Obudowa do elektroniki przestała być tylko „pudełkiem na płytkę”. W nowoczesnych projektach łączy w sobie kilka funkcji jednocześnie: chroni układ, ułatwia montaż, poprawia ergonomię, a przy okazji jest nośnikiem wizerunku marki. Nic dziwnego, że druk 3D obudowy stał się jednym z najczęstszych zastosowań technologii przyrostowych – zarówno na etapie prototypowania, jak i krótkich serii produkcyjnych.
Żeby jednak wydruk był czymś więcej niż „ładnym modelem z drukarki”, obudowę trzeba zaprojektować z uwzględnieniem wymogów elektroniki, mechaniki i konkretnej technologii druku 3D. Poniżej znajdziesz praktyczny przewodnik, jak do tego podejść krok po kroku.
Obudowa do elektroniki – jakie funkcje musi spełniać?
Dobra obudowa to kompromis między kilkoma obszarami:
- ochrona elektroniki – przed kurzem, wilgocią, przypadkowym dotykiem, czasem przed wibracjami,
- funkcjonalność i montaż – prawidłowe prowadzenie przewodów, mocowania płytek, dostęp do złączy,
- ergonomia i estetyka – wygoda użytkowania, forma spójna z marką i zastosowaniem,
- technologia wykonania – możliwość realnego wydruku, montażu i ewentualnej naprawy.
W klasycznej produkcji temat obudów wpisuje się w szerszy obszar tzw. electronic packaging – czyli tego, jak w sposób powtarzalny pakować i chronić układy elektroniczne w środowisku docelowym. Więcej na ten temat znajdziesz np. w haśle „Electronic packaging” w Wikipedii:
https://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_packaging
Druk 3D pozwala przenieść część tych wymogów do świata szybkich prototypów i krótkich serii: zamiast zamawiać formę wtryskową, możesz zweryfikować pomysł na kilku iteracjach obudowy wydrukowanej w 3D.
Planowanie obudowy – od elektroniki do bryły 3D
Projektując obudowę pod druk 3D, najlepiej zacząć od elektroniki i sposobu użytkowania, a nie od samego kształtu.
1. Zbierz dane o elektronice
Na starcie potrzebujesz:
- dokładnego modelu płytki PCB (3D lub przynajmniej rysunku 2D z wymiarami),
- informacji o wysokości elementów po obu stronach PCB,
- wymiarów i położenia złączy, gniazd, przycisków, wyświetlaczy,
- informacji o przewidywanym sposobie chłodzenia (konwekcja, radiator, brak szczególnych wymagań).
Jeżeli nie masz modelu 3D, a obudowę trzeba zaprojektować „od zera”, dobrym krokiem jest przekazanie kompletu danych do specjalisty od projektowania CAD do druku 3D – najlepiej w ramach wyspecjalizowanej usługi, takiej jak:
https://aimnow.art/projektowanie-cad-do-druku-3d/
Oszczędzasz wtedy kilka iteracji „strzelania po omacku” i ryzyko, że przy finalnym montażu coś się nie zmieści lub nie spasuje.
2. Określ sposób użytkowania
Obudowa do elektroniki w zastosowaniach:
- laboratoryjnych – ma inne priorytety niż obudowa urządzenia outdoor,
- do szafy sterowniczej – inne niż obudowa urządzenia mobilnego trzymanego w dłoni,
- do prototypów R&D – inne niż w przypadku krótkiej serii komercyjnej.
Na tym etapie warto odpowiedzieć sobie na kilka pytań:
- czy obudowa będzie narażona na uderzenia / upadki?,
- czy użytkownik będzie często przepinał przewody lub karty pamięci?,
- czy obudowa ma być łatwo otwierana (serwis), czy raczej plombowana?,
- czy urządzenie będzie pracowało w zapylonym, wilgotnym lub gorącym środowisku?
Od tych odpowiedzi zależy dobór grubości ścian, rodzaju mocowań, uszczelek, otworów wentylacyjnych i ogólny kształt obudowy.
Grubość ścianek i sztywność obudowy w druku 3D
Jednym z kluczowych pytań w projektowaniu obudowy pod druk 3D jest: jak grube powinny być ścianki?
Wytyczne ogólne dla FDM (druk z filamentu)
Dla technologii FDM:
- minimalna grubość ścianki powinna zwykle odpowiadać co najmniej 2–3 szerokościom ścieżki dyszy,
- przy dyszy 0,4 mm daje to ścianki rzędu 0,8–1,2 mm jako absolutne minimum,
- dla obudów użytkowych praktycznym zakresem są ścianki 1,5–2,5 mm, w zależności od gabarytu i materiału.
Zbyt cienkie ścianki:
- będą podatne na pękanie,
- mogą nie wydrukować się poprawnie (slicer usunie zbyt cienkie fragmenty),
- gorzej znoszą montaż śrub, wciskanie złączy, naprężenia podczas użytkowania.
Przy większych obudowach warto też stosować żebra wzmacniające – dzięki temu zyskujesz sztywność bez nadmiernego zwiększania zużycia materiału.
Wytyczne ogólne dla SLA/MSLA (druk z żywicy)
Dla obudów drukowanych z żywicy:
- minimalne ścianki mogą być cieńsze, ale zbyt cienkie elementy stają się kruche,
- w praktyce dla elementów użytkowych rozsądne minimum to 1–1,5 mm,
- przy większych gabarytach i ryzyku uderzeń warto stosować ścianki 2 mm i więcej oraz duże zaokrąglenia krawędzi.
Żywice techniczne (o podwyższonej udarności) dają większy margines bezpieczeństwa, ale nadal trzeba pamiętać, że większość z nich jest mniej „plastyczna” niż typowe filamentu FDM.
Mocowania płytki PCB i prowadzenie przewodów
Serce każdej obudowy do elektroniki to prawidłowe ułożenie i zamocowanie płytki PCB.
Podpory i słupki montażowe
Popularne rozwiązania to:
- słupki pod śruby (z otworem przelotowym lub pod samogwintującą),
- słupki z „kołnierzem” pod płytkę wsuwaną z góry,
- prowadnice boczne, w które wsuwamy PCB.
Projektując pod druk 3D, pamiętaj o:
- odpowiedniej średnicy otworów (druk FDM często wymaga niewielkich korekt względem nominalnych wymiarów),
- dystansie między płytką a dnem obudowy – dla lutów, przewodów, elementów SMD,
- zaokrągleniach i fazach na ostro zakończonych słupkach (zmniejsza to ryzyko pęknięcia).
Dostęp do złączy i elementów obsługowych
W ścianach obudowy trzeba przewidzieć:
- otwory na złącza (USB, zasilanie, RJ-45, audio, itp.),
- miejsce na przyciski, enkodery, pokrętła,
- okno na wyświetlacz lub diody LED.
Dobrą praktyką jest wydruk wstępnej „gołej ramki” z otworami – zanim powstanie finalna obudowa. Pozwala to zweryfikować ustawienie złączy i dopasowanie do rzeczywistej płytki, bez ponoszenia kosztu całego, skomplikowanego modelu.
Łączenie części obudowy – zatrzaski, śruby czy wcisk?
Druk 3D daje dużą swobodę w projektowaniu sposobu zamykania obudowy, ale każdy wariant ma swoje konsekwencje technologiczne.
Zatrzaski drukowane w 3D
Zalety:
- szybki montaż,
- brak widocznych śrub.
Wymagania:
- dobrze przemyślane przekroje zatrzasków,
- odpowiednia orientacja na platformie (kierunek pracy włókien w FDM),
- testy prototypowe – szczególnie przy obudowach z żywicy.
Śruby i tuleje
Klasyczne rozwiązanie:
- wymaga przewidzenia gniazd na łby śrub,
- często stosuje się mosiężne tuleje gwintowane wciskane / wgrzewane w tworzywo.
Obudowa projektowana pod druk 3D powinna mieć wzmocnienia w miejscach, gdzie będą śruby – grubszy materiał, żebra, przemyślany kierunek działania siły.
Połączenia wciskane (press-fit)
Dobre do prototypów, gdy:
- obudowa ma być otwierana rzadko,
- nie chcemy jeszcze inwestować w pełny system zatrzasków lub śrub.
Wymaga dopracowania tolerancji – szczególnie w FDM, gdzie dokładność wymiarowa zależy od wielu parametrów drukowania i konkretnej drukarki.
Chłodzenie, wentylacja i przepływ powietrza – druk 3d obudowy
Elektronika oddaje ciepło – im bardziej „zamknięta” obudowa, tym większe ryzyko problemów temperaturowych.
Projektując obudowę pod druk 3D, zwróć uwagę na:
- otwory wentylacyjne – szczeliny w obszarach, gdzie przepływ powietrza ma znaczenie,
- prowadzenie powietrza – unikanie „martwych stref” bez cyrkulacji,
- materiał – np. przy pracy w podwyższonej temperaturze lepiej unikać PLA na rzecz PET-G, ABS/ASA czy materiałów inżynieryjnych.
Druk 3D umożliwia tworzenie skomplikowanych wzorów perforacji, kanałów powietrznych i strukturalnych otworów – warto z tego korzystać, ale zawsze z myślą o realnej pracy urządzenia.
Wybór technologii: FDM czy SLA/MSLA do obudów elektroniki?
W praktyce obudowy do elektroniki najczęściej drukuje się w FDM lub SLA/MSLA – każda technologia ma swoje mocne i słabe strony.
FDM (druk z filamentu)
Zalety:
- dobra wytrzymałość mechaniczna,
- rozsądny koszt przy większych gabarytach,
- możliwość stosowania materiałów o podwyższonej odporności (PET-G, ABS/ASA, PA).
Wady:
- widoczne warstwy na powierzchni (trzeba to uwzględnić w założeniach estetycznych),
- mniejsza precyzja w bardzo drobnych detalach.
SLA/MSLA (druk z żywicy) – druk 3d obudowy
Zalety:
- bardzo gładka powierzchnia, świetna jakość detalu,
- wysoka precyzja przy małych elementach, napisach, logotypach.
Wady:
- większa kruchość standardowych żywic (zwłaszcza przy cienkich elementach),
- ograniczona wielkość pola roboczego,
- konieczność przemyślenia konstrukcji pod kątem podpór i ich usuwania.
W wielu projektach obudów stosuje się podejście mieszane: prototyp „pokazowy” powstaje z żywicy, natomiast obudowy do testów użytkowych drukuje się finalnie w FDM. Dobór technologii i materiału możesz też zostawić po stronie wykonawcy, korzystając z kompleksowej usługi druku 3D prototypów:
https://aimnow.art/druk-3d-prototypow/
Plik pod druk 3D – od modelu CAD do poprawnego STL
Nawet najlepszy projekt obudowy w CAD nie gwarantuje udanego wydruku, jeśli plik eksportowany do STL jest wadliwy.
Przy obudowach do elektroniki problemy pojawiają się najczęściej:
- w obszarze cienkich ścianek,
- przy skomplikowanych zatrzaskach i zaczepach,
- na styku kilku brył (np. część obudowy + „wtopione” elementy mocowań).
Typowe błędy STL to:
- nieszczelne siatki (dziury),
- geometria non-manifold,
- samoprzecięcia,
- błędnie ustawione normalne.
Jeżeli slicer zgłasza błędy albo w podglądzie warstw widać anomalie, potrzebna jest naprawa plików STL – zamiast próbować „wydrukować na siłę” wadliwy model. Temat szerzej opisany jest w artykule:
https://aimnow.art/naprawa-plikow-stl/
Kiedy zaprojektować obudowę samemu, a kiedy zlecić projekt?
Samodzielne projektowanie obudów ma sens, gdy:
- znasz swój program CAD i rozumiesz ograniczenia druku 3D,
- akceptujesz kilka iteracji prototypów zanim obudowa „siądzie”,
- projekt ma charakter hobbystyczny lub niszowy.
W projektach komercyjnych – zwłaszcza tam, gdzie:
- w grę wchodzi większa seria,
- obudowa jest elementem wizerunku marki,
- urządzenie będzie intensywnie eksploatowane,
często szybciej i taniej jest od razu zlecić projektowanie CAD do druku 3D wraz z przygotowaniem obudowy. Pozwala to połączyć wymagania elektroniki, mechaniki, estetyki oraz technologii wykonania i od początku projektować „pod druk 3D”, a nie tylko „ładną bryłę na ekranie”.
Podsumowanie – jak podejść do druku 3D obudów do elektroniki
Druk 3D obudowy do elektroniki to idealne narzędzie:
- do szybkiego prototypowania,
- do krótkich serii urządzeń,
- do walidacji ergonomii i montażu.
Żeby wykorzystać jego potencjał, warto zadbać o:
- właściwe zebranie danych o elektronice (PCB, złącza, przewody),
- świadomy dobór grubości ścianek oraz sposobu łączenia części obudowy,
- przemyślenie kwestii chłodzenia, wentylacji i sposobu montażu,
- poprawne przygotowanie plików CAD i STL.
Dzięki temu druk 3D przestaje być jednorazowym eksperymentem, a staje się powtarzalną metodą tworzenia obudów – zarówno na potrzeby działu R&D, jak i małoseryjnej produkcji.