Як зробити корпус для електроніки

Зробити власний корпус для електроніки - це один з найпопулярніших запитів серед тих, хто займається DIY-проєктами, робототехнікою або розробкою власних пристроїв. Купити готовий корпус часто неможливо - потрібні конкретні розміри, конкретне розташування роз'ємів, конкретна форма. Саме тут FDM 3D друк стає незамінним інструментом. У цій статті розберемо все по суті: як спроєктувати корпус, де розмістити кріплення для плати, як зробити вентиляцію і який матеріал обрати.

З чого починати проєктування

Перш ніж відкривати CAD-програму, потрібно зібрати всі вихідні дані. Це звучить очевидно, але більшість помилок у проєктуванні корпусів трапляється саме через пропущений крок на початку.

Що потрібно зафіксувати до початку роботи:

Точні розміри плати (або кількох плат) з урахуванням виступаючих компонентів знизу
Розташування всіх роз'ємів, кнопок, індикаторів, антен
Чи є в пристрої джерело тепла - процесор, силові транзистори, DC-DC перетворювачі
Де і як буде монтуватися готовий пристрій - на стіну, на DIN-рейку, просто стоятиме на столі
Чи буде пристрій у вологому або запиленому середовищі

Тільки маючи відповіді на ці питання, можна починати моделювання.

Як правильно зробити кріплення для плати

Кріплення плати всередині корпусу - це окрема наука. Найпоширеніша помилка - просто покласти плату на дно корпусу. Так робити не можна: контакти знизу плати можуть торкатися корпусу, виникне коротке замикання або механічне пошкодження.

Стійки (boss) - основний метод кріплення

Стійки - це невисокі циліндричні виступи на дні корпусу, в які вкручуються гвинти. Плата лежить на них і не торкається дна. Стандартна висота стійки - від 3 до 6 мм залежно від того, наскільки виступають компоненти знизу плати.

Для FDM друку стійки проєктуються з такими параметрами:

Зовнішній діаметр стійки - мінімум 6-7 мм (щоб не зламалася при затягуванні гвинта)
Отвір всередині - під самонарізний гвинт M2.5 або M3
Для M3 самонарізного гвинта робіть отвір діаметром 2.5-2.7 мм
Для M2.5 - отвір 2.0-2.2 мм

Якщо хочете металеву різьбу - використовуйте термовставки (heat inserts). Вони запресовуються паяльником і дають надійне різьбове з'єднання, яке витримує багаторазове відкручування.

Фіксатори без гвинтів

Для невеликих і легких плат можна зробити защіпки або пазові кріплення. Плата вставляється в пази і тримається без жодного кріплення. Це зручно для корпусів, які часто відкривають. Паз роблять на 0.2-0.3 мм ширше товщини плати - з урахуванням допусків FDM друку.

Вентиляційні отвори - де, скільки і якої форми

Якщо всередині корпусу є компоненти, що гріються, вентиляція обов'язкова. Без неї температура всередині швидко зростає, що скорочує термін служби електроніки або взагалі призводить до відмови.

Принцип природної конвекції

Гаряче повітря піднімається вгору. Це означає, що вхідні отвори потрібно робити знизу або збоку в нижній частині корпусу, а вихідні - зверху. Якщо зробити отвори тільки з одного боку, конвекція буде слабкою.

Розмір і форма отворів

Для захисту від випадкового торкання внутрішніх компонентів отвори роблять вузькими - не ширше 6-8 мм. Популярні варіанти:

Щілини шириною 2-3 мм - добре друкуються, ефективні
Шестикутна решітка (honeycomb) - гарно виглядає, хороша площа прохідного перерізу
Кругові отвори діаметром 3-5 мм у шаховому порядку

Загальна площа вентиляційних отворів повинна становити мінімум 15-20% площі тієї стінки, де вони розташовані. Для потужних пристроїв - більше.

Захист від пилу і вологи

Якщо пристрій працює в запиленому місці, можна передбачити місце для поролонового фільтра або сітки. Просто зробіть паз по периметру вентиляційного отвору глибиною 2-3 мм і шириною під товщину фільтруючого матеріалу.

Роз'єми, кнопки і дисплеї - як вивести назовні

Це найвідповідальніша частина проєктування. Отвори під роз'єми повинні точно відповідати їх розмірам - інакше або не влізе, або буде хитатися.

Практичне правило: додавайте 0.3-0.5 мм до номінального розміру роз'єму з кожного боку. FDM друк дає певну усадку і нерівності, тому отвір "в розмір" часто виявляється замалим.

Для USB роз'ємів типу A отвір роблять приблизно 12.5 x 5 мм. Для USB-C - 9.5 x 3.5 мм. Але завжди краще виміряти конкретний роз'єм штангенциркулем.

Кнопки зазвичай кріпляться гайкою знаружі - під них достатньо круглого отвору потрібного діаметра. Для тактових кнопок на платі можна зробити виступ-штовхач прямо в кришці корпусу.

Як зробити корпус, що легко відкривається

Корпус, який не можна відкрити без пошкодження, - погане рішення. Навіть якщо ви впевнені, що ніколи не будете його відкривати, завжди знайдеться момент, коли це знадобиться.

Варіант 1: Кришка на гвинтах

Найпростіший і найнадійніший спосіб. По периметру корпусу розставляються бобишки під гвинти, кришка кладеться зверху і прикручується. Відстань між кріпленнями - не більше 60-80 мм, інакше кришка буде прогинатися.

Варіант 2: Защіпки (clips)

Защіпки дозволяють відкривати корпус без інструментів. Вони проєктуються як пружні виступи, що заходять за відповідний паз. Для FDM друку товщина пружного елемента защіпки - 1.2-1.5 мм, довжина - 8-12 мм. Матеріал важливий: PETG і ABS тут працюють краще, ніж PLA, який ламається після кількох спрацювань.

Варіант 3: Різьбове з'єднання

Кришка вкручується в корпус як кришка банки. Виглядає акуратно, але складніше в проєктуванні. Крок різьби для друкованих деталей - не менше 2 мм, інакше зуби зрізаються.

PETG чи ABS - що обрати для корпусу електроніки

Це питання, яке виникає майже завжди. Обидва матеріали підходять для корпусів електроніки, але мають різні характеристики.

PETG

PETG - хороший вибір для більшості проєктів. Він:

Добре друкується без жолоблення
Має непогану термостійкість - до 70-80 градусів без навантаження
Стійкий до вологи
Трохи гнучкіший за ABS, що добре для защіпок
Легко обробляється - можна свердлити, різати

Мінус PETG - він трохи м'якший за ABS і може подряпатися. Якщо корпус буде в місці, де на нього постійно щось тисне або тре, це варто врахувати.

ABS

ABS підходить, якщо:

Всередині є компоненти, що сильно гріються (термостійкість до 90-100 градусів)
Потрібна більша жорсткість
Плануєте хімічне зварювання ацетоном для герметизації швів

Мінус ABS - він жолобиться при друку, потребує закритої камери принтера. Деталі великого розміру можуть розшаруватися або деформуватися.

Коли обирати що:

Для більшості DIY-корпусів, Arduino, Raspberry Pi проєктів, невеликих контролерів - PETG є оптимальним вибором. Якщо ж всередині стоїть силова електроніка, що гріється вище 60 градусів, або корпус буде на вулиці під прямим сонцем - беріть ABS або розгляньте ASA (ще кращий варіант для вуличного використання).