Dá se pomocí FDM 3D tisku vyrobit funkční prototyp krytu pro elektronické zařízení?

Ano, s podmínkami. FDM 3D tisk je běžný způsob, jak vyrobit funkční prototyp krytu elektroniky: ověříte rozměry, montáž desky, otvory pro konektory i zacvakávání ještě před drahým nástrojem. Prototyp ale není certifikovaný výrobek. Teplotní odolnost, hořlavost, krytí IP a EMC dokazuje zkouška hotového zařízení, ne samotný tisk.

Zakázkový 3D tisk krytů na elektroniku (i krabiček na desky) je u nás součástí 3D tisku prototypů. Tiskneme jen technologií FDM z PLA, PETG, ASA, nylonu a TPU, na vyžádání i z PC Blendu.

Co FDM prototyp krytu ověří a co ne

FDM je podle Protolabs Network (hubs.com) rychlá a levná metoda na prototypy, u kterých se testuje tvar a sestava. Do vytištěného krytu vložíte skutečnou desku a hned vidíte, co nesedí.

Materiál podle teploty: PLA, PETG, ASA a PC Blend

Teplotní odolnost, kterou uvádí Prusa Polymers, není povolená provozní teplota. U PETG, ASA a PC Blend je to teplota průhybu pod zatížením (HDT) podle ISO 75 při 0,45 MPa (PETG, ASA, PC Blend). U PLA jsme definici údaje v technickém listu nenašli.

Kolik tepla vzniká, ukazují čísla výrobců. Raspberry Pi 4 má provozní teplotu okolí 0 až 50 °C (product brief), spínaný zdroj Mean Well LRS-50 účinnost 80 až 90 % (specifikace), což při výstupu 50 W znamená ztrátu zhruba 6 až 12 W (náš přepočet). Změřte proto teplotu v uzavřeném krytu při plné zátěži po několik hodin a porovnejte ji s HDT. Porovnání filamentů je v článcích Jaký materiál zvolit na 3D tisk a Materiály na koncové díly.

Je 3D tištěný kryt nehořlavý?

Ne automaticky. Třída UL94 V-0 existuje pro filament Prusament PETG V0, který Prusa popisuje jako jediný UL certifikovaný samozhášivý PETG (Prusa). Záznam UL Product iQ ji váže na podmínky: tloušťka stěny 0,75 nebo 3,0 mm, vrstva 0,2 mm, tryska 0,4 mm, profil „Balanced or default“ a vybrané tiskárny Original Prusa (například MK3S+, MK4, MK4S, XL, Core One). Záznam sám uvádí, že jiné parametry mohou dát výrazně jiné výsledky. Je to údaj o materiálu, ne o každém výtisku ani o hotovém zařízení. U běžného PLA, PETG a ASA výrobce hořlavost nezaručuje.

PETG V0 není v našem seznamu materiálů a žádný materiál s UL V-0 neslibujeme. Pokud zařízení potřebuje nehořlavý kryt, například při napájení ze sítě nebo kvůli certifikaci, napište to do poptávky a řešíme to zvlášť. Podle našich obchodních podmínek nejsou díly z 3D tisku bez zvláštní písemné dohody určeny tam, kde by jejich selhání mohlo ohrozit život, zdraví nebo majetek.

Krytí IP, EMC a CE: co řeší zkouška hotového zařízení

Krytí IP

Kód IP podle IEC 60529 má dvě čísla: první (0 až 6) hodnotí ochranu proti prachu a pevným předmětům, druhé (0 až 9) ochranu proti vodě. IP54, IP65 a IP67 jsou tři různé zkoušky, u IP67 jde o ponor do 1 m na 30 minut. Krytí je výsledek zkoušky konkrétního krytu, ne vlastnost technologie.

V testu Prusy s nádobkami naplněnými vodou byly hlavním zdrojem netěsností spoje a přechody mezi výplní a obvody, ne styk vrstev. Pro PETG, PLA a nylon doporučuje alespoň 4 obvody, pro ASA a PC alespoň 2. U tenkých stěn záleží na materiálu, u tlustých (6 obvodů) ne. Samotná výplň 100 % těsnost nezaručí. Je to test držení vody, ne zkouška IP.

Pomáhá víc obvodů, těsnění z TPU a drážka pro O-kroužek. Těsnění umíme navrhnout, krytí IP ale musí být odzkoušeno na hotovém zařízení. Žádný IP rating neslibujeme.

EMC, stínění a CE

Plast je izolant a elektromagnetické záření nijak nestíní (Machine Design). Stínění se doplňuje vodivým nátěrem nebo pokovením a spoje musí vodivě navazovat. EMC a značku CE řeší výrobce hotového zařízení: směrnice 2014/30/EU mu ukládá posouzení shody a připojení značky CE. Zkouší se celé zařízení, ne kryt sám.

Konstrukční pravidla, vložky a zacvakávání

Čísla jsou doporučení zdrojů, ne příslib přesnosti tisku. Vůli určí zkušební kus: Protolabs Network uvádí pro zacvakávání u FDM 0,5 mm, příručka University of Florida pro tiskárny Prusa MK4 a XL 0,20 až 0,25 mm pro běžné posuvné díly a 0,30 až 0,40 mm pro volná víka. Dolaďte ji v první iteraci.

Šroub zašroubovaný přímo do plastu po několika rozebráních drží špatně, proto se na opakované šroubování používají mosazné vložky zatavené do plastu. Podle CNC Kitchen má být páječka o 10 až 20 °C teplejší než tisk a slepý otvor asi o 1 mm hlubší než vložka. Vložky osadíme na vyžádání od 10 € za hodinu. Při zacvakávání se podle Protolabs Network hodí houževnaté materiály jako PETG nebo nylon, PLA je křehké. Konzoly nestavte v ose Z.

Postup ve 2 až 3 iteracích a podklady

Obvykle stačí dvě až tři iterace, výroba každé trvá zpravidla 2 až 5 pracovních dnů od připsání zálohy, k tomu čas na vaše testování. Je to náš doporučený postup, ne statistika.

Co nám pošlete:

• 3D model desky a komponentů ve formátu STEP z ECAD nebo MCAD (KiCad ho exportuje), nebo alespoň výkres desky s obrysem, otvory a výškami komponentů,
• výkres konektorů: poloha a rozměry konektorů, tlačítek, LED a displeje vůči hraně desky,
• fyzickou desku, protože i výkres Raspberry Pi je podle výrobce přibližný,
• prostředí, nejvyšší teplotu, výkon měnící se na teplo, požadavky na IP a hořlavost a počet kusů.

Podrobnější seznam je v článku Jaké podklady potřebuji na cenovou nabídku. Pokud model krytu nemáte, 3D modelování ho podle desky navrhne.

Kontrolní seznam návrhu krytu

1. Máte STEP model desky a komponentů a desku i fyzicky.
2. Vnitřní komponenty jsou namodelované společně s krytem a bez kolizí.
3. Stěna má alespoň 2 mm a při požadavku na těsnost má PETG alespoň 4 obvody.
4. Vůle kolem komponentů a mezi deskou a stěnou je 0,5 mm.
5. Vůle mezi díly (víko, lišty) jsou zvolené podle zkušebního kusu.
6. Porty mají dohromady 2 mm vůle, kritické otvory se dovrtávají.
7. Tam, kde se bude opakovaně šroubovat, jsou závitové vložky.
8. Zacvakávací prvky jsou z PETG nebo nylonu, mimo osu Z, se zaoblením u paty.
9. Teplota v krytu je změřená při plné zátěži a materiál zvolený podle ní.
10. Větrání je navržené a není v rozporu s požadovaným krytím.
11. Je jasné, kdo a na čem prokáže nehořlavost nebo krytí IP, pokud jsou potřeba.
12. Prototyp je označený jako prototyp, ne jako certifikovaný produkt.

Kdy FDM kryt nestačí

Kolik stojí prototyp krytu a jak začít

Kryt desky o hmotnosti 60 g vychází podle ceníku na 7,20 € (60 g × 0,12 € za gram), účtuje se ale minimální objednávka 10 €. Větší kryt o 150 g vychází na 18,00 €. Jsou to ilustrační výpočty, víc v článku Cena 3D tisku. Každá iterace je samostatný tisk.

Pošlete STEP model desky, výkres konektorů a popis prostředí přes kontakt, nabídku posíláme obvykle do 24 hodin. Pasti při objednávce popisuje článek Na co si dát pozor při objednávání 3D tištěného prototypu. Parametry tisku jsou na stránce FDM tisk, celou službu popisuje 3D tisk prototypů.