i servizi di prototipazione sta cambiando.

immagine di credito: @PCBWayOfficial

immagine di credito: @PCBWayOfficial

Injection Molding volume basso da IGUS
Immagine di credito: Igus
stampaggio ad iniezione ha generalmente un costo iniziale enorme per la fabbricazione dello stampo. ma IGUS offerte 3D stampi in uno dei loro polimeri speciali che riduce notevolmente l’usura dello stampo e può essere utilizzato per minori volumi a ridurre costi iniziali stampato. Il processo di quotazione è coinvolto, ma questo servizio può essere una risorsa utile da tenere in tasca posteriore.

Fai-da-Quick Compromessi

Proprio come SSL Parco, i servizi di cui sopra fare qualche sacrificio per promettendo quelle veloci offerte parte economica. Ma, naturalmente, in un sacco di casi, questi compromessi non hanno importanza. Tuttavia, vale la pena di essere espliciti circa le tre opzioni che vengono sacrificati: ispezione di design, le specifiche e le tolleranze.

Ispezione design

Prima di tutto, si perde l’ispezione di progettazione. Con servizi di produzione costosi, gli esseri umani in genere ispezionare la fine di assicurarsi che ciò che si sta per avere a fare sia privo di errori lampante. presto nella mia carriera di ingegneria, ho dovuto go-to PCB casa fab punto gentilmente del mio datore di lavoro fuori alcuni di questi glaring errori con il mio disegno PCB, la peggiore delle quali stava lasciando un pezzo di terra testo stampato sullo strato al posto dello strato di serigrafia di rame. avevano hanno reso il mio consiglio così come sono, avrei aspettato due settimane per migliaia-di-dollari di sottobicchieri inutili e forse un boss leggermente infastidito.

Con questi nuovi servizi a basso costo di prototipazione, è improbabile che qualsiasi essere umano interverrà per dirci cosa c’è di sbagliato con il nostro file di disegno. Sarà solo ottenere fatto così com’è. Detto questo, anche se siamo riusciti a ordinare un po ‘di rottami di alluminio, il costo di fare male la prima volta, è molto più economico. Heck, leT ‘Dì che dobbiamo fare più iterazioni del design.

Specifiche speciali

Al prezzo della velocità, questi servizi sacrificano le specifiche. Cioè, non otteniamo tutte le opzioni a nostra disposizione che altrimenti avremmo ottenuto quando ci si quota con un negozio di macchine più tradizionali. Tra questi sacrifici, perdiamo via materiali speciali, finiture superficiali, rivestimenti, trattamenti termici e altri compiti di post-lavorazione come sbavando i bordi taglienti. Se stiamo cercando questi negozi, probabilmente sapevamo di questo compromesso in anticipo, ma vale la pena fare esplicito. Infine, se c’è una tecnica speciale di post-elaborazione di cui hai bisogno, ma non vedi offerto, raggiungili. Potrebbero essere disposti a fare un’eccezione per te a pagamento. E con abbastanza gente che richiede, potrebbe diventare la prossima specifica che stendono.

Tolleranze

Infine, abbiamo compromessi in tolleranze dimensionali. Questo è di gran lunga il compromesso più importante da considerare. La triste realtà sulle parti lavorate è che non saranno mai le dimensioni esatte che specifica il nostro file. Come designer, dobbiamo progettare per questo straniero, assicurando che il nostro design funzioni su una piccola gamma di deviazioni di dimensioni chiamate tolleranze dimensionali.

Con un negozio di macchine di fascia alta, le tolleranze dimensionali sono solo specifiche. È possibile specificare come devono essere esatte le dimensioni della parte, e il negozio cercherà di effettuare la parte all’interno di tali tolleranze, aumentando il prezzo per specifiche più strette. Ma con questi servizi a basso costo, non possiamo specificare come saranno esatte le nostre dimensioni della parte. Invece, elencheranno le tolleranze abbastanza grossolane up-front o non elencheranno completamente le tolleranze di produzione.

Senza tolleranze dimensionali, abbiamo due opzioni. Poiché la maggior parte dei processi sono realizzati con macchine CNC, possiamo probabilmente aspettarci tolleranze relative ragionevoli tra le caratteristiche ma tolleranze leggermente più grossolane su quelle funzionalità stesse. In altre parole, la spaziatura tra due fori potrebbe essere abbastanza stretta, ma la dimensione del foro potrebbe essere un po ‘troppo piccola o troppo grande. Un’opzione qui è semplicemente vivere con queste tolleranze grossolane AS-è e design attorno a loro tale che non hanno importanza.

Se le dimensioni strette della parte sono importanti, l’opzione successiva è quella di eseguire un po ‘di post-elaborazione a casa. Ad esempio, se vogliamo garantire una tolleranza stretta su un piccolo foro, possiamo ordinare parti con i buchi sottodimensibili e poi perforarli a casa noi stessi a una specifica molto più stretta. Questa opzione non è sempre pratica, però. Mentre potrebbe essere a basso costo e facile perforare i fori in alluminio, i materiali di post-elaborazione come la fibra di carbonio possono essere molto più poco pratici poiché richiede strumenti di carburo di specialità per poter praticare senza rapidamente opacizzare il trapano.

Infine, vale la pena notare che anche lo spessore e le tolleranze della planarità non sono disponibili anche le specifiche con questi servizi a basso costo. Questo è particolarmente importante per le parti in plastica tagliata laser in cui il processo di taglio laser la parte può effettivamente causarlo a ordito o arricciarsi leggermente verso l’alto. Tutto ciò detto, una volta che sappiamo di queste limitazioni, possiamo metterli a utilizzare in un modo che produce costantemente parti che soddisfano le nostre aspettative.

Da dove siamo venuti; Dove stiamo andando

Ahimè! Le mie capacità di incisione PCB sono state messe a riposo dal 2013.
Circa un decennio fa, sembrava la comprensione del processo sporco dei PCB di incisione nel tuo garage con cattive sostanze chimiche ti renderebbe l’hacker più bello sul blocco. Ma oggigiorno la parte più sporca dell’artigianato del circuito stampato è stato sostituito con un processo di ordinazione troppo conveniente da trascurare. Ciò che potrebbe essere stato garage è stato ridotto a pochi click. Ma il risultato è stata un’esplosione di progetti hardware che fanno affidamento su ciò che è stato un processo commerciale o boutique per coloro che hanno denaro o pazienza.

Vale la pena chiedere: in che modo la nostra relazione con il design dell’hardware cambierà mentre iniziamo a sfruttare questi servizi per i nostri dopo-ore