Корпус для электронного устройства: как его разработать и произвести в Китае

  • Tutorial

Так выглядит холодное литье в силиконовой пресс-форме (сама пресс-форма — на фото справа). Оснастка из силикона дешевле металлической, но годится только для пары десятков циклов, потом форму можно выбросить

Каждый инженер и технолог знает, что проект никогда не идет по плану на 100%. Даже если предусмотреть возможные риски, всё равно в какой-то момент приходится действовать по реальным обстоятельствам, а не по плану. Особенно если вы что-то делаете в первый раз, работая с подрядчиком из другой культурной среды, который удален на тысячи километров.
С опытом внеплановых ситуаций становится значительно меньше.

За семь лет на Хабре мы рассказали про все этапы создания новых устройств для рынка электроники: от идеи до запуска серийного производства. В этот раз сфокусируемся на разработке и производстве корпусов в Китае, отмечая подводные камни, которые могут вас подстерегать на пути к новому продукту.

1. Разработка дизайна корпуса


Промдизайнеры и конструкторы считают, что дизайн корпуса — это главный компонент нового устройства, потому что именно из-за него гаджеты и покупают. Увидел-захотел-купил-пользуюсь. Конечно, инженеры и программисты, которые работают над функциональностью продукта, могли бы с этим поспорить. :-)

В процессе разработки дизайна и конструкции корпуса учитывают сразу множество ограничений:

  • пожелания заказчика;
  • назначение изделия;
  • область и условия применения;
  • удобство эксплуатации;
  • запросы потребителей.

На старте дизайнеры прорабатывают множество вариантов, обычно не менее 5—7 разных направлений, из которых выбирают 2—3 самых интересных для демонстрации заказчику или рабочей группе проекта.

У вас как заказчика может быть множество идей, которые хочется воплотить в своем продукте, но они не всегда могут сочетаться из-за технических ограничений производства или эстетических противоречий. Опытные дизайнеры учитывают, что на обсуждение и доработку разных корпусных решений уйдет около половины времени всего проекта. Переговоры, созвоны, переписка — личная, совместно с конструктором, с менеджером проекта. Согласование порой проходит сложнее, чем сам процесс разработки дизайна, но это нормальная часть работы по проекту. Нужно быть к этому готовым.


Эскизы iPhone. Авторы: Джонатан Айв и команда дизайнеров Apple. Дата неизвестна

Параллельно (обязательно параллельно!) к разработке дизайна подключается конструктор. Он приземляет полет мысли дизайнера к реальным требованиям технологий производства. Если оставить дизайнера наедине с самим собой, сроки разработки могут затянуться: дизайн разработали, согласовали-пересогласовали-супер, а произвести изделие литьем в пресс-форме без значительной корректировки внешнего вида уже не получается. :( И приходится запускать процесс заново.

2. Разработка конструкции корпуса


Предположим, мы пошли правильным путём и сразу после согласования дизайна приступили к 3D-моделированию изделия и его составных частей. Конструктор, или несколько конструкторов, в зависимости от сложности и состава изделия, используя различные САПР, воплощают в жизнь эскизы дизайнера.

В процессе разработки компьютерных моделей корпуса и более детальной проработки каждой мелочи может появиться (и появляется!) необходимость незначительной корректировки дизайна. Конструкторы предусматривают литьевые уклоны, предусматривают равномерную толщину стенок и правильную конструкцию углов. Мы уже рассказывали про эти тонкости в статье про литье под давлением.

Все эти изменения для технологичности производства хороший конструктор тоже согласует с заказчиком, чтобы не возникло недоразумений при приемке.


Чертежи iPhone 5, изображение компании Apple Inc.

При разработке корпуса важно не пропустить этап компьютерного моделирования физических процессов — для проверки надежности и дефектов отливки.

Затем, имея на руках 3D-модели и чертежи изделия, можно рассылать их потенциальным подрядчикам в наш любимый Китай для оценки стоимости производства. Подумав немного, добавив свою маржу, они with pleasure присылают предложения, часто отличающиеся в разы. Происходит это потому, что подрядчик подрядчику рознь, и кто-то действительно делает качественные вещи задорого, а кто-то делает не очень качественные вещи, но тоже задорого.


Типичный демостенд с образцами продукции на китайском заводе-изготовителе пластиковых корпусов

Как сделать выбор? Опираться на свой и чужой опыт работы с подрядчиками, анализируя предыдущие предложения на похожие или аналогичные изделия, сравнивая сроки изготовления.

Когда производитель корпуса выбран, можно подписывать договор на поставку. На этом же этапе можно оценить стоимость изготовления прототипа корпуса.

3. Прототипирование: изготовление опытного образца корпуса


Перед изготовлением дорогущего прототипа нужно изготовить 1-2-3 модели изделия, чтобы убедиться в том, что мы действительно получим то, что хотели. Есть разные способы изготовления модели корпуса — ее можно вырастить или фрезеровать, чаще всего используют FDM-выращивание как оптимальный вариант по стоимости, срокам и результату.


Фрезерный станок с ЧПУ вырезает прототип корпуса из капролона, который также известен как полиамид 6

Только получив модель, взяв ее в руки, пощупав, уронив, и понажимав физические кнопки, можно понять правильность выбранного дизайна. А зачем нужны вторая или третья итерации, спросите вы? За тем, что часто первая выращенная модель, а иногда и вторая, требует некоторой корректировки по результатам тестирования «вживую».

Прототип корпуса, изготовленный по методу фрезеровки на станке с ЧПУ, практически неотличим от серийного изделия, полученного при промышленном производстве. То есть вы будете держать в руках образец, готовый к показу потенциальным покупателям, руководству или инвесторам.


Портальный фрезерный станок с ЧПУ для быстрой и точной обработки деталей на одной из фабрик в Китае


Вот как выглядит фреза в станке с открытыми дверцами. Во время работы их закрывают, чтобы алюминиевая стружка не летела в глаза и на пол

4. Производство корпуса для электроники в Китае


4.1. Выбор материалов и договор на изготовление оснастки


Для производства корпуса необходимы оборудование, оснастка, материалы и рабочий персонал. Оборудование у подрядчика имеется, ведь мы его как раз выбирали, исходя из технических требований нашего производства. А вот с материалами для производства деталей корпуса нужно определиться заранее, еще до изготовления оснастки, потому что каждый материал имеет свои литейные и эксплуатационные характеристики, особенно важное значение для полимеров имеет объемная усадка при охлаждении. И изначально пресс-форму необходимо проектировать под определенный диапазон материалов, для соответствия конечных размеров отлитой детали вашему чертежу/модели.

Итак, дизайн, конструктив и прототипы согласованы, можно приступать к производству изделия. Начинается всё с разработки и изготовления оснастки, то есть пресс-форм — для пластика, литьевых форм — для алюминия, штампов — для стальных деталей. Процессы эти довольно длительные и дорогостоящие, и начинаются они с согласования и подписания договора на изготовление оснастки и серийного производства.


Участок сборки и обслуживания пресс-форм, неиспользуемую оснастку готовят к консервации

Договор на изготовление оснастки или на серийное производство изделий готовится очень тщательно, обычно на русском и английском языках. Подписывают договор товарищи из Китая мгновенно, наверное, смотрят только сумму и сроки. Но если в случае каких-либо эксцессов вы потребуете компенсации за некачественный продукт, а вам откажут из-за отсутствия тесных связей или слабых перспектив дальнейшего сотрудничества, то можете смело забыть и про договор, и про компенсацию. Судиться со стороной, находящейся на другом конце Земли, крайне нерентабельно, если у вас не миллионные проекты…

Поэтому и зрелые компании, и стартапы без собственного производства не всегда обращаются к китайским заводам-изготовителям напрямую, а работают с ними через контрактных производителей, которые сами выбирают подрядчика из списка доверенных партнеров и берут на себя все организационные вопросы, включая контроль качества и все связанные с этим риски.

Также стоит учитывать, что на этапе проектирования и изготовления оснастки может снова потребоваться корректировка конструкции и дизайна корпуса для обеспечения технологичности производства детали.


Цех по производству пресс-форм на одной из фабрик в Китае. Слева — участок с оснасткой, справа — металлообрабатывающие станки с ЧПУ

Если вы работаете с заводом изготовителем напрямую, необходимо регулярно интересоваться состоянием процесса производства оснастки: всё ли идет по графику, есть ли какие-либо проблемы на производстве, успеем ли уложиться в срок. Далеко не все производители Китая тщательно следят за сроками изготовления и сразу сообщают заказчикам о задержках и сбоях. Если не проверять их самостоятельно, есть риск получить от своих подрядчиков в нужный срок вместо результата ответ «бу хао исы», т.е. «извините», ну так получилось, такие обстоятельства, мы ничего не могли сделать, так расположились звезды…

4.2. Получение промышленных образцов корпуса и согласование Golden Sample


После проектирования и изготовления оснастки начинается самый волнующий процесс — получение первых промышленных образцов и приближение к заветной цели — подержать в дрожащих руках свое серийное изделие.

Обычно годный образец получается не с первого раза. Часто требуется доработка тех или иных элементов и поверхности, чтобы корпус полностью соответствовал желаемому виду и тактильному ощущению.


Термопластавтоматы для производства изделий из пластика методом литья под давлением. По зеленой конвейерной ленте съезжает готовая продукция

Так как Китай далековато, для оптимизации общих затрат первые образцы оценивают по многочисленным детальным фотографиям и видео. Для предварительной оценки качества этого вполне достаточно. Указываем на недостатки нашим китайским товарищам, обсуждаем и находим оптимальный путь их решения.

Недостатки исправлены (под неусыпным контролем), и мы получаем вторую итерацию образца. При тщательном исследовании первого образца и правильных действиях по его улучшению, вторая итерация обычно полностью соответствует желаемому результату. Снова оцениваем корпус по фото и видео. Если всё хорошо, заказываем доставку 3—5 образцов для визуальной и тактильной оценки.

По истечении 4—5 дней и таможенной очистки получаем первые долгожданные серийные образцы корпуса. Трогаем, щупаем, гладим, топим (при наличии требований водостойкости), морозим, анализируем, оцениваем и снова ищем, чтобы еще можно улучшить для достижения идеального результата.

Если появляются замечания, еще раз корректируем оснастку и производим повторные образцы. Если всё устраивает — можно смело демонстрировать заказчику, инвестору или потенциальным пользователям. Чем ближе продукт находится к конечной стадии проекта, тем дороже, дольше и больнее будет вносить изменения в дизайн и конструкцию. Однако это возможно.


Так выглядят отлитые кнопки для корпусов различной электроники. Литьевые каналы потом обламывают, а места стыков шлифуют

После всех вышеописанных итераций можно направляться в командировку к подрядчику в Китай. Обычно это занимает несколько дней без учета времени на дорогу. На заводе-изготовителе необходимо полностью сымитировать процесс серийного производства корпуса (т.е.проработать на малой партии), чтобы отладить все этапы, получить и окончательно согласовать серийный образец, так называемый Golden Sample, и оснастку для его производства.

4.3. Серийное производство корпусов


Само производство заветных корпусов для нового электронного устройства происходит практически без вашего участия. Китайские подрядчики согласно срокам, указанным в договоре, и только после предоплаты, изготавливают компоненты изделия и при необходимости организуют сборку.

Обязательно, как и в случае с оснасткой, необходимо периодически контролировать процесс производства и его график. Также нужно определить периодичность контроля качества корпусов и договориться об отправке информации о ходе процесса производства. Например, контролю внешнего вида можно подвергать до 100% изделий (особенно если отливки снимаются с пресс-формы вручную). Соответствие заданным размерам проверяем каждые 200 циклов пресс-формы. Тест на водонепроницаемость собранного изделия — каждые 1000 изделий, и так далее.


Проверка качества на китайской фабрике по производству пластиковых изделий

Наш опыт показывает, что у китайских подрядчиков есть своя специфика работы с фото- и видеоотчетами. Присланные фото почти всегда не очень хорошего качества, хотя технически сейчас в любом более-менее приличном телефоне камера позволяет делать отличные фото и видео. Только после нескольких повторных запросов на фото и видео наконец-то можно детально рассмотреть какие-то дефекты или несоответствия. Расчет простой: раз ты не увидел дефект, это твои проблемы, мы тебе всё выслали, ты всё посмотрел, согласовал, что ты теперь хочешь? Так что не стесняйтесь запрашивать как можно больше фото и видео хорошего качества.

5. Доставка партии корпусов для электроники и таможенная очистка


Для доставки готовой продукции можно использовать несколько видов транспорта, которые отличаются стоимостью и сроком доставки: авиа, ЖД, морской и автотранспорт. Также можно использовать комбинированные варианты. Каждый вид транспорта имеет свои преимущества и недостатки, определяющие возможности его использования. Авиатранспорт — самый дорогой вид доставки, но при этом и самый быстрый.

Самые простые позиции — образцы — обычно отправляются службами экспресс-доставки. Занимает это в среднем 3—5 дней без учета таможенной очистки.

При отправке партий побольше необходимо особенно тщательно просчитать целесообразность отправки самолетом, это самый дорогой способ доставки. Да, это занимает не более 4—5 дней, но стоимость в разы выше, чем доставка железнодорожным транспортом или морским путем.
Таможенная очистка груза подразумевает таможенное оформление и уплату таможенных пошлин. Оказанием таких услуг занимается таможенный представитель или таможенный брокер. Это агент, который вправе от имени и в интересах заказчика совершать любые операции по таможенной очистке.

Для начала процедуры необходимо представить в таможенную службу все документы, подтверждающие происхождение груза, его характеристики и стоимость.

К таким документам относится (список из 12 пунктов):
  1. Договор (контракт) международной купли-продажи.
  2. Спецификации к договору (контракту).
  3. Регистрация сделки в банке, если сумма договора превышает 3 млн руб. по курсу ЦБ РФ на дату подписания договора. Регистрация в банке занимает 2—3 дня.
  4. Инвойс или счет-проформа.
  5. Упаковочный лист.
  6. Транспортный документ: при морской доставке — коносамент, при автодоставке — CMR, при авиадоставке — авианакладная, при курьерской доставке — экспресс-накладная, при ЖД-доставке — ЖД-накладная);
  7. Разрешения и/или лицензии на ввоз товаров, ограниченных к перемещению через таможенную границу (если требуются).
  8. Документы, удостоверяющие соответствие товаров требованиям технических нормативных правовых актов — в отношении товаров, для которых обязателен «сертификат соответствия».
  9. Сертификат о происхождении товара по форме «А», СТ-1, общей или другой форме, предусмотренной законодательством.
  10. Документы, подтверждающие уплату таможенных платежей.
  11. Договор и счет-фактура от транспортной экспедиции.
  12. Документы, позволяющие идентифицировать товар — описание товара с указанием контрактного или коммерческого наименования товара с указанием его характеристик, достаточных для идентификации в соответствии с ТН ВЭД.


Таможенная очистка обычно занимает 1—2 дня в случае если не будет проводится дополнительная таможенная проверка (тарифная и нетарифная). После таможенного выпуска товара он может свободно перемещаться по всей территории ЕЭС.

6. Приемка изделия и решение вопросов по рекламациям


Товар доставлен и растаможен. Вы с довольным видом распаковываете коробки и убеждаетесь, что всё на месте, всё соответствует желаемому качеству и количеству.


Промышленные образцы корпусов: двухкомпонентное литье, корпус с закладными деталями и деталь с фактурой древесины, созданная по технологии литья под давлением с пленками (IMD). Слева — мешки с пластиковыми гранулами, которые засыпают в термопластавтомат

Конечно, могут быть какие-то несоответствия. Вы же не можете физически присутствовать при производстве и упаковке всей партии изделий, поэтому необходимо предварительно договариваться о порядке приемки…

Если вы работаете с подрядчиками в Китае не напрямую, а через контрактного производителя, тут всё проще. Если вы получаете первую партию, представитель контрактного производителя будет вместе с вами изучать доставленную серию корпусов и компенсирует все недостатки за свой счет. Обычно компенсация происходит не в денежном эквиваленте, а за счет изготовления и доставки нужного количества комплектов. В итоге расходы по изготовлению ложатся на подрядчика в Китае, так как это его вина, а расходы на транспортировку оплачивает контрактный производитель, если он брал на себя обязательства по доставке готовой партии корпусов в нужную точку мира.

Итак, партия изделий поставлена, допоставлена, допроверена. Все!

Нет, не всё.

После продажи изделия начинается тот самый процесс эксплуатации, который выявляет все скрытые моменты, которые не были предусмотрены при разработке дизайна и конструкции. Если вы занимались разработкой самостоятельно, тогда эти риски ложатся на вашу проектную команду. Если через контрактного разработчика, тогда он несет ответственность за исправление конструкции, пресс-формы, замену материала, отладку техпроцесса и т.д. Пока ваш продукт не станет идеальным. :-)

Итого: подводных камней при разработке и производстве корпуса для электронного устройства действительно много, но все эти вопросы вполне можно решить — либо за счет собственных проб и ошибок, либо при поддержке контрактных разработчиков и производителей, которые возьмут на себя риски и решение всех технических и организационных вопросов.

Желаем вам новых успешных проектов на рынке электроники! Делитесь в комментариях своими историями успехов и неудач на пути к собственным продуктам. А мы — будем рады поделиться опытом в ответах на ваши вопросы.

Комментарии 13

    0
    задумался, что никогда не слышал про китайский арбитраж или вообще коммерческие споры между компаниями.
    Они точно есть, но их как бы нет
      +2
      хех, как вам такой вариант: полностью автоматизированные онлайновые суды в WeChat?
      0
      А ведь каждое серийное электронное устройство должно соответствовать CE, что включает некую противоударность, безопасность и электромагнитную совместимость и т.д. На это безусловно влияет конструкция корпуса изделия, а про это ни слова…
        0
        JCH, а это отличная тема для следующей статьи! Спасибо за идею!
        0
        Фрезерный станок с ЧПУ вырезает прототип корпуса из копролона
        — это настолько плохой полиамид 6? Вроде от слова капрон должно происходить.
          0
          MrSGrey, спасибо, что читаете нас внимательно! :) Исправили опечатку. Верно, экструзионный капролон как раз капроном и называют.
            0
            Не бывает экструзионного капролона. Капролон — блочный полиамид-6, получаемый методом полимеризации в простых формах, для последующей мехобработки.
              0
              Экструзионный капролон или литьевой капролон — это своего рода жаргон, описывающий продукт, полученный тем либо иным методом. Сами гранулы исходные получают, конечно, не экструзией и не литьем.
                0
                Хотя для точности добавим еще 5 копеек. Даже сами гаранулы получают практически всегда экструзией: продавливают расплавленный материал через сито и режут ножами с охлаждением (обычно водой).
                  0
                  Дурацкий жаргон, запутывающий пользователей и стоящий им немало денег. Лучше пользоваться международными непатентованными обозначениями типа «полиамид» «полиамид блочный» итп. Без привлечения торговых марок. А то можно опуститься до деления всех полимеров на «пластмассу» и «целофан»
            0

            А как изготавливают силиконовые пресс-формы?

              +1
              Делимся одним из рецептов приготовления силиконовой пресс-формы :)

              Для начала нужна мастер-модель, т.е. образец детали, которую мы будем в этой силиконовой форме отливать.

              Берем либо готовую серийную деталь, либо делаем деталь заново — сначала в CAD-системе, а затем на 3D–принтере (у нас на сайте рассказано подробнее про материалы и технологии для изготовления прототипов).

              Поверхность образца нужно тщательно обработать, определить линию разъема формы, закрыть все отверстия.

              Далее монтируем опалубку для изготовления формы, в которую будет установлена наша мастер-модель. Устанавливаем литниковую систему и заливаем смесь из предварительно дегазированного силикона и отвердителя.

              Оставляем залитую форму в специальной камере: там силикон остывает и происходит дополнительная дегазация.

              Примерно через сутки достаем готовую форму. Вуаля! Теперь у нас есть силиконовая пресс-форма для отливки копий нашей мастер-формы.

              Как видите, все гораздо проще и быстрее, чем с металической оснасткой. Но нужно учитывать ограничения этой технологии: такой формы хватит на 20—30 отливок и тонкостенные детали с форме из силикона не выльются.
              0
              Я так и думал, что для изготовления пресс-формы нужна еще одна пресс-форма :)

              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

              Самое читаемое