Por qué son importantes las modificaciones personalizadas de los gabinetes (y cómo diseñarlas)

Casi todos los sistemas electrónicos necesitan un gabinete, pero no todos los diseños pueden utilizar un modelo estándar. En algunos casos, es necesaria una personalización completa, pero para muchos diseños, modificar un gabinete comercial es más rápido y rentable. Esto es especialmente cierto en aplicaciones en las que el valor estético es tan importante como el rendimiento.

El papel de los gabinetes es múltiple. Comunican funcionalidad en entornos industriales, influyen en las preferencias de los consumidores con su atractivo visual y mantienen el mensaje y la identidad de la marca. Modificaciones como los gabinetes pintados y los gráficos serigrafiados ayudan a cumplir estas expectativas. La personalización también puede ayudar a los diseñadores a seguir el ritmo de los cambiantes mercados acelerados por el Internet de las cosas (IoT).

Aunque las ventajas son muchas, también hay numerosos escollos en el proceso de personalización que pueden provocar retrasos en los productos, sobrecostos e insatisfacción del cliente.

Este artículo ofrece una introducción básica a los gabinetes para sistemas electrónicos. A continuación, expone una estrategia para modificar con éxito el gabinete. Se centra en gabinetes más pequeños de Hammond Manufacturing para dispositivos IoT en aplicaciones como sistemas de automatización de edificios y hogares, dispositivos manuales de prueba y medición e interfaces de operador para equipos comerciales.

Conceptos básicos de los gabinetes para sistemas electrónicos

La función principal de un receptáculo es albergar un sistema electrónico, protegiéndolo contra factores ambientales como el polvo, la humedad, la radiación ultravioleta (UV) y los daños físicos. Un gabinete también puede desempeñar un papel vital en la disipación del calor, así como en el blindaje contra interferencias electromagnéticas (EMI) e interferencias de radiofrecuencia (RFI).

El cumplimiento de estos objetivos comienza con la selección del material adecuado. Las opciones incluyen plástico Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), policarbonato, aluminio extruido y fundido a presión, y diversos grados de acero. Cada material tiene sus ventajas y desventajas en cuanto a costo, peso, durabilidad y aspecto.

Un ejemplo de variedad de gabinetes es la serie 1554/1555 de Hammond Manufacturing (Figura 1). Estos gabinetes están disponibles en plástico ABS económico para uso general y de bajo costo, o en policarbonato resistente para aplicaciones más exigentes. Esta última opción está clasificada hasta la National Electrical Manufacturers Association (NEMA) 4/4X y 6/6P para aplicaciones estancas y sumergibles y tiene una clasificación de resistencia al fuego hasta UL94-5VA. Los gabinetes utilizan una junta machihembrada para proporcionar protección de ingreso (IP) hasta IP68.

Figura 1: Los gabinetes de la serie 1554/1555 están homologados según NEMA 4/4X y 6/6P y utilizan una junta machihembrada para proporcionar protección de ingreso (IP) hasta IP68. (Fuente de la imagen: Hammond Manufacturing)

Los gabinetes también deben permitir la fijación física de los componentes electrónicos mediante puntos de montaje como pernos, ranuras para placas de circuitos impresos (PC) y lengüetas de montaje en rieles DIN. Por ejemplo, las series 1554/1555 tienen ranuras moldeadas en el interior que aceptan placas de PC de 1.6 milímetros (mm) montadas verticalmente.

Otro ejemplo es la serie 1455NHD de gabinetes de aluminio (Figura 2). Presentan siete ranuras horizontales que aceptan la tarjeta Eurocard simple de 100 × 160 mm. El gabinete de aluminio extruido también puede servir como disipador térmico, con seis aletas disipadoras de calor integradas en el diseño para este fin.

Figura 2: El gabinete 1455NHD integra siete ranuras para placas de PC para montar fácilmente eurotarjetas y tiene seis aletas disipadoras de calor . (Fuente de la imagen: Hammond Manufacturing)

Modificaciones comunes del gabinete

Una de las principales razones para modificar un gabinete es crear agujeros y recortes para características tales como:

• Puntos de entrada para cables de alimentación y datos
• Interfaces de usuario con luces, botones y pantallas.
• Acceso para mantenimiento y sustitución de la batería
• Extractores y otros controles ambientales

Un gabinete también puede requerir la adición de varias piezas, entre ellas:

• Puntos de montaje, como un panel metálico interno para soportar componentes más pesados
• Una placa frontal transparente o translúcida que permita la inspección visual del sistema y de los indicadores internos.
• Accesorios para facilitar el tendido de cables, la portabilidad y otras funciones.

La Figura 3 ilustra un gabinete de la serie 1554 modificado con muchas alteraciones comunes.

Figura 3: El gabinete de la serie 1554 puede ser ampliamente modificado por el fabricante. (Fuente de la imagen: Hammond Manufacturing)

La mayoría de estas modificaciones requieren el mecanizado del gabinete para garantizar el tamaño y la alineación adecuados de los orificios, recortes y puntos de montaje.

Para evitar costosas y laboriosas repeticiones, es necesario obtener una muestra del gabinete/recinto modificado a fin de verificar un ajuste preciso. Obtener una muestra también puede mejorar el diseño general al revelar oportunidades de cambios que pueden simplificar el montaje y el mantenimiento del producto.

Fallos materiales y necesidad de control de calidad

El mecanizado también puede provocar fallos en el material. En el caso de los gabinetes de plástico, un avance excesivo de la fresadora puede fundir el plástico y provocar deformaciones y grietas por tensión. Las reacciones con los refrigerantes de las herramientas también pueden provocar fracturas.

Los gabinetes metálicos presentan sus propias dificultades, sobre todo porque los materiales son más difíciles de trabajar y requieren herramientas y conocimientos especializados. Los gabinetes metálicos plantean un reto especial cuando se trata de aberturas pequeñas o complejas. El mecanizado también puede afectar a la porosidad de algunos materiales, como el aluminio fundido a presión. Otros daños pueden deberse a la introducción a presión de herrajes como pernos pasadores, así como a bordes afilados y rebabas dejadas por un mecanizado deficiente.

Estos factores pueden alterar la clasificación IP de un gabinete/recinto y dañar su integridad estructural. Estos fallos de mecanizado pueden ser difíciles de detectar, por lo que es fundamental contar con un sólido proceso de control de calidad.

Pintura, serigrafía y otros acabados

El aspecto del gabinete es importante. Un diseño visual limpio puede ayudar a los usuarios a localizar, identificar y utilizar las funciones de un sistema. Un ejemplo es el maletín portátil 1553T, diseñado específicamente para instrumentación. Dispone de gráficos serigrafiados que indican las funciones de los controles de usuario (Figura 4).

Figura 4: Un maletín 1553T destinado a la instrumentación de mano ejemplifica la necesidad de gráficos fáciles de usar. (Fuente de la imagen: Hammond Manufacturing)

Un diseño atractivo puede ir incluso más allá, ayudando a mantener una imagen de marca y motivando a los clientes a elegir un producto frente a la competencia. Para los diseñadores, empezar con un gabinete/recinto con el aspecto deseado es importante.

La figura 5 muestra la serie 1557, un ejemplo de familia de gabinetes diseñada para satisfacer las tendencias estéticas actuales. Estos gabinetes se destacan por sus esquinas y caras redondeadas. Proporcionan un aspecto moderno al tiempo que mantienen la durabilidad y la clasificación IP de los diseños tradicionales.

Figura 5: Los gabinetes de la serie 1557 ofrecen un aspecto moderno y redondeado que resulta más atractivo para los clientes sensibles a la estética. (Fuente de la imagen: Hammond Manufacturing)

La figura 5 también demuestra el importante papel de los acabados exteriores. El recubrimiento en polvo, la anodización y otros acabados pueden proporcionar un aspecto pulido a la vez que protegen un gabinete contra la radiación UV, los productos químicos corrosivos y otros peligros medioambientales. La serigrafía puede añadir efectos visuales atractivos e información esencial sobre el funcionamiento y el uso de un sistema.

Sin embargo, los acabados mal ejecutados pueden ir en detrimento del aspecto y el rendimiento de un gabinete. Los errores de serigrafía, como la desalineación o los colores incorrectos, pueden dañar la reputación de una marca. La pintura burbujeante y descascarillada puede restar atractivo a un producto y reducir las ventas. Si el revestimiento desempeña una función protectora, los defectos del acabado también pueden exponer el sistema a daños.

Al igual que ocurre con el mecanizado, para evitar estos problemas y cumplir los objetivos del proyecto es fundamental llevar a cabo controles de calidad estrictos y realizar un muestreo temprano.

Elección de una estrategia de modificación del gabinete que minimice el riesgo

Dados los riesgos que conlleva, el reto para los ingenieros es cómo enfocar mejor la modificación. Una opción es realizar la modificación internamente, pero si el equipo interno no tiene experiencia o carece de las herramientas necesarias, puede dar lugar a una mala ejecución.

Otra opción es comprar gabinetes/recintos estándar y enviarlos a un proveedor secundario para que los modifique. Los riesgos de este enfoque incluyen:

• Retos de la comunicación de las especificaciones de diseño
• Posibilidad de múltiples revisiones
• Grandes retrasos en la recepción de los productos acabados

Para evitar estos problemas, los ingenieros tienen ahora la opción de que el fabricante modifique directamente sus gabinetes/recintos. La principal ventaja de este enfoque es que el fabricante ya conoce todas las especificaciones de sus gabinetes, cómo cambiarlas y cómo probar los resultados para garantizar un producto de calidad. Este enfoque ofrece a los ingenieros resultados más predecibles y un plazo de comercialización más corto.

Cómo elegir un fabricante de gabinetes/recintos

Los fabricantes tienen distintas capacidades, requisitos y procesos, por lo que es esencial empezar por evaluar a los fabricantes candidatos y seleccionar uno cuya oferta satisfaga las exigencias del proyecto. El primer paso es asegurarse de que el fabricante puede completar el tamaño del pedido en el plazo requerido. Por ejemplo, Hammond tiene una cantidad mínima de pedido (CMD) típica para artículos modificados de solo 25 piezas y puede satisfacer muchos pedidos en pocas semanas.

El siguiente paso es verificar que el fabricante puede aplicar las modificaciones necesarias. Por ejemplo, Hammond puede ejecutar lo siguiente:

• Agujeros, recortes, roscado y avellanado
• Herrajes prensados, como pernos pasadores y separadores.
• Material gráfico impreso, incluidos logotipos y etiquetas
• Tamaños y colores especiales
• Accesorios preinstalados

Por último, es fundamental asegurarse de que el fabricante realiza un riguroso control de calidad y puede proporcionar muestras antes de la producción. El proceso que sigue Hammond ilustra este punto:

• Para garantizar que el gabinete se construye conforme a las especificaciones, la empresa proporciona un plano de aprobación y la prueba de diseño requerida para su revisión antes de comenzar el trabajo.
• Una vez aprobada, Hammond construirá y probará cuidadosamente una única muestra para detectar defectos.
• A continuación, la empresa recibe la pieza de muestra para su inspección y ensayo. Si el diseño requiere retoques, Hammond puede enviar de un día para otro una nueva muestra con los cambios necesarios. La producción completa solo comienza una vez aprobada la muestra.

Hammond toma otras medidas para garantizar la calidad. Por ejemplo, todos los gabinetes pintados que necesitan agujeros y recortes se modifican antes de pintarlos, para garantizar que los bordes alrededor del recorte tengan una cobertura de pintura de calidad de fábrica.

Cómo colaborar con un fabricante de gabinetes para optimizar el diseño

Trabajar directamente con un fabricante de gabinetes permite optimizar el diseño. Para cualquier proyecto, hay muchas opciones de gabinete. Consultar con el fabricante puede ayudar al diseñador a acotar su búsqueda de opciones de gabinetes e identificar rápidamente la solución ideal.

También merece la pena investigar qué tipo de información exige el fabricante. Algunos fabricantes, como Hammond, pueden aceptar documentos tan simples como bocetos, mientras que otros exigen formatos específicos. Resolver esta cuestión en una fase temprana del proyecto puede ahorrar mucho tiempo y esfuerzo de diseño.

El fabricante también puede ofrecer formas de simplificar los compromisos a largo plazo. Por ejemplo, Hammond asigna a cada gabinete/recinto personalizado un número de pieza único para que puedan pedirse cantidades adicionales del mismo diseño más adelante.

Conclusión:

Además de proteger físicamente los sistemas electrónicos, los gabinetes mejoran la experiencia y la seguridad del usuario, distinguen el producto y refuerzan la marca. Al aprovechar la experiencia de un fabricante de gabinetes, los diseñadores pueden superar los retos de la personalización y equilibrar con éxito los requisitos funcionales, la estética, el costo y el plazo de comercialización.

Además, las dos instalaciones especializadas en modificaciones de Hammond, una en Norteamérica y otra en Europa, pueden personalizar las cajas con agujeros, recortes, serigrafías, extrusiones de longitudes especiales, etc.