究極のガイド–新しい電子ハードウェア製品を開発する方法

それで、あなたは新しい電子ハードウェア製品を開発したいですか？良い知らせから始めましょう–それは可能です。技術レベルに関係なくハードウェア製品を開発でき、成功するために必ずしもエンジニアである必要はありません（確かに役立ちますが）。

あなたが起業家、スタートアップ、メーカー、発明家、または中小企業であるかどうかにかかわらず、このガイドはあなたが新製品開発プロセスを理解するのを助けるでしょう。

しかし、私はあなたに嘘をつきません。新しいハードウェア製品を発売するのは、信じられないほど長く困難な道のりです。ハードウェアは難しいことで知られていますが、個人や小さなチームが新しいハードウェア製品を開発することもこれまでになく簡単になっています。

ただし、お金を稼ぐための簡単で迅速な方法を探している場合は、新しいハードウェア製品を市場に投入するのは簡単でも迅速でもないため、今すぐ読むのをやめることをお勧めします。

このガイドでは、最初に、新しい電子ハードウェア製品の作成を希望する技術者と非技術者の両方の製品開発戦略について説明します。次に、電子機器の開発に移り、続いてプラスチック筐体の開発に移ります。

パート1-製品開発戦略

起業家や新興企業が新しいハードウェア製品を開発するには、基本的に5つのオプションがあります。ただし、多くの場合、全体として最良の戦略は、これら5つの開発戦略の組み合わせです。

1）自分で製品を開発する

これだけで完全に実行可能な戦略になることはめったにありません。市場に出せる電子製品を完全に自分で開発するために必要なすべてのスキルを持っている人はほとんどいません。

あなたがたまたまエンジニアであったとしても、あなたは電子機器の設計、プログラミング、3Dモデリング、射出成形、製造の専門家ですか？おそらくそうではありません。また、これらの専門分野のほとんどは、多数のサブ専門分野で構成されています。

そうは言っても、必要なスキルがあれば、自分で製品の開発を進めれば進めるほど、より多くのお金を節約でき、長期的にはより良い結果が得られます。

たとえば、私は約6年前に自分のハードウェア製品を市場に出しました。製品は電気的よりも機械的に複雑でした。私は機械エンジニアではなく、訓練を受けた電子技術者なので、最初はフリーランスの機械エンジニアを2人雇いました。

しかし、物事の進行が遅いことにすぐに不満を感じました。結局のところ、私はほぼ毎朝起きている時間に自分の製品について考えていました！私は自分の製品をできるだけ早く開発して市場に出すことに夢中になりました。しかし、私が雇ったエンジニアは、他の多くのプロジェクトとそれをやりくりしていて、私のプロジェクトにそれに値すると感じた注意を向けていませんでした。

そこで、機械設計を自分で行うために必要なすべてを学ぶことにしました。私の製品を開発して市場に出すことに、私ほど意欲的な人は誰もいませんでした。最終的に、私は機械設計をはるかに速く（そしてはるかに少ない費用で）完了することができました。

物語の教訓は、あなたのスキルが許す限り多くの開発を行うことですが、それをやりすぎないことでもあります。あなたのサブエキスパートのスキルがあなたに最適とは言えない製品を開発させるなら、それは大きな間違いです。また、習得しなければならない新しいスキルには時間がかかり、最終的には市場投入までの時間が長くなる可能性があります。あなたの専門知識のギャップを埋めるために常に専門家を連れてきてください。

電子機器の開発について学ぶための私のお気に入りのWebサイトには、Hackster.io、Build Electronic Circuits、Bald Engineer、Adafruit、Sparkfun、Make Magazine、All AboutCircuitsがあります。エレクトロニクスを学ぶためのいくつかの絶対に優れた紹介ビデオがあるAddOhmsと呼ばれるYouTubeチャンネルを必ずチェックしてください。

2）技術的な共同創設者を連れてくる

あなたが非技術的な創設者であるなら、あなたは間違いなく技術的な共同創設者を連れてくるのが賢明でしょう。スタートアップチームの創設者の1人は、少なくともプロセスを管理するための製品開発について十分に理解する必要があります。

あなたが最終的にプロの投資家から外部資金を求めることを計画しているなら、あなたは間違いなく創設者のチームを必要とします。プロのスタートアップ投資家は、創設者のチームが単独の創設者よりも成功する可能性がはるかに高いことを知っています。

ほとんどのハードウェアスタートアップにとって理想的な共同創設者チームは、ハードウェアエンジニア、プログラマー、およびマーケティング担当者です。

共同創設者を連れてくることはあなたの問題に対する完璧な解決策のように聞こえるかもしれませんが、いくつかの深刻な欠点もあります。まず第一に、共同創設者を見つけることは困難であり、おそらく途方もない時間がかかるでしょう。それはあなたの製品の開発に費やされていない貴重な時間です。

共同創設者を見つけることはあなたが急ぐべきものではなく、あなたは正しい一致を見つけるために時間をかける必要があります。彼らはあなたのスキルを褒める必要があるだけでなく、あなたは本当に彼らを個人的に好きにする必要があります。あなたは基本的に少なくとも数年は彼らと結婚する予定ですので、うまくやっていくようにしてください。

共同創設者を連れてくることの主な欠点は、彼らが会社のあなたの資本を減らすことです。会社のすべての創設者は、実際に会社に平等な資本を持っている必要があります。したがって、今一人で行く場合は、会社の共同創設者の半分を与える準備をしてください。

3）フリーランスエンジニアへのアウトソーシング

チームの技術的能力のギャップを埋める最良の方法の1つは、フリーランスのエンジニアにアウトソーシングすることです。

ほとんどの製品には異なる専門分野の複数のエンジニアが必要になるため、さまざまなエンジニアを自分で管理する必要があることに注意してください。最終的には、創設チームの誰かがプロジェクトマネージャーを務める必要があります。

製品に必要な電子機器のタイプを設計した経験のある電気技師を必ず見つけてください。電気工学は巨大な研究分野であり、多くのエンジニアは回路設計の経験が不足しています。

3D設計者の場合は、射出成形技術の経験がある人を必ず見つけてください。そうしないと、プロトタイプを作成できるが大量生産できない製品になってしまう可能性があります。

4）開発会社へのアウトソーシング

Frog、IDEO、Fuse Projectなどの最も有名な製品設計会社は素晴らしい製品設計を生み出すことができますが、それらはめちゃくちゃ高価です。

スタートアップは、どんな犠牲を払っても高価なデザイン会社を避けるべきです。一流の設計会社は、新製品を完全に開発するために50万ドル以上を請求することができます。高価な製品開発会社を雇う余裕があるとしても、そうしないでください。そのお金を決して取り戻さない可能性が高いだけでなく、実際の製品開発にあまり関与していないハードウェアスタートアップを設立するという間違いを犯したくないでしょう。

5）メーカーと提携する

追求する一つの道は、あなたの製品に類似した製品をすでに製造している海外のメーカーと提携することです。

大規模な製造業者は、独自の製品に取り組むために独自のエンジニアリングおよび開発部門を持ちます。自分の製品に似たものをすでに製造しているメーカーを見つけることができれば、開発、エンジニアリング、プロトタイピング、金型の製造、製造など、すべてを行うことができるかもしれません。

この戦略により、先行開発コストを削減できます。ただし、製造業者はこれらのコストを償却します。つまり、最初の生産実行で製品ごとに追加のコストが追加されます。これは基本的に無利子ローンのように機能し、開発コストをメーカーにゆっくりと返済することができます。

素晴らしくて簡単に聞こえますが、キャッチは何ですか？この戦略で考慮すべき主なリスクは、製品に関連するすべてのものを1つの会社にまとめることです。

少なくともコストが回収されるまでは、独占的な製造契約が必要になるでしょう。これは、生産量が増えると、より安価な製造オプションに移行できないことを意味します。

また、多くのメーカーが製品の知的所有権の一部または全部を望んでいる可能性があることにも注意してください。

パート2–電子機器の開発

製品の電子機器の開発は、予備生産設計、回路図、PCBレイアウト、最終BOM、プロトタイプ、テストとプログラム、そして最後に認証の7つのステップに分けることができます。

ステップ1-予備的な生産設計を作成する

新しい電子ハードウェア製品を開発するときは、最初に予備的な生産設計から始める必要があります。これを概念実証（POC）プロトタイプと混同しないでください。

POCプロトタイプは通常、Arduinoのような開発キットを使用して構築されます。これらは、製品コンセプトが目的の問題を解決することを証明するのに役立つ場合があります。しかし、POCプロトタイプは、実動設計とはほど遠いものです。Arduinoを製品に組み込んで市場に出すことはめったにありません。

予備的な生産設計は、製品の生産要素、コスト、利益率、パフォーマンス、機能、開発の実現可能性と製造に焦点を当てています。

予備的な生産設計を使用して、製品に必要なすべてのコストの見積もりを作成できます。製品の開発、プロトタイプ作成、プログラミング、認証、スケーリング、および製造にかかるコストを正確に知ることが重要です。

予備生産設計は、以下の関連する質問に答えます。私の製品は開発可能ですか？この製品を開発する余裕はありますか？製品の開発にはどのくらい時間がかかりますか？製品を大量生産できますか？利益を出して売ることはできますか？

多くの起業家は、予備的な生産設計ステップをスキップするという間違いを犯し、代わりに回路図の設計に飛びつきます。そうすることで、最終的には、手ごろな価格で開発、製造、または最も重要なことに利益を上げて販売できない製品に、このすべての努力と苦労して稼いだお金を費やしたことに気付くかもしれません。

ステップ1A–システムブロック図

予備的な生産設計を作成するときは、システムレベルのブロック図を定義することから始める必要があります。この図は、各電子機能と、すべての機能コンポーネントがどのように相互接続するかを示しています。

ほとんどの製品には、マイクロコントローラまたはさまざまなシリアルポートを介してマイクロコントローラとインターフェイスするさまざまなコンポーネント（ディスプレイ、センサー、メモリなど）を備えたマイクロプロセッサが必要です。

システムブロック図を作成することにより、必要なシリアルポートのタイプと数を簡単に特定できます。これは、製品に適したマイクロコントローラーを選択するための重要な最初のステップです。

ステップ1B–生産コンポーネントの選択

次に、製品の目的の機能と目標小売価格に基づいて、マイクロチップ、センサー、ディスプレイ、コネクタなどのさまざまな生産コンポーネントを選択する必要があります。これにより、予備の部品表（BOM）を作成できます。

米国では、Newark、Digikey、Arrow、Mouser、Futureが電子部品の最も人気のあるサプライヤーです。ほとんどの電子部品は、1つ（プロトタイピングおよび初期テスト用）または最大数千（少量製造用）で購入できます。

生産量が増えると、メーカーから直接いくつかのコンポーネントを購入することでコストを節約できます。

ステップ1C–製造コストを見積もる

ここで、製品の製造原価（または売上原価– COGS）を見積もる必要があります。製品の製造にかかる費用をできるだけ早く知ることが重要です。

最良の販売価格、在庫のコスト、そして最も重要なことにあなたがどれだけの利益を上げることができるかを決定するために、あなたはあなたの製品の製造単価を知る必要があります。

もちろん、選択した生産コンポーネントは製造コストに大きな影響を与えます。

ただし、正確な製造コストの見積もりを取得するには、PCBアセンブリ、最終製品アセンブリ、製品テスト、小売包装、スクラップ率、返品、ロジスティクス、義務、および倉庫保管のコストも含める必要があります。

ステップ2–回路図を設計する

次に、手順1で作成したシステムブロック図に基づいて回路図を設計します。

回路図は、マイクロチップから抵抗まで、すべてのコンポーネントがどのように相互に接続するかを示しています。システムブロック図は主に高レベルの製品機能に焦点を合わせていますが、回路図は細部がすべてです。

回路図のコンポーネントのピンの番号が間違っているような単純なものは、機能の完全な欠如を引き起こす可能性があります。

ほとんどの場合、システムのブロック図のブロックごとに個別のサブ回路が必要になります。次に、これらのさまざまなサブ回路を相互に接続して、完全な回路図を作成します。

特別な電子機器設計ソフトウェアを使用して回路図を作成し、間違いがないことを確認します。手頃な価格でパワフルで使いやすいDipTraceというパッケージの使用をお勧めします。

ステップ3–プリント回路基板（PCB）を設計する

回路図が完成したら、プリント回路基板（PCB）を設計します。PCBは、すべての電子コンポーネントを保持および接続する物理ボードです。

システムのブロック図と回路図の開発は、本質的にほとんど概念的なものでした。しかし、PCB設計は非常に現実的な世界です。

PCBは、回路図を作成したのと同じソフトウェアで設計されています。ソフトウェアには、PCBレイアウトが使用されるPCBプロセスの設計ルールを満たし、PCBが回路図と一致することを確認するためのさまざまな検証ツールがあります。

一般に、製品が小さく、コンポーネントが密集しているほど、PCBレイアウトの作成に時間がかかります。製品が大量の電力をルーティングする場合、またはワイヤレス接続を提供する場合、PCBレイアウトはさらに重要で時間がかかります。

ほとんどのPCB設計では、最も重要な部分は、電力ルーティング、高速信号（水晶クロック、アドレス/データラインなど）、およびワイヤレス回路です。

ステップ4–最終部品表（BOM）を生成する

予備生産設計の一部として予備BOMをすでに作成しているはずですが、今度は完全生産BOMの時間です。

2つの主な違いは、抵抗やコンデンサなどの多数の低コストコンポーネントです。これらのコンポーネントは通常1〜2ペニーしかかからないので、予備のBOMに個別にリストすることはしません。

しかし、実際にPCBを製造するには、すべてのコンポーネントがリストされた完全なBOMが必要です。このBOMは通常、回路図設計ソフトウェアによって自動的に作成されます。BOMには、部品番号、数量、およびすべてのコンポーネント仕様が一覧表示されます。

ステップ5–PCBプロトタイプを注文する

電子プロトタイプの作成は2段階のプロセスです。最初のステップでは、裸のプリント回路基板を製造します。回路設計ソフトウェアを使用すると、PCBレイヤーごとに1つのファイルを含むGerberと呼ばれる形式でPCBレイアウトを出力できます。

これらのガーバーファイルは、少量の実行のためにプロトタイプショップに送信できます。同じファイルを大規模な製造業者に提供して、大量生産することもできます。

2番目のステップは、すべての電子部品をボードにはんだ付けすることです。デザインソフトウェアから、ボードに配置されたすべてのコンポーネントの正確な座標を示すファイルを出力できます。これにより、組立工場はPCB上のすべてのコンポーネントのはんだ付けを完全に自動化できます。

最も安価なオプションは、中国でPCBプロトタイプを作成することです。通常、出荷の遅延を減らすために、自宅の近くでプロトタイピングを行うことが最善ですが、多くの起業家にとって、コストを最小限に抑えることがより重要です。

中国でプロトタイプボードを製造するには、SeeedStudioを強くお勧めします。彼らは5から8,000ボードまでの数量で素晴らしい価格を提供します。また、3D印刷サービスも提供しており、ワンストップショップとなっています。評判の良い他の中国のPCBプロトタイプメーカーには、Gold PhoenixPCBとBitteleElectronicsが含まれます。

米国では、Sunstone Circuits、Screaming Circuits、San Francisco Circuitsをお勧めします。これらは、自分のデザインのプロトタイプを作成するために広く使用しています。私がめったに勧めない急ぎのサービスにお金を払わない限り、組み立てられたボードを手に入れるのに1〜2週間かかります。

ステップ6-評価、プログラム、デバッグ、および繰り返し

次に、電子機器のプロトタイプを評価します。最初のプロトタイプが完全に機能することはめったにないことに注意してください。ほとんどの場合、設計を完成させる前に、いくつかの反復を実行します。これは、プロトタイプの問題を特定、デバッグ、および修正するときです。

これは、コストと時間の両方の観点から予測するのが難しい段階になる可能性があります。もちろん、見つけたバグは予期しないものであるため、バグの原因とその修正方法を理解するには時間がかかります。

評価とテストは通常、マイクロコントローラーのプログラミングと並行して行われます。ただし、プログラミングを開始する前に、ボードに大きな問題がないことを確認するために、少なくともいくつかの基本的なテストを行う必要があります。

最新の電子製品のほぼすべてに、製品の「頭脳」として機能するマイクロコントローラーユニット（MCU）と呼ばれるマイクロチップが含まれています。マイクロコントローラーは、コンピューターやスマートフォンに見られるマイクロプロセッサーと非常によく似ています。

マイクロプロセッサは大量のデータをすばやく移動するのに優れていますが、マイクロコントローラはスイッチ、センサー、ディスプレイ、モーターなどのデバイスのインターフェイスと制御に優れています。マイクロコントローラはかなり単純化されたマイクロプロセッサです。

マイクロコントローラは、目的の機能を実行するようにプログラムする必要があります。

マイクロコントローラーは、ほとんどの場合、「C」と呼ばれる一般的に使用されるコンピューター言語でプログラムされます。ファームウェアと呼ばれるプログラムは、通常はマイクロコントローラチップの内部にある永続的ですが再プログラム可能なメモリに保存されます。

ステップ7–製品を認証する

販売されるすべての電子製品は、さまざまな種類の認証を取得している必要があります。必要な認定は、製品が販売される国によって異なります。米国、カナダ、および欧州連合で必要な認定について説明します。

FCC（連邦通信委員会）

FCC認定は、米国で販売されるすべての電子製品に必要です。すべての電子製品はある程度の電磁放射（つまり電波）を放出するため、FCCは製品が無線通信に干渉しないようにしたいと考えています。

FCC認証には2つのカテゴリがあります。製品に必要なタイプは、製品がBluetooth、WiFi、ZigBee、またはその他のワイヤレスプロトコルなどのワイヤレス通信機能を備えているかどうかによって異なります。

FCCは、無線通信機能を備えた製品を意図的なラジエーターとして分類しています。意図的に電波を放射しない製品は、意図しないラジエーターに分類されます。意図的なラジエーター認証は、非意図的なラジエーター認証の約10倍の費用がかかります。

製品のワイヤレス機能のいずれかに最初に電子モジュールを使用することを検討してください。これにより、意図的でないラジエーター認定のみで成功することができ、少なくとも10,000ドル節約できます。

UL（Underwriters Laboratories）/ CSA（カナダ規格協会）

米国またはカナダで販売され、ACコンセントに接続するすべての電気製品にはULまたはCSA認証が必要です。

ACコンセントに接続されていないバッテリーのみの製品は、UL / CSA認証を必要としません。ただし、ほとんどの主要な小売業者および/または製造物責任保険会社は、製品がULまたはCSA認定を受けていることを要求します。

CE（ConformitéEuropéene）

欧州連合（EU）で販売されている電子製品の大部分にはCE認証が必要です。これは、米国で要求されるFCCおよびUL認証に似ています。

RoHS

RoHS認定は、製品が鉛フリーであることを保証します。欧州連合（EU）またはカリフォルニア州で販売される電気製品にはRoHS認証が必要です。カリフォルニアの経済は非常に重要であるため、米国で販売される製品の大部分はRoHS認証を受けています。

リチウム電池認証（UL1642、IEC61233、およびUN38.3）

充電式リチウムイオン/ポリマー電池には、いくつかの重大な安全上の懸念があります。短絡したり過充電されたりすると、爆発して炎上することさえあります。

この問題が原因でSamsungGalaxy Note 7が二重にリコールされたことを覚えていますか？それとも、さまざまなホバーボードが炎上したという話ですか？

これらの安全上の懸念から、充電式リチウム電池は認定を受ける必要があります。ほとんどの製品では、最初にこれらの認定を受けている既製のバッテリーを使用することをお勧めします。ただし、これにより選択肢が制限され、ほとんどのリチウム電池は認定されていません。

これは主に、ほとんどのハードウェア会社が、製品で利用可能なすべてのスペースを利用するようにカスタム設計されたバッテリーを選択しているという事実によるものです。このため、ほとんどのバッテリーメーカーは、既製のバッテリーの認定を取得することを気にしません。

パート3–エンクロージャーの開発

次に、カスタムプラスチック部品の開発とプロトタイピングについて説明します。ほとんどの製品では、これには少なくともすべてをまとめるエンクロージャが含まれます。

カスタム形状のプラスチックまたは金属片の開発には、3Dモデリングの専門家、さらには工業デザイナーが必要です。

外観と人間工学が製品にとって重要である場合は、工業デザイナーを雇うことをお勧めします。たとえば、工業デザイナーは、iPhoneのようなポータブルデバイスをとてもクールで洗練された外観にするエンジニアです。

製品の外観が重要でない場合は、3Dモデラーを雇うことでうまくいく可能性があり、通常、工業デザイナーよりも大幅に安価です。

ステップ1-3Dモデルを作成する

製品の外装を開発する最初のステップは、3Dコンピューターの作成です。

モデル。3Dモデルの作成に使用される2つの大きなソフトウェアパッケージは、SolidworksとPTC Creo（以前はPro / Engineerと呼ばれていました）です。

ただし、オートデスクは現在、学生、愛好家、スタートアップが完全に無料で利用できるクラウドベースの3Dモデリングツールを提供しています。それはFusion360と呼ばれます。独自の3Dモデリングを行いたいが、SolidworksまたはPTC Creoのどちらにも縛られていない場合は、Fusion360を検討してください。

産業用または3Dモデリングデザイナーが3Dモデルを完成させたら、それを物理的なプロトタイプに変えることができます。3Dモデルは、特に機能的なプロトタイプが利用可能になる前に、マーケティング目的で使用することもできます。

マーケティング目的で3Dモデルを使用する場合は、モデルの写真のようにリアルなバージョンを作成する必要があります。SolidworksとPTCCreoの両方で、フォトリアルなモジュールを利用できます。

また、製品の写真のようにリアルな3Dアニメーションを作成することもできます。アニメーションと3Dモデルをリアルに見せることを専門とする別のデザイナーを雇う必要があるかもしれないことを覚えておいてください。

エンクロージャーの3Dモデルを開発する際の最大のリスクは、プロトタイプを作成できるが大量生産できない設計になってしまうことです。

最終的に、エンクロージャーは高圧射出成形と呼ばれる方法で製造されます（詳細については、以下の手順4を参照してください）。

射出成形を使用した生産用部品の開発は非常に複雑で、従うべき多くのルールがあります。一方、3D印刷を介して、ほぼすべてのプロトタイプを作成できます。

したがって、射出成形の複雑さと設計要件をすべて完全に理解している人だけを雇うようにしてください。

ステップ2-ケースのプロトタイプを注文する（または3Dプリンターを購入する）

プラスチックのプロトタイプは、加法プロセス（最も一般的）または減法プロセスのいずれかを使用して構築されます。3D印刷のような付加的なプロセスでは、プラスチックの薄層を積み重ねて最終製品を作成することにより、プロトタイプを作成します。

加算プロセスは、想像できるほぼすべてのものを作成できるため、はるかに一般的です。

CNC機械加工のようなサブトラクティブプロセスは、代わりに固体生産プラスチックのブロックを取り、最終製品を切り出します。

サブトラクティブプロセスの利点は、使用する最終生産プラスチックと完全に一致するプラスチック樹脂を使用できることです。これは一部の製品にとって重要ですが、ほとんどの製品ではこれは必須ではありません。

アディティブプロセスでは、特殊なプロトタイピング樹脂が使用されており、製造用プラスチックとは異なる感触を持つ場合があります。添加剤プロセスで使用される樹脂は大幅に改善されていますが、射出成形で使用される製造用プラスチックとはまだ一致していません。

これについてはすでに述べましたが、もう一度強調する価値があります。プロトタイピングプロセス（加法および減法）は、製造に使用される技術（射出成形）とは完全に異なることに注意してください。製造が不可能なプロトタイプ（特に加法プロトタイピングを使用）の作成は避けてください。

最初は、プロトタイプを射出成形のすべてのルールに準拠させる必要はありませんが、設計を射出成形に簡単に移行できるように、それらを念頭に置く必要があります。

多くの企業があなたの3Dモデルを取り、それを物理的なプロトタイプに変えることができます。プロトラブズは私が個人的にお勧めする会社です。それらは、加法および減法の両方のプロトタイピング、および少量の射出成形を提供します。

また、特に製品を正しく使用するために数回の反復が必要になると思われる場合は、独自の3Dプリンターの購入を検討することもできます。3Dプリンターは現在、わずか数百ドルで購入でき、必要な数のプロトタイプバージョンを作成できます。

独自の3Dプリンターを持つことの本当の利点は、プロトタイプをほぼ即座に反復できるため、市場投入までの時間を短縮できることです。

ステップ3-エンクロージャーのプロトタイプを評価する

次に、エンクロージャのプロトタイプを評価し、必要に応じて3Dモデルを変更します。エンクロージャーの設計を適切に行うには、ほとんどの場合、プロトタイプを数回繰り返す必要があります。

3Dコンピューターモデルを使用するとエンクロージャーを視覚化できますが、実際のプロトタイプを手に持つことに匹敵するものはありません。最初の実際のプロトタイプを入手したら、機能面と外観面の両方に変更を加えることはほぼ間違いありません。すべてを正しく行うには、複数のプロトタイプバージョンが必要になることを計画してください。

新製品用のプラスチックの開発は、特に美観が製品にとって重要である場合、必ずしも簡単または安価であるとは限りません。ただし、実際の複雑さとコストは、プロトタイプ段階から完全な本番環境に移行するときに発生します。

ステップ4-射出成形への移行

電子機器はおそらく開発する製品の中で最も複雑で高価な部分ですが、プラスチックは製造するのに最も費用がかかります。射出成形を使用してプラスチック部品の生産を設定するには、非常に費用がかかります。

今日販売されているほとんどのプラスチック製品は、射出成形と呼ばれる非常に古い製造技術を使用して製造されています。このプロセスを理解することは非常に重要です。

あなたは、高圧を使用して一緒に保持された2つの鋼片である鋼型から始めます。金型には、目的の製品の形状に彫られたキャビティがあります。次に、高温の溶融プラスチックを金型に射出します。

射出成形技術には1つの大きな利点があります。それは、何百万もの同じプラスチック部品を安価に製造する方法です。現在の射出成形技術では、巨大なネジを使用してプラスチックを高圧で金型に押し込みます。これは1946年に発明されたプロセスです。3D印刷と比較すると、射出成形は古くからあります。

射出成形金型は、ユニットあたりの非常に低いコストで同じものをたくさん作るのに非常に効率的です。しかし、金型自体は驚くほど高価です。何百万もの製品を作るために設計された型は、10万ドルに達する可能性があります！この高いコストは主に、プラスチックがそのような高圧で射出されるためです。これは金型では非常に困難です。

これらの条件に耐えるために、金型は硬質金属を使用して作られています。必要な注入が多いほど、必要な金属が硬くなり、コストが高くなります。

たとえば、アルミニウムの型を使用して数千のユニットを作成できます。アルミニウムは柔らかいので、非常に速く劣化します。ただし、柔らかくて型にするのも簡単なので、コストは低くなります。単純な型の場合、わずか1〜2,000ドルです。

金型の意図された体積が増加するにつれて、必要な金属硬度、したがってコストも増加します。金型を製造するためのリードタイムも、鋼などの硬質金属で増加します。金型メーカーは、柔らかいアルミニウムの金型よりも、鋼の金型を彫る（機械加工と呼ばれる）のにはるかに長い時間がかかります。

複数のキャビティ金型を使用することで、最終的に生産速度を上げることができます。

プラスチックを1回注入するだけで、パーツの複数のコピーを作成できます。

ただし、最初の金型に変更を加えるまでは、複数のキャビティ金型に飛び込まないでください。複数のキャビティ金型にアップグレードする前に、少なくとも数千ユニットを実行することをお勧めします。

結論

この記事では、技術レベルに関係なく、新しい電子ハードウェア製品を開発するプロセスの基本的な概要を説明しました。このプロセスには、最適な開発戦略の選択、および製品の電子機器とエンクロージャの開発が含まれます。

著者について

John Teelは、起業家、新興企業、メーカー、発明家、中小企業が新しい電子製品を市場に投入するのを支援するPredictableDesigns社の社長です。ジョンは以前、テキサスインスツルメンツのシニアデザインエンジニアであり、現在では数百万の製品（アップルの製品を含む）で使用される電子デザインを作成しました。彼はまた、彼自身の製品を開発し、それをアジアで製造し、複数の国の何百もの小売店で販売した成功した起業家でもあります。彼の無料のチートシートをダウンロードしてください：新しい電子製品を開発するための15のステップ。