Recursos de fabricación para la electrónica de consumo

Cada enero, en el CES de Las Vegas se presentan las últimas innovaciones en electrónica de consumo. Al ser la mayor exposición anual del mundo sobre electrónica de consumo, se exhiben infinidad de dispositivos y artilugios, con todos los chips electrónicos, placas, circuitos y conexiones que incorporan.

Pero todos estos componentes necesitan un armazón —smartphones, portátiles, tabletas, auriculares inalámbricos, dispositivos del IoT y muchos otros dispositivos electrónicos—, compuesto por cajas, consolas, botones, lentes, accesorios, placas internas, carcasas y otros elementos. Como estas piezas suelen fabricarse en plástico, este es el material más habitual, aunque en ocasiones también se fabrican en chapa (véase el cuadro a la derecha más adelante).

En este artículo se explica cómo mejorar las piezas y los productos que se diseñan para el sector de la electrónica de consumo y la informática. Veremos:

• cómo destacar los productos en el mercado, satisfacer las necesidades de los consumidores y, en algunos casos, reducir los costes de producción gracias a la personalización;
• los materiales más habituales y los motivos para usarlos;
• diversas estrategias de creación de prototipos durante el desarrollo;
• cómo desarrollar productos rápidamente para su comercialización con la ayuda de los recursos de la fabricación digital.

Un enfoque personalizado

Los diseñadores e ingenieros pueden comprar componentes fabricados en serie. El problema es que lo único que diferencia los productos básicos es el precio, y esto puede tener consecuencias devastadoras para los beneficios. Aunque el dispositivo o producto tenga un diseño o una tecnología poco común, se perderá entre un amplio abanico de productos similares, y de nada servirá que le pegue una etiqueta anunciando la diferencia entre su innovadora solución y la de la competencia.

La personalización es una forma de no caer en el rodillo homogeneizador de los productos de consumo, al facilitar el desarrollo de productos diferenciados que funcionan mejor y más rápido, duran más, reducen el coste de montaje y son más fáciles de usar. Estos productos consiguen destacar del resto. La carcasa y otras piezas externas, que es lo que ve el usuario, ayudan a distinguir el producto y mostrar su singularidad. Apple, por ejemplo, ha hecho de esto una parte clave de su estrategia de marketing y presta mucha atención a todas las facetas de sus productos, incluido el aspecto estético. Nos guste o no, los consumidores suelen elegir en función de la apariencia, es decir, prefieren la forma a la función.

Se fabrican productos electrónicos de consumo de muchas formas, estructuras y tamaños. Por ejemplo, aquí se muestra un minúsculo componente para auriculares inalámbricos en distintas etapas de desarrollo: una primera versión del modelo CAD (izquierda), un prototipo que incluye las modificaciones recomendadas por nuestro análisis de fabricabilidad del diseño (DFM) (centro) y la pieza de producción final, que incorpora unos últimos retoques en el diseño (derecha)

Obviamente, desarrollar un componente personalizado exige un mayor trabajo de diseño que simplemente elegir una pieza de un catálogo. Sin embargo, existen formas de obtener las ventajas de la personalización simplificando el desarrollo, minimizando los retrasos y controlando el coste. Esto es cierto para los componentes de plástico, tanto moldeados como mecanizados.

Gracias a la personalización del diseño se pueden combinar diferentes componentes en una sola pieza moldeada o mecanizada. Esto elimina los posibles puntos de fallo y simplifica el montaje. Los componentes se pueden diseñar para aprovechar mejor el espacio o tener un formato más compacto. Los conectores se pueden colocar en el lugar necesario para eliminar pasos en el montaje. Los paneles personalizables reducen los costes de utillaje y facilitan soluciones adaptadas a las necesidades del cliente.

Otro método que se puede utilizar, al menos en una fase temprana de la creación de prototipos, es la impresión 3D industrial (conocida también como fabricación aditiva), que puede eliminar la necesidad de fabricar varios componentes.

Dicho esto, si se elige el moldeo por inyección, los diseñadores suelen utilizar dos métodos de personalización: el moldeo por inserción y el sobremoldeo.

Con el moldeo por inserción se pueden incorporar a las piezas de plástico pequeños elementos metálicos, como conectores, soportes, limitadores de compresión o roscas finas que no se podrían mecanizar fácilmente en una pieza moldeada, lo que aumenta la flexibilidad del diseño. Estos elementos pueden proteger los paneles, puertas o soportes para que no sufran daños durante las reparaciones. El moldeo por inserción también puede añadir resistencia y durabilidad a las piezas. Veamos un ejemplo de moldeo por inserción. Este caso se trata más bien de un producto comercial y no de electrónica de consumo. El contratista del gobierno Harris Corporation hace poco utilizó el moldeo por inserción para fabricar accesorios de plástico personalizables para placas de circuitos, lo que supuso una reducción de los costes de producción.

El sobremoldeo —la capacidad de poner una capa de resina sobre otra— es un ejemplo perfecto de cómo combinar lo que serían varias piezas en una sola. Se suele utilizar como efecto estético o para aplicar un material suave sobre uno más duro en asideros o para amortiguar impactos. Recientemente Triax Technologies usó el sobremoldeo para crear la carcasa de plástico de un dispositivo «wearable» con IoT.

Además, las opciones de acabado o posprocesado son otra forma de personalizar los productos o diferenciarse de la competencia (por ejemplo, utilizando el color corporativo en sus productos, añadiendo una marca o textura a la pieza, etc.).

El fresado de plástico es una opción usada habitualmente para la fabricación de productos electrónicos de consumo, como se ve en este ejemplo.

Consideraciones sobre materiales para la fabricación de productos electrónicos de consumo 

La selección del material es importante porque ayuda a reducir costes, aportar durabilidad a las piezas, mejorar la ergonomía y ofrecer otras ventajas funcionales. Como ya hemos comentado, el plástico domina este sector. En este sentido, es muy importante tener en cuenta el tipo de plástico o material. Las resinas de uso general, como el ABS y el policarbonato (PC), son duraderas y económicas e ideales para fabricar diferentes componentes, como cajas y consolas. En nuestros hogares podemos encontrar infinidad de productos fabricados con ABS, PC y una mezcla de ambos. Otras resinas ofrecen características específicas.

• Los materiales transparentes como el policarbonato, el acrílico, el poliestireno o la silicona líquida (LSR) son ideales para lentes y pantallas.
• Las resinas de ingeniería pueden aumentar su tolerancia al calor o conductividad añadiendo fibra de vidrio o polvos cerámicos.
• Los materiales conductores de la electricidad pueden proporcionar una conexión a tierra o blindaje en la propia carcasa.
• Los materiales flexibles como los elastómeros, LSR, polipropileno o polietileno son ideales para fabricar mangos, botones o protecciones contra golpes.

Además del plástico, el aluminio también se utiliza con frecuencia en esta industria. Este material se puede mecanizar para crear carcasas, soportes u otras piezas metálicas que deben ofrecer una alta resistencia y un bajo peso. Consulte nuestra práctica guía comparativa de materiales.

Creación de prototipos para productos electrónicos de consumo

La creación de prototipos representa gran parte del tiempo y el esfuerzo necesarios para diseñar una pieza a medida, pero también proporciona gran parte de los beneficios. La creación de prototipos permite perfeccionar el diseño y probar el montaje, así como experimentar con diferentes materiales para obtener exactamente la funcionalidad que se busca.

La impresión 3D industrial (o fabricación aditiva) se utiliza a menudo para crear prototipos funcionales, aunque debido a su coste los diseñadores suelen pasarse al moldeo por inyección para los prototipos posteriores y también para la producción. El mecanizado CNC como método de creación de prototipos no ofrece una selección tan amplia de materiales como el moldeo ni proporciona tanta información sobre la fabricabilidad, pero permite producir un pequeño número de prototipos de forma rápida y económica.

En etapas posteriores de la creación de prototipos, el moldeo por inyección ofrece una mayor variedad de resinas y permite confirmar si un diseño se puede fabricar. Además, es un sistema económico si se necesita producir un mayor número de piezas para pruebas o producción.

Los moldes multicavidad y familiares son excelentes formas de acelerar el desarrollo iterativo. Son métodos probados que se utilizan para aumentar la eficiencia una vez que se empiezan a moldear los prototipos o se inicia la producción. Los moldes multicavidad pueden producir piezas idénticas con cada ciclo de inyección, pero se pueden modificar en función del tamaño de las piezas, la complejidad y los costes de los moldes adicionales. Esto acelera la producción y reduce los costes. Los moldes familiares pueden producir varias piezas diferentes usando la misma resina en un solo ciclo de producción, pero esto solo funciona en piezas de formas y tamaños parecidos. Y si todavía no ha elegido el material definitivo, en muchos casos estos mismos moldes se pueden utilizar para producir una pieza —o familia de piezas— en varias resinas diferentes para realizar pruebas comparativas, aunque esto puede que no funcione en el caso de resinas con índices de contracción distintos.

Aprovechar los recursos de un fabricante digital

En una economía tan competitiva como la actual, el tiempo es oro. Los productos se deben desarrollar con precisión y rapidez, y esto es especialmente cierto en el caso de los productos electrónicos, que normalmente se deben probar de forma exhaustiva. Como empresa de fabricación digital, Protolabs puede ayudarle a acortar y simplificar cada paso del proceso de desarrollo.

• A partir de un modelo CAD, nuestro sistema de presupuestación en línea genera un presupuesto con un análisis del diseño para la mayoría de los procesos de fabricación. Esto puede repetirse tantas veces como sea necesario hasta lograr su diseño ideal.
• Puede hablar de sus proyectos y expectativas con nuestros ingenieros de aplicaciones internos para que le ayuden a alcanzar sus objetivos.
• Una vez realizado el pedido, en algunos casos podrá incluso recibir las piezas moldeadas o mecanizadas en solo un día.
• La producción nacional elimina los retrasos en el envío, lo que permite empezar a evaluar los prototipos rápidamente.
• Las diferentes tecnologías existentes proporcionan un amplio abanico de opciones. Por ejemplo, en Protolabs ofrecemos tres métodos de fabricación: impresión 3D (con seis opciones de fabricación aditiva), mecanizado CNC y moldeo por inyección. De este modo, los diseñadores pueden pasar de la creación de prototipos a la producción de bajo volumen rápidamente con un solo proveedor.
• Cuando dé por finalizado el diseño, le podemos presentar varias alternativas de producción diferentes, como por ejemplo:
  
  • Creación de moldes piloto (bridge tooling) de entrega rápida de las piezas moldeadas para confirmar que la pieza se pueda moldear e incluso comercializar mientras se fabrican los moldes de producción «oficiales» para altos volúmenes;
  • Fabricación a la carta para la producción a pequeña escala de piezas moldeadas finales (miles o incluso decenas de miles de piezas);
  • Producción a la carta para la personalización masiva de piezas. Este enfoque a la carta es especialmente importante en el sector de la electrónica de consumo, que ha avanzado mucho hacia la personalización masiva de productos. La capacidad de llevar a cabo esta personalización en masa es otra de las ventajas de colaborar con un fabricante digital, que proporciona velocidad de fabricación y producción a pequeña escala, lo que le permite agilizar la cadena de suministro mediante la adquisición de piezas a demanda, sin tener que solicitar un pedido mínimo.