研发思维05----嵌入式智能产品外观设计之经典

简介: 研发思维05----嵌入式智能产品外观设计之经典

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。

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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)

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合金(镁合金,铝合金,锌合金,钛合金,铝镁合金,锌铝合金……)

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塑料材料类型

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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

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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

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抛光 电镀 雕刻

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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

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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

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疏油涂层

工艺优点:质感、耐脏

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疏油涂层

工艺优点:质感、耐脏8c03bc9694ab423cbc7d634fe8dfe3dc.png

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。

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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。

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按键结构设计技巧

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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;

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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

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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)。

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5.1 手板制作

常见手板制作工艺如下:

  1. 3D打印-SLA
  2. 3D打印-SLS
  3. CNC:主要材料有ABS,PC,PMMA,金属主要是铝和铜。
  4. 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)

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3D打印-SLS与3D打印-SLA区别

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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。


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