Een waterdichte plastic prototype-behuizing maken: Stap-voor-stap gids

Gepost op 12 juli 2019 | Door Candy, Marketing Manager bij WayKen

Klanten eisen steeds meer van de apparaten die fabrikanten produceren. Nog 5-10 jaar geleden wie had aan telefoons, horloges, camera's of lichten gedacht die onder water werken. Tegenwoordig kijken we scheef op een niet-waterdicht horloge. Veel tablet- en mobielmodellen kunnen worden gedoopt of weerstaan ten minste een val in een waterplas. Sommige apparaten kunnen er helemaal niet zonder, bijvoorbeeld mixers, elektrische pannen en andere huishoudapparaten. Een waterdicht apparaat maken is echter makkelijker gezegd dan gedaan.

Het hoofddoel is een behuizing te maken die water voorkomt om je elektronica in kortsluiting te brengen. Je moet ervoor zorgen dat speciale functies geïnstalleerd zijn om water binnenstroming te voorkomen. En zelfs dan moet je een waterdicht plastic prototype van je behuizing maken om tests uit te voeren en te verzekeren dat het niet lekt. Hier zijn enkele ontwerptips voor maatwerk plastic behuizingen en enkele over metalen behuizingen die beschermen tegen water. En het meest belangrijk: enkele rapid prototyping tips.

Waterdichte behuizing standaarden

Het eerste wat je moet weten is dat er meerdere graden van waterdichtheid zijn. Ze worden allemaal gewaardeerd volgens IP- en NEMA-standaarden. De IP (International Protection Marking) is de meest voorkomende, dus hier is een lijst van IP-geclassificeerde waterdichte graden.

1. IP65. Deze standaard stelt dat de behuizing een waterstraal moet weerstaan. Getest door de behuizing te plaatsen en water uit alle hoeken in een straal te gieten. Parameters: afstand - 3 m; sprinklerdiameter - 6,3 mm; waterdruk 30 kPa, watervolume - 12,5 liter per minuut.
2. IP66. Een behuizing volgens deze standaard moet hoge-druk straalen weerstaan. Tot 100 kPa en 100 liter per minuut uit een 12,5 mm diameter waterbus gedurende 3 minuten.
3. IP67. Deze standaard dicteert een volledig waterdicht ontwerp. Het onderdeel wordt 30 minuten lang onder 1 meter water gedoopt voor tests.

Zoals je ziet, verschillen de IP-standaarden. Dat is een groot voordeel, want je kunt de omstandigheden waarin je apparaat moet werken correct inschatten en besluiten waar je stopt met het toevoegen van functies om water af te weerken. Een volledig waterdicht ontwerp is namelijk veel duurder dan een behuizing die een waterstraal of enkele druppels kan weerstaan.

5 manieren om waterdichte verbindingen voor behuizingen te maken

Nu we de standaarden voor waterdichte plastic behuizingen kennen, laten we zien wat we kunnen doen om ze zo te maken. Hier is een lijst van de meest gebruikte maatregelen om maatwerk plastic behuizingen te produceren met IP66-67 standaarden in gedachten.

1. Afsluitingen en pakkingen. De meest voorkomende, nuttigste en goedkoopste methode om waterdichte plastic behuizingen en waterdichte aluminium behuizingen (of van elk ander metaal) te maken, is het gebruik van rubberen afdichtingen. Ze zijn goedkoop, nemen weinig ruimte in en zijn uiterst efficiënt. Het hoofdbeginsel is dat rubber elastisch is en de twee verbindende delen bedekt, wat vloeistof tussen de delen en de afdichting voorkomt. Onder de afdichtingen zijn O-ringen de meest wijdverspreide. Ze zijn rubberen ringen met een ronde doorsnede. O-ringen hebben een uitstekende onderdrukkingsgraad, dus ze beschermen het beste tegen vloeistoffen. Ze kunnen zelfs gebruikt worden voor dynamische afdichtingen. Dat is wanneer één deel beweegt (bijv. een zuiger) en het andere deel vast zit. Je hoeft alleen 2-3 nuten met O-ringen in het vaste deel te maken en je bent klaar.

2. Insert molding. Dit is nuttig voor aluminium of metalen behuizingen. Je giet in feite een elastisch element dat als afdichting dient op een metaaldeel. De afdichting is zo kleiner en je verliest het niet omdat het vastzit.

3. Overmolding is in essentie hetzelfde als insert molding, maar het basisonderdeel is ook van plastic. Deze methode is vooral haalbaar voor serieproductie omdat het een kostbare plastic injectiegiettechniek gebruikt. Moderne productietechnologie stelt ontwerpers echter in staat om hun projectbehuizingen te testen door een bestelling te plaatsen bij prototypingdiensten die rapid injectiegieten aanbieden.

4. Lassen is het meest gebruikelijk bij metalen behuizingen voor elektronica. Het metaal rond de randen van de te verbinden delen wordt gesmolten, zodat het onderdeel volledig hermectisch en eigenlijk een enkel onderdeel wordt. Volledig afdichten van circuits is echter niet altijd een goed idee, omdat het heel moeilijk wordt om het apparaat te repareren bij defect, en bovendien zal onvermijdelijk lucht binnen zitten die bij opwarming druk opbouwt en de behuizing kan laten barsten.

5. Schuimtape en lijmiddelen zijn behoorlijk nuttig en gemakkelijk te gebruiken. Ze vereisen geen ontwerpwijzigingen en beschermen goed tegen water. Hun grootste nadeel is dat ze alleen tot de eerste demontage gebruikt kunnen worden. Zodra je de delen scheidt, worden lijmiddelen nutteloos en belemmeren ze zelfs de latere montage omdat je de restanten moet afschrapen. Ze worden vaak gebruikt bij rapid prototype ontwerpverificatietests waar lassen in het eindproduct wordt toegepast.

Rapid prototyping van waterdichte behuizingen

Dus je hebt gekozen waar je O-ringen plaatst, waar je last en waar je plakt. Nu, vóór serieproductie, moet je de IP-standaard van je ontwerp controleren met echte fysieke tests. En daarvoor moet je een rapid prototype waterdichte behuizing produceren. Er zijn veel technieken om dat te doen, afhankelijk van de prototypematerialen.

Kleine en middellgrote plastic behuizingen kunnen bijvoorbeeld via 3D-printen worden geproduceerd. Metalen behuizingsontwerpen zijn bestemd voor CNC-bewerking in machinewerkplaatsen. En tenslotte kunnen overmolded ontwerpen of prototypebatches worden geproduceerd met rapid injectiegieten, een proces vergelijkbaar met conventioneel gieten maar met verbeterd flexibele mouldontwerp en veel lagere prototypingkosten.

Na het produceren van de prototypes is het belangrijk om ze zorgvuldig te monteren om te zorgen dat de testresultaten zo goed mogelijk zijn. Als de tests onvoldoende zijn, moet je het ontwerp herzien en opnieuw produceren. Rapid prototyping is hier ook nuttig omdat het zeer flexibel is en je een gewijzigd prototype zo snel mogelijk ontvangt.