Корпус для электроники: алюминий, лист, профиль, 3D-печать или литьё

Пять способов сделать корпус

Исходная задача одна: плата или две, разъёмы на торце, кнопка, индикатор, иногда радиатор. Решение зависит от того, сколько корпусов нужно и греется ли внутри что-нибудь.

Фрезеровка из плиты. Корпус выбирают из Д16Т, АД31 или АМг6 на фрезерном станке с ЧПУ. Это один цельный брусок со стенками, бобышками и резьбой, без оснастки. На тонкостенной коробке 80 % и больше заготовки уходит в стружку, подробный пример есть в статье о корпусных деталях и кронштейнах.

Гнутый корпус. Развёртку режут лазером, затем гнут на листогибе из стали 1–2 мм или алюминия 1,5–3 мм и красят. Правила проектирования собраны в материале о листовых деталях.

Профиль с торцевыми панелями. Экструдированный алюминиевый профиль режут в размер, на торцы ставят панели. Готовые серии такого типа выпускаются давно: например, корпуса Hammond 1455 имеют алюминиевый профиль со стенкой от 1,5 мм, платы вставляются в направляющие, торцы закрывают две панели из ABS. Класс защиты у всей серии IP54.

3D-печать. FDM из PETG, ABS, ASA, нейлона либо фотополимерная печать смолой. Что такое эти пластики и чем они отличаются, разобрано в статье о материалах для FDM.

Литьё под давлением. Для пластика это пресс-форма и термопластавтомат. Для металла литьё алюминия под давлением даёт корпусы с рёбрами, но оснастка дороже. Для серий в тысячи штук такие корпуса и делают.

Сравнение по главным параметрам

Теплопроводность взята из справочных таблиц и данных материалов, для сплавов это ориентиры. Пластики измерены при 23 °C: ABS 0,17, нейлон 6 около 0,25, PETG около 0,29. Модули упругости: алюминий около 68 ГПа, сталь около 200, нейлон 66 около 2,9, PET около 3,1, поликарбонат 2,2. У печатного образца жёсткость ещё ниже, потому что слои соединены слабее, чем монолит.

Контраст в теплопроводности держится по порядку величин: алюминиевый сплав проводит тепло в сотни раз лучше пластика. При этом Д16Т и АМг6 проводят тепло хуже АД31: Д16Т около 130 Вт/(м·К), АМг6 около 120, АД31 около 190. Сравнение двух популярных сплавов есть на странице АД31 или Д16Т.

Затраты на первую штуку и серию

Прайсов цехов в открытом виде нет, поэтому ниже расчёт на допущениях. Это условный корпус 160×110×50 мм, сентябрь 2026, цифры нужны, чтобы показать механику, а не заменить расчёт цеха.

Цена одного корпуса, ₽:

Цена за штуку получена как «подготовка ÷ тираж + цена штуки». Форма догоняет печать на тираже 600 000 ÷ (470 − 150) ≈ 1 900 штук, гнутый лист на 600 000 ÷ (1 200 − 150) ≈ 570, профиль на 600 000 ÷ (700 − 150) ≈ 1 090. Порядок сохранится при другой цене формы. Общая логика выбора по тиражу описана в статье о прототипе и серии.

Из таблицы видно, что на единичных корпусах печать выигрывает почти на два порядка. Если корпус при этом должен держать 20 Вт и экранировать помехи, печать не подходит, и на первой штуке приходится платить за фрезеровку или гнутый лист с лазерной резкой.

Тепловой расчёт на примере блока 20 Вт

Допустим, внутри стабилизатор и усилитель рассеивают 20 Вт постоянно. Корпус 200×150×60 мм, окрашенный, висит в комнате при 25 °C.

Площадь поверхности: 2·(0,20·0,15 + 0,20·0,06 + 0,15·0,06) = 0,102 м². Стенка отдаёт тепло воздуху конвекцией и излучением. Для закрытых корпусов с естественным охлаждением берут суммарный коэффициент около 5,5 Вт/(м²·К), это инженерное правило для стальных шкафов, и на нём строятся оценки. Перегрев поверхности над окружающим воздухом:

ΔT = P ÷ (h·A) = 20 ÷ (5,5·0,102) ≈ 36 К

Температура стенки около 61 °C. Термическое сопротивление самой алюминиевой стенки 3 мм при теплопроводности 190 даёт всего 0,003 К на 20 Вт, поэтому материал стенки перегрев почти не меняет: тепло упирается в конвекцию снаружи.

Пластиковая стенка 3 мм при 0,2 Вт/(м·К) добавляет около 3 К. Главное в другом: греющиеся элементы в пластиковом корпусе отдают тепло внутреннему воздуху, а он слабо переносит его к стенкам. Если взять внутренний коэффициент около 5 Вт/(м²·К), получаем дополнительно 20 ÷ (5·0,102) ≈ 39 К. Итого 36 + 3 + 39 ≈ 78 К, то есть около 100 °C в корпусе. Печатный PETG по паспорту размягчается при 68 °C (HDT), ABS при 85 °C. В металлическом корпусе ту же мощность отводят прокладкой прямо на стенку, внутренний воздух в цепочке не участвует, и перегрев остаётся около 36 К.

Выводы практические. До 3–5 Вт хватает пластикового корпуса с небольшим зазором. От 10 Вт теплоотвод проектируют: плата прижата к стенке через прокладку, радиатор выходит наружу, а в алюминиевом корпусе стенка сама служит радиатором. От 50 Вт нужны рёбра или вентилятор.

Класс защиты и экранирование

Класс защиты задаёт код IP по ГОСТ 14254-2015, который соответствует международному IEC 60529. Первая цифра описывает пыль, вторая воду.

• IP54. Пыль проникает, но в количестве, которое не мешает работе. От брызг со всех сторон корпус защищён.
• IP65. Пыль не проникает вовсе. Корпус выдерживает струю воды из насадки 6,3 мм, расход 12,5 л/мин, давление 30 кПа с расстояния 3 м.

Класс получают не стенкой, а стыками. Герметичная прокладка из силикона или EPDM между корпусом и крышкой работает при сжатии 20–30 % для монолитной резины и 30–40 % для пористой. Меньше, и вода найдёт путь, больше, и прокладка за несколько сотен циклов получит остаточную деформацию. Винты крышки ставят часто, чтобы крышка не выгибалась между ними и не раскрывала стык. Кабельные вводы и разъёмы берут с классом не ниже корпуса: самый слабый узел определяет итог.

С экранированием от электромагнитных помех работает цельная проводящая оболочка. Алюминиевый и стальной корпуса экранируют по определению, но эффективность падает на стыках и вырезах. Правило для оценки: для ослабления 20 дБ длина щели не больше одной двадцатой длины волны. На частоте 1 ГГц длина волны 300 мм, значит щель или зазор между винтами должны быть не более 15 мм. Поэтому в экранированных корпусах ставят токопроводящие прокладки и частые винты, а вентиляционные отверстия делают сотами из мелких отверстий. У пластика экрана нет. Помогает металлизация изнутри: лак с медью или никелем, заземлённый на шасси прибора.

Отделка: анодирование и покраска

Алюминий обычно анодируют. Слой оксида растёт и внутрь, и наружу поровну: пленка 20 мкм прибавляет по 10 мкм на сторону, и это учитывают на посадочных отверстиях. Для декоративного слоя типа II толщина от 1,8 до 25 мкм, для твёрдого типа III от 13 до 150 мкм. Оксид не проводит ток, поэтому места, где корпус должен касаться шасси или экранирующей прокладки, маскируют или сверлят и зенкуют уже после анодирования. Сплавы с медью, к которым относится Д16Т, анодируются хуже. Для видимого корпуса берут АД31, для скрытого достаточно покраски.

Сталь красят порошковой краской. Покрытие тоже изолирует, и место под заземление зачищают отдельно. Печатные детали красят после шпатлёвки и шлифовки. Анодирование к пластику не применяют.

Бобышки, резьба и вставки

В алюминии резьбу нарезают прямо в стенке, глубиной в 1,5–2 диаметра, размеры отверстий под метчик есть в справочнике метрической резьбы. В листе толще 2 мм делают резьбу или ставят заклёпочные гайки. В тонком листе до 1,5 мм резьба держит плохо, там нужна вставка.

В печатных деталях метрическую резьбу нарезать нельзя, она быстро сработается. Ставят латунные вставки термовплавлением: паяльник с насадкой нагревает вставку, и она уходит в пластик. Для PETG температура жала около 245 °C, для ABS около 265 °C. Отверстие делают глухим, на миллиметр глубже длины вставки, прямым, без фаски. Печатные отверстия получаются меньше, чем в модели, поэтому диаметр подбирают на тестовой детали для вашего пластика и принтера.

Бобышки в литом и печатном корпусе делают отдельными столбиками, соединёнными со стенкой рёбрами. Если поставить бобышку заподлицо с толстой стенкой, при остывании на лицевой стороне появится утяжина.

Типичные ошибки

• Нет зазора под платы. Считают высоту по размерам платы и забывают про торчащие выводы, радиаторы, разъёмы на обратной стороне. Запас по высоте компонентов 3–5 мм и по краям 1–2 мм.
• Радиус внутренних углов под фрезу. Углы кармана при фрезеровке равны радиусу фрезы. Чертёж с острыми углами цех либо отклонит, либо доработает вручную. Радиус внутренних углов задают не меньше трети глубины кармана.
• Тонкая стенка. Для фрезеровки металла разумный минимум 0,8 мм, для корпуса прибора берут 2–3 мм. Для печати на FDM стенка меньше 1,2 мм ломается при первой установке разъёма.
• Забыли вырезы под разъёмы. Вырез под USB, питание, антенну, кнопки и индикатор рисуют вместе с платой, а не после. Вырезу нужен зазор на сторону хотя бы в 0,2–0,3 мм, иначе разъём не сядет.
• Теплоотвод оставили на потом. Корпус из пластика сделали, а потом в него добавили регулятор на 10 Вт.
• Не учли толщину анодирования. Посадочное отверстие под подшипник или прокладку после слоя 20–30 мкм получается меньше на 20–30 мкм.

Как выбрать способ