Design, utveckling, UX & Tech

under det senaste decenniet, priset för att göra en enda PCB plummeted. Och vi har presenterat massor av hackar med brädor som hämtar från platser som Osh Park eller Seeed Studio. Men det här fenomenet är inte isolerat, och alla typer av enstaka prototypertjänster blir billigare och ser ut att skapa både hobbyist och ingenjör.

Idag vill jag blåsa locket av några platser som erbjuder enstaka mekaniska prototypstjänster. Jag tar oss igenom någon historia om hur vi kom hit, introducera några nya spelare, och äntligen markera några viktiga avvägningar innan du börjar beställa skräddarsydda aluminiums delar direkt till din tröskel.

Nu får du dina ANSI Z87 + säkerhetsglasögon, och låt oss komma igång.

Vårt PCB-ursprung

För drygt ett decennium sedan var beställning av tryckta kretskort (PCB) en dyr (nä, för dyr) prövning för hobbyisten. Att få ett enda styrelse skulle kosta dig flera hundra amerikanska dollar på PCB Fab House. Frågan var inte priset per styrelse. Det var den främre tillverkningskostnaden för att trycka på brädet genom fabriken. Tyvärr är PCB inte gjort en-at-a-time. De konsolideras med andra kopior av samma PCB på en större panel för att förenkla fixturingprocessen när du flyttar designen från maskin till maskin i tillverkning.

Men snart, gjorde ett litet företag som heter Osh Park något väldigt annorlunda. Verkar som medelagent, de konsoliderade olika PCB från olika designers på en delad panel och skickade den paneldedesignen för tillverkning istället. Resultatet var att hobbyister kunde beställa en enda PCB via OSH Park för en bråkdel av kostnaden för att behöva placera en batchorder direkt. Och det som en gång var en professionell process blev tillgänglig för eftermiddagsingenjören för några dollar och några veckors ledtid.

Naturligtvis kom denna process inte med alla förmåner att beställa direkt. Soffret var att PCB-designers behövde komma överens om vissa tillverkningsinställningar som skulle vara vanliga för panelen, som skikträkning, minsta hålstorlek, PCB-ytfinish och färg, vilket är hur vi fick Osh Parks otvetydiga lila soldermask. Slutligen, eftersom Osh Park behövde aggregerade tillräckligt med order för att skicka ut en panel, skulle order ta cirka två till tre veckor att återvända till kunden. Men trots begränsningarna är designutrymmet av det som är möjligt, och det låga priset gjorde den extra väntetiden värt det för hobbyistiska projekt.

Under de år som följde fångade andra tillverkare, särskilt i Kina. Och det verkade som en tävling-till-botten för att erbjuda det billigaste singelmängden kretskortet. För första gången kunde elektronikhobbyister på en budget använda samma tillverkningsprocesser som yrkesverksamma. Nu, namn som JLCPCB, smutsiga PCB, ses studio och PCbway, är ganska vanliga bland detta hackare.

Prototyping som en tjänst

Många av oss vet historien ovan. Heck; Vi bodde genom det! Men det slutar inte där. Faktum är att något liknande händer på andra domäner. Andra tillverkningstjänster öppnar sina dörrar till enstaka prototyper som brukade kräva högre minimiordningar, och resultatet är att din närmaste hackerspace kan vara helt virtuell där delar beställs och levereras till din dörr.

Det är värt att fråga: Var händer det här? Just nu ser vi att dessa alternativ kommer från 2D-datorstyrda tillverkningsprocesser som laserskärning, vattenjettering och 2D CNC-routing. Det gemensamma temat? Var och en av dessa processer använder verktyg som arbetar på stora lakan av lagermaterial. Uppstådden är att med vissa uppströms förbehandling kan satser av order konsolideras till samma ark – precis som Osh Park gjorde. I teorin kan det här tricket sträcka sig till någon tillverkningsprocess där programvara kan limma sammanlagda beställningar till en satsprocess.

Just nu gör batchningsorder på ark av delat lagermaterial mycket mening. Men med lite arbete är det möjligt att utöka detta koncept till andra processer. Under tiden är det dags att utnyttja de extra processkapacitet som kan levereras till vår tröskel för en bråkdel av sitt ursprungliga pris.

Spelarna

Låt oss ta en snabb rundtur i vem som levererar tillverkade singlar direkt till din tröskel. Jag tänker på att våra läsare kommer att vara bekanta med shapeways för SLS 3D-utskrift och Ponoko för laserskärning, så jag kommer att sidled dem för att lyfta fram några andra upp och kommande erbjudanden.

Laserskärning: SENDCUTSEND

Laserskärare för skärande metaller är fantastiska verktyg, men verktygen själva kan ta upp ett betydande fotavtryck i ett hemgarage – för att inte tala om att göra en väsentlig dent i vår lön! I stället för att installera en metalllaserskärare och lära sig hur man använder det själv, har jag börjat välja alternativ i SendCutsends katalog.

För de korta partierna av objekt som jag har börjat beställa från SendCutsend har jag haft delar skickade tillbaka till mig tidigt nästa vecka. De flesta metalldelar från SendCutSend Arrive som standard med en karakteristisk grov kant, men jag har mjuknat dessa kanter med ett par minuter av stålull och armbåge fett. Dessutom är hålen gjorda av SendCutSend aluminium linje skär exakt nog att jag har kunnat utnyttja hålen med M3x0.5 trådar. och om du är särskilt lat, kommer SendCutSend även göra gäng processen för dig.

Slutligen, det är värt att notera att SendCutSend tillämpar spåret kompensation till alla sina laserskurna delar. Det innebär att du kan skicka in en DXF-fil som är den exakta storleken på din sida och tillverkningsprocessen kommer att justera så att delar skärs så nära nominell storlek som möjligt. Om du normalt arbete med laserskärare av din lokala butik eller skola, är detta en ganska stor bekvämlighet eftersom vi har i allmänhet att kompensera DXF geometri att ta hänsyn till platsen storleken på laserskärare.

Jag ska nämna: det lägsta priset för delar från SendCutSend är $ 30, men jag kunde få en sats av 10 av ovanstående delar tillverkade utan någon prisökning.

Carbon Fiber CNC Routing: CNCMadness

För quadcopter byggare ute, kolfiber delar är den hemliga sås till att göra kraftiga flygande ramar som är både lätt och styv. Tyvärr är laserskärning ark sammansatta kolfiber out-of-the-fråga, eftersom dessa ark kommer spy otäck rök från lim de är gjorda av. Bearbetning dessa skivor är inte heller bara svårt, eftersom kolfiber äter genom vanliga skärverktyg som sandpapper, det är också farligt eftersom skräpet gjort från att skära dessa skivor kan vara skadligt att andas. sedan skära denna exotiska material hemma är svårt i bästa fall skulle det inte vara fantastiskt om vi bara kunde beställa dessa delar som en strömlinjeformad tjänst?

Ange CNCMadness. Jag har använt dem under åren för alla typer av anpassade plattor av olika tjocklekar. Normalt, skulle jag nå för kolfiber när spara vikt är en viktig konstruktionsövervägande. men CNCMadness prisklass är så bra, jag befinner mig nå för kolfiber även när vikten spelar ingen roll. På en typisk order, jag brukar få delar (beställs från USA) inom nästa vecka efter beställning.

6mm kolfiber Plates ge min ol’laserskärare bygga några inramning.
Slutligen, det är värt att nämna: till skillnad från aluminium, som kan omarbetas med handverktyg och även recirkuleras för skrot, kolfiberdelar är mer av en one-shot deal. Om jag hittar konstruktions misstag, dessa delar är avstängda till papperskorgen, så jag brukar försöka hålla den tanken i bakhuvudet innan du trycker på knappen ”köp”.

Andra tillverknings tjänster:

Några av dessa nästa spelare erbjuda något antingen helt nya eller ganska nisch. Men för fullständighet, de är fortfarande värt att nämna eftersom de antyder där prototyping tjänster kunde växa i framtiden.

Resin 3D Printing: PCBWay
PCBWay är förgreningar ut och nu erbjuder olika 3D tryckeritjänster, inklusive en tjusig klar harts erbjudande. Även om det är fortfarande tidigt, är några av resultaten börjar dyka upp på Twitter, och målet är övertygande för att ge dem ett försök. För en tillverkare som fick sitt namn i hobby landskap gör kretskort, att det är trevligt se dem filial ut samtidigt som det antyder hur vårt förhållande till prototyping tjänster förändras.

image Credit: @PCBWayOfficial

image Credit: @PCBWayOfficial

Låg volym formsprutning av IGUS
Bild Credit: Igus
Formsprutning har i allmänhet en enorm up-front kostnad för tillverkning av formen. men IGUS erbjuder 3D tryckta formar framställda från en av sina specialpolymerer som väsentligt minskar slitaget på formen och kan användas för lägre volymer vid lägre initialkostnader. Den citerar processen är inblandade, men den här tjänsten kan vara en användbar resurs för att hålla i bakfickan.

Gör-det-Quick Kompromisser

Precis som OSH Park, tjänsterna ovan göra vissa uppoffringar för att lova dem fasteoffer ekonomiska delen. Men, naturligtvis, i massor av fall dessa kompromisser spelar ingen roll. Trots det är värt att vara tydlig om de tre alternativen som får offras: design inspektion, specifikationer och toleranser.

Design Inspection

Först och främst, förlorar vi konstruktion inspektion. Med dyra tillverkningstjänster, kommer människor vanligtvis inspektera för att se till vad du håller på att få dem att göra är fri från bländande fel. tidigt i min engineering karriär hade jag min arbetsgivare gå till PCB fab hus vänligen peka på några av de uppenbara fel med min PCB design, varav det värsta var att låta någon tryckt text landa på kopparskiktet i stället för silkscreen skiktet. de hade gjort min styrelse som det är, skulle jag har väntat två veckor för tusentals-of-dollar i värdelösa glasunderlägg och kanske en lätt irriterad chef.

Med dessa nya låg kostnad prototyping tjänster, är det osannolikt att någon människa ska ingripa för att tala om för oss vad som är fel med vår design-fil. Det ska bara få gjort som det är. Som sagt, även om vi beställa några aluminiumskrot, fel första gången är kostnaden för att göra det mycket billigare. Heck, let oss bara säga att vi får göra fler konstruktions iterationer.

specialitet Specifikationer

Till priset av hastighet, dessa tjänster offra specifikationer. Det vill säga, vi inte få alla de alternativ som finns för oss att vi annars skulle få när citerar med en mer traditionell mekanisk verkstad. bland dessa offer, vi förlorar på specialmaterial, ytbehandlingar, beläggningar, värmebehandlingar och andra efterbearbetnings uppgifter som gradning vassa kanter. Om vi söker sig dessa butiker, visste vi förmodligen om denna avvägning i förväg, men det är värt att göra explicit. Slutligen, om det finns några speciella efterbearbetning teknik som du behöver, men inte se erbjudas, nå ut till dem. De kan vara villiga att göra ett undantag för dig mot en avgift. och med tillräckligt folk frågar, kan det bli nästa specifikation de rullar ut.

toleranser

Slutligen har vi kompromisser i måttoleranser. detta är den i särklass viktigaste avvägningen att överväga. Den sorgliga verkligheten om maskinbearbetade delar är att de aldrig kommer att bli de exakta måtten som vår fil anger. Som formgivare måste vi utforma denna sarkasm, att se till att våra designarbeten över ett litet område av storleksavvikelser kallas måttoleranser.

Med en high-end verkstad, dimensionstoleranser är bara specifikationer. Du kan ange hur exakt artikeldimensioner måste, och butiken kommer att försöka göra den del inom dessa toleranser, vilket ökar priset för strängare specifikationer. men med dessa billiga tjänster, får vi inte att ange hur exakt våra del dimensioner kommer att bli. Istället kommer de antingen lista ganska grova toleranser up-front, eller kommer inte att lista alla tillverkningstoleranser helt och hållet.

Utan måttoleranser, har vi två alternativ. eftersom de flesta processer är gjorda av CNC-maskiner, kan vi nog räkna med rimliga relativa toleranser mellan funktioner men något grövre toleranser på de funktioner själva. Med andra ord kan avståndet mellan två hål vara ganska tight, men hålet storlek kan vara lite för liten eller för stor. Ett alternativ är att helt enkelt leva med dessa grova toleranser som det är och design runt dem så att de inte fråga.

Om snäva delen dimensioner gör materia, är nästa alternativ att göra en del at-home efterbearbetning. Till exempel, om vi vill säkerställa en snäv tolerans på ett litet hål, kan vi beställa delar med underdimensionerade hål och sedan borra dem hemma oss till en mycket snävare specifikation. Det här alternativet är inte alltid praktiskt, dock. Även om det kan vara billig och lätt att borra hål i aluminium, kan efterbehandling material som kolfiber vara mycket mer opraktiskt eftersom det kräver specialmetallverktyg för att kunna borra igenom utan snabbt dulling borrkronan.

Slutligen, det är värt att notera att tjocklek och planhet toleranser är inte heller tillgängliga specifikationer med dessa billiga tjänster heller. Det är särskilt viktigt för laserskurna plastdelar där processen med laserskärning delen faktiskt kan orsaka det att varp- eller curl upp något. Allt detta sagt, när vi vet om dessa begränsningar, kan vi sätta dem att använda på ett sätt som konsekvent ger delar som uppfyller våra förväntningar.

Var vi kom ifrån, Vart vi ska

Ack! Min PCB etsning färdigheter har satts till vila sedan 2013.
Om ett decennium sedan, verkade det som att förstå det smutsiga arbetet med etsning PCB i ditt garage med otäcka kemikalier skulle göra dig den coolaste hacker på blocket. men numera den smutsigaste delen av farkosten av kretskortstillverkning har ersatts med en beställningsprocess som är för bekväm att förbise. Vad kan ha varit garage trolldom har reducerats till ett par klick bort. men resultatet har varit en explosion av hårdvaruprojekt som alla är beroende av vad som brukade vara en antingen kommersiellt eller boutique process för dem med pengar eller tålamod.

Det är värt att fråga: hur är vårt förhållande till hårdvarudesign kommer att förändras när vi börjar utnyttja dessa tjänster till våra Sent på kvällen