Cada vez mais os circuitos lógicos e as placas eletrônicas estão se tornando mais comuns no mundo e em nossas vidas. Com o passar dos anos, a tecnologia tomou conta de tudo ao nosso redor e, com isso, a eletrônica passou a estar presente em diversos objetos e lugares que antes não estava, adentrando a indústria e nossas casas, por exemplo, um mundo importantíssimo em que a eletrônica se fez presente é o mundo veicular, cada vez mais os veículos possuem PCBs e circuitos em sua construção, entretanto, principalmente os carros são veículos com um ambiente não muito seguro para a alocação de placas de circuito, que em sua maioria são extremamente sensíveis, então, de que forma é garantida a segurança e funcionamento de um aparato tão sensível em um ambiente tão irregular? É sobre isso que iremos comentar hoje!
Dentro do carro construído pelo Cheetah E-Racing fazemos um uso muito profundo de PCBs complexas e possuímos um ambiente mais perigoso do que aqueles presentes em carros comerciais, visto que nossa carenagem não é totalmente fechada e muitas vezes as placas podem ser expostas ao ar livre, algo impensável se deseja-se garantir o pleno funcionamento das mesmas. Para isso, desenvolvemos cases para cada uma de nossas placas, fechando-as em compartimentos seguros que evitam seu contato com o mundo exterior e certas substâncias danosas e garantem a sua isolação elétrica de partes de metal do veículo.
Sabendo disso, é muito importante considerar alguns aspectos antes de começar a projetar sua case, como o material a ser usado, o tamanho e o formato geométrico de sua case. Para o material, cases de PCBs costumam ser de:
- Plástico
- Alumínio Extrudado
Uma case de plástico é o tipo de case mais barato que existe, pois é um material muito mais acessível que os demais e ainda protege sua placa e a isola eletricamente do ambiente fora de sua proteção. Os tipos de plástico usados também variam, podendo ser de ABS, Policarbonato, Poliéster e PVC.
- ABS: Uma case de ABS é resistente a alguns tipos de ácidos concentrados, o material é a prova d’água e resistente a impactos e a temperatura, porém, ao ser exposto a altas temperaturas pode ser inflamável.
- Policarbonato: O policarbonato oferece retenção ao fogo e também a ambiente ácido, também é resistente a altos impactos, mas não pode ser exposto a alcalinos fortes e solventes orgânicos.
- Poliéster: É um material que oferece resistência à umidade e química, além de ser leve e possuir boas propriedades isolantes.
- PVC: É durável e apresenta alta resistência a impactos, é também um material reciclável que possui resistência à degradação UV.
Por outro lado, o alumínio extrudado apesar de ser um material caro, é um material ótimo para melhorar a textura e o design do produto. É também um material que garante certas proteções a sua case, como resistência química e de retenção ao calor, mas não é muito bom contra impactos e nem resistente a altas temperaturas, além de ser mais pesado.
Outros materiais que podem ser usados, apesar de não tão comuns, são o aço inoxidável e a fibra de vidro. O aço inoxidável é uma alternativa bem cara, porém, sendo resistente a altos impactos, corrosão e altas temperaturas. Enquanto isso, a fibra de vidro tem alta resistência química e a umidade, porém, é cara, é capaz de produzir gases tóxicos e não é muito resistente a impactos.
A aplicação e o ambiente onde a PCB será instalada é de suma importância para a decisão do material a ser escolhido, analise bem os aspectos do ambiente e a quais condições sua case será exposta, para evitar dores de cabeça futuras e eventuais danos a sua placa.
Com isso, é preciso colocar as características de cada material na balança. Caso para sua aplicação, resistência seja um ponto crucial que deve ser seguido rigorosamente mesmo com custos mais altos, a melhor escolha é uma case de metal. Por outro lado, caso você deseje melhorar os aspectos visuais e texturas mesmo mantendo certa resistência, a melhor alternativa é o alumínio. Porém, se deseja economizar nos custos, e ter um material com resistência a impactos e a prova d’água, projete uma case de plástico ABS, que além de tudo pode ser impressa em uma impressora 3D (que iremos comentar mais para frente). No Cheetah E-Racing imprimimos nossa case em uma impressora 3D do tipo Ender 9 e usamos o material plástico ABS, pois é um material resistente a impactos e a prova d’água, duas características essenciais para nosso veículo.
Com o material escolhido e a noção do ambiente e espaço de instalação da case e da PCB estando bem claros, partimos para a etapa de criação do modelo em si. A fase de criação do modelo é de suma importância, pois com o modelo nós temos o produto final digitalizado, onde podemos explorar todas as características geométricas e dimensionais, estudando se o projeto está realmente de acordo com nossa aplicação antes de enviarmos o produto para uma impressora 3D. Neste artigo vamos nos aprofundar no SolidWorks pois é nele que desenvolvemos as cases de nossas PCBs. Para esta etapa, temos vários softwares ao nosso alcance que auxiliam na tarefa, entre eles, os dois mais populares são o Fusion 360 e o SolidWorks. Neste artigo vamos nos aprofundar no projeto através do Solidworks, pois é aquele que utilizamos em nossa equipe, mas fique à vontade para utilizar qualquer software que deseja, as etapas serão as mesmas!
Primeiramente, abra o SolidWorks e crie um novo projeto do tipo “peça”, abra um plano superior com vista normal e desenhe um retângulo qualquer a partir do centro do plano. Para as medidas detalhadas, observe as dimensões do projeto de sua PCB e edite as dimensões de seu retângulo para que sejam idênticas. Em nosso caso, obtivemos o seguinte:
Agora, vamos criar o ressalto de nossa case. Para isso, meça a espessura de sua PCB e crie um ressalto de mesma dimensão no Solid. Com isso, crie um novo esboço a partir da face e crie dois offsets, que serão equivalentes à dimensão das paredes, em nosso caso, criamos um offset de 0,5mm e outro de 1,5mm, resultando em uma parede de 1mm de espessura. Agora, crie o ressalto da parede, selecionando a área da parede e clicando novamente na opção de ressalto no Solid. Crie um ressalto “cego” com as dimensões equivalentes à altura de sua case, para nosso caso criamos a parede com uma altura de 6mm, obtendo o seguinte:
Para criar o suporte de nossa case, vamos criar 2 retângulos como o seguinte:
Assim, vamos extrudar este retângulo até a outra face da peça, que dará este resultado, mostrando o suporte para a PCB montado:
Agora, selecionando a face inferior do retângulo, clicando em converter unidades, depois novamente criando um ressalto de 1.5mm teremos criado a base de nossa case, possuindo agora 2 corpos, o suporte da PCB e a case de plástico em si:
Vamos fechar a case, para isso, precisamos criar a tampa da mesma. Basta selecionar toda a aba superior da peça, converter suas unidades, unificando-as e então criando uma extrusão da altura desejada, para nosso caso, usamos 17mm. Por último, selecione a aba superior novamente, converta as unidades e então crie uma última extrusão, que servirá como o “telhado”, utilizamos novamente 1.5mm. Assim, temos mais um objeto em nosso modelo, sendo este equivalente à totalidade da tampa:
Se achar interessante para seu projeto, adicione as saliências e ranhuras personalizadas para que seu projeto fique mais interessante e detalhado.
Com isso, finalizamos o projeto de case! Caso seja necessário que furos sejam feitos na PCB para fixação, meça a distância deles na placa e logo após aplique-os no suporte de PCB. Outro detalhe é também abrir buracos em sua case para que a fiação de entrada e saída adentre a case e alcance a placa, meça essas distâncias e faça-as no modelo caso seja preciso!
Com o projeto pronto, basta enviar o arquivo para a impressora 3D a partir do próprio SolidWorks! Para isso, basta ir em Arquivo > Print3D, logo após, configure da maneira que desejar, sem esquecer de personalizar a dimensão da impressão de acordo com a dimensão de sua impressora e pronto! Em poucas horas sua case estará pronta e sua PCB estará 100% segura ao ser instalada fisicamente em seu projeto!
Todos os passos adotados aqui são utilizados pela equipe em nossa manufatura de cases, porém de forma mais intensiva, onde criamos cases muito maiores, para caber mais de uma placa, e com outras funções além de simplesmente proteger os PCBs de impactos.
A nossa maior case é a splitbox, uma caixa 100% desenvolvida no SolidWorks onde não só armazenamos 5 PCBs de extrema importância como também fazemos uma proteção extra, já que todas estas placas devem ser protegidas de jatos d’água provenientes de várias direções em um dos testes durante a competição em que participamos, portanto, essa case é projetada com riqueza de detalhes e com muita cautela, já que seu encapsulamento deve ser perfeito. Mas isso já é assunto para um outro artigo…
E aí? Gostou de saber mais sobre a criação de cases para PCBs utilizando o SolidWorks? Então fique ligado que em breve soltaremos mais dicas e projetos para vocês! Até a próxima!
Esse conteúdo é resultado da parceria da MakerHero com a Cheetah E-Racing. Curtiu o conteúdo? Então deixe seu comentário abaixo! E não esqueça de acompanhar a Cheetah E-Racing nas redes sociais.
