カスタム電子エンクロージャに最適な製造プロセスの選び方

電子デバイスはあらゆる場所にあります。消費者向けのスマートフォンやノートPCから、高度な医療機器、航空機の重要なフライトコントロール、電子機器やその他の車両における安全・性能・エンターテインメントシステムまで。

用途は大きく異なりますが、多くの電子デバイスには共通点が少なくとも1つあります。それらを動かす回路基板やその他のコンポーネントがすべてエンクロージャ内に収められていることです。

カスタム設計のエンクロージャは、消費者向け・コンピュータ電子製品をコモディティ化した競合製品から差別化するのに役立ちます。他のエンクロージャは、湿気、熱、化学物質などの危険から産業機器などを守るという実用的なメリットを提供します。

ほとんどの電子デバイスが要求する性能と美観を満たすエンクロージャを作るために、さまざまな製造プロセスが利用可能です。これらのサービスは、試作から少量生産までプロジェクトを運び、市場投入までの時間を短縮し、長期的なコスト削減をもたらします。

この記事では、エンクロージャ製造における各プロセスのメリット・デメリット、設計考慮事項、材料と組み立てオプション、先進的な製造技術を紹介します。

射出成形

プラスチック射出成形は強靭で耐久性のある部品を生産します。そのため、医療機器やリモコン、ノートPCドック、スマートフォンボディ部品などの小型携帯デバイスに適しています。仕上げはほぼ光沢からマットまで幅広く、ボタン、レンズ、ライトパイプ用の透明部品も可能です。形状によっては、大型部品は社内製造が難しく、ハブズ製造ネットワークの方が適している場合があります。

試作射出成形プロセスなら数日で部品が届き、製品開発サイクルを数週間、時には数ヶ月短縮できます。量産前の反復ではコストがかかる場合もありますが、量産への橋渡しとしても機能します。より多くの部品を求めるお客様には、オンデマンド製造プロセスで金型あたり無制限のショット数を提供します。

丸いエンドミルでアルミ金型を切削するため、部品底面と壁の接合部、壁の頂部にはラジアスや一定の丸みを含める必要があります。プロトラブズの製造向け設計解析で、部品のどこにラジアスが必要かを特定できます。標準の設計レビューでは肉厚も評価し、一貫性があれば金型へのプラスチック流動が改善され高品質な部品が得られます。サイドアクションでコネクタや電源用の穴を作ります。

ABS/PCブレンドやガラス入りナイロンは、射出成形部品で最高の耐久性を発揮する材料です。

ネジやボルトで相手部品に取り付ける医療機器ケースやその他のエンクロージャは、インサート成形の候補です。これは、プラスチック射出前にネジ付き金属インサートを金型に配置する先進的な製造プロセスです。もう一つの先進プロセスであるオーバーモルディングは、すでに成形された硬質プラスチック部品（基材）に軟質プラスチックや液状シリコーンゴム部品を成形し、2つの部品を化学的または機械的に永久的に接合します。

射出成形部品の標準リードタイムは一般的に15日です。

板金加工

コンピュータ部品、盤用ボックス、電子機器バスバーのエンクロージャ製造における定石プロセスは板金加工です。板金エンクロージャや部品は、薄い平らな金属板から切り出し、プレスブレーキやフォルダで曲げて成形し、場合によっては溶接します。ケーブル用の穴や通気用のルーバーは、曲げ工程の前にレーザーで切り抜きます。軽量ながら金属エンクロージャは高耐久で、材料は通常安価です。

手作業で金属板を曲げる際の制約と安全上の懸念から、設計は比較的シンプルにする必要があります。他のプロセスより材料選択肢が少なく、ほとんどの板金エンクロージャはアルミニウムまたはステンレス鋼で作られます。

ナット、ピン、スタッド、その他のコネクタ、ネジ付き・ネジなしスタンドオフを統合するための板金ハードウェアオプションを数千種類用意しています。

粉体塗装（電気伝導性のある金属に塗布して焼き付けるドライペイントのようなもの）は、金属エンクロージャの一般的な仕上げです。塗装より速く、安く、耐久性があり、特に屋外で威力を発揮します。見た目も良好です。

箱型エンクロージャでは、小さなノッチやベンドリリーフで、2つのフランジが合わさる際のわずかな隙間を防げます。または、それらの部分を研磨して溶接し、粉体塗装すれば一体部品のように見せられます。板金エンクロージャ部品の鋭利なエッジをなくすための2つの設計フィーチャーは、ラジアス（丸みを帯びたコーナー）または面取り（角度をつけたベベルコーナー）です。

少量の板金エンクロージャしか必要ない場合でも、一度セットアップすれば追加生産のコストは下がります。部品は最短3営業日で提供可能ですが、粉体塗装、ハードウェア取り付け、溶接で1〜2日追加される場合があります。

CNC加工

電子エンクロージャにCNC加工を使う最大の理由はスピードで、部品が1〜3営業日で完成します。より複雑な設計も加工可能ですが、少し時間がかかる場合があります。加工部品は耐久性があり、弊社のCNC加工プロセスでは射出成形で使用可能なほとんどのプラスチックと、板金加工で使用されるほとんどの金属を扱えます。

ほとんどの加工エンクロージャは、特殊な交換部品の作成や新設計の試作としてのワンオフです。削り出し加工はブロックから部品を切り出す減法プロセスであるため、やや高コストです。150個以上の注文なら、長期的には板金加工や射出成形の方が安くなる可能性があります。

プラスチック部品は削り出しのまま納品されるため、工具痕が見えることがあります。金属部品はビーズブラストでマット仕上げにできます。また、アルマイトや化学皮膜処理で耐食性を高めることも可能です。

3Dプリント

ステレオリソグラフィ（SLA）、選択的レーザー焼結（SLS）、マルチジェットフュージョン（MJF）が、電子消費者製品や産業機器のエンクロージャ製造に用いられる主要な産業用3Dプリントプロセスです。すべて試作や最終用途部品を最短1日で生産できます。

SLAは紫外線レーザーで液体熱硬化性レジンの表面を描画し、数千層の材料で部品を造形します。これにより滑らかな表面仕上げが得られます。コンセプトモデル、外観試作、複雑な形状の複雑な部品の作成に適しています。試作時に透明なエンクロージャをプリントして、回路基板や他のコンポーネントの収まりを確認することもあります。一部の電子エンクロージャ試作では、トランジスタなどを模した小さなブロックを箱内に含め、煙を流して空気循環をテストします。射出成形と同様に、ボタン、レンズ、ライトパイプ用の機能的な透明部品もプリント可能です。

SLSとMJFは、耐薬品性と耐熱性を備えた耐久性のあるエンクロージャをプリントできます。

SLSとMJFの両方で頑丈なナイロンエンクロージャが造形できますが、材料処理の方法がわずかに異なります。SLSはコンピュータ制御のCO2レーザーで粉末材料の層を下から上へ溶融させます。MJFはナイロン粉末のベッド上に選択的に融着剤とディテーリング剤を塗布し、加熱要素で層を融着させて固体部品を形成します。両プロセスともデニムのようなテクスチャー仕上げになります。SLSとMJFのほとんどの材料オプション（充填・非充填とも）は耐薬品性と耐熱性を備え、最終用途エンクロージャに最適です。さらにこれらの材料はリビングヒンジやスナップフィットなど柔軟性のある部品も造形でき、安全な接続を必要とする一体型エンクロージャに理想的です。

SLSとMJFは少量生産に最適です。数百個規模ですが、小型エンクロージャなら数千個にも容易に達します。ナイロン粉末ベッド技術は最速クラスの3Dプリントプロセスであり、特に大量時は一般的に最も安い単価になります。