ID/MD设计详解
前言
漂亮的产品外观,是智能产品决胜的关键。
一 、什么是ID设计?
设计师根据产品的PRD、MRD、BRD中使用场景、使用人群、功能要求的信息,结合和自身经验、竞品信息、企业情况、行业工艺、成本要求等多维维度数据,进行构思设计出来的外形方案。
初次设计时,设计师会以手稿形式,提供几种草案,由产品、项目组和老板进行设计评审,确定其中一种方案,然后设计师逐步修改多次讨论,输出最终的2D工程图或JPG彩图,最终输出的图纸必须包含投影视图、注明整体尺寸,当然也尽可能完整描述清楚表面工艺等设计要求。
当然,在进行此阶段设计时,也需要MD、硬件相关人员提前进来参与,避免ID定稿后可能出现的无法处理缺陷。
常用的设计软体为alias、rhino、 Photoshop
二、 ID设计准则&材料工艺介绍
ID设计应该遵循以下几个准则,具有品牌识别度、满足功能、易于使用、符合场景、符合成本要求。
- 外观:颜色、图案、logo、光泽线条(3D、2D);
- 质感:手感、粗糙度、寿命(品质)、流线型等等;
- 功能:硬化、抗指纹、抗划伤;
2.1 材料知识
材料在工业生产中是基础工业,也是基础学科,其重要性是不言而喻的。对于从事产品设计的设计师/工程师而言,熟悉了解材料的特性非常重要。
金属材料类型
板材(SECC,SGCC,SPCC,SUS,Al)
合金(镁合金,铝合金,锌合金,钛合金,铝镁合金,锌铝合金……)
塑料材料类型
外观件主要用材料
ABS:光泽度较高,易喷涂,但耐温不高;
PP:成本低,流动性好,但尺寸稳定性较差;
PC:强度高,耐温高,透明性好,但容易开裂;
PC/ABS合金:综合性能优异,但价格较高。
装饰件主要用材料
透明材料:透明ABS、PMMA、PC等
电镀材料:电镀级ABS
膜材料:PET膜,PC膜
软胶类:TPE,PVC,橡胶,硅胶
3C关键件核心材料
阻燃PBT、阻燃PP、阻燃PPO
其它关键结构件材料
POM、玻纤增强尼龙、PPS、PPA、PEI
辅助类材料
发泡材料:隔音减震、缓震泡棉
硅橡胶:密封、防水、硅胶防滑垫
胶水:红胶固定、焊盘胶水固定、强力双面胶粘合
散热:浅蓝色导热垫、散热贴纸
2.2 表面处理工艺
常见表面处理工艺有:模具蚀纹,抛光,拉丝,喷砂,移印,丝印,IMD,IML,镭射,喷油,高光UV喷涂,橡胶漆,磨砂漆,烤漆,电镀,真空镀,批花,铝合金阳极处理,烫金等。
2.2.1 表面处理
烤漆、喷砂、拉丝
抛光 电镀 雕刻
2.2.2 表面后处理工艺
阳极氧化
工艺优点:防护、装饰、绝缘、耐磨、防指纹
工艺过程:抛光/喷砂/拉丝->除油->阳极氧化->中和->染色->封孔->烘干
电泳
工艺优点:颜色丰富、保持金属光泽、防腐
工艺过程:抛光/喷砂/拉丝->前处理->电泳->烘干
疏油涂层
工艺优点:质感、耐脏
疏油涂层
工艺优点:质感、耐脏
三、什么是MD设计?
ID给MD的资料一般是DXF格式的线框图或建好外形的stp格式模型图,在拿到ID设计提供的工程图相关资料后,MD开始启动,先是评估材料工艺、结构装配、拆机方式、生产制造等等可行性,然后资料核对。
MD自顶向下设计TOP-DOWN设计具体流程如下:
具体做法是先导入ID提供的文件,进行描线。
根据描线,绘制曲面,曲面要和实体尽量一致,也是后续拆图的依据,可以的话尽量整合成封闭曲面局部不顺畅的曲面,面/底壳只需做初步外形,里面掏完壳即可,此阶段图纸完结后与ID进行确认。
取面,拆画出各个零部件,拆分方式以ID的外形图为依据,拆件后外观确认。
产品内部结构细化(零部件的排布,定位,连接,装配等),零部件干涉分析,运动仿真分析,产品可靠性分析(防尘,防水,防震,隔热,散热等)。
仿真,简单的运动、装配都可以用3D软件仿真,但仍有一些仿真需要特殊软件,如热仿真Flotherm,Fluent,力仿真Ansys(当然Ansys功能非常强大不止于此),动力学的Adams等等。
结构设计3D图纸会审,终审,图纸优化与确认。
2D图与BOM单制作及内部评审,零件3D转2D(PCB,压铸件2D,冲压件,钣金件,机加件,型材等),产品Bom物料清单制作(产品型号,名称,规格,单重,材质,用量,表面处理),手板制作评审,开模前会议。
工艺图输出,爆炸图及装配图输出。
整个过程中,应该随时保持与ID、硬件、产品、工艺相关人员保持沟通,避免走弯路。
MD设计常用软体为Pro/E、SolidWorks,UG、catia。
四、MD设计准则&工艺介绍
4.1 MD设计准则
- 确定好装配基准面和XYZ方向的定位。
- 减少装配零件,设计要简单化。
- 尽量模块化设计。
- 减少公差的累加。
- 要保证各个零件之间装配快速完成。
- 产品设计时需考虑散热方案。
- 确定好壳体的配合设计。
- 各个电声器件的设计规范需要了解清楚。
4.2 设计技巧
壁厚设计准则
合理确定塑件的壁厚是非常重要的,其它的形状和尺寸如加强筋和圆角等都是以壁厚为参考的。塑料产品的壁厚重要决定于塑料的使用要求,即产品需要承受的外力,是否作为其他零件的支撑,选用的塑料材料的属性,重量,电气性能,尺寸精度和稳定性以及装配等各项要求而定。
- 一般电子产品面/底壳壁厚取1.50mm内
- 中型制品/底壳壁厚取2.00mm
- 大型制品/底壳壁厚取2.50mm
- 防水产品面/底壳壁厚能够取3.00mm
常规产品3.00mm现已非常稳妥了,壁厚太厚很容易缩水,也容易发生内应力引起变形,担心强度不足完全能够通过在内部拉加强筋解决,作用远好过单一的添加壁厚。
按键结构设计技巧
防水防尘结构设计技巧
结构间:
- 超声波焊接
- 防水硅胶圈
- 电路密封绝缘-灌胶
- 二次啤塑
麦克风、扬声器:
- 防水网
天线结构设计技巧
天线类型:
On Board板载式:采用PCB蚀刻一体成型,性能受限,极低成本,应用于像蓝牙、WIFI模块这样的RF射频板;
SMT贴装式:材质有陶瓷、金属片、PCB,性能成本适中,便于安装、集成,适用于大批量的嵌入式射频模块;
IPX(IPEX)外接式:使用PCB或FPC+Cable的组合,性能优秀,灵活安装,成本适中,广泛应用于OTT、终端设备;
External外置类:塑胶棒状天线,高性能,独立性,成本高,应用于终端设备,无须考虑EMC等问题;
天线位置:
天线的安装位置一般有2种,一种是单独的支架,锁在主板上或者前壳上,FPC贴在支架上,一种是贴在后壳上。
散热结构设计技巧
- 结构开孔
- 风扇
- 水冷
- 铝基板
- 铜箔
- 导热硅脂
- 石墨片
屏幕贴合设计技巧
玻璃面板贴合方式
可靠性结构要求
功能,安装,结构,噪音,下跌,EMC,ESD等相关测试指标。
机械动力设计
- 动力结构强度必须足够
- 设计的最大动力要求在使用的1.5倍以上
- 动力结构必须有限位
- 动力结构必须模拟无干涉
- 动力结构走线应无拉扯、无磨损,考虑无线滑环、坦克链、弹簧线等方式
外壳固定技巧
- 螺丝
- 卡扣
- 干胶
- 点胶
- 超声波
- 磁铁
4.3 加工工艺介绍
钣金件
钣金展开;各种成形模具结构简图;钣金各种特征加工工艺;钣金铆接、焊接、螺纹连接等结构特性;
塑件
注塑;压缩;压注;挤出;吹塑;泡沫塑料;双色与多色
压铸
铸铁;铝合金压铸;锌合金压铸;镁合金压铸;钛合金压铸;铸铜
挤出加工
塑料挤出;铝挤;铜挤出
五 手板制作&验证
在MD完成设计,输出图纸后,进入手板制作流程,一般产品手板零部件效果如下(无表面处理)。
5.1 手板制作
常见手板制作工艺如下:
- 3D打印-SLA
- 3D打印-SLS
- CNC:主要材料有ABS,PC,PMMA,金属主要是铝和铜。
- 真空覆膜(需要原有的样板,适合改变手板材质或小批量生产)
3D打印-SLS与3D打印-SLA区别
3D打印与CNC区别
1. 材料上的差异
3D打印的材料主要有液态树脂(SLA)、尼龙粉末(SLS)、金属粉末(SLM)、石膏粉末(全彩打印)、砂岩粉末(全彩打印)、线材(FDM)、片材(LOM)等等。液态树脂、尼龙粉末和金属粉末占据了工业3D打印的绝大部分市场,随着技术发展,3D打印现在也可以打印出强度很强的模型了。
而CNC机加工用的材料全部都是一块一块的板材,就是板状的材料,通过测量出零部件的长宽高+耗损,再去切割对应大小的板材用于加工。CNC机加工材料选择比3D打印多,一般的五金类和塑料类板材都能进行CNC机加工,而且成型部件致密度要比3D打印好。
2.因为成型原理而导致的零件差异
3D打印能有效地加工生产出结构复杂的零件,比如镂空的零件,而CNC则很难实现镂空零部件和精密零件的加工。
3. 后期处理上的差异
3D打印的零部件后处理选择不多,一般都是打磨,喷油,去毛刺,染色等等。而CNC机加工的零部件后处理选择五花八门,除了打磨,喷油,去毛刺,还有电镀,丝印,移印,金属氧化,镭雕,喷砂等等。
5.2 手板验证
手板件加工回来后,结构工程师需要进行对手板样机安装,包括结构组装、PCBA、外围器件安装测试,安装过程中需要记录安装问题点,确保每一个版本迭代有所根据。
手板完结后依照设计标准要求做相关的测验,为了保证产品的可靠性,不同种类的产品,不同的国家和地区,都会有不同测试标准,要根据实际情况确定,有专标找专标,没专标找通标,连通标都没有的,一定要问有经验的工程师,或者直接打电话到检验机构进行咨询。熟悉标准对产品设计本身也有一定的指导作用,否则在认证测试的时候再去整改会非常痛苦。
测验项目一般包含:功能,安装,结构,噪音,下跌等测验,并与规划输入对比后进行规划变更。
零部件级别
盐雾、百格、酒精等。
产品整机级别
温度、跌落、运输、振动、冲击、IK防护、IP防护等。
安规相关
球压、稳定性、机械危险、阻燃等。
电磁兼容相关
含EMI 电磁发射、EMS 电磁抗扰度两个方面,有多个测试项目,多去请教硬件工程师。
环保相关
ROHS,SGS等。
5.3 产品品质标准
在产品完成手板制作后,MD工程师应该输出以下检测标准和工艺不良品改善对策。
1. 产品外观级面定义与外观检测标准
2. 不良定义与允收拒收标准
3. 各种工艺不良及改善对策(临时,长期)
六 投模简介
产品通过摸底认证后,就可以进行投模操作了,一般产品投模时间周期一般在40天左右,根据产品要求、复杂度和双方工程师的沟通情况而定。