Este artigo explora a decisão crítica de escolher entre caixas de chapa metálica e caixas de plástico para os seus projectos de dispositivos electrónicos ou médicos. Analisaremos os prós e os contras de cada material, examinando factores como a durabilidade, o custo, a personalização e os processos de fabrico, como o fabrico de chapas metálicas e a moldagem por injeção. Esta leitura vale o seu tempo porque fornece uma comparação abrangente entre a chapa metálica e o plástico para o design de armários, ajudando-o a tomar decisões informadas que se alinham com os requisitos específicos do seu projeto, quer esteja à procura de armários electrónicos personalizados ou outros armários personalizados.

1. O que é um invólucro de chapa metálica?

Um armário de chapa metálica é um tipo de armário fabricado a partir de peças finas e planas de chapa metálica, normalmente aço, alumínio ou aço inoxidável. O processo de fabrico envolve o corte, a dobragem e a montagem das peças de chapa metálica para criar a forma desejada do armário. As técnicas de fabrico comuns utilizadas na criação de armários de chapa metálica incluem o corte a laser, a perfuração, a dobragem, a soldadura e processos de acabamento como o revestimento a pó ou a galvanização. A chapa metálica é utilizada para fabricar as peças do invólucro.

Os armários de chapa metálica são conhecidos pela sua resistência e durabilidade, o que os torna adequados para uma vasta gama de aplicações, incluindo equipamento industrial, armários electrónicos, bastidores para servidores e armários electrónicos personalizados. Oferecem uma excelente proteção dos componentes internos contra impactos físicos, ambientes agressivos e interferências electromagnéticas (EMI). A chapa metálica pode ser utilizada para soldar o invólucro. Trata-se de um processo de fabrico muito comum. A espessura da chapa metálica utilizada nos invólucros varia normalmente entre 032″ e 0,375″ polegadas, consoante os requisitos específicos da aplicação.

O fabrico de chapa metálica oferece um elevado grau de personalização, permitindo a criação de formas e desenhos complexos. É uma opção versátil tanto para o desenvolvimento de protótipos de baixo volume como para séries de produção de grande volume. Os invólucros em chapa metálica são uma escolha popular quando a robustez, a durabilidade e a proteção contra EMI são as principais preocupações.

2. O que é um invólucro de plástico?

Um invólucro de plástico é um tipo de invólucro fabricado a partir de vários tipos de materiais plásticos, como ABS, policarbonato ou poliestireno. Ao contrário dos invólucros de chapa metálica que são fabricados a partir de folhas planas, os invólucros de plástico são normalmente criados utilizando processos de moldagem, sendo a moldagem por injeção o método mais comum para a produção em massa. O plástico também pode ser utilizado em muitos componentes electrónicos.

A moldagem por injeção envolve a injeção de plástico fundido numa cavidade da ferramenta (molde), onde arrefece e solidifica na forma desejada do invólucro. Este processo permite a criação de geometrias complexas, detalhes intrincados e caraterísticas integradas como saliências de montagem, nervuras e fechos de encaixe, frequentemente utilizados para criar peças de plástico. Os invólucros de plástico são leves, oferecem um bom isolamento elétrico e são frequentemente mais agradáveis do ponto de vista estético do que os seus equivalentes metálicos. São também resistentes à corrosão e podem ser facilmente coloridos ou texturados durante o processo de moldagem por injeção.

Os invólucros de plástico são normalmente utilizados para eletrónica de consumo, invólucros de dispositivos médicos e outras aplicações em que a estética, o peso e o custo são factores importantes. No entanto, podem não oferecer o mesmo nível de durabilidade e resistência ao impacto que os invólucros em chapa metálica, especialmente em ambientes industriais agressivos.

3. Armários de chapa metálica vs. Armários de plástico: Principais diferenças

A escolha entre um armário de chapa metálica e um armário de plástico depende dos requisitos específicos do seu projeto. Segue-se uma tabela que resume as principais diferenças:

Os armários metálicos oferecem muitas vantagens, incluindo resistência e durabilidade. É importante ponderar cuidadosamente estes factores para determinar qual o tipo de armário que melhor se adequa às suas necessidades.

4. Quando é que se deve escolher uma caixa de chapa metálica?

Os armários de chapa metálica são a escolha preferida em vários cenários:

• Ambientes agressivos: Quando o seu armário tem de suportar temperaturas extremas, impactos físicos, vibrações ou exposição a substâncias corrosivas, a robustez de um armário de chapa metálica é essencial. Os armários em aço são particularmente adequados para este efeito. Os armários metálicos oferecem proteção contra ambientes agressivos.
• Blindagem EMI/RFI: Se os seus componentes electrónicos forem sensíveis a interferências electromagnéticas ou de radiofrequência, ou se emitirem tais interferências, uma caixa de chapa metálica proporciona uma excelente blindagem, protegendo tanto os componentes internos como o ambiente circundante. No entanto, no caso da tecnologia de sensores RF ou antenas, é importante lembrar que o metal pode, por vezes, atenuar os sinais. No entanto, no caso da tecnologia de sensores RF ou antenas, é importante lembrar que o metal pode, por vezes, atenuar os sinais.
• Segurança: Quando a segurança é uma preocupação, a resistência e a durabilidade de um invólucro de chapa metálica tornam-no mais resistente à manipulação e ao acesso não autorizado. Pode ser utilizado um fixador para fixar o invólucro.
• Elevada resistência e rigidez: Para aplicações que requerem uma elevada integridade estrutural, como equipamento montado em bastidor ou painéis de controlo de máquinas pesadas, a chapa metálica proporciona a resistência e a rigidez necessárias. É óptima para uma caixa ou montagem.

A utilização de armários de chapa metálica é uma óptima opção quando se necessita de um armário com caraterísticas específicas. Por exemplo, a Protocase é especializada na criação de caixas electrónicas personalizadas a partir de chapa metálica. A sua experiência reside no fornecimento de protótipos de execução rápida e de séries de produção de baixo volume, atendendo aos clientes que necessitam de soluções personalizadas em chapa metálica sem os longos prazos de entrega e os elevados custos associados ao fabrico tradicional de chapa metálica.

5. Quando é que um armário de plástico é a melhor opção?

As caixas de plástico são frequentemente a melhor escolha quando:

• O peso é uma preocupação: O plástico é significativamente mais leve do que a chapa metálica, tornando os invólucros de plástico ideais para dispositivos portáteis ou de mão, ou qualquer aplicação em que a redução de peso seja crucial.
• Projectos sensíveis aos custos: Para a produção de grandes volumes, a moldagem por injeção de armários de plástico pode ser muito rentável devido aos custos mais baixos dos materiais e aos ciclos de produção mais rápidos em comparação com o fabrico de chapas metálicas. A ferramenta não é dispendiosa. A moldagem por injeção pode ser uma boa solução para a produção em massa.
• Formas e desenhos complexos: A moldagem por injeção permite a criação de formas complexas, curvas suaves e caraterísticas integradas que seriam difíceis ou dispendiosas de obter com chapa metálica. O plástico é melhor para as peças moldadas por injeção.
• Isolamento elétrico: O plástico é um excelente isolante elétrico, o que faz com que os invólucros de plástico sejam adequados para aplicações em que é necessário um isolamento elétrico. O plástico proporciona isolamento elétrico.
• Resistência à corrosão: Ao contrário de alguns metais, o plástico é inerentemente resistente à corrosão, o que o torna uma boa escolha para ambientes com humidade ou exposição a produtos químicos. No entanto, se o armário for exposto à água, deve ter muito cuidado.
• Estética: Os armários de plástico podem ser facilmente moldados em várias cores, texturas e acabamentos, oferecendo uma maior flexibilidade estética do que os armários de chapa metálica. O plástico pode ser utilizado para armários de plástico personalizados.

Se necessitar de um armário que será utilizado para tecnologia de sensores ou antenas no seu interior, poderá querer utilizar um armário de plástico. Se necessitar de um invólucro que tenha antenas no seu interior, talvez seja melhor evitar invólucros metálicos. Neste caso, é preferível utilizar plástico.

6. Opções de personalização: Fabrico de chapa metálica vs. moldagem por injeção

Tanto o fabrico de chapas metálicas como a moldagem por injeção oferecem amplas opções de personalização, mas diferem significativamente nas suas capacidades e processos.

Fabrico de chapas metálicas:

• Flexibilidade: O fabrico de chapas metálicas permite um elevado grau de flexibilidade de design, especialmente para a produção de volumes baixos a médios. As alterações ao design podem ser implementadas com relativa facilidade, ajustando os processos de corte, dobragem e soldadura.
• Prototipagem: A criação de protótipos com chapa metálica é muitas vezes mais rápida e menos dispendiosa do que com a moldagem por injeção, uma vez que não requer a criação de um molde dispendioso. A chapa metálica é boa para a criação de protótipos.
• Caraterísticas: O fabrico de chapas metálicas pode criar caraterísticas como curvas, dobras, recortes e juntas soldadas. No entanto, a obtenção de formas muito complexas ou de pormenores finos pode ser um desafio ou exigir operações secundárias como CNC maquinagem. A chapa metálica pode ser utilizada para criar peças de chapa metálica.
• Acabamento: Os armários de chapa metálica podem ser acabados com várias técnicas, incluindo revestimento em pó, pintura, galvanização e anodização, para melhorar o seu aspeto e durabilidade.

Moldagem por injeção:

• Formas complexas: A moldagem por injeção é excelente na criação de geometrias complexas, detalhes intrincados e caraterísticas integradas, como encaixes, clipes e saliências, que seriam difíceis ou impossíveis de obter com chapa metálica. O design da moldagem por injeção é excelente para formas complexas.
• Elevada precisão: A moldagem por injeção pode produzir peças altamente precisas e repetíveis com tolerâncias apertadas, o que a torna adequada para aplicações que exigem elevada precisão. A moldagem por injeção pode ser utilizada para fabricar peças moldadas por injeção.
• Opções de materiais: Está disponível uma grande variedade de resinas plásticas para moldagem por injeção, cada uma com as suas próprias propriedades únicas em termos de força, flexibilidade, resistência química e tolerância à temperatura. É possível criar peças de plástico personalizadas.
• Acabamentos de superfície: As peças moldadas por injeção podem ter vários acabamentos de superfície, desde lisos e brilhantes a texturados ou mate, diretamente do molde.

A escolha entre o fabrico de chapa metálica e a moldagem por injeção para personalização depende da complexidade do design, da precisão necessária, das peças de plástico pretendidas, do volume de produção e do orçamento.

7. Considerações sobre os custos: Chapa metálica vs. plástico

O custo dos armários de chapa metálica versus armários de plástico é influenciado por vários factores, incluindo materiais, processos de fabrico, ferramentas, mão de obra e volume de produção.

Caixas de chapa metálica:

• Custos de material: O custo da chapa metálica (aço, alumínio, etc.) pode flutuar com base nos preços de mercado. Os metais especiais ou os acabamentos podem aumentar o custo.
• Custos de fabrico: O fabrico de chapas metálicas envolve processos de trabalho intensivo, como corte, dobragem e soldadura. A complexidade do projeto e o número de operações necessárias podem ter um impacto significativo no custo.
• Custos de ferramentas: Embora o fabrico de chapas metálicas não exija geralmente moldes dispendiosos como a moldagem por injeção, pode haver custos associados à criação de punções, matrizes ou acessórios personalizados, especialmente para formas complexas.
• Volume de produção: O fabrico de chapas metálicas pode ser mais rentável para produções de baixo a médio volume, uma vez que os custos iniciais de instalação são inferiores aos da moldagem por injeção.
• O protótipo será mais barato com chapa metálica do que com plástico.

Caixas de plástico:

• Custos de material: As resinas plásticas são geralmente menos dispendiosas do que as chapas metálicas, embora os plásticos de engenharia especializados possam ser dispendiosos.
• Custos de moldagem por injeção: O principal custo da moldagem por injeção é a criação do molde (ferramenta), que pode ser muito dispendioso, especialmente para moldes complexos ou com várias cavidades. No entanto, uma vez feita a ferramenta, o custo por peça é relativamente baixo, tornando-a económica para a produção de grandes volumes. A utilização de uma ferramenta pode reduzir os custos de fabrico.
• Volume de produção: A moldagem por injeção torna-se mais rentável à medida que o volume de produção aumenta, uma vez que o elevado custo inicial da ferramenta é amortizado por um maior número de peças.
• A maquinagem CNC pode aumentar o custo das peças de plástico.

Em geral, os invólucros de plástico tendem a ser mais rentáveis para a produção de grandes volumes, devido aos menores custos de material e de fabrico por unidade associados à moldagem por injeção. No entanto, para volumes baixos a médios ou protótipos electrónicos personalizados, os invólucros em chapa metálica podem ser mais económicos devido aos custos iniciais de instalação mais baixos.

8. Como é que a prototipagem difere entre chapa metálica e plástico?

A prototipagem é uma etapa crucial no processo de desenvolvimento de produtos, e a abordagem difere significativamente entre a chapa metálica e o plástico.

Prototipagem de chapa metálica:

• Maior rapidez de execução: Os protótipos de chapa metálica podem frequentemente ser produzidos de forma relativamente rápida, por vezes numa questão de dias, uma vez que não requerem a criação de moldes complexos. Empresas como a Protocase são especializadas em prototipagem rápida de chapas metálicas.
• Custo inicial mais baixo: O custo de criação de um protótipo de chapa metálica é geralmente inferior ao de um protótipo moldado por injeção de plástico, uma vez que não há custos de ferramentas envolvidos.
• Flexibilidade de conceção: As alterações de design podem ser implementadas mais facilmente em protótipos de chapa metálica, ajustando os processos de corte, dobragem ou soldadura.
• Propriedades do material: Os protótipos de chapa metálica podem representar com precisão as propriedades do material do produto final se for utilizado o mesmo material de chapa metálica.

Prototipagem em plástico:

• Prazo de entrega mais longo: A criação de um protótipo com moldagem por injeção requer o fabrico de um molde, o que pode demorar várias semanas ou mesmo meses, dependendo da sua complexidade.
• Custo inicial mais elevado: O custo do molde torna os protótipos de moldagem por injeção mais caros à partida.
• Flexibilidade de conceção limitada: Uma vez criado o molde, efetuar alterações ao design pode ser dispendioso e demorado, exigindo frequentemente modificações ao molde ou mesmo a criação de um novo molde.
• Métodos alternativos de criação de protótipos: Para peças de plástico, podem ser utilizados métodos de prototipagem alternativos, como a maquinagem CNC ou a impressão 3D, para criar protótipos iniciais antes de investir num molde de injeção dispendioso. CNC A maquinagem pode ser utilizada para caixas electrónicas personalizadas.

A chapa metálica é frequentemente a escolha preferida para a prototipagem rápida devido ao seu tempo de execução mais rápido, custo inicial mais baixo e maior flexibilidade de design. Os protótipos de moldagem por injeção são normalmente utilizados mais tarde no processo de desenvolvimento para validar o design para a produção em massa.

9. Estudo de caso: Escolher o material correto para o armário

Vejamos um caso de estudo de uma empresa que está a desenvolver um novo dispositivo médico que requer um invólucro personalizado. O dispositivo contém componentes electrónicos sensíveis, incluindo uma placa de circuitos, e será utilizado num ambiente hospitalar.

Requisitos:

• Durabilidade: A caixa tem de proteger os componentes internos contra quedas e impactos acidentais.
• Capacidade de limpeza: O compartimento deve ser fácil de limpar e desinfetar para cumprir as normas de higiene hospitalar.
• Estética: O compartimento deve ter um aspeto profissional e limpo.
• Blindagem EMI: O dispositivo emite algumas interferências electromagnéticas que têm de ser contidas.
• Volume de produção: A produção inicial será de 500 unidades, com potencial para volumes mais elevados no futuro.

Análise:

• Chapas metálicas: Um invólucro de chapa metálica, como um feito de aço inoxidável, ofereceria excelente durabilidade e proteção contra EMI. Poderia ser projetado para ser facilmente limpo. No entanto, o custo poderá ser mais elevado para uma produção inicial de baixo volume.
• Plástico: Um invólucro de plástico feito de ABS ou policarbonato poderia proporcionar durabilidade suficiente para esta aplicação. Seria também fácil de limpar e poderia ser concebido com um aspeto esteticamente mais agradável. A moldagem por injeção seria mais rentável para volumes mais elevados, mas poderia ser dispendiosa para as 500 unidades iniciais devido aos custos das ferramentas.

Decisão:

Para este estudo de caso, a empresa pode optar por começar com caixas de chapa metálica para a produção inicial de 500 unidades. Isto asseguraria a durabilidade e a proteção EMI, evitando os elevados custos iniciais de ferramentas da moldagem por injeção. Podem utilizar um sistema de fixação. Poderiam estabelecer uma parceria com uma empresa como a Protocase para o desenvolvimento rápido de protótipos e produção de baixo volume.

À medida que os volumes de produção aumentam, podem considerar a transição para caixas de plástico moldadas por injeção para reduzir os custos por unidade. Teriam de investir na criação de um molde mas, a longo prazo, beneficiariam dos custos de material e de fabrico mais baixos do plástico.

10. Quais são as limitações da utilização de invólucros de chapa metálica e de plástico?

Embora os armários de chapa metálica e os armários de plástico ofereçam muitas vantagens, também têm algumas limitações:

Caixas de chapa metálica:

• Peso: As caixas de chapa metálica, especialmente as feitas de aço, podem ser significativamente mais pesadas do que as caixas de plástico. Isto pode ser uma desvantagem para aplicações em que o peso é um fator crítico, como os dispositivos portáteis ou de mão.
• Custo: Embora o fabrico de chapas metálicas possa ser rentável para volumes baixos a médios, pode tornar-se mais dispendioso do que a moldagem por injeção para séries de produção de volumes muito elevados, especialmente quando são necessárias formas ou caraterísticas complexas.
• Corrosão: Dependendo do tipo de chapa metálica utilizada e do ambiente de funcionamento, a corrosão pode ser uma preocupação. Embora o aço inoxidável ofereça uma excelente resistência à corrosão, é mais caro do que outras opções, como o aço normal. Um acabamento adequado, como o revestimento em pó ou a galvanização, pode ajudar a atenuar a corrosão, mas aumenta o custo global.
• Complexidade de conceção: Embora o fabrico de chapas metálicas ofereça um bom grau de flexibilidade de conceção, a criação de formas muito complexas ou de pormenores intrincados pode ser um desafio e pode exigir operações secundárias como a maquinagem CNC, aumentando os custos e o tempo de execução. Se estiver a utilizar invólucros de chapa metálica, é necessário ter em conta as limitações.
• Não é ideal para tecnologia de sensores RF ou antenas. O metal pode, por vezes, atenuar os sinais, pelo que é necessário ter muito cuidado.

Caixas de plástico:

• Resistência e durabilidade: Embora os armários de plástico possam ser concebidos para serem bastante fortes, geralmente não oferecem o mesmo nível de resistência ao impacto e durabilidade que os armários de metal, especialmente em condições extremas.
• Sensibilidade à temperatura: Alguns materiais plásticos podem tornar-se frágeis a baixas temperaturas ou deformar-se a altas temperaturas. É crucial selecionar uma resina plástica que possa suportar a gama de temperaturas de funcionamento prevista para a aplicação.
• Degradação UV: A exposição prolongada à radiação ultravioleta (UV) da luz solar pode provocar a degradação de alguns materiais plásticos, levando à descoloração, fragilização ou fissuração. Os aditivos ou revestimentos resistentes aos raios UV podem ajudar a atenuar este problema, mas podem aumentar o custo.
• Blindagem EMI/RFI: O plástico, por si só, não proporciona uma proteção inerente contra EMI/RFI. Para conseguir a proteção, é necessário aplicar ou adicionar revestimentos ou cargas condutoras ao plástico, o que pode aumentar o custo e a complexidade do invólucro. Se tiver tecnologia de sensores ou antenas no interior da caixa de plástico, será mais fácil transmitir o sinal.
• Custos de ferramentas: Embora a moldagem por injeção seja rentável para a produção de grandes volumes, o custo inicial da criação do molde pode ser muito elevado, o que a torna menos adequada para produções de baixo volume ou de protótipos.

Ao criar caixas electrónicas personalizadas, é importante ter em conta estas limitações.
Vale a pena mencionar que o plástico pode ser utilizado com fixadores roscados, mas existem algumas limitações. É possível rosquear o plástico, mas é preciso ter cuidado para não arrancar as roscas. É preciso ter muito cuidado para não arrancar as roscas quando se instalam os fixadores. É melhor utilizar um fixador concebido para ser utilizado em plástico com parafusos do que com roscas.

Também vale a pena saber que uma fresadora CNC é frequentemente utilizada para criar caixas de plástico. Trata-se de uma máquina que é frequentemente utilizada para criar peças de plástico e componentes de armários. Esta máquina pode criar uma caraterística fresada que pode ser adicionada à peça de plástico. Um router CNC pode criar uma peça de plástico personalizada. Um router CNC pode maquinar uma peça em 2-3 dias. O tamanho do material usado em um roteador CNC pode ser 4 pés x 8 pés. O raio mínimo do canto de uma peça é 0.022 ″ para materiais com espessura entre 0.062 ″ e 0.750 ″. Para material com espessura entre 0,094″ e 1,000″, o raio de canto mínimo deve ser de 0,032″. É importante notar que, com um router CNC, a ferramenta utilizada significa que os escareadores não podem ser gravados durante a fresagem.

Os projectistas utilizam frequentemente o acrílico para um invólucro porque é transparente. O acetal tem uma grande estabilidade dimensional, o que o torna ótimo para peças maquinadas com tolerância apertada. Os projectistas utilizam o acetal para fixar cabos ou barras de bus e tabuleiros de fibra ótica.

11. Resumo

Eis os 10 aspectos mais importantes a ter em conta sobre os armários de chapa metálica e os armários de plástico:

1. Os armários de chapa metálica oferecem uma resistência e durabilidade superiores, o que os torna adequados para ambientes agressivos e aplicações que exigem uma elevada resistência ao impacto.
2. Os armários de plástico são leves, económicos para produção de grandes volumes (devido à moldagem por injeção) e oferecem uma excelente flexibilidade de design para formas complexas.
3. O fabrico de chapas metálicas é geralmente mais rentável para a produção de volumes baixos a médios e para a criação de protótipos, enquanto a moldagem por injeção se torna mais económica para volumes elevados.
4. A chapa metálica proporciona uma excelente proteção EMI/RFI, enquanto o plástico requer revestimentos ou enchimentos especiais para capacidades de proteção semelhantes.
5. A moldagem por injeção permite desenhos complexos, caraterísticas integradas e uma vasta gama de cores e acabamentos, tornando os armários de plástico frequentemente mais agradáveis do ponto de vista estético.
6. A prototipagem de chapa metálica é normalmente mais rápida e menos dispendiosa do que a prototipagem por moldagem por injeção, que requer a criação de um molde dispendioso.
7. O plástico é um bom isolante elétrico, enquanto a chapa metálica pode exigir um isolamento adicional em algumas aplicações.
8. A escolha entre chapa metálica e plástico depende de factores como o peso, o custo, a durabilidade, a estética, os requisitos de blindagem EMI e o volume de produção.
9. Tanto o fabrico de chapas metálicas como a moldagem por injeção oferecem opções de personalização, mas diferem nos seus processos, capacidades e limitações.
10. Ao escolher entre chapa metálica e plástico, é essencial considerar os requisitos específicos do seu projeto e ponderar as vantagens e desvantagens de cada material e processo de fabrico.

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