研发视角：嵌入式智能产品外观设计经典案例

前言

漂亮的产品外观，是智能产品决胜的关键。

一 、什么是ID设计？

设计师根据产品的PRD、MRD、BRD中使用场景、使用人群、功能要求的信息，结合和自身经验、竞品信息、企业情况、行业工艺、成本要求等多维维度数据，进行构思设计出来的外形方案。

初次设计时，设计师会以手稿形式，提供几种草案，由产品、项目组和老板进行设计评审，确定其中一种方案，然后设计师逐步修改多次讨论，输出最终的2D工程图或JPG彩图，最终输出的图纸必须包含投影视图、注明整体尺寸，当然也尽可能完整描述清楚表面工艺等设计要求。

当然，在进行此阶段设计时，也需要MD、硬件相关人员提前进来参与，避免ID定稿后可能出现的无法处理缺陷。

常用的设计软体为alias、rhino、 Photoshop

二、 ID设计准则&材料工艺介绍

ID设计应该遵循以下几个准则，具有品牌识别度、满足功能、易于使用、符合场景、符合成本要求。

• 外观：颜色、图案、logo、光泽线条(3D、2D);
• 质感：手感、粗糙度、寿命(品质)、流线型等等;
• 功能：硬化、抗指纹、抗划伤;

2.1 材料知识

材料在工业生产中是基础工业，也是基础学科，其重要性是不言而喻的。对于从事产品设计的设计师/工程师而言，熟悉了解材料的特性非常重要。

金属材料类型

板材（SECC,SGCC,SPCC,SUS,Al）

合金（镁合金，铝合金，锌合金，钛合金，铝镁合金，锌铝合金……）

塑料材料类型

外观件主要用材料

ABS：光泽度较高，易喷涂，但耐温不高；

PP：成本低，流动性好，但尺寸稳定性较差；

PC：强度高，耐温高，透明性好，但容易开裂；

PC/ABS合金：综合性能优异，但价格较高。

装饰件主要用材料

透明材料：透明ABS、PMMA、PC等

电镀材料：电镀级ABS

膜材料：PET膜，PC膜

软胶类：TPE，PVC，橡胶，硅胶

3C关键件核心材料

阻燃PBT、阻燃PP、阻燃PPO

其它关键结构件材料

POM、玻纤增强尼龙、PPS、PPA、PEI

辅助类材料

发泡材料：隔音减震、缓震泡棉

硅橡胶：密封、防水、硅胶防滑垫

胶水：红胶固定、焊盘胶水固定、强力双面胶粘合

散热：浅蓝色导热垫、散热贴纸

其它材料类型

陶瓷、皮革、 木材

2.2 表面处理工艺

常见表面处理工艺有：模具蚀纹，抛光，拉丝，喷砂，移印，丝印，IMD,IML,镭射，喷油，高光UV喷涂，橡胶漆，磨砂漆，烤漆，电镀，真空镀，批花，铝合金阳极处理，烫金等。

2.2.1 表面处理

烤漆、喷砂、拉丝

抛光 电镀 雕刻

2.2.2 表面后处理工艺

阳极氧化

工艺优点：防护、装饰、绝缘、耐磨、防指纹

工艺过程：抛光/喷砂/拉丝->除油->阳极氧化->中和->染色->封孔->烘干

电泳

工艺优点：颜色丰富、保持金属光泽、防腐

工艺过程：抛光/喷砂/拉丝->前处理->电泳->烘干

疏油涂层

工艺优点：质感、耐脏

2.3 表面印刷工艺

移印、烫金、热转印、丝印、雕刻

三、什么是MD设计？

ID给MD的资料一般是DXF格式的线框图或建好外形的stp格式模型图，在拿到ID设计提供的工程图相关资料后，MD开始启动，先是评估材料工艺、结构装配、拆机方式、生产制造等等可行性，然后资料核对。

MD自顶向下设计TOP-DOWN设计具体流程如下：

1. 具体做法是先导入ID提供的文件，进行描线。
2. 根据描线，绘制曲面，曲面要和实体尽量一致，也是后续拆图的依据，可以的话尽量整合成封闭曲面局部不顺畅的曲面，面/底壳只需做初步外形，里面掏完壳即可，此阶段图纸完结后与ID进行确认。
3. 取面，拆画出各个零部件，拆分方式以ID的外形图为依据，拆件后外观确认。
4. 产品内部结构细化（零部件的排布，定位，连接，装配等），零部件干涉分析，运动仿真分析，产品可靠性分析（防尘，防水，防震，隔热，散热等）。
5. 仿真，简单的运动、装配都可以用3D软件仿真，但仍有一些仿真需要特殊软件，如热仿真Flotherm，Fluent，力仿真Ansys（当然Ansys功能非常强大不止于此），动力学的Adams等等。
6. 结构设计3D图纸会审，终审，图纸优化与确认。
7. 2D图与BOM单制作及内部评审，零件3D转2D（PCB，压铸件2D，冲压件，钣金件，机加件，型材等），产品Bom物料清单制作（产品型号，名称，规格，单重，材质，用量，表面处理），手板制作评审，开模前会议。
8. 工艺图输出，爆炸图及装配图输出。

整个过程中，应该随时保持与ID、硬件、产品、工艺相关人员保持沟通，避免走弯路。

MD设计常用软体为Pro/E、SolidWorks，UG、catia。

四、MD设计准则&工艺介绍

4.1 MD设计准则

• 确定好装配基准面和XYZ方向的定位。
• 减少装配零件，设计要简单化。
• 尽量模块化设计。
• 减少公差的累加。
• 要保证各个零件之间装配快速完成。
• 产品设计时需考虑散热方案。
• 确定好壳体的配合设计。
• 各个电声器件的设计规范需要了解清楚。

4.2 设计技巧

壁厚设计准则

合理确定塑件的壁厚是非常重要的，其它的形状和尺寸如加强筋和圆角等都是以壁厚为参考的。塑料产品的壁厚重要决定于塑料的使用要求，即产品需要承受的外力，是否作为其他零件的支撑，选用的塑料材料的属性，重量，电气性能，尺寸精度和稳定性以及装配等各项要求而定。

• 一般电子产品面/底壳壁厚取1.50mm内
• 中型制品/底壳壁厚取2.00mm
• 大型制品/底壳壁厚取2.50mm
• 防水产品面/底壳壁厚能够取3.00mm

常规产品3.00mm现已非常稳妥了，壁厚太厚很容易缩水，也容易发生内应力引起变形，担心强度不足完全能够通过在内部拉加强筋解决，作用远好过单一的添加壁厚。

按键结构设计技巧

防水防尘结构设计技巧

结构间：

• 超声波焊接
• 防水硅胶圈
• 电路密封绝缘-灌胶
• 二次啤塑

麦克风、扬声器：

• 防水网

天线结构设计技巧

天线类型：

1. On Board板载式：采用PCB蚀刻一体成型，性能受限，极低成本，应用于像蓝牙、WIFI模块这样的RF射频板;
2. SMT贴装式：材质有陶瓷、金属片、PCB，性能成本适中，便于安装、集成，适用于大批量的嵌入式射频模块;
3. IPX(IPEX)外接式：使用PCB或FPC+Cable的组合，性能优秀，灵活安装，成本适中，广泛应用于OTT、终端设备;
4. External外置类：塑胶棒状天线，高性能，独立性，成本高，应用于终端设备，无须考虑EMC等问题;

天线位置：

天线的安装位置一般有2种，一种是单独的支架，锁在主板上或者前壳上，FPC贴在支架上，一种是贴在后壳上。

散热结构设计技巧

• 结构开孔
• 风扇
• 水冷
• 铝基板
• 铜箔
• 导热硅脂
• 石墨片

屏幕贴合设计技巧

内外框固定方式

玻璃面板贴合方式

可靠性结构要求

功能，安装，结构，噪音，下跌，EMC，ESD等相关测试指标。

机械动力设计

• 动力结构强度必须足够
• 设计的最大动力要求在使用的1.5倍以上
• 动力结构必须有限位
• 动力结构必须模拟无干涉
• 动力结构走线应无拉扯、无磨损，考虑无线滑环、坦克链、弹簧线等方式

外壳固定技巧

• 螺丝
• 卡扣
• 干胶
• 点胶
• 超声波
• 磁铁

4.3 加工工艺介绍

钣金件

钣金展开；各种成形模具结构简图；钣金各种特征加工工艺；钣金铆接、焊接、螺纹连接等结构特性；

塑件

注塑；压缩；压注；挤出；吹塑；泡沫塑料；双色与多色

压铸

铸铁；铝合金压铸；锌合金压铸；镁合金压铸；钛合金压铸；铸铜

挤出加工

塑料挤出；铝挤；铜挤出

五 手板制作&验证

在MD完成设计，输出图纸后，进入手板制作流程，一般产品手板零部件效果如下（无表面处理）。

5.1 手板制作

常见手板制作工艺如下：

1. 3D打印-SLA
2. 3D打印-SLS
3. CNC：主要材料有ABS,PC,PMMA,金属主要是铝和铜。
4. 真空覆膜（需要原有的样板，适合改变手板材质或小批量生产）

3D打印-SLS与3D打印-SLA区别

3D打印与CNC区别

1. 材料上的差异

3D打印的材料主要有液态树脂（SLA）、尼龙粉末（SLS）、金属粉末(SLM)、石膏粉末(全彩打印）、砂岩粉末（全彩打印）、线材（FDM）、片材（LOM）等等。液态树脂、尼龙粉末和金属粉末占据了工业3D打印的绝大部分市场，随着技术发展，3D打印现在也可以打印出强度很强的模型了。

而CNC机加工用的材料全部都是一块一块的板材，就是板状的材料，通过测量出零部件的长宽高+耗损，再去切割对应大小的板材用于加工。CNC机加工材料选择比3D打印多，一般的五金类和塑料类板材都能进行CNC机加工，而且成型部件致密度要比3D打印好。

2.因为成型原理而导致的零件差异

3D打印能有效地加工生产出结构复杂的零件，比如镂空的零件，而CNC则很难实现镂空零部件和精密零件的加工。

3. 后期处理上的差异

3D打印的零部件后处理选择不多，一般都是打磨，喷油，去毛刺，染色等等。而CNC机加工的零部件后处理选择五花八门，除了打磨，喷油，去毛刺，还有电镀，丝印，移印，金属氧化，镭雕，喷砂等等。

5.2 手板验证

手板件加工回来后，结构工程师需要进行对手板样机安装，包括结构组装、PCBA、外围器件安装测试，安装过程中需要记录安装问题点，确保每一个版本迭代有所根据。

手板完结后依照设计标准要求做相关的测验，为了保证产品的可靠性，不同种类的产品，不同的国家和地区，都会有不同测试标准，要根据实际情况确定，有专标找专标，没专标找通标，连通标都没有的，一定要问有经验的工程师，或者直接打电话到检验机构进行咨询。熟悉标准对产品设计本身也有一定的指导作用，否则在认证测试的时候再去整改会非常痛苦。

测验项目一般包含：功能，安装，结构，噪音，下跌等测验，并与规划输入对比后进行规划变更。

零部件级别

盐雾、百格、酒精等。

产品整机级别

温度、跌落、运输、振动、冲击、IK防护、IP防护等。

安规相关

球压、稳定性、机械危险、阻燃等。

电磁兼容相关

含EMI 电磁发射、EMS 电磁抗扰度两个方面，有多个测试项目，多去请教硬件工程师。

环保相关

ROHS，SGS等。

5.3 产品品质标准

在产品完成手板制作后，MD工程师应该输出以下检测标准和工艺不良品改善对策。

1. 产品外观级面定义与外观检测标准

2. 不良定义与允收拒收标准

3. 各种工艺不良及改善对策（临时，长期）

六 投模简介

产品通过摸底认证后，就可以进行投模操作了，一般产品投模时间周期一般在40天左右，根据产品要求、复杂度和双方工程师的沟通情况而定。

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