Si vous êtes concepteur de produits ou ingénieur, il se peut qu'à un moment ou à un autre de votre carrière, vous ayez à créer un boîtier sur mesure. Il peut s'agir d'un simple conteneur pour ranger de petits objets ou d'un prototype entièrement fonctionnel imprimé en 3D à montrer aux clients ou à tester avant de passer au moulage par injection.
Avec un logiciel de CAO et une imprimante 3D de bureau, il est possible d'imprimer en 3D des boîtiers encliquetables personnalisés et des pièces interconnectées en cinq étapes simples.
Introduction à l’impression 3D avec la stéréolithographie de bureau (SLA)
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Étape 1 : Préparation du dossier personnalisé
Mesure de composants électroniques (à gauche). Première phase du modèle 3D avec les blocs de base (à droite).
Pour ce projet, nous allons créer un boîtier pour un ordinateur monocarte Pine 64 (téléchargez le fichier STL sur Pinshape pour suivre les étapes). Dans ce tutoriel, nous utiliserons SolidWorks comme logiciel, car c'est le plus utilisé dans le monde de l'ingénierie et de la conception de produits, mais d'autres logiciels de conception 3D similaires peuvent être utilisés.
Tout d'abord, nous utilisons un calibre numérique ou une règle pour mesurer les composants électroniques. Nous commençons la conception du boîtier par un exercice complet d'ingénierie inverse sur la carte de circuit imprimé, en mesurant la carte, la position des trous de montage et tous les ports ou prises qui doivent être accessibles à travers le boîtier. Il est recommandé de mesurer les dimensions maximales de l'objet entier en le visualisant comme une boîte afin de comprendre exactement où les principaux éléments doivent être placés. Dans SolidWorks, nous reproduisons ces mesures sous la forme d'un groupe de boîtes simples sur un seul fichier.
Étape 2 : la partie inférieure
Dans SolidWorks, il est préférable de concevoir le boîtier comme un assemblage dont les deux moitiés sont modélisées séparément. En commençant par la partie inférieure en tant que nouvelle pièce, la première décision importante consistera à déterminer la tolérance nécessaire entre le périmètre de la carte de circuit imprimé et le boîtier. Cela dépendra du processus d'impression 3D que nous prévoyons d'utiliser pour les pièces. Les imprimantes 3D SLA et SLS sont très précises, vous pouvez donc ajuster la tolérance à 0,5 mm sans prendre trop de risques.
Une imprimante 3D FDM de bureau peut déformer votre dessin et soulever le plateau d'impression. Vous devrez donc fixer une tolérance plus élevée (1,5 à 2 mm) pour vous assurer que le circuit imprimé tiendra à l'intérieur même si les parois sont un peu déformées.
Lisez notre guide approfondi sur les imprimantes 3D FDM vs. SLA et découvrez les différences en termes de qualité d'impression, de matériaux, d'applications, de flux de travail, de vitesse, de coût, etc.
Laissez un espace entre le périmètre de vos composants électroniques et le boîtier (à gauche). Créez les parois de la partie inférieure de la boîte dans le modèle 3D (à droite).
La première étape consiste à découper les ouvertures pour les portes. Une erreur fréquente consiste à découper juste assez de matière pour laisser la connexion du port USB ou HDMI apparente, sans tenir compte du fait que de nombreux câbles autour du connecteur mâle peuvent être encombrants et doivent disposer d'un espace à l'intérieur du boîtier pour se connecter au port, surtout si celui-ci est situé sur le bord de la carte de circuit imprimé et plus éloigné des parois du boîtier. Il est donc préférable d'être généreux avec les ouvertures de porte. Il est préférable de commencer avec un supplément de 2 mm autour du périmètre.
Ajoutez des ouvertures et des trous extrudés en bas pour accueillir des portes.
Comme vous pouvez le voir sur l'image ci-dessus, nous avons inclus des gravures d'extrusion à partir du haut et une ouverture pour une carte Micro SD. La raison pour laquelle certaines des ouvertures commencent par le haut est que les ports de la carte dépassent du bord de la carte de circuit imprimé, de sorte que nous devons laisser un peu d'espace pour qu'ils s'adaptent correctement. Certains d'entre eux seront fermés par la partie supérieure du boîtier, mais une autre idée pourrait consister à créer une partie inférieure plus large, de sorte que tous les circuits imprimés et les ports restent à l'intérieur. Dans ce cas, il faut tenir compte du fait que les câbles de connexion devront être poussés plus loin dans le boîtier.
Étape 3 : la partie supérieure
En général, la partie supérieure reflète la géométrie de la partie inférieure.
Une fois la partie inférieure terminée, la partie supérieure est beaucoup plus facile à réaliser. L'image ci-dessus montre les effets de la ligne de séparation sur le périmètre entre les deux moitiés. Sur la partie supérieure, les mêmes détails ont été ajoutés pour les ouvertures afin d'accueillir des portes plus grandes et des matériaux ont été ajoutés pour fermer certains des espaces laissés par la partie inférieure. Nous avons également ajouté une section centrale creuse (en option).
Optimisation de la conception d’assemblages imprimés en 3D
Concevoir avec les bonnes tolérances et un bon ajustement à l'esprit réduisent le temps passé au post-traitement, facilite l'assemblage et réduit les coûts de matériaux et d'itérations. Téléchargez notre livre blanc pour en savoir plus sur la tolérance et l’adéquation dans la conception d’assemblages fonctionnels imprimés en 3D.
Étape 4 : conception de l'assemblage par encliquetage
Avec un simple joint en porte-à-faux, la quantité de plastique qui s'insère à l'intérieur peut être augmentée, ce qui permet d'obtenir un loquet plus solide.
Différentes conceptions peuvent être choisies pour les composants de l'assemblage par encliquetage : nous avons opté pour un simple joint en porte-à-faux. Dans l'image ci-dessus, on peut voir les principaux détails de la conception de l'assemblage par encliquetage, qui est exactement le même pour les deux parties (mâle et femelle) de l'étui. En fonction de l'espace de travail disponible, il est possible d'agrandir la petite protubérance qui s'insère à l'intérieur de la cavité d'encliquetage afin de créer un loquet plus solide. Dans notre assemblage, il n'est que de 1,2 mm, mais pour le rendre encore plus sûr, il pourrait être de 2 mm ou plus. Dans ce modèle, les broches de la carte de circuit imprimé occupent beaucoup d'espace, de sorte que le loquet est conçu pour être inséré à l'intérieur, ce qui préserve la force nécessaire pour maintenir le boîtier ensemble. Le joint en porte-à-faux est extrudé de 20 mm pour une plus grande solidité.
Sur cette vue éclatée, vous pouvez voir les détails de l'encliquetage des deux côtés.
Ci-dessus, nous montrons une section éclatée avec des détails sur le loquet, le circuit imprimé et la position des broches (en noir) qui limitent la taille des joints en porte-à-faux. Au lieu d'avoir une cavité cachée à l'intérieur de la partie inférieure du boîtier, ce détail pourrait être découpé à l'extérieur, ce détail peut être découpé à travers l'extérieur, ce qui permet d'allonger vos éléments d'encliquetage.
Les languettes sont de petites extrusions qui s'insèrent dans les tiges opposées du boîtier afin de sécuriser les deux moitiés du boîtier.
Nous pouvons ajouter des languettes à notre conception pour maintenir les deux moitiés ensemble. Les languettes sont de petites extrusions qui s'insèrent dans la moitié opposée du boîtier. Comme nous avons créé deux languettes sur des côtés opposés, vous n'en aurez besoin, le cas échéant, que sur les deux côtés libres. Dans ce cas, nous les avons placés dans les coins. L'extrusion n'est que de 3 mm vers le bas, mais cela suffit à empêcher le mouvement des pièces imprimées en 3D interconnectées.
Ce simple boîtier encliquetable peut être adapté à pratiquement n'importe quel type de composant électronique.
Étape 5 : la touche finale
Le projet est terminé, mais nous pouvons ajouter d'autres détails pour donner vie à notre boîtier imprimé en 3D. Dans ce dessin, nous avons extrudé le texte du nom Pine 64 et quelques détails, comme l'emplacement de la carte SD. Nous avons ajouté le logo Pine 64 comme élément visuel, mais aussi pour la ventilation, car ces planches peuvent chauffer. En outre, ces détails permettent de réduire la quantité de matériaux utilisés pour l'impression 3D. Enfin, des détails sur les articulations des éléments d'encliquetage indique l'endroit où il faut exercer une pression du doigt pour ouvrir le boîtier.
Le modèle final, outre les éléments d'encliquetage, comporte désormais des détails uniques et est prêt à être imprimé en 3D.
Présentation des résines PU Rigid : repoussez les limites de l’impression 3D
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Imprimez en 3D votre boîtier encliquetable par stéréolithographie
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