Kit d’outils pour la fabrication d’appareils électroniques grand public

Chaque année au mois de janvier, le CES de Las Vegas ouvre ses portes pour présenter les dernières innovations en matière d’électronique grand public. Cet événement, souvent désigné comme le plus grand salon annuel d’électronique grand public du monde fait étalage d’innombrables gadgets, dont le cœur est constitué de puces, cartes, circuits et connecteurs.

Certes, le cœur est nécessaire à faire vivre l'objet mais celui-ci ne peut survivre sans son enveloppe corporelle, que ce soit pour un smartphone, un ordinateur portable, une tablette, des écouteurs sans fil, ou tout autre dispositifs d'objets connectés. En effet, cette enveloppe corporelle est constituée de boîtiers, de consoles, de boutons, de lentilles, d’accessoires, de plaques internes et autres composants. Ces éléments sont le plus souvent en plastique, matériau largement dominant, bien que l’on trouve aussi occasionnellement des pièces en tôle (voir encadré).

Ce conseil de conception vous expliquera donc comment améliorer les pièces et les produits que vous pourriez concevoir pour le secteur de l’électronique grand public et de l’informatique. Nous aborderons les sujets suivants : 

• la personnalisation pour permettre aux produits de se démarquer sur le marché, de répondre aux besoins des consommateurs et, dans certains cas, à réduire les coûts de production
• les matières les plus courantes à prendre en compte et pourquoi
• les diverses approches de prototypage au cours du développement
• la manière de passer rapidement du développement initial des produits à la mise sur le marché à l’aide de ressources de fabrication numériques

Une approche personnalisée

En tant que concepteur ou ingénieur, vous pouvez acheter des composants standards facilement. Malheureusement, ce qui fait la différence entre plusieurs produits standards, c’est leur prix, et vous participez donc à une course à la baisse des marges. Même si la conception et la technologie de votre appareil ou produit sont peu communes, celui-ci peut se perdre dans une mer d'autres produits similaires, avec seulement un autocollant apposé à l'extérieur pour différencier votre solution innovante de celle de votre concurrent.

La personnalisation semble donc être un moyen de sortir du piège des produits de base, en permettant le développement de produits différenciés plus performants, plus rapides, plus durables, moins coûteux à assembler et plus faciles à utiliser. De plus, ceux-ci se démarqueront dans la foule de leurs semblables. L’apparence extérieure, interface entre le produit et l’utilisateur, distingue votre marque et proclame son caractère unique. Apple, par exemple, en a fait un élément clé de sa stratégie marketing, en soignant toutes les facettes de ses produits, y compris l’esthétique et le toucher particulièrement. Il faut donc reconnaître que les consommateurs d'aujourd'hui donnent souvent priorité à l’apparence plutôt qu’à la fonction.

Les pièces pour l’électronique grand public sont polymorphes : voyez ce minuscule composant pour les casques sans fil, à divers stades de son développement : à gauche une première version du modèle CAO, au centre un prototype qui comprend les modifications recommandées par notre analyse de faisabilité (DFM), et à droite la pièce finale, qui intègre d’autres améliorations.

Il est évident que le développement d’un élément personnalisé demande plus d’efforts que de simplement choisir un composant dans un catalogue. Il existe toutefois des moyens de tirer parti des avantages de la personnalisation tout en simplifiant le développement, notamment en réduisant au minimum les délais et en maîtrisant les coûts. Cela s’applique tout particulièrement aux composants en plastique, moulés et usinés.

La conception sur mesure vous permet donc de combiner plusieurs composants en une seule pièce moulée ou usinée. Elle permet d’éliminer les défaillances potentielles et de simplifier le montage. Les composants peuvent être étudiés pour un meilleur espacement ou une disposition plus compacte. Les connecteurs peuvent être placés exactement à l’endroit désiré, ce qui élimine des étapes d’assemblage. Les panneaux personnalisables peuvent réduire les frais de moule et permettre des solutions spécifiques au client.

Il existe aussi une autre méthode, tout du moins dans cette première phase de prototypage : l’impression 3D de qualité industrielle (fabrication additive), qui peut aider à combiner en une seule étape des composants multiples.

Mais si vous préférez conserver le moulage par injection, deux méthodes de personnalisation souvent utilisées sont les procédés du moulage d’inserts et du surmoulage.

Le moulage d’inserts permet d’incorporer dans des pièces en plastique de petits éléments métalliques, connecteurs, supports, dispositifs anti-écrasement ou filetages fins, qui ne pourraient pas être facilement usinés dans une pièce moulée. La conception est alors plus flexible. Ils évitent les dommages sur les panneaux, portes ou supports lors d’une révision. Le moulage d’inserts peut également apporter résistance et durabilité aux pièces. Un exemple de son utilisation ? Bien qu’il ne s’agisse pas à proprement parler d’électronique grand public, un fournisseur du gouvernement Anglais, Harris Corporation a récemment utilisé le moulage d’inserts pour des fixations en plastique personnalisables destinées aux cartes de circuits imprimés, ce qui a permis de réduire les coûts de production.

Le surmoulage, qui superpose une couche de résine sur une autre est un excellent exemple de combinaison de plusieurs pièces en une seule. Il est fréquemment utilisé pour l'esthétique ou pour appliquer une matière souple sur une matière plus dure pour la préhension ou pour amortir les chocs. Triax Technologies a récemment utilisé le surmoulage pour le boîtier en plastique d’un appareil portable connecté.

Les options de finition ou de post-traitement sont une autre façon de personnaliser votre produit ou de vous différencier de vos concurrents. Afin d'identifier votre marque, cela peut se faire en utilisant des couleurs personnalisées, le marquage votre pièce ou en créant une texture, etc.

Le fraisage du plastique est un choix apprécié pour la fabrication d’appareils électroniques grand public, comme le montre cet exemple de bloc usiné à quatre reprises.

Choix des matières pour les appareils électroniques grand public

Choisir la bonne matière est essentiel, car celle-ci peut contribuer à réduire les coûts, à accroître la durabilité des pièces, à améliorer l’ergonomie et offrir d’autres avantages fonctionnels. Comme nous l’avons mentionné, le plastique domine ce secteur, mais le type de plastique choisi sera un élément clé. Les résines d’usage général comme l’ABS et le polycarbonate (PC) sont durables et économiques et conviennent parfaitement à une variété de composants comme les boîtiers et les consoles. Si nous regardons autour de nous, nos intérieurs sont équipés de produits constitués d’ABS, de PC et de mélanges ABS/PC. D’autres résines présentent des caractéristiques particulières.

• Les matières transparentes comme le polycarbonate, l’acrylique, le polystyrène ou le silicone liquide (LSR) sont idéales pour les lentilles et les écrans.
• Les résines techniques peuvent être rendues plus tolérantes à la chaleur ou conductrices en les chargeant de fibre de verre ou de poudre de céramique.
• Les matières conductrices peuvent assurer la mise à la terre ou le blindage à l’intérieur du boîtier lui-même.
• Les matières souples comme les élastomères, le LSR, le polypropylène ou le polyéthylène sont idéales pour les poignées, les boutons ou les pare-chocs.

Comme le plastique, l’aluminium est apprécié dans ce secteur industriel. Il peut être usiné pour créer des boîtiers, des supports ou autres pièces métalliques nécessitant une forte résistance et un poids réduit. Nous proposons un  guide de comparaison  des matières qui peut vous être utile.

Prototypage pour l’électronique grand public

Le prototypage représente une grande partie du temps et des efforts nécessaires pour concevoir une pièce sur mesure, mais il apporte également une foule d’avantages. Le prototypage vous permet de perfectionner votre pièce et de tester son assemblage. Il vous permet également d’essayer différentes matières pour obtenir exactement la fonctionnalité que vous souhaitez.

L’impression 3D de qualité industrielle (fabrication additive) est souvent utilisée pour le prototypage fonctionnel, avant le passage au moulage par injection pour les prototypes ultérieurs puis pour la production en raison du coût. L’usinage CNC pour un prototype n’offre peut-être pas un choix de matières aussi large que le moulage et ne permet pas la même latitude de fabrication, mais il vous permet de produire un petit nombre de prototypes rapidement et à faible coût.

Pour les étapes ultérieures du prototypage, le moulage par injection vous offrira un plus grand choix de résines, confirmera que votre pièce est réalisable et sera plus économique pour produire un grand nombre de pièces pour les essais ou la production.

Les moules multi-empreintes et moules familles sont d’excellents moyens d’accélérer le développement itératif. Il s’agit de méthodes éprouvées pour accroître votre efficacité une fois que vous commencez à mouler des prototypes ou à lancer la production. Les moules à empreintes multiples peuvent produire des pièces identiques à chaque cycle d’injection, qui pourront être modifiées en dimension ou en complexité, avec des coûts d’outillage supplémentaires. Cela peut accélérer la production tout en réduisant les coûts. Les moules familles peuvent produire un certain nombre de pièces différentes en utilisant la même résine en une seule fois, mais leur efficacité dépend de la similitude des formes et des tailles. Et si vous n’avez pas encore définitivement choisi votre matière, ces mêmes moules peuvent, dans de nombreux cas, produire une pièce ou une famille de pièces dans plusieurs résines différentes pour des essais comparatifs. Attention, cela demande des résines ayant des taux de retrait sensiblement identiques.

Bénéficier des ressources d’un fabricant numérique

La concurrence étant rude sur les marchés aujourd'hui, le facteur temps reste votre principal allié. Le développement de produits doit être à la fois rapide et précis et cela est particulièrement vrai pour les produits électroniques, qui nécessitent généralement des tests approfondis. En tant que fabricant numérique, nous pouvons contribuer à raccourcir et à simplifier chaque étape du processus de développement.

• Notre système de devis en ligne, transforme votre modèle CAO en devis avec une analyse de conception et un retour d’information immédiat pour la plupart des
• Vous pouvez discuter de vos projets et de vos attentes avec nos ingénieurs d’application internes pour vous aider à atteindre vos objectifs..
• Une fois la commande passée, les pièces moulées ou usinées peuvent être livrées rapidement, parfois en un seul jour.
• La production Européenne réduit les délais de livraison, et vous permet de commencer à évaluer rapidement les prototypes.
• Les technologies multiples vous offrent de nombreuses possibilités. Par exemple, chez Protolabs, nous proposons trois méthodes de fabrication : l'impression 3D (avec six options de fabrication additive), l'usinage CNC et le moulage par injection. Cela vous permet de passer rapidement et avec un seul fournisseur du prototypage à la production en petite série.
• Une fois la conception de votre pièce terminée, nous pouvons vous accompagner sur plusieurs options de production, notamment:
  • L'Outillage de transition rapide (production de transition) qui peut vous aider à confirmer qu’une pièce peut effectivement être moulée, et lancée sur le marché pendant la fabrication des outils de production « officiels » pour les très grandes séries
  • La fabrication à la demande pour la production en petite série de pièces moulées (des milliers, voire des dizaines de milliers de pièces)
  • La production à la demande pour la personnalisation de masse. Cette approche est particulièrement importante dans le secteur de l’électronique grand public, qui s’est fortement orienté vers la personnalisation des produits. C’est là un autre avantage du partenariat avec un fabricant numérique, qui combine vitesse de fabrication et production en petite série, ce qui vous permet de rationaliser votre chaîne d’approvisionnement en vous procurant des pièces à la demande, sans quantité minimale de commande (MOQ)..

Vous pouvez économiser un temps précieux lorsque vous soumettez votre fichier CAO à notre système de devis numérique. Le système évalue votre conception et met en évidence les zones qui ne sont pas fabricables ou qui ne sont pas conformes. Les concepteurs estiment que notre système fournit des prix assez précis et, en outre, notre système comprend une analyse du remplissage des moules. Sachez que notre plateforme de devis numérique "sait" beaucoup de choses sur la fabrication, mais rien sur votre projet. Le système peut signaler des problèmes tels que les contre-dépouilles, les angles aigus et les parois épaisses. Il peut prendre des décisions en fonction des matériaux que vous choisissez. Mais il ne sait pas comment la pièce sera utilisée, à quoi elle sera connectée, ni si elle sera soumise à des températures extrêmes, à une manipulation brutale, aux rayons UV ou à des produits chimiques.

Par conséquent, si vous utilisez notre système de devis numérique, laissez-le vous servir de partenaire. Faites savoir au système, par le biais de votre fichier CAO, ce que vous pensez qui fonctionnera. Le système vous indiquera les moyens d'améliorer la fabricabilité et la qualité de votre conception ; vous pouvez apporter des modifications et soumettre à nouveau votre projet sans frais. Une fois que vous et notre plateforme de devis numérique, êtes d'accord sur une conception, passez votre commande et testez le prototype obtenu.

La fabrication est un partenariat. Si Protolabs offre la possibilité de concevoir et de recevoir des commentaires automatiquement, Protolabs souhaite également comprendre votre produit et vous aider à trouver le succès dans le cadre de nos capacités de fabrication. Contactez à tout moment nos ingénieurs d'application internes, nous sommes là pour vous aider. En tant que partenaires, nous vous indiquerons les zones de risque et vous guiderons vers les options permettant de faire face à ce risque. Ils sont aussi disponibles pour vous conseiller sur les compromis de coûts associés aux changements de conception recommandés.

La transition de la géométrie d'une pièce d'un processus de fabrication à un autre, généralement de l'usinage au moulage par injection, n'est pas toujours simple. L'usinage peut tolérer des angles vifs, l'absence de dépouille et des sections transversales fines et épaisses ; ces problèmes peuvent se poser dans le cas du moulage par injection. Notre système de devis et nos ingénieurs d'application peuvent aider à prévenir les problèmes à chaque étape du processus.

Pour toute aide supplémentaire, n'hésitez pas à contacter un ingénieur d'application Protolabs au +33 (0)4 56 64 80 50 ou à [email protected]

Pour lancer votre prochain projet de conception dès aujourd'hui, il vous suffit de télécharger un modèle CAO 3D pour obtenir un devis interactif en quelques heures.

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