Risorse per startup hardware

Avviare un'azienda hardware è difficile. Ciò che lo rende ancora più difficile è la difficoltà di trovare risorse online, specialmente servizi per le aziende hardware.

Dopo aver incontrato diverse persone che non conoscevano servizi interessanti e averne scoperti accidentalmente altri io stesso, ho deciso di compilare la mia lista, nella speranza che possa essere utile ad altri.

Questa non vuole essere una directory completa e non intendo crearne una. È la mia lista: ho usato personalmente la maggior parte dei servizi e degli strumenti elencati qui, o ne ho sentito parlare bene, motivo per cui posso raccomandarli.

Questa lista è anche focalizzata su servizi che sono relativamente economici e veloci. Le startup hardware di solito non hanno un sacco di soldi e hanno bisogno di iterare velocemente, quindi ha spesso senso usare strumenti che alcuni considererebbero essere nella classe "hobbistica".

Prototipazione e produzione elettronica

MacroFab

Carica il tuo progetto PCB su MacroFab, fornisci loro la tua BOM, specifica i componenti esatti da utilizzare, clicca su "Ordina" e ricevi i tuoi dispositivi completamente assemblati diverse settimane dopo. L'intero processo è rapido, indolore e completamente automatizzato. Si occuperanno loro di ordinare i PCB, gli stencil, i componenti e di assemblare il tutto.

In generale, assemblano quasi tutto, inclusi componenti THT (Through-Hole) e grandi componenti SMD.

Se decidi di lavorare con loro, considera di adattare il tuo design per utilizzare i loro "House Parts" (componenti interni), poiché ciò ridurrà notevolmente il costo.

Tutte le schede che ho ricevuto da loro erano di qualità eccellente. Ho avuto un piccolo problema con loro, dove i ponti a diodi erano posizionati in modo errato — ma date le marcature poco chiare sugli elementi, non posso davvero biasimarli, e il loro supporto è stato fantastico. Userei MacroFab più spesso se i tempi di costruzione fossero più brevi e prevedibili, ma nel mio caso si è scoperto che un CM (Contract Manufacturer) locale poteva fornire un servizio più veloce.

Se non hai un CM locale con cui lavori, MacroFab è una scelta eccellente per i tuoi prototipi e la produzione a basso volume.

Assemblaggio di Piccoli Lotti

L'obiettivo di Small Batch Assembly è l'assemblaggio elettronico a basso volume e conveniente. Ci sono limitazioni su ciò che può essere prodotto, quindi potrebbe non essere la soluzione giusta per ogni progetto.

Il tuo CM locale

Non dimenticare i CM (produttori a contratto) locali. In molti casi possono fornirti un servizio migliore: tempi di consegna più rapidi, buona comunicazione, feedback regolare. Cerca e chiedi in giro, non sono sempre facili da trovare.

Ho scoperto che per le mie esigenze un CM locale funziona meglio, quindi questo è ciò che uso al momento.

OSHPark

I PCB viola di OSHPark sono ben noti nel mondo degli hobbisti/maker. Prezzi semplici, basso costo e tempi di consegna ragionevolmente rapidi hanno reso il servizio molto popolare.

Ciò che alcune persone non realizzano, però, è che le schede di OSHPark hanno una qualità eccellente e specifiche abbastanza buone, specialmente sulla loro offerta a 4 strati. E se hai bisogno di schede per la prototipazione interna, la finitura ENIG rende molto più facile la saldatura SMT.

Ecco un esempio di un prototipo rapido utilizzando una scheda di OSHPark:

Ed ecco un altro prototipo di dispositivo. Entrambi sono stati assemblati utilizzando schede di OSHPark, stencil di OSH Stencils e posizionamento manuale, rifusi utilizzando una stazione ad aria calda. Entrambi sono stati rifusi perfettamente, senza problemi:

Stencil OSH

OSH Stencils makes inexpensive SMT/SMD stencils. They offer both ultra-cheap polyamide stencils for low-volume prototyping use, and stainless steel for precision work with durability. Pricing is calculated by square inch.

Ho usato sia i loro stencil in poliammide che in acciaio inossidabile ed erano tutti di prim'ordine. Il loro tempo di consegna è impressionante, anche ordinando dall'altra parte del mondo, lo stencil è arrivato entro una settimana circa, sempre più veloce di qualsiasi PCB che potessi ordinare.

Dati i loro prezzi bassi, ho smesso di usare siringhe di pasta saldante anche per prototipi unici: ogni volta che ordino un PCB, ordino anche uno stencil.

OSH Stencils non è correlato a OSHPark, anche se il nome suggerisce origini comuni.

AISLER

AISLER is the European version of OSHPark. Simple pricing, quick turnaround and excellent board quality.

Esempio di schede da AISLER con uno stencil in acciaio inossidabile da OSH Stencils:

Seeed

Seeed Studio offre un servizio Fusion PCB con prezzi imbattibili, specialmente per schede a 2 strati con finiture HASL e HASL Lead Free. Se aspettare un po' più a lungo per la spedizione delle schede dalla Cina non è un problema, questo è un servizio che vale la pena considerare. Offrono anche stencil e persino servizi di assemblaggio PCB.

Altre fonti PCB

In Europa c'è Eurocircuits, che un tempo era costoso, ma recentemente sta diventando più competitivo.

Per quantità maggiori consiglierei di passare attraverso il tuo CM e utilizzare qualsiasi cosa raccomandino e con cui si sentano a proprio agio.

CAD (Elettronica)

Per progettare elettronica, serve un CAD. Fortunatamente, la scelta qui è piuttosto facile. Se tu (o il tuo progettista) hai esperienza con un particolare sistema CAD e hai una licenza per quel sistema — usalo. In ogni altro caso — dovresti scegliere KiCAD.

KiCAD

KiCAD has a huge advantage in that it is free. And being free does not necessarily mean that it's worse than some commercial packages — quite the opposite. While it has its drawbacks and some things will be more tedious than expected, it is a surprisingly capable program.

In termini pratici, le schede a 4-8 strati con più coppie differenziali a impedenza controllata e lunghezza adattata non sono un problema con KiCAD.

CAD (Meccanico)

Il panorama del CAD per la progettazione meccanica cambia molto lentamente, ma gli ultimi anni hanno portato cambiamenti interessanti. In particolare, non è più necessario pagare oltre 5000$ per utente. Nuovi entranti interessanti sono:

Autodesk Fusion 360

Un pacchetto CAD/CAM molto completo. Multipiattaforma (Mac/Windows), il che è un grande vantaggio. Legato al cloud, ma funziona con o senza una connessione internet. Il prezzo è molto accessibile a $300/anno, e inoltre il software è offerto gratuitamente a hobbisti, maker, educatori e, cosa più importante, giovani startup.

Utilizzabile per la stampa 3D, lo stampaggio a iniezione e la lavorazione CNC, manca ancora delle capacità per la lamiera (l'azienda dice che ci sta lavorando).

OnShape

Browser-based CAD, with an interface that is similar to that of SolidWorks. Multiplatform (any platform with a modern web browser). Does not work without an internet connection and places a particular emphasis on sharing features (other people being able to access the latest design revisions). It used to be very accessible, but the company changed the pricing and now commercial use starts at $125/month, which is rather steep compared to Fusion 360.

Utilizzabile per stampa 3D, stampaggio a iniezione, lavorazione CNC e progettazione di lamiere.

Acquistare componenti

Le solite fonti

I principali distributori noti per quantità minori di componenti sono:

• Digi-Key,
• Mouser,
• Farnell (element14),
• RS Components (Allied).

È importante verificare se un distributore opera nell'area in cui ti trovi. L'elaborazione dei componenti attraverso la dogana può rovinarti la giornata, introducendo ritardi, costi aggiuntivi e molto lavoro extra. Per le aziende situate in Europa, Farnell e RS sono le scommesse più sicure, poiché spediscono dall'interno dell'UE. Negli Stati Uniti, probabilmente vorrai utilizzare Mouser o Digi-Key.

Quando si controlla la disponibilità, è una buona idea controllare tutti i principali distributori, non tutti immagazzinano gli stessi componenti. Octopart può aiutare a controllarli tutti (vedi anche sotto).

Distributori minori

Ci sono distributori più piccoli e meno conosciuti, che spesso possono offrire prezzi migliori, specialmente per i passivi. Un buon esempio è TME, situato in Polonia, che è un'ottima fonte se ti trovi nell'UE.

Acquistare direttamente

Alcuni produttori vendono direttamente — ad esempio, Texas Instruments offre i propri chip a prezzi competitivi già a partire da quantità di 500. Vale la pena guardarsi intorno (PartsBox può aiutare con la selezione automatica dei fornitori).

Un altro esempio interessante di vendita diretta è Wuerth Elektronik. Producono una vasta gamma di componenti passivi ed elettromeccanici di eccellente qualità e vendono principalmente direttamente. Si lavora con un rappresentante di vendita locale, cataloghi stampati e offerte/preventivi per i componenti di interesse. Il vantaggio qui è che si ottiene un'eccellente documentazione (più modelli CAD 3D) e una buona qualità a prezzi abbastanza ragionevoli.

Volumi più elevati

Se inizi ad acquistare volumi più elevati, ma non hai ancora un tuo dipartimento acquisti e logistica, ci sono a volte opzioni interessanti. La prima mossa è solitamente acquistare direttamente basandosi su preventivi individuali. Dopo di che, potresti iniziare a lavorare con distributori come Arrow o Verical, che sono specializzati in quantità maggiori. In pratica, tuttavia, ho scoperto che non vale sempre la pena.

In generale, le tue prime serie di produzione non supereranno i 1.000 pezzi. A questi volumi non dovresti preoccuparti troppo di ottimizzare il costo dei componenti: potrebbe valerne la pena per alcuni chip costosi, e potrebbe essere facile per alcuni passivi, ma non ci perderei troppo tempo. La disponibilità è un problema più grande del costo, e ci sono molti problemi più grandi da risolvere.

Meccanica e Stampa 3D

La maggior parte delle startup hardware progetta dispositivi, non solo schede con elettronica, e i fondatori hanno spesso un'esperienza limitata con la progettazione meccanica.

Ha senso avere una stampante 3D FDM (Fused Deposition Modeling) locale per la prototipazione rapida. Ma la FDM ha una bassa precisione, non puoi produrre una superficie ragionevolmente liscia e devi preoccuparti delle strutture di supporto. I servizi di stampa 3D commerciali offriranno la stampa SLS (Selective Laser Sintering) o SLA (Stereolithography), che richiede un enorme investimento in attrezzature costose, ma produce risultati molto migliori. I tuoi progetti saranno stampati con qualità costante, con un investimento di tempo minimo da parte tua, e non dovrai preoccuparti affatto di cose come le strutture di supporto.

Shapeways

Shapeways is mostly a marketplace for 3D-printed products, but this means they are continously improving and optimizing their processes. Turnaround for small SLS-printed parts is several days, and prices are very good.

La qualità delle loro stampe SLS è molto buona: sebbene le superfici non siano perfettamente lisce, è difficile vedere le tracce della stampa 3D.

Un primo piano di un prototipo stampato su Shapeways utilizzando SLS (chiamano questa plastica forte e flessibile):

Materialise (una società di servizi di produzione)

Materialise is oriented more towards businesses (B2B) than consumers. This is both good and bad for hardware startups: on one hand, their processes are more repeatable and you can expect consistently good quality. They also support large prints. On the other hand, for small orders you might find that the minimum price is not competitive, and turnaround time isn't always great.

Per quanto riguarda la qualità, è molto paragonabile a quella offerta da Shapeways.

ProtoLabs

L'idea alla base di ProtoLabs è non solo fornire servizi di prototipazione, ma anche una transizione graduale verso la produzione a basso volume. Il prezzo per i loro servizi CNC non è molto attraente, ma il loro stampaggio a iniezione rapido è piuttosto interessante.

Hanno sviluppato un processo con stampi in alluminio, che sono convenienti e veloci da produrre. Lo svantaggio è la loro longevità: sono validi solo fino a 10.000 componenti. In generale, questo non è un problema per una startup hardware: è molto probabile che modificherai il tuo design prima di arrivare a 10.000 componenti, e se prevedi una produzione di grandi volumi, puoi sempre passare agli stampi in acciaio.

La loro offerta di stampaggio a iniezione rapida è davvero buona, ma ha degli svantaggi rispetto al lavoro con un'azienda locale di stampi. Dovrai caricare il tuo progetto, che dovrebbe essere pronto per l'iniezione. Progettare componenti per lo stampaggio a iniezione non è facile e richiede notevole conoscenza ed esperienza. E mentre ProtoLabs indicherà i principali difetti nel tuo progetto e fornirà alcune indicazioni, in definitiva il rischio è tuo: a un certo punto dovrai fare clic su "Ordina" e pagare diverse migliaia di Euro/Dollari per la prima esecuzione. Se ci sono problemi significativi, devi tornare alla linea di partenza.

Strumenti online

PartsBox (ovviamente!)

PartsBox is a way to easily keep track of electronic parts and projects. Once you start building, you soon realize that you need a tool to help you remember how many what components you have. Many people start with spreadsheets, but they just don't cut it and quickly become a time sink.

Inoltre, è probabile che tu voglia conservare altri documenti con i tuoi componenti: file come datasheet PDF, note applicative, modelli CAD 3D e simili. Certo, si può mantenere un repository separato su un file server o in Dropbox, ma poi bisogna preoccuparsi della denominazione dei file, della struttura delle directory e della gestione dell'accesso utente. PartsBox risolve tutto questo, essendo un unico luogo in cui sono archiviate sia le informazioni sullo stock dei componenti che i documenti associati.

Allo stesso modo, la maggior parte delle persone utilizza un foglio di calcolo per gestire la propria BOM e calcolare i costi. Ci sono colonne per i numeri di parte del produttore, i numeri di parte del distributore (SKU), la quantità e i prezzi. Qualcuno cerca i componenti, trova i prezzi dei distributori per uno o due fornitori, seleziona il prezzo migliore e lo inserisce nel foglio di calcolo.

Il problema più grande con questo approccio è che non è scalabile. Anche in un piccolo progetto con 20-40 componenti, trovare i prezzi e inserirli nel foglio di calcolo è molto lavoro.

L'altro problema è che i fogli di calcolo sono stati progettati per semplici dati tabulari. Ma le offerte dei distributori sono tutt'altro che semplici! I fornitori utilizzano diverse strutture di sconti per quantità, che non possono essere facilmente confrontate: un fornitore quoterà prezzi per quantità di 100, 500 e 1000, e un altro per 25, 250 e 500. Ci sono anche restrizioni come MOQ (Quantità Minima d'Ordine) e multipli d'ordine.

PartsBox può confrontare e selezionare rapidamente e senza sforzo le migliori offerte e fornirti un prezzo BOM per qualsiasi quantità, tenendo conto anche del tuo magazzino locale.

Octopart

Quando stai valutando un nuovo componente, Octopart è il posto dove andare per scoprire prezzi e disponibilità. Certo, potresti controllare con il tuo distributore preferito, ma Octopart ti permette di controllare lo stock e i prezzi con tutti i principali distributori, istantaneamente, occupandosi anche delle conversioni di valuta.

Calcolatori

Per calcolare cose come la larghezza della traccia per un'impedenza desiderata, o la larghezza/spaziatura della coppia differenziale, ho trovato molto utili i calcolatori Mantaro. Ho ordinato schede con impedenza controllata e, almeno per le microstrip differenziali, i risultati delle misurazioni erano perfetti.

Ecco un esempio di coppie differenziali a impedenza controllata calcolate utilizzando il calcolatore Mantaro e prodotte presso MacroFab:

Stack Exchange

La maggior parte delle domande poste nel sito Electrical Engineering Stack Exchange provengono da principianti, ma gli esperti frequentano spesso quel sito. Fai una buona domanda e potresti trovare una risposta da qualcuno con molti anni di esperienza.