Perché le modifiche personalizzate di un involucro sono importanti (e come progettarle)

Quasi tutti i sistemi elettronici necessitano di un involucro, ma non tutti possono utilizzare un modello standard. In alcuni casi ne serve uno personalizzato, ma per molti progetti la modifica di un involucro già pronto è più rapida ed economica. Ciò è particolarmente vero nelle applicazioni in cui il valore estetico è tanto importante quanto le prestazioni.

Il ruolo degli involucri è molteplice: comunicano funzionalità in ambienti industriali, influenzano le preferenze dei consumatori con l'estetica e mantengono l'identità del marchio. Aggiunte come vernici e grafica serigrafata contribuiscono a soddisfare queste aspettative. La personalizzazione può anche aiutare i progettisti a tenere il passo con l'evoluzione dei mercati, accelerata dall'Internet delle cose (IoT).

Se da un lato la personalizzazione offre molti vantaggi, dall'altro comporta anche numerose insidie, che possono portare a ritardi nei prodotti, a sovraccosti e all'insoddisfazione dei clienti.

Questo articolo fornisce un'introduzione di base agli involucri per sistemi elettronici e illustra una strategia di successo per modificare un involucro standard. Si concentra sugli involucri più piccoli di Hammond Manufacturing per i dispositivi IoT in applicazioni come i sistemi di domotica e automazione degli edifici, i dispositivi portatili di test e misurazione e le interfacce operatore per le apparecchiature commerciali.

Principi base degli involucri per sistemi elettronici

La funzione principale di un involucro è quella di ospitare un sistema elettronico, proteggendolo da fattori ambientali quali polvere, umidità, radiazioni ultraviolette (UV) e danni fisici. Un involucro può anche svolgere un ruolo fondamentale nella dissipazione del calore e nella schermatura contro le interferenze elettromagnetiche (EMI) e le interferenze in radiofrequenza (RFI).

Per raggiungere questi obiettivi si parte dalla scelta del materiale appropriato. Le opzioni includono plastica in acrilonitrile butadiene stirene (ABS), policarbonato, alluminio estruso e pressofuso e vari tipi di acciaio. Ogni materiale comporta dei compromessi unici in termini di costo, peso, durata e aspetto.

Un esempio della varietà di involucri è la serie 1554/1555 di Hammond Manufacturing (Figura 1). Questi involucri sono disponibili in plastica ABS economica per uso generale e a basso costo o in robusto policarbonato per applicazioni più impegnative. Quest'ultima opzione è classificata secondo le norme NEMA (National Electrical Manufacturers Association) 4/4X e 6/6P per applicazioni a tenuta stagna e sommergibili e ha una classi di infiammabilità fino a UL94-5VA. Gli involucri utilizzano una guarnizione maschio-femmina per garantire la protezione dalle infiltrazioni (IP) fino a IP68.

Figura 1: Gli involucri serie 1554/1555 sono classificati NEMA 4/4X e 6/6P e utilizzano una guarnizione maschio-femmina per garantire la protezione dalle infiltrazioni (IP) fino a IP68. (Immagine per gentile concessione di Hammond Manufacturing)

Gli involucri devono anche consentire il fissaggio fisico dei componenti elettronici mediante punti di montaggio come borchie, slot per schede a circuiti stampati e linguette per il montaggio su guida DIN. Ad esempio, la serie 1554/1555 presenta slot stampati all'interno che accettano schede CS da 1,6 mm montate verticalmente.

Un altro esempio è la serie di involucri in alluminio 1455NHD (Figura 2). Sono dotati di sette slot orizzontali che accettano Eurocard singole da 100 × 160 mm. L'involucro in alluminio estruso può fungere anche da dissipatore di calore, grazie alle sei alette integrate.

Figura 2: L'involucro 1455NHD integra sette slot per schede CS in cui montare facilmente le Eurocard e dispone di sei alette per la dissipazione del calore. (Immagine per gentile concessione di Hammond Manufacturing)

Modifiche comuni di un involucro

Uno dei motivi principali per modificare un involucro è la creazione di fori e intagli per funzioni quali:

• Punti di ingresso per cavi di alimentazione e dati
• Interfacce utente con spie, pulsanti e display
• Accesso alla manutenzione e sostituzione della batteria
• Ventole di scarico e altri controlli ambientali

Un involucro può anche richiedere l'aggiunta di vari elementi, tra cui:

• Punti di montaggio, come un pannello metallico interno per sostenere i componenti più pesanti
• Una mascherina trasparente o traslucida per consentire l'ispezione visiva del sistema e le letture interne
• Accessori per facilitare il passaggio dei cavi, la portabilità e altre funzioni

La Figura 3 illustra un involucro serie 1554 modificato con alcune personalizzazioni comuni.

Figura 3: L'involucro serie 1554 può essere ampiamente modificato dal produttore. (Immagine per gentile concessione di Hammond Manufacturing)

La maggior parte di queste modifiche richiede la lavorazione dell'involucro per garantire il corretto dimensionamento e allineamento dei fori, degli intagli e dei punti di montaggio.

Per evitare una rilavorazione costosa e lunga, è opportuno disporre di un campione dell'involucro modificato in modo da verificare l'adattamento accurato. Un campione può anche migliorare il progetto complessivo, rivelando opportunità di modifiche che possono semplificare l'assemblaggio e la manutenzione del prodotto.

Difetti dei materiali e controllo della qualità

La lavorazione può anche portare a deficienze del materiale. Nel caso di involucri in plastica, un avanzamento eccessivo della fresa può fondere la plastica, causando deformazioni e cricche da sollecitazioni meccaniche. Anche le reazioni con i refrigeranti delle macchine utensili possono causare fratture.

Gli involucri metallici presentano sfide proprie, in primo luogo perché i materiali sono più difficili da lavorare e richiedono strumenti e competenze specifiche. Aperture piccole o complesse sono particolarmente difficili da realizzare negli involucri metallici. La lavorazione può anche influire sulla porosità di alcuni materiali, come l'alluminio pressofuso. Altri danni possono essere causati dall'inserimento a pressione di componenti come le viti prigioniere, nonché da spigoli e bave lasciati dalla lavorazione.

Questi fattori possono alterare il grado di protezione IP di un involucro e danneggiarne l'integrità strutturale. Tali difetti di lavorazione possono essere difficili da individuare, quindi è fondamentale approntare un solido processo di controllo della qualità.

Verniciatura, serigrafia e altre finiture

L'aspetto estetico di un involucro è importante. Un design visivo pulito può aiutare gli utenti a localizzare, identificare e utilizzare le funzioni di un sistema. Un esempio è la custodia portatile 1553T, progettata specificamente per la strumentazione. Presenta una grafica serigrafata che indica le funzioni dei comandi utente (Figura 4).

Figura 4: Una custodia 1553T destinata alla strumentazione portatile esemplifica la necessità di una grafica intuitiva. (Immagine per gentile concessione di Hammond Manufacturing)

Un design accattivante può andare anche oltre, contribuendo a sostenere l'immagine di un marchio e motivando i clienti a scegliere un prodotto rispetto alla concorrenza. Per i progettisti è importante partire da un involucro che abbia l'aspetto desiderato.

La Figura 5 mostra la serie 1557, un esempio di una famiglia di involucri progettata per soddisfare le attuali tendenze estetiche. Queste involucri si distinguono per gli angoli e le facce arrotondate. Offrono un look moderno, pur mantenendo la durata e il grado di protezione IP dei modelli tradizionali.

Figura 5: Gli involucri serie 1557 offrono un look moderno e arrotondato per attirare maggiormente i clienti sensibili all'estetica. (Immagine per gentile concessione di Hammond Manufacturing)

La Figura 5 dimostra anche il ruolo sostanziale delle finiture esterne. La verniciatura a polvere, l'anodizzazione e altre finiture possono conferire un aspetto lucido, proteggendo al tempo stesso un involucro dai raggi UV, dalle sostanze chimiche corrosive e da altri rischi ambientali. La serigrafia può aggiungere immagini accattivanti e informazioni critiche sul funzionamento e l'uso di un sistema.

Tuttavia, le finiture mal eseguite possono compromettere l'aspetto e le prestazioni di un involucro. Gli errori di serigrafia, come il disallineamento o colori sbagliati, possono danneggiare la reputazione del marchio. Bolle e vernice che si spela possono rendere un prodotto poco attraente e ridurre le vendite. Se il rivestimento svolge un ruolo protettivo, i difetti di finitura possono anche esporre il sistema a danni.

Come per la lavorazione, controlli di qualità rigorosi e campionamenti tempestivi sono fondamentali per evitare questi problemi e raggiungere gli obiettivi del progetto.

Scegliere una strategia di modifica dell'involucro che riduca al minimo i rischi

Visti i rischi che ne derivano, la sfida per gli ingegneri è come affrontare al meglio le modifiche. Un'opzione è quella di eseguire le modifiche internamente, ma se il team interno è inesperto o non dispone degli strumenti necessari, l'esecuzione può portare a risultati scadenti.

Un'altra opzione è quella di acquistare involucri standard e poi inviarli a un appaltatore per la modifica. I rischi di questo approccio includono:

• Problemi nella comunicazione delle specifiche di progetto
• Possibilità di revisioni multiple
• Lunghi ritardi nella ricezione dei prodotti finiti

Per ovviare a questi problemi, i progettisti hanno ora la possibilità di far modificare gli involucri direttamente dal produttore. Il vantaggio principale di questo approccio è che il produttore conosce già le specifiche complete dei propri involucri, come modificarli e come testare i risultati per garantire un prodotto di qualità. Questo approccio offre agli ingegneri risultati più prevedibili e tempi di immissione sul mercato più brevi.

Come scegliere un produttore di involucri

I produttori hanno capacità, requisiti e processi diversi, quindi è essenziale iniziare a valutare i produttori candidati e selezionarne uno la cui offerta soddisfi le esigenze del progetto. Il primo passo è assicurarsi che il produttore sia in grado di completare il volume dell'ordine nei tempi richiesti. Ad esempio, Hammond ha una quantità di ordinazione minima (MOQ) tipica per gli articoli modificati di soli 25 pezzi e può evadere molti ordini in poche settimane.

Il passo successivo consiste nel verificare che il produttore sia in grado di implementare le modifiche richieste. Ad esempio, Hammond può eseguire quanto segue:

• Fori, intagli, maschiature, filettature e svasature
• Minuteria a pressione, come borchie e distanziatori
• Materiale illustrativo stampato, compresi loghi ed etichette
• Dimensioni e colori speciali
• Accessori pre-installati

Infine, è fondamentale assicurarsi che il produttore abbia un rigoroso processo di controllo della qualità e possa fornire campioni prima della produzione. Il processo di Hammond illustra questo aspetto:

• Per garantire che l'involucro rispetti le specifiche e prima di iniziare il lavoro, l'azienda fornisce un disegno per l'approvazione e un provino della grafica richiesta per la revisione.
• Una volta ottenuta l'approvazione, Hammond costruisce e collauda accuratamente un singolo campione per verificarne i difetti.
• L'azienda riceve quindi il pezzo campione per l'ispezione e il collaudo. Se il progetto richiede delle modifiche, Hammond può spedire prontamente un nuovo campione con le modifiche richieste. La produzione completa inizia solo dopo l'approvazione del campione.

Hammond adotta diverse altre misure per garantire la qualità. Ad esempio, tutti gli involucri verniciati che necessitano di fori e intagli sono modificati prima di essere verniciati, assicurando che i bordi intorno agli intagli abbiano una copertura di vernice di qualità.

Come collaborare con un produttore di involucri per ottimizzare la progettazione

La collaborazione diretta con un produttore di involucri offre opportunità per ottimizzare la progettazione. Per ogni progetto, le scelte degli involucri sono molteplici. La consulenza con il produttore può aiutare il progettista a restringere la ricerca delle opzioni e a individuare rapidamente l'involucro ideale.

Vale anche la pena verificare quali tipi di informazioni richieda il produttore. Alcuni produttori, come Hammond, possono accettare documenti semplici come schizzi, mentre altri richiedono formati specifici. Risolvere questo problema nelle prime fasi del progetto può far risparmiare tempo e fatica.

Il produttore può anche offrire modi per razionalizzare gli incarichi a lungo termine. Ad esempio, Hammond assegna a ogni involucro personalizzato un codice componente univoco, in modo da poter ordinare in seguito quantità aggiuntive dello stesso progetto.

Conclusione

Oltre alla protezione fisica dei sistemi elettronici, gli involucri migliorano l'esperienza dell'utente e la sicurezza, distinguono il prodotto e rafforzano il marchio. Sfruttando l'esperienza di un produttore di involucri, i progettisti possono affrontare le sfide della personalizzazione e bilanciare con successo i requisiti funzionali, l'estetica, i costi e i tempi di commercializzazione.

Inoltre, le due strutture di Hammond dedicate alle modifiche, una in Nord America e l'altra in Europa, possono personalizzare gli involucri con fori, ritagli, serigrafie, estrusioni di lunghezza speciale e così via.