Как выглядит производство корпусов Flipper Zero изнутри

    Пресс форма для одной из деталей Flipper Zero
    Пресс форма для одной из деталей Flipper Zero

    Flipper Zero — проект карманного мультитула для хакеров в формфакторе тамагочи, который мы разрабатываем. Предыдущие посты [1],[2],[3],[4],[5],[6],[7],[8],[9],[10],[11],[12],[13]

    Сейчас мы активно налаживаем процесс серийного производства Flipper Zero на фабриках. Компоненты Флиппера производятся на нескольких заводах: корпус и пластиковые детали на одном заводе, электроника на другом. Сегодня репортаж с завода, на котором делается корпус.

    Есть много способов изготовить пластиковые детали, но единственный способ массово производить качественные детали — это литье в формы под давлением. Сначала может показаться, будто это простой процесс, но на самом деле нет. Разработка корпуса и всех оснасток не сильно проще разработки электроники. Поэтому дешевые изделия всегда видно по низкому качеству пластика. В этом посте мы расскажем как выглядит производство корпуса на фабрике.

    Подготовка к литью начинается на стадии дизайна

    Разработка пресс-формы начинается еще при дизайне корпуса, потому что метод литья накладывает множество ограничений: промдизайнер должен закладывать правильные углы и поверхности, чтобы деталь можно было извлечь из формы. Любая ошибка здесь приведет к тому, что производитель просто не сможет изготовить такую деталь, и модель придется переделывать.

    Деталь невозможно извлечь из пресс-формы, если она неправильно спроектирована
    Деталь невозможно извлечь из пресс-формы, если она неправильно спроектирована

    Особого внимания требуют отверстия в корпусе: гребёнка GPIO, отверстие под USB-порт и т.д. Чтобы сделать такие боковые отверстия, в пресс-форме используется слайдер с формообразующими спицами, который при размыкании пресс-формы отъезжает от детали вбок.

    Иголки для дырок GPIO блокируют извлечение детали из пресс-формы, поэтому иголки подвижные и убираются перед извлечением
    Иголки для дырок GPIO блокируют извлечение детали из пресс-формы, поэтому иголки подвижные и убираются перед извлечением

    Но как тогда извлечь корпус из формы, если его удерживают иголки? Для этого их делают подвижными, и форма заливается в несколько этапов:

    • Слайдер со спицами смыкается в форме

    • Заливается пластик

    • Слайдер отъезжает вбок и формы размыкается

    • Деталь извлекается толкателем

    Упрощенная схема подвижных деталей на видео:

    Как устроены пресс-формы

    Сами формообразующие детали маленькие по размеру. Обычно это две металлические половинки, которые смыкаются и образуют полость, в которую и заливается пластик.

    На фото показаны промежуточные стадии изготовления формообразующих деталей. Маркером отмечены места, которые потом модифицировались. Всего во Флиппере 11 пластиковых деталей и 6 пресс-форм. На фото показаны только некоторые, самые узнаваемые формы.

    Форма для верхней крышки
    Форма для верхней крышки
    Форма для нижней крышки
    Форма для нижней крышки
    Форма для крышки экрана
    Форма для крышки экрана
    Форма для кнопок
    Форма для кнопок

    Помимо самих форм, пресс-форма состоит из множества литьевых каналов, содержит электронику для подогрева, толкатели, пружины, датчики температуры, коннекторы и многое другое.

    Итоговый размер и вес формы настолько большие, что ее перевозят на мостовом кране, который подвешен под потолком цеха. На фото ниже показана только одна форма для нижней крышки. Всего у нас шесть таких штук.

    Пресс-форма для нижней крышки Flipper Zero в сборе
    Пресс-форма для нижней крышки Flipper Zero в сборе
    Пресс-форма для нижней крышки Flipper Zero (вид сбоку). Виден электрический коннектор
    Пресс-форма для нижней крышки Flipper Zero (вид сбоку). Виден электрический коннектор

    3D-модель пресс формы (видео)

    Внутри форма выглядит так. Посмотрите сколько деталей!

    Программная симуляция литья

    Очень важно, чтобы пластик в форме остывал равномерно. Если в каких-то точках остывание произойдет слишком резко или слишком медленно, то на поверхности детали появятся разводы, утяжины. Для этого форма подогревается в разных местах.

    Прежде чем изготовить форму, строится ее физическая модель, с помощью которой программно симулируется литье пластика и высчитываются его температуры в разных точках.

    На анимации ниже видно два варианта подвода литьевых каналов. После симуляции разных вариантов выбирается лучшая конструкция формы.

    Компьютерная симуляция литья пластика в модель верхней крышки Flipper Zero. Сравниваются два варианта размещения литьевых каналов
    Компьютерная симуляция литья пластика в модель верхней крышки Flipper Zero. Сравниваются два варианта размещения литьевых каналов

    Симулируются все важные этапы: температуры при литье, скорость заполнения, температуры при остывании, давление при извлечении.

    Симуляция температуры в разных местах детали
    Симуляция температуры в разных местах детали
    Симуляция остывания и напряжений
    Симуляция остывания и напряжений

    Запуск литья

    Процесс литья пластика не начинается в один момент. Формы тестируют и доводят до идеала в несколько этапов. На первых этапах проверяют, соответствует ли ожидаемая физическая модель реальности, и как растекается пластик внутри формы. Для этого специально льют неполные детали, постепенно добавляя пластик до полного заполнения формы.

    Пошаговая проверка заполнения формы. Детали специально заливаются не полностью
    Пошаговая проверка заполнения формы. Детали специально заливаются не полностью

    Если на этапе проверки заполнения реальность не соответствует ожиданиям, форму отправляют на доработку. На этом этапе в формах еще не готовы финальные покрытия поверхностей.

    Готовые детали: крышка дисплея, ИК-окно, световод
    Готовые детали: крышка дисплея, ИК-окно, световод

    Каждая форма проходит эту стадию тестирования. Важно понимать, что глянцевый блеск на поверхности корпуса — это не финальный вид. Текстура поверхности наносится на формы только в самом финале.

    Тестирование заполнения формы для верхней крышки
    Тестирование заполнения формы для верхней крышки

    Все детали висят на литниках, из которых потом выламываются. Важно, чтобы место присоединения детали было максимально тонким и не оставляло лишних заусенцев и деформаций при отламывании.

    Кнопка висит на литнике
    Кнопка висит на литнике

    Финальная текстура

    На всех фотографиях пластиковые детали выглядят глянцевыми и убогими. Так происходит, потому что на молд пока не нанесена финальная текстура. Чтобы пластиковая деталь получилась красивая и матовая, на поверхности формы кислотой вытравливают шагрень. Только тогда деталь приобретает благородный матовый вид. Это делается в последний момент, уже после всех доработок формообразующей детали.

    Образцы поверхностей
    Образцы поверхностей

    Дефекты

    Как и в любом производстве, на первом этапе обнаруживаются косяки. В целом мы оцениваем первые отливки достаточно высоко, никаких фатальных дефектов не обнаружено, и основная часть правок уже вносится на момент описания статьи. Перечисленные дальше дефекты будут исправлены в финальном устройстве.

    Несоответствие цветов

    Цвет детали достигается замешиванием пигмента в массу жидкого пластика. Кроме цветового пигмента там есть добавки для защиты от ультрафиолета. Из-за этого не так просто попадать в нужный цвет. На фото ниже плохо видно, но в реальности готовая кнопка значительно темнее цветового образца слева.

    Кнопка темнее образца слева (на фото плохо видно)
    Кнопка темнее образца слева (на фото плохо видно)

    Утяжины, стресс-марки

    Из-за неравномерного остывания детали возникают минорные дефекты: заметные швы, стресс-марки. Такие дефекты исправляются настройкой подогрева и подачи пластика.

    Маркером помечены дефекты литья
    Маркером помечены дефекты литья

    Подвижные части могут оставлять шов. По нашей спецификации шов должен быть меньше 0.05 мм. Чтобы убрать шов, фабрика подгоняет стыки более точно и шлифует поверхности.

    Линия отделения подвижной части слишком выдается
    Линия отделения подвижной части слишком выдается
    Слишком глубокая отметка держателя игл на кромке экрана. Слишком тонкий пластик в этом месте
    Слишком глубокая отметка держателя игл на кромке экрана. Слишком тонкий пластик в этом месте
    Заметный след от литья между отверстиями подпружиненных контактов
    Заметный след от литья между отверстиями подпружиненных контактов
    Air trap on internal ribs which influences their shape
    Air trap on internal ribs which influences their shape
    Световод не достаточно плотно зафиксирован
    Световод не достаточно плотно зафиксирован
    Эта часть не соответствует чертежам, что приведёт к невозможности сборки
    Эта часть не соответствует чертежам, что приведёт к невозможности сборки

    Чехлы

    Чехлы получились нереально крутые: очень плотный матовый силикон, на ощупь дорого-бахато, как брендовые чехлы для айфона. Не ожидал, что с первого раза такие крутые семплы будут. Форма еще чуть-чуть переделается, чтобы чехол не оттопыривался в районе экрана, в остальном все отлично.

    Первые чехлы
    Первые чехлы

    Подготовка упаковки и артикулов

    Готовимся к международной отправке. Зарегали официальные штрихкоды в GS1. Формируем таможенные классификации и прочие бумажки. Иконки еды на штрихкодах — это наши внутренние обозначения регионов и цвета устройства, чтобы легче было визуально отличать.

    Наши соцсети

    Все обновления по проекту я первым делом публикую в Telgeram-канал @zhovner_hub

    Flipper Devices Inc.
    Разрабатываем электронику для задротов
    Реклама
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее

    Комментарии 68

      +16

      Какая же большая работа проделана. Статья как всегда интересная))

        0
        Да не говорите, давненько ничего такого не видел.
        +5

        Очень интересно, спасибо. Отладка заполнения формы в виде постепенного неполного заполнения по-своему напоминает рисунки из энтомологических пособий.

        Почему у верхней литьевой крышки только два литника? Я своим дилетантским взглядом вижу, что если добавить третий, то заполнение будет быстрее и равномернее.

        И что значат пицца-бургер-лапша? Это-что-то связанное с цифрами R01-R02-R03, но это явно не цвет и не количество флипперов в коробке по предзаказу. Хотя последнее может быть.

        И да. Zalup73? Мне кажется, или вы хотели избавиться от нецензурной слогогенерации? Или, наоборот, сказали, что это весело?.. %)

        UPD: Дурацкий мобильный хабр. Случайно отправил недописанный комментарий, стал редактировать его, прокрутил вверх к статье уточнить момент, обновил все комментарии на странице. Обновление комментариев сбрасывает поле ввода. :/

          +3
          image
            0

            Имел в виду что-то такое: тыц, но ихтиодельфин действительно подходит сильнее! :D

            +4
            Почему у верхней литьевой крышки только два литника? Я своим дилетантским взглядом вижу, что если добавить третий, то заполнение будет быстрее и равномернее.

            Не знаю, я в этом не шарю.


            И что значат пицца-бургер-лапша?

            Условные обозначения регионов: US, EU, ASIA. Ну и цвет устрйоства. Цифры значат то же самое, только при взгляде на иконку легко прочитать визуально всю информацию сразу.


            Zalup73? Мне кажется, или вы хотели избавиться от нецензурной слогогенерации?

            Имя решено убрать с этикетки. Конкретно этот пример просто для прикола.

              0

              Условные обозначения регионов

              Я мог забыть, но, если не сложно, можете скинуть ссылку на статью, где это говорилось, или в двух словах описать, в чём разница между регионами?

              Частотные сертификации, как с антенной? Или инструкции на разных языках?

              Интересно же. :)

                +1
                в чём разница между регионами?

                Да разница в сертификациях. Железо внутри везде одинаковое.

                  0

                  Правильно ли я понимаю, что частоты зависят от прошивки и я могу находясь в Северной Америке прошить допустим прошивкой для России что бы разблокировать частоты? :)

                    0
                    Регион устройства в OTP. Но софт весь открыт ;-)
                      0

                      Спасибо за ответ:) Осталось только дождаться отправки

                +4
                Не перевели текст в конце «Утяжины, стресс-марки» =)
                Интересная статья, спасибо. Интересно, а пресс-формы при «допиливании», исправлении косяков/замечаний — полностью/частично заново делают или как-то «напильником» подгоняют текущие части? Сколько деталей за раз делается на такой пресс-форме и сколько времени это будет занимать? Интересно сколько минут/часов уходит на сборку одного экземпляра устройства.
                Вообще спасибо за такие подробные статьи — это один из плюсов, почему меня заинтересовал Флиппер )
                  0
                  Условные обозначения регионов: US, EU, ASIA

                  Представители обозначенных регионов могут обидеться и устроить скандал в Твиттере.
                    +5

                    Верно, ведь национальная кухня это так оскорбительно.

                      +1

                      Пицца - это Европа? А у России какая иконка?

                        +2

                        Пицца - это Европа? А у России какая иконка?

                        Очевидно же - бутылка водки. Ну или более политкорректный гранёный стакан.

                          0
                          Боржч!
                            +1
                            Самовар и блины же
                              +1
                              с икрой.
                              0
                              АК-74
                                +2
                                Это про Африку.
                                  0
                                  Ну в общем-то все верно.
                              –2
                              Очевидно же, что лик царя.
                                +2
                                Россия — это Европа.
                                  0
                                  Географически или культурно? Культурно это азия.
                                    0

                                    Всё мимо! Россия — это Европа в нашей классификации моделей Флиппера. Классификация вытекает из государственных частотных ограничений, из-за которых и пришлось плодить SKU

                          +2
                          Чем больше литников — тем больше на изделии следов от литников, поэтому всегда стремятся минимизировать их количество.
                            +4
                            Это как раз не страшно — литники можно прикрепить с внутренней стороны, у нас же корпус.

                            Увеличение количества литников ведет к тому, что в большем количестве мест корпуса будут встречаться встречные потоки пластика, которые уже подостывшие и там могут быть некрасивые такие волнистые псевдошвы. Да и в принципе при увеличении количества литников отливку детали сложнее расчитывать а значит сложнее добится стабильности при производстве.
                            +1

                            Увеличение количества литников приводит к появлению линий спая(место где встречаются более холодные потоки) они могут испортить внешний вид детали, поэтому большого количества литников стараются избегать. В идеале, если деталь может пролиться, делают один

                            +2
                            При проектировании как-нибудь рассчитывается количество защёлкиваний-отщёлкиваний до отламывания защёлок на корпусе?
                              +6

                              Конкретно количество защелкиваний не считается, но точно известно, что если правильно разбирать устройство, оно переживает много сборок-разборок. Только нужно знать нюанс как правильно нажать, что открыть защелки. На сайте будет видеоинструкция по разбору.

                              +2
                              Странно. Все детали и формообразующие показаны с литниками, а прессформа в сборе горячеканальная.
                              Горячий канал хорош при очень больших объемах литья, чтобы не терять пластик в отходе из-за литников. Вы собираетесь корпус в очень больших количествах выпускать?
                                +7

                                Да, это хот раннер. Собираемся отлить 100 тысяч за 2021 год.

                                –3
                                Всего 100 тыс? И горячий канал?
                                У богатых свои причуды :)
                                Много это миллионы отливок в год.
                                Чистота обработки шиберов и основной поверхности очень разная: шиберы гораздо грубее. Шиберы продавлены в деталь- проблема подгонки.
                                  +8
                                  Без горячеканальной не получить безупречный корпус. Там не только пластик экономится, но и качество поверхности выше. При такой добавочной стоимости, как у них, можно позволить себе потратить 1 доллар с каждого изделия на форму.
                                  +1
                                  А что за софт для симуляции литья?
                                    +5

                                    В углу картинки видно — Autodesk Moldflow. Но это делает производитель молдов, никто из нашей команды это не умеет.

                                      0
                                      Спасибо.
                                    +1
                                    Коммерческой тайной не поделитесь сколько это удовольствие стоит? :D Пытаюсь запустить свой девайс сейчас, друзья говорят что дешевые формы сейчас можно сделать, выигрыш даже от 100-1000 деталей может быть по сравнению с 3д печатью.
                                      +9

                                      Наши формы вышли в районе $100k за все 6 штук с учетом допиливания. Есть намного более дешевое литье в силикон.

                                        +1
                                        Неплохо так, но с таким карудфандингом конечно можно позволить себе.
                                        +1

                                        При тиражах от 2 тысяч можно начинать задумываться о литье в формы, меньше - обычно не рентабельно.

                                        Дешевые варианты форм делают даже из алюминия. Ходят они очевидно не так долго, но позволяют достичь "фабричного" качества и заработать на нормальный комплект форм. =)

                                          +2
                                          Именно так. Льем в алюминиевые формы на ВЛМ, отливок получается не много — от 200 до 500 шт в зависимости от сложности детали, наличия поднутрений и закладных. Стоимость изготовления алюминиевой формы от $2000. Себестоимость изделия получается существенно выше, но при мелких сериях затраты существенно меньше. Вот тут есть пример работы с небольшим видео: www.fabmicro.ru/blog/108.html
                                            0
                                            Я планирую партию от 2500 и корпус из 2 деталей (может 3).
                                            0
                                            Если разрабатывать с пониманием процесса литья, то пресс-форма может стать сильно проще механически, а значит и дешевле. Партия от 1000 штук при разумном подходе к дизайну почти точно будет дешевле 3Д-печати, и если печать не дорогая (обычный ABS) — механически еще и надежнее, т.к. лить можно из PC ABS, он немного противоударный. На 100 штук я бы с литьем не заморачивался. Не забываем еще, что самые дешевые формы после 20-30 тысяч отливок начинают проседать и течь, повышается процент брака (про это мне говорили на заводе), на практике после 7 тысяч отливок я проблем не видел, потом мы свернули производство.
                                              0
                                              А контакты не подскажите? Я вот ищу сейчас производителя которому смогу довериться, но у которого не придётся отдать руку и ногу за формы. Можно в личку. Спасибо заранее.
                                            +11

                                            Надо было на 1 апреля написать, что у флиппера новый корпус для военных, как на фото.

                                              +1

                                              Новый эргономичный корпус. С кольцом для тали.

                                              +1
                                              Интересно было бы, если вы упомянули какое программное обеспечение использовалось или может использоваться на каждой стадии изготовления деталей — от разработки модели например в SW до моделирования литья, разработки литьевой прессформы, постобработки и подготовки данных для обрабатывающего центра — 5-ю осевого фрезерного станка.
                                                +4
                                                Этим занимаются люди на заводе, бессмысленно осваивать ПО и теорию ради изготовления одного корпуса.
                                                +1
                                                А модели пресс-форм тоже выложите в открытый доступ?
                                                  +7

                                                  Разумеется, вместе с бухгалтерией, контрактами с поставщиками и доступам банковским счетам. Готовая франшиза — "начни производить свои флиппера за пять минут".

                                                    +2
                                                    Китайцы все равно начнут)
                                                      +5
                                                      Только если это будет выгоднее, чем слизать очередной Samsung S(стопятьсот). Они отлично умеют считать, и по личному опыту относительно нишевые девайсы им неинтересны.
                                                      –2
                                                      А 3d-модель корпуса?
                                                  +4
                                                  Для моделирования литья используют moldflow.
                                                  Вот интересное видео про одну из контор что занимается литьем, вернее оптимизацией процесса www.youtube.com/watch?v=ZcH9HhALP_I
                                                  Понятно что там мелочёвка, а не крупногабарит, с большими деталями-то так не побалуешься как они говорят про оптимизацию процесса. Да и непонятна надежность выращенных вставных элементов прессформ, все таки пластик хоть и мягкий материал (условно, относительно металла, да и то, не каждый пластик мягче любого металла), но тысяч за 100 циклов показывает себя как хорошая наждачка по отношению к поверхностям прессформ.
                                                  Хотя… кто знает, может это выращивание элементов и есть будущее технологии литья под давлением.
                                                    0
                                                    А можно ли такой штукой будет сэмулировать что-то вроде DCF77 на короткое расстояние (в теории)? Для Raspberry Pi есть такие проекты: github.com/hzeller/txtempus и github.com/F5OEO/rpitx (там есть готовый код для DCF77 тоже). И есть много всяких устройств, пытающихся слушать DCF77 или его аналоги там где его совсем не слышно.
                                                      +2
                                                      77.5 kHz

                                                      Мы без особых проблем дрыгаем ногой микроконтроллера на 125kHz для RFID, так что не вижу проблем. Не могу сказать только какие из ног внешнего GPIO под это подойдут, но вроде не выглядит не сложно. Антенну и пассивным обвяз, разумеется, придется самому изготовить. Ну и код написать.

                                                        +1
                                                        Мельком прочел про протокол, видится что никаких проблем нет, на паре пинов (несущая + модулятор) вполне реализуется.
                                                        +2
                                                        Русская статья: «Чехлы получились нереально крутые». Английский пост: «The cases turned out to be unrealistically great». Нет такого выражения в английском языке, я бы заменил на что-то в духе «The cases turned up looking unreal», если уж надо дословно, но и это немного коряво. Хотя надо заметить, что в неидеальных переводах есть какой-то шарм, как минимум для американского рынка (местные в среднем по статистике умиляются лёгким акцентам итп).
                                                          0
                                                          unrealistically great

                                                          Просто напишите «awesome».
                                                            +1
                                                            Pretty fucking greatawesome же.
                                                          +2

                                                          Дорого богато..) жирновата пресс форма.. У меня при одном взгляде как в мультике в глазах $_$ вот так сделалось..)

                                                            0

                                                            Круто что не экономите на качестве, респект

                                                              0
                                                              Как же хорошо читать эти статьи, зная, что уже оплатил и Флиппер, и доставку. Хотя борьба с жабой была нешуточная, смог одолеть её уже на последних днях кикстартера.
                                                              Сейчас осталось только дождаться заветной коробочки.
                                                                0
                                                                Мне вот флиппер нафиг не нужен (кажется? не нужен же?)
                                                                Но статьи ваши прямо читаю с удовольствием, спасибо.

                                                                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                Самое читаемое