מדריך אולטימטיבי - כיצד לפתח מוצר חומרה אלקטרוני חדש

אז אתה רוצה לפתח מוצר חומרה אלקטרוני חדש? תן לי להתחיל עם החדשות הטובות - זה אפשרי. אתה יכול לפתח מוצר חומרה ללא קשר לרמה הטכנית שלך ואתה לא בהכרח צריך להיות מהנדס כדי להצליח (אם כי זה בהחלט עוזר).

בין אם אתה יזם, סטארט-אפ, יצרן, ממציא או עסק קטן, מדריך זה יעזור לך להבין את תהליך פיתוח המוצרים החדש.

אבל לא אשקר לך. זה מסע ארוך וקשה להפליא להשקת מוצר חומרה חדש. למרות שחומרה ידועה כקשיחה, קל יותר מתמיד לאנשים וצוותים קטנים לפתח מוצרי חומרה חדשים.

עם זאת, אם אתם מחפשים דרך קלה ומהירה להרוויח כסף, אז אני ממליץ לכם להפסיק לקרוא עכשיו מכיוון שהבאת מוצר חומרה חדש לשוק רחוקה מלהיות קלה או מהירה.

במדריך זה אדון תחילה באסטרטגיות פיתוח המוצר הן ליוצרים טכניים והן ליזמים שאינם טכניים המעוניינים ליצור מוצר חומרה אלקטרוני חדש. לאחר מכן, נעבור לפיתוח האלקטרוניקה ואחריו פיתוח מארז הפלסטיק.

חלק 1 - אסטרטגיות לפיתוח מוצרים

למעשה יש חמש אפשרויות ליזמים ולסטארטאפים לפתח מוצר חומרה חדש. עם זאת, פעמים רבות האסטרטגיה הכוללת הטובה ביותר היא שילוב של חמש אסטרטגיות הפיתוח הללו.

1) פתח את המוצר בעצמך

זו רק לעתים רחוקות אסטרטגיה בת קיימא בפני עצמה. מעט מאוד אנשים מכילים את כל הכישורים הדרושים לפיתוח מוצר אלקטרוני מוכן לשוק לחלוטין בעצמם.

גם אם אתה במקרה מהנדס, האם אתה מומחה בתכנון אלקטרוניקה, תכנות, דוגמנות תלת מימד, הזרקה וייצור? כנראה שלא. כמו כן, רוב ההתמחויות הללו מורכבות מתת-התמחויות רבות.

עם זאת, אם יש לך את הכישורים הדרושים, ככל שתקדם את פיתוח המוצר שלך בעצמך כך תחסוך יותר כסף ויהיה לך טוב יותר בטווח הארוך.

לדוגמא, הבאתי לשוק מוצר חומרה משלי לפני כ- 6 שנים. המוצר היה מורכב יותר מכנית מאשר חשמלית. אני מהנדס אלקטרוניקה בהכשרתי ולא מהנדס מכונות, אז שכרתי בתחילה כמה מהנדסי מכונות פרילנסרים.

עם זאת, מהר מאוד הייתי מתוסכל מאיך שהאטים מתקדמים. אחרי הכל, חשבתי על המוצר שלי כמעט בכל שעת ערות! הייתי אובססיבי לפתח את המוצר שלי ולשווק אותו כמה שיותר מהר. אבל המהנדסים ששכרתי ללהטטו בזה עם הרבה פרויקטים אחרים ולא נתנו לפרויקט שלי את תשומת הלב שהרגשתי שמגיע לו.

אז החלטתי ללמוד בעצמי את כל מה שצריך כדי לעשות את התכנון המכני. אף אחד לא היה מוטיבציה ממני לפתח את המוצר שלי ולשווק אותו. בסופו של דבר הצלחתי להשלים את העיצוב המכני הרבה יותר מהר (ועבור הרבה פחות כסף).

המוסר של הסיפור הוא לעשות כמה שיותר מהתפתחות שהכישורים שלך מאפשרים, אבל גם לא לקחת את זה רחוק מדי. אם כישורי מומחי המשנה שלך גורמים לך לפתח מוצר פחות אופטימלי אז זו טעות גדולה. כמו כן, כל מיומנויות חדשות שתצטרכו ללמוד ייקחו זמן, ובסופו של דבר עשויות להאריך את זמן השיווק. תמיד הביא מומחים כדי למלא את החסר במומחיות שלך.

כמה מהאתרים המועדפים עלי ללמוד על פיתוח אלקטרוניקה הם Hackster.io, Build Circuits Electronic, Bald Engineer, Adafruit, Sparkfun, Make Magazine ו- All About Circuits. הקפד לבדוק את ערוץ היוטיוב שנקרא AddOhms שיש בו כמה סרטי היכרות מעולים לחלוטין ללימוד אלקטרוניקה.

2) תביא מייסד / ים מייסדים טכניים

אם אתה מייסד לא טכני, אתה בהחלט יהיה חכם להביא מייסד טכני. אחד המייסדים בצוות ההפעלה שלך צריך לכל הפחות להבין מספיק על פיתוח מוצרים כדי לנהל את התהליך.

אם אתם מתכננים בסופו של דבר לחפש מימון חיצוני ממשקיעים מקצועיים, אתם בהחלט צריכים צוות מייסדים. משקיעי סטארט-אפ מקצועיים יודעים שצוות מייסדים הרבה יותר יצליח להצליח מאשר מייסד סולו.

צוות המייסדים האידיאלי עבור מרבית חברות הזנק בחומרה הוא מהנדס חומרה, מתכנת ומשווק.

הבאת מייסדים משותפים אולי נשמעת כמו הפיתרון המושלם לבעיות שלך, אבל יש גם כמה חסרונות חמורים. ראשית כל, מציאת מייסדים משותפת קשה וככל הנראה ייקח זמן אדיר. זה זמן יקר שלא משקיע בפיתוח המוצר שלך.

לא למצוא מייסדים משותפים זה לא משהו שאתה צריך למהר ועליך לקחת זמן כדי למצוא את ההתאמה הנכונה. לא רק שהם צריכים להחמיא לכישורים שלך, אלא שאתה באמת צריך לחבב אותם באופן אישי. אתה בעצם הולך להיות נשוי איתם לפחות כמה שנים, אז הקפד להסתדר טוב.

החיסרון העיקרי בהבאת מייסדים משותפים הוא שהם מקטינים את ההון העצמי שלך בחברה. כל מייסדי החברה צריכים באמת להיות בעלי הון שווה בחברה. אז אם אתם הולכים לבד עכשיו, היו מוכנים לתת לכל מייסד שותף חצי מהחברה שלכם.

3) מיקור חוץ למהנדסים עצמאיים

אחת הדרכים הטובות ביותר להשלים פערים ביכולות הטכניות של הצוותים שלך היא על ידי מיקור חוץ למהנדסים עצמאיים.

רק קחו בחשבון שרוב המוצרים ידרשו מספר מהנדסים עם התמחויות שונות, כך שתצטרכו לנהל את המהנדסים השונים בעצמכם. בסופו של דבר, מישהו בצוות המייסדים יצטרך לשמש כמנהל הפרויקט.

הקפידו למצוא מהנדס חשמל בעל ניסיון בעיצוב סוג האלקטרוניקה הנדרש למוצר שלכם. הנדסת חשמל היא תחום לימוד עצום ומהנדסים רבים חסרים כל ניסיון בתכנון מעגלים.

עבור מעצב התלת מימד, וודא שאתה מוצא מישהו בעל ניסיון בטכנולוגיית הזרקה, אחרת אתה צפוי בסופו של דבר לקבל מוצר שניתן יהיה ליצור אב טיפוס אך לא לייצר המוני.

4) מיקור חוץ לחברת פיתוח

חברות עיצוב המוצרים המוכרות ביותר כמו Frog, IDEO, Fuse Project וכו 'יכולות ליצור עיצובי מוצרים נהדרים, אך הם יקרים בטירוף.

חברות סטארט-אפ צריכות להימנע מחברות עיצוב יקרות בכל מחיר. חברות עיצוב מובילות יכולות לגבות 500,000 דולר + לפיתוח מלא של המוצר החדש שלך. גם אם אתה יכול להרשות לעצמך לשכור חברת פיתוח מוצרים יקרה, אל תעשה זאת. לא רק שאתה צפוי לעולם לא להחזיר את הכסף הזה, אתה גם לא רוצה לטעות בהקמת סטארט-אפ חומרה שאינו מעורב במידה רבה בפיתוח המוצר בפועל.

5) שותף עם יצרן

דרך אחת להמשיך היא שותפות עם יצרן בחו"ל שכבר מייצר מוצרים הדומים למוצר שלך.

ליצרנים גדולים יהיו מחלקות הנדסה ופיתוח משלהם לעבוד על מוצרים משלהם. אם אתה יכול למצוא יצרן שכבר מייצר משהו דומה למוצר שלך, יתכן שהם יוכלו לעשות הכל בשבילך - פיתוח, הנדסה, אבות טיפוס, ייצור וייצור עובש.

אסטרטגיה זו יכולה להוזיל את עלויות הפיתוח שלך מראש. עם זאת, היצרנים יפחיתו את העלויות הללו, כלומר הוספת עלות נוספת למוצר עבור ריצות הייצור הראשונות. זה בעצם עובד כמו הלוואה ללא ריבית, ומאפשר לך להחזיר לאט את עלויות הפיתוח שלך ליצרן.

נשמע נהדר וקל, אז מה המלכוד? הסיכון העיקרי שיש לקחת בחשבון באסטרטגיה זו הוא שאתה מכניס את כל הקשור למוצר שלך לחברה אחת.

הם בוודאי ירצו הסכם ייצור בלעדי, לפחות עד להחזרת עלויותיהם. פירוש הדבר שאתה לא יכול לעבור לאפשרות ייצור זולה יותר כאשר נפח הייצור שלך גדל.

כמו כן, הזהיר כי יצרנים רבים עשויים לרצות חלק מהזכויות האינטלקטואליות במוצר שלך או כולן.

חלק 2 - פיתוח האלקטרוניקה

ניתן לפרק את פיתוח האלקטרוניקה למוצר שלך לשבעה שלבים: תכנון ייצור ראשוני, תרשים סכמטי, פריסת PCB, BOM סופי, אב טיפוס, בדיקה ותוכנית, ולבסוף הסמכה.

שלב 1 - צור תכנון ייצור ראשוני

בעת פיתוח מוצר חומרה אלקטרוני חדש עליך להתחיל תחילה בתכנון ייצור ראשוני . אין לבלבל את זה עם אב טיפוס Proof-of-Concept (POC).

אב טיפוס של POC נבנה בדרך כלל באמצעות ערכת פיתוח כמו ארדואינו. לפעמים הם יכולים להיות שימושיים כדי להוכיח שקונספט המוצר שלך פותר את הבעיה הרצויה. אבל אב טיפוס של POC רחוק מלהיות עיצוב ייצור. לעיתים נדירות אתה יכול לצאת לשוק עם ארדואינו המוטמע במוצר שלך.

עיצוב ייצור ראשוני מתמקד רכיבי ייצור של המוצר שלך, עלות, שולי רווח, ביצועים, תכונות, היתכנות פיתוח יכולת ייצור.

אתה יכול להשתמש בתכנון ייצור ראשוני כדי לייצר אומדנים לכל עלות שהמוצר שלך יצטרך. חשוב לדעת במדויק את העלויות לפיתוח, אב-טיפוס, תכנות, אישור, שינוי גודל וייצור המוצר.

תכנון ייצור ראשוני יענה על השאלות הרלוונטיות הבאות. האם המוצר שלי אפשרי לפיתוח? האם אוכל להרשות לעצמי לפתח מוצר זה? כמה זמן ייקח לי לפתח את המוצר שלי? האם אוכל לייצר את המוצר המוני? האם אוכל למכור אותו ברווח?

יזמים רבים טועים בדילוג על שלב תכנון הייצור המקדים, ובמקום זאת קופצים היישר לתכנון תרשים המעגל הסכמטי. על ידי כך, בסופו של דבר אתה עשוי לגלות שהוצאת את כל המאמץ והכסף שהרווחת קשה על מוצר שלא ניתן לפתח, לייצר או הכי חשוב למכור ברווח משתלם.

שלב 1 א - דיאגרמת חסימות מערכת

בעת יצירת תכנון הייצור המקדים עליך להתחיל בהגדרת דיאגרמת החסימה ברמת המערכת. תרשים זה מפרט כל פונקציה אלקטרונית וכיצד מתחברים כל הרכיבים הפונקציונליים.

לרוב המוצרים נדרש מיקרו-בקר או מעבד עם רכיבים שונים (צגים, חיישנים, זיכרון וכו ') המתממשק למיקרו-בקר דרך יציאות סדרתיות שונות.

על ידי יצירת דיאגרמת בלוק מערכת תוכלו לזהות בקלות את סוג ומספר היציאות הטוריות הנדרשות. זהו שלב ראשון חיוני לבחירת המיקרו-בקר הנכון עבור המוצר שלך.

שלב 1 ב - בחירת רכיבי ייצור

לאחר מכן, עליך לבחור את רכיבי הייצור השונים: שבבים מיקרו, חיישנים, צגים ומחברים בהתבסס על הפונקציות הרצויות ומחיר היעד הקמעונאי של המוצר שלך. זה יאפשר לך ליצור שטר חומרים ראשוני (BOM).

בארה"ב, ניוארק, Digikey, Arrow, Mouser ו- Future הם הספקים הפופולריים ביותר של רכיבים אלקטרוניים. ניתן לרכוש את רוב הרכיבים האלקטרוניים ברכיבים אלה (לאבות טיפוס ובדיקה ראשונית) או עד אלפים (לייצור בנפח נמוך).

לאחר שתגיע לנפחי ייצור גבוהים יותר תחסוך כסף על ידי רכישת רכיבים מסוימים ישירות מהיצרן.

שלב 1 ג - הערכת עלות הייצור

כעת עליך להעריך את עלות הייצור (או עלות המוצרים שנמכרו - COGS) עבור המוצר שלך. חשוב לדעת בהקדם האפשרי כמה יעלה לייצר את המוצר שלך.

עליך לדעת את עלות יחידת הייצור של המוצר שלך כדי לקבוע את מחיר המכירה הטוב ביותר, את עלות המלאי, והכי חשוב כמה אתה יכול להרוויח.

רכיבי הייצור שבחרתם ישפיעו כמובן על עלות הייצור.

אך כדי לקבל אומדן עלויות ייצור מדויק עליכם לכלול גם את עלות הרכבת ה- PCB, הרכבת המוצר הסופי, בדיקת המוצר, אריזות קמעונאיות, שיעור גרוטאות, החזרות, לוגיסטיקה, חובות ואחסנה.

שלב 2 - תכנן את דיאגרמת המעגל הסכמטי

עכשיו הגיע הזמן לתכנן את תרשים המעגל הסכמטי על סמך דיאגרמת בלוק המערכת שיצרת בשלב 1.

התרשים הסכימטי מראה כיצד כל רכיב, משבבי מיקרו ועד נגדים, מתחבר ביחד. בעוד שדיאגרמת בלוק מערכת מתמקדת בעיקר בפונקציונליות של מוצרים ברמה גבוהה יותר, תרשים סכמטי הוא על כל הפרטים הקטנים.

משהו פשוט כמו סיכה שגויה על גבי רכיב בסכמה יכולה לגרום לחוסר פונקציונליות מוחלט.

ברוב המקרים תזדקק למעגל משנה נפרד לכל בלוק בתרשים בלוק המערכת שלך. תת מעגלים שונים אלה יחוברו יחד ליצירת תרשים המעגל הסכמטי המלא.

תוכנת ייעוד אלקטרוניקה מיוחדת משמשת ליצירת התרשים הסכמטי וכדי לעזור להבטיח שהיא נקייה מטעויות. אני ממליץ להשתמש בחבילה שנקראת DipTrace במחיר סביר, עוצמתי וקל לשימוש.

שלב 3 - תכנן את המעגל המודפס (PCB)

לאחר שהסכמה תסתיים תכנן כעת את לוח המעגלים המודפסים (PCB). ה- PCB הוא הלוח הפיזי המחזיק ומחבר את כל הרכיבים האלקטרוניים.

פיתוח דיאגרמת גוש המערכת והמעגל הסכמטי היה בעיקרו רעיוני באופיו. אולם עיצוב PCB הוא עולם אמיתי מאוד.

ה- PCB תוכנן באותה תוכנה שיצרה את התרשים הסכימטי. לתוכנה יהיו כלי אימות שונים כדי להבטיח שפריסת ה- PCB תואמת את כללי התכנון לתהליך ה- PCB שבשימוש, וכי ה- PCB תואם את הסכמה.

באופן כללי, ככל שהמוצר קטן יותר וככל שהרכיבים ארוזים יחדיו, כך ייקח יותר זמן ליצור את פריסת ה- PCB. אם המוצר שלך נותב כמויות גדולות של כוח, או מציע קישוריות אלחוטית, פריסת ה- PCB היא קריטית ואף יותר זמן.

עבור מרבית תכנוני ה- PCB החלקים הקריטיים ביותר הם ניתוב הכוח, אותות מהירים (שעוני קריסטל, קווי כתובת / נתונים וכו ') וכל מעגל אלחוטי.

שלב 4 - צור את חשבון החומרים הסופי (BOM)

למרות שכבר היית צריך ליצור BOM ראשוני כחלק מעיצוב הייצור הראשוני שלך, הגיע הזמן ל- BOM של ההפקה המלאה.

ההבדל העיקרי בין השניים הוא הרכיבים הנמוכים בעלות נמוכה כמו נגדים וקבלים. רכיבים אלה בדרך כלל עולים רק אגורה או שתיים, כך שאני לא מפרט אותם בנפרד ב- BOM המקדים.

אבל כדי לייצר את ה- PCB בפועל אתה צריך BOM מלא עם כל הרכיבים הרשומים. BOM זה נוצר בדרך כלל אוטומטית על ידי תוכנת העיצוב הסכמטי. ה- BOM מפרט את מספרי החלקים, הכמויות וכל מפרטי הרכיבים.

שלב 5 - הזמנת אבות הטיפוס של PCB

יצירת אבות טיפוס אלקטרוניים היא תהליך דו שלבי. הצעד הראשון מייצר את המעגלים החשופים והמודפסים. תוכנת עיצוב המעגלים שלך תאפשר לך להפיק את פריסת ה- PCB בפורמט שנקרא Gerber עם קובץ אחד לכל שכבת PCB.

ניתן לשלוח קבצי גרבר אלה לחנות אב-טיפוס להפעלת נפח קטן. ניתן לספק את אותם קבצים גם ליצרן גדול יותר לייצור נפח גבוה.

השלב השני הוא הלחמת כל הרכיבים האלקטרוניים על הלוח. מתוכנת העיצוב שלך תוכל להפיק קובץ המציג את הקואורדינטות המדויקות של כל רכיב המונח על הלוח. זה מאפשר לחנות ההרכבה לבצע אוטומטיות מלאה של הלחמה של כל רכיב ב- PCB.

האפשרות הזולה ביותר שלך היא לייצר את אבי טיפוס ה- PCB שלך בסין. למרות שזה בדרך כלל הכי טוב אם אתה יכול לעשות את אבות הטיפוס שלך קרוב יותר לבית כדי להפחית את עיכובי המשלוח, עבור יזמים רבים חשוב יותר למזער עלויות.

לייצור לוחות האב טיפוס שלך בסין אני ממליץ בחום על Seeed Studio. הם מציעים מחירים נהדרים בכמויות שבין 5 ל -8,000 לוחות. הם מציעים גם שירותי הדפסת תלת מימד, מה שהופך אותם לחנות אחת. יצרני אב טיפוס PCB סיניים אחרים בעלי מוניטין טוב כוללים את PCB של זהב פיניקס ו- Bittele Electronics.

בארצות הברית אני ממליץ מעגלי Sunstone, מעגלי Screaming, ו סן פרנסיסקו מעגלים אשר השתמשתי בהרחבת אב טיפוס עיצובים משלי. לוקח 1-2 שבועות להגיע ללוחות מורכבים, אלא אם כן אתה משלם עבור שירות העומס עליו אני ממליץ לעיתים נדירות.

שלב 6 - הערכה, תכנות, איתור באגים וחזור

עכשיו הגיע הזמן להעריך את אב הטיפוס של האלקטרוניקה. זכור כי האב טיפוס הראשון שלך יעבוד לעיתים נדירות בצורה מושלמת. סביר להניח שתעבור מספר חזרות לפני שתסיים את העיצוב. זה הזמן שתזהה, איתור באגים ותקן כל בעיה באב-טיפוס שלך.

זה יכול להיות שלב קשה לחיזוי הן מבחינת העלות והן מהזמן. כל באגים שתמצאו הם כמובן לא צפויים, ולכן לוקח זמן להבין את מקור הבאג וכיצד הכי טוב לתקן אותו.

הערכה ובדיקה נעשים בדרך כלל במקביל לתכנות המיקרו-בקר. לפני שתתחיל בתכנות, אם כי תרצה לבצע לפחות בדיקות בסיסיות בכדי להבטיח שלא יהיו בעיות מרכזיות בלוח.

כמעט כל המוצרים האלקטרוניים המודרניים כוללים שבב המכונה יחידת מיקרו-בקר (MCU) המשמש כ"מוח "עבור המוצר. מיקרו-בקר דומה מאוד למיקרו-מעבד שנמצא במחשב או בסמארטפון.

מיקרו-מעבד מצטיין בהעברת כמויות גדולות של נתונים במהירות, בעוד שמיקרו-בקר מצטיין בממשק ובקרה של מכשירים כמו מתגים, חיישנים, צגים, מנועים וכו '. מיקרו-בקר הוא מעבד פשוט למדי.

צריך לתכנת את המיקרו-בקר לבצע את הפונקציונליות הרצויה.

מיקרו-בקרים מתוכנתים כמעט תמיד בשפת המחשב הנפוצה הנקראת 'C'. התוכנית, הנקראת קושחה, נשמרת בזיכרון קבוע אך ניתן לתכנות מחדש, בדרך כלל פנימי לשבב המיקרו-בקר.

שלב 7 - הסמכת המוצר שלך

כל המוצרים האלקטרוניים הנמכרים חייבים להיות בעלי הסמכה מסוגים שונים. האישורים הנדרשים משתנים בהתאם למדינה בה המוצר יימכר. אנו נסקור אישורים הנדרשים בארה"ב, קנדה ובאיחוד האירופי.

FCC (נציבות התקשורת הפדרלית)

הסמכת FCC נחוצה לכל המוצרים האלקטרוניים הנמכרים בארצות הברית. כל המוצרים האלקטרוניים פולטים קרינה אלקטרומגנטית כלשהי (כלומר גלי רדיו) ולכן ה- FCC רוצה לוודא כי מוצרים אינם מפריעים לתקשורת אלחוטית.

ישנן שתי קטגוריות של אישורי FCC. איזה סוג נדרש עבור המוצר שלך תלוי אם המוצר שלך כולל יכולות תקשורת אלחוטיות כגון Bluetooth, WiFi, ZigBee או פרוטוקולים אלחוטיים אחרים.

ה- FCC מסווג מוצרים עם פונקציונליות של תקשורת אלחוטית כרדיאטורים מכוונים . מוצרים שאינם פולטים גלי רדיו בכוונה מסווגים כרדיאטורים לא מכוונים. הסמכת רדיאטור מכוונת תעלה לכם בערך פי 10 מהסמכת רדיאטור שלא בכוונה.

שקול תחילה להשתמש במודולים אלקטרוניים עבור כל אחד מהפונקציות האלחוטיות של המוצר שלך. זה מאפשר לך להסתדר עם הסמכת רדיאטור לא מכוונת בלבד, שתחסוך לך לפחות 10,000 $.

UL (מעבדות חתמים) / CSA (איגוד התקנים הקנדי)

הסמכת UL או CSA נחוצה לכל מוצרי החשמל הנמכרים בארצות הברית או בקנדה המתחברים לשקע חשמל.

מוצרים עם סוללה בלבד שאינם מתחברים לשקע חשמל אינם דורשים הסמכת UL / CSA. עם זאת, רוב הקמעונאים הגדולים ו / או חברות ביטוח אחריות למוצרים ידרשו שהמוצר שלך יהיה מוסמך UL או CSA.

CE (Conformité Européene)

יש צורך באישור CE עבור רוב המוצרים האלקטרוניים הנמכרים באיחוד האירופי (EU). זה דומה לאישורי FCC ו- UL הנדרשים בארצות הברית.

RoHS

הסמכת RoHS מבטיחה כי מוצר נטול עופרת. אישור RoHS נדרש למוצרי חשמל הנמכרים באיחוד האירופי (איחוד האירופי) או במדינת קליפורניה. מכיוון שכלכלת קליפורניה כה משמעותית, מרבית המוצרים הנמכרים בארה"ב הינם בעלי הסמכת RoHS.

אישורי סוללות ליתיום (UL1642, IEC61233 ו- UN38.3)

לסוללות ליתיום-יון / פולימר נטענות יש כמה חששות בטיחותיים. אם מקצרים או מטעינים יתר על המידה הם יכולים אפילו לפרוץ בלהבות.

האם אתה זוכר את הזיכרון הכפול ב- Samsung Galaxy Note 7 בגלל בעיה זו? או הסיפורים על לוחות רחף שונים הפורצים בלהבות?

בגלל חששות בטיחותיים אלה חייבים להיות מאושרים על סוללות ליתיום נטענות. ברוב המוצרים אני ממליץ להשתמש בתחילה בסוללות שכבר יש להם אישורים אלה. עם זאת, זה יגביל את הבחירות שלך ורוב סוללות הליתיום לא הוסמכו.

זה נובע בעיקר מכך שרוב חברות החומרה בוחרות שיהיה מותאם אישית סוללה שנועד לנצל את כל השטח הזמין במוצר. מסיבה זו רוב יצרני הסוללות לא טורחים לקבל הסמכת סוללות מדף שלהם.

חלק 3 - פתח את המתחם

כעת נסקור על פיתוח ויצירת טיפוס של כל חלקי פלסטיק בהתאמה אישית. עבור רוב המוצרים זה כולל לפחות את המתחם שמחזיק הכל ביחד.

פיתוח חתיכות פלסטיק או מתכת בהתאמה אישית ידרוש מומחה לדוגמנות בתלת מימד, או עדיף מעצב תעשייתי.

אם המראה והארגונומיה הם קריטיים למוצר שלך, אז תרצה להעסיק מעצב תעשייתי. לדוגמה, מעצבים תעשייתיים הם המהנדסים שגורמים למכשירים ניידים כמו אייפון להיראות כל כך מגניבים ומלוטשים.

אם המראה אינו קריטי עבור המוצר שלך, סביר להניח שתוכל להסתדר עם העסקת מעצב תלת מימד, והם בדרך כלל זולים משמעותית ממעצב תעשייתי.

שלב 1 - צור מודל תלת ממדי

השלב הראשון בפיתוח החלק החיצוני של המוצר שלך הוא יצירת מחשב תלת ממדי

דֶגֶם. שתי חבילות התוכנה הגדולות המשמשות ליצירת דגמי תלת מימד הן Solidworks ו- PTC Creo (שנקרא בעבר Pro / Engineer).

עם זאת, Autodesk מציעה כעת כלי דוגמנות תלת מימד מבוסס ענן, החינמי לחלוטין לסטודנטים, חובבים וסטארטאפים. זה נקרא Fusion 360. אם אתה רוצה לעשות דוגמנות תלת מימד משלך, ואתה לא קשור לסולידוורקס או PTC Creo, בהחלט שקול את Fusion 360.

לאחר שמעצב הדוגמנות התעשייתי או התלת מימד שלך השלים את המודל התלת מימדי, תוכל להפוך אותו לאבות טיפוס פיזיים. מודל התלת מימד יכול לשמש גם למטרות שיווק, במיוחד לפני שיש לך אבות טיפוס פונקציונליים.

אם אתה מתכנן להשתמש במודל התלת מימד שלך למטרות שיווק, תרצה ליצור גרסה מציאותית של המודל. גם ב- Solidworks וגם ב- PTC Creo יש מודולים מציאותיים של תמונות.

אתה יכול גם לבצע צילום ריאליסטי, תלת מימד של המוצר שלך. זכור כי ייתכן שיהיה עליך להזמין מעצב נפרד המתמחה באנימציה והופכת מודלים תלת מימד למציאותיים.

הסיכון הגדול ביותר בכל הקשור לפיתוח מודל התלת מימד עבור המתחם שלך הוא שאתה מקבל בסופו של דבר עיצוב שניתן לאבות טיפוס אך לא לייצר בנפחו.

בסופו של דבר, המתחם שלך יופק בשיטה הנקראת הזרקת בלחץ גבוה (ראה שלב 4 להלן לפרטים נוספים).

פיתוח חלק לייצור באמצעות הזרקה יכול להיות מורכב למדי עם כללים רבים לעקוב. מצד שני, כמעט כל דבר ניתן לאבות טיפוס באמצעות הדפסת תלת מימד.

אז הקפידו להעסיק רק מישהו שמבין היטב את כל המורכבות ודרישות התכנון עבור הזרקה.

שלב 2 - הזמנת אבי טיפוס למארזים (או קניית מדפסת תלת מימד)

אבות טיפוס פלסטיים בנויים באמצעות תהליך תוסף (הנפוץ ביותר) או תהליך חיסור. תהליך תוסף, כמו הדפסת תלת מימד, יוצר את האב-טיפוס על ידי ערימת שכבות דקות של פלסטיק ליצירת המוצר הסופי.

תהליכי תוסף הם ללא ספק הנפוצים ביותר בגלל יכולתם ליצור כמעט כל דבר שתוכלו לדמיין.

תהליך חיסור, כמו עיבוד CNC, במקום לוקח גוש פלסטיק יצור מוצק ומגלף את המוצר הסופי.

היתרון של תהליכים חיסוריים הוא שאתה מקבל שימוש בשרף פלסטיק שתואם בדיוק את הפלסטיק הייצור הסופי בו תשתמש. זה חשוב עבור מוצרים מסוימים, אולם עבור רוב המוצרים זה לא חיוני.

בתהליכי תוסף נעשה שימוש בשרף אבות טיפוס מיוחד והוא עשוי להיות בעל תחושה שונה מזו של פלסטיק הייצור. שרפים המשמשים בתהליכי תוספים השתפרו משמעותית אך הם עדיין אינם תואמים את פלסטיק הייצור המשמש לעיצוב הזרקה.

כבר הזכרתי זאת, אך ראוי להדגיש שוב. יש להזהיר כי תהליכי אב-טיפוס (תוסף וחיסור) שונים לחלוטין מהטכנולוגיה המשמשת לייצור (הזרקה). עליכם להימנע מיצירת אבות טיפוס (במיוחד עם אבי טיפוס תוסף) שאי אפשר לייצר.

בהתחלה אתה לא בהכרח צריך לגרום לאב-טיפוס לעקוב אחר כל הכללים ליצירת הזרקה, אלא עליך לזכור אותם כך שניתן יהיה לעבור בקלות רבה יותר את העיצוב שלך לדפוס הזרקה.

חברות רבות יכולות לקחת את מודל התלת מימד שלך ולהפוך אותו לאב טיפוס פיזי. מעבדות פרוטו היא החברה שאני ממליץ עליה באופן אישי. הם מציעים אבות טיפוס תוספים וחיסוריים, וכן דפוס הזרקה בנפח נמוך.

אתה יכול גם לשקול לרכוש מדפסת תלת מימד משלך, במיוחד אם אתה חושב שתזדקק למספר איטרציות כדי להשיג את המוצר שלך נכון. ניתן לרכוש מדפסות תלת מימד כעת תמורת כמה מאות דולרים בלבד, מה שמאפשר ליצור כמה גרסאות אב טיפוס שרוצים.

היתרון האמיתי שיש מדפסת תלת מימד משלך הוא שהיא מאפשרת לך לאתחל את אב הטיפוס שלך כמעט באופן מיידי, ובכך להקטין את הזמן שלך לשוק.

שלב 3 - הערכת אבות הטיפוס של המארז

עכשיו הגיע הזמן להעריך את אבי הטיפוס של המארז ולשנות את המודל התלת-ממדי במידת הצורך. כמעט תמיד יידרשו כמה חזרות אב-טיפוס בכדי לקבל את עיצוב המתחם בדיוק.

למרות שדגמי מחשב תלת מימד מאפשרים לך לדמיין את המתחם, שום דבר לא משתווה להחזיק אב טיפוס אמיתי בידך. כמעט בוודאות יהיו שינויים פונקציונליים וגם קוסמטיים שתרצה לבצע ברגע שיהיה לך אב הטיפוס האמיתי הראשון שלך. תכנן להזדקק למספר גרסאות אב-טיפוס כדי להשיג הכל נכון.

פיתוח הפלסטיק למוצר החדש שלך אינו בהכרח קל או זול, במיוחד אם אסתטיקה היא קריטית עבור המוצר שלך. עם זאת, הסיבוכים והעלויות האמיתיים מתעוררים כאשר עוברים משלב האב-טיפוס לייצור מלא.

שלב 4 - מעבר להזרקה

למרות שהאלקטרוניקה היא כנראה החלק המורכב והיקר ביותר במוצר שלך לפיתוח, הפלסטיק יהיה היקר ביותר לייצור. הגדרת ייצור חלקי הפלסטיק שלך באמצעות הזרקה היא יקרה ביותר.

מרבית מוצרי הפלסטיק הנמכרים כיום מיוצרים בטכניקת ייצור ישנה באמת הנקראת הזרקת דפוס. חשוב לך מאוד להבין את התהליך הזה.

אתה מתחיל בתבנית פלדה, שהיא שתי חתיכות פלדה המוחזקות יחד בלחץ גבוה. לתבנית חלל מגולף בצורת המוצר הרצוי. לאחר מכן, מזריקים לתבנית פלסטיק מותך חם.

לטכנולוגיית הזרקה יש יתרון אחד גדול - זו דרך זולה לייצר מיליוני אותן חתיכות פלסטיק. טכנולוגיית ההזרקה הנוכחית משתמשת בבורג ענק כדי להכריח פלסטיק לתבנית בלחץ גבוה, תהליך שהומצא בשנת 1946. בהשוואה להדפסה תלת מימד, הזרקה היא עתיקה!

תבניות הזרקה יעילות במיוחד בהכנת המון מאותו הדבר בעלות ממש נמוכה ליחידה. אבל התבניות עצמן יקרות באופן מזעזע. תבנית המיועדת לייצור מיליוני מוצרים יכולה להגיע ל 100,000 $! עלות גבוהה זו נובעת בעיקר מכיוון שהפלסטיק מוזרק בלחץ כה גבוה, שקשה מאוד על תבנית.

כדי לעמוד בתנאים אלה, תבניות מיוצרות באמצעות מתכות קשות. ככל שנדרשות יותר הזרקות, כך המתכת נדרשת קשה יותר ועלותה גבוהה יותר.

לדוגמא, ניתן להשתמש בתבניות אלומיניום לייצור כמה אלפי יחידות. האלומיניום רך ולכן הוא מתכלה במהירות רבה. עם זאת, מכיוון שהוא רך יותר קל גם להכין תבנית, כך שהעלות נמוכה יותר - רק 1-2 אלף דולר לתבנית פשוטה.

ככל שהנפח המיועד לתבנית עולה כך קשיות המתכת הנדרשת ובכך העלות. הזמן המוביל לייצור תבנית גדל גם עם מתכות קשות כמו פלדה. לוקח ליצרן התבניות הרבה יותר זמן לגילוף תבנית פלדה (המכונה עיבוד שבבי) מאשר תבנית אלומיניום רכה יותר.

בסופו של דבר תוכלו להגדיל את מהירות הייצור באמצעות תבניות חלל מרובות.

הם מאפשרים לך לייצר מספר עותקים של החלק שלך עם הזרקת פלסטיק אחת.

אך אל תקפוץ לתבניות חלל מרובות עד שביצעת שינויים בתבניות הראשוניות שלך. זה חכם להפעיל לפחות כמה אלפי יחידות לפני ששדרוג למספר תבניות חלל.

סיכום

מאמר זה נתן לך סקירה בסיסית של תהליך פיתוח מוצר חומרה אלקטרוני חדש, ללא קשר לרמה הטכנית שלך. תהליך זה כולל בחירת אסטרטגיית הפיתוח הטובה ביותר ופיתוח האלקטרוניקה והמתחם עבור המוצר שלך.

על הסופר

ג'ון טיי הוא נשיא חברת Predictable Designs המסייעת ליזמים, חברות סטארט-אפ, יצרניות, ממציאים וחברות קטנות להביא מוצרים אלקטרוניים חדשים לשוק. ג'ון היה בעבר מהנדס עיצוב בכיר של טקסס אינסטרומנטס, שם יצר עיצובים אלקטרוניים המשמשים כיום במיליוני מוצרים (כולל חלקם של אפל). הוא גם יזם מצליח שפיתח מוצר משלו, ייצר אותו באסיה ונמכר במאות אתרי קמעונאות במספר מדינות. הורד את גיליון הבגידות שלו בחינם: 15 צעדים לפיתוח המוצר האלקטרוני החדש שלך.