ハードウェアスタートアップ向けリソース: プロトタイピングと製造

ハードウェア企業の立ち上げは困難です。さらに困難なのは、オンラインリソース、特にハードウェア企業向けのサービスを見つけるのが難しいことです。

興味深いサービスを知らない多くの人々に会い、私自身も偶然いくつかを知った後、他の人々の役に立つことを願って独自のリストを作成することにしました。

これは包括的なディレクトリであることを意図したものではなく、作成するつもりもありません。これは私のリストです。ここに記載されているサービスのほとんどを個人的に使用したか、良い評判を聞いたことがあるため、お勧めできます。

このリストは、比較的安価で迅速なサービスにも焦点を当てています。ハードウェアのスタートアップ企業は通常、多額の資金を持っておらず、迅速に反復する必要があるため、「ホビイスト」クラスと見なされるツールを使用することが理にかなっている場合がよくあります。

PCB設計をMacroFabにアップロードし、BOMを提供し、使用する正確なパーツを指定して「注文」をクリックすると、数週間後に完全に組み立てられたデバイスを受け取ることができます。プロセス全体が迅速で、手間がかからず、完全に自動化されています。彼らはPCB、ステンシル、パーツの注文から、それらすべての組み立てまでを担当します。

一般的に、彼らはTHT（スルーホール）や大型SMDコンポーネントを含む、ほぼすべてのものを組み立ててくれます。

彼らと協力することにした場合は、設計を彼らの「ハウスパーツ」を使用するように適応させることを検討してください。そうすることでコストが著しく下がります。

彼らから受け取った基板はすべて優れた品質でした。ダイオードブリッジが誤って配置されていたという小さな問題が1つありましたが、素子のマーキングが不明瞭だったことを考えると、彼らを責めることはできませんし、彼らのサポートは素晴らしかったです。ビルド時間がもっと短く予測可能であれば、MacroFabをもっと頻繁に使用するでしょうが、私の場合、地元のCM（受託製造業者）の方が迅速なサービスを提供できることがわかりました。

提携している地元のCM（受託製造業者）がいない場合、MacroFabはプロトタイプや少量生産に最適な選択肢です。

Small Batch Assembly の目標は、手頃な価格の少量電子機器アセンブリです。製造できるものには制限があるため、すべての設計に適しているとは限りません。

地元のCM（受託製造業者）のことを忘れないでください。多くの場合、彼らはより良いサービスを提供してくれます：より速いターンアラウンド、良好なコミュニケーション、定期的なフィードバックなどです。探して聞いてみてください。見つけるのは必ずしも簡単ではありません。

私のニーズには地元のCM（受託製造業者）が最適であることがわかったので、現在はそれを利用しています。

OSHParkの紫色の基板は、ホビイスト/メーカーの世界ではよく知られています。シンプルな価格設定、低コスト、そして適度に迅速な納期により、このサービスは非常に人気となりました。

しかし、一部の人々が認識していないのは、OSHParkの基板は優れた品質とかなり良いスペックを持っており、特に4層基板の提供において優れているということです。また、社内プロトタイピング用に基板が必要な場合、ENIG（無電解金メッキ）仕上げによりSMTはんだ付けがはるかに容易になります。

OSHParkの基板を使用したクイックプロトタイプの例を以下に示します:

そして、これがもう一つのデバイスプロトタイプです。どちらもOSHParkの基板、OSH Stencilsのステンシルを使用して組み立てられ、手動で配置され、ホットエアステーションを使用してリフローされました。どちらも問題なくリフローされました：

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.

私は彼らのポリアミドとステンレス鋼のステンシルの両方を使用しましたが、すべて一流でした。納期も素晴らしく、地球の裏側から注文しても、ステンシルは1週間ほどで到着し、私が注文できるどのPCBよりも常に早かったです。

価格が安いため、1回限りのプロトタイプであってもはんだペーストシリンジの使用をやめました。PCBを注文するときはいつでも、ステンシルも注文します。

OSH Stencilsは、名前が共通の起源を示唆しているにもかかわらず、OSHParkとは関係ありません。

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

AISLERの基板とOSH Stencilsのステンレス製ステンシルの例：

Seeed Studioは、特にHASLおよびHASL鉛フリー仕上げの2層基板に対して破格の価格設定でFusion PCBサービスを提供しています。中国からの基板の発送を少し長く待つことが問題でなければ、検討に値するサービスです。彼らはステンシルやPCBアセンブリサービスも提供しています。

ヨーロッパにはEurocircuitsがあります。以前は高価でしたが、最近は競争力が高まっています。

より大量の場合は、CM（受託製造業者）を通じて、彼らが推奨し、使い慣れているものを使用することをお勧めします。

電子機器を設計するには、CADが必要です。幸いなことに、ここでの選択はかなり簡単です。もしあなた（またはあなたのデザイナー）が特定のCADシステムの経験があり、かつそのシステムのライセンスを持っているなら、それを使ってください。それ以外の場合は、KiCADを選ぶべきです。

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.

実用的な観点からは、複数のインピーダンス制御された等長配線差動ペアを持つ4〜8層基板は、KiCADで問題なく扱えます。

機械設計CADの状況は非常にゆっくりと変化していますが、近年興味深い変化が起きています。特に、ユーザーあたり5000ドル以上を支払う必要はなくなりました。興味深い新規参入者は以下の通りです:

非常に完成度の高いCAD/CAMパッケージです。マルチプラットフォーム（Mac/Windows）対応であることは大きな利点です。クラウドに紐付いていますが、インターネット接続の有無にかかわらず動作します。価格は年間300ドルと非常に手頃で、さらに趣味のユーザー、メイカー、教育者、そして最も重要なことに、若いスタートアップ企業には無料で提供されています。

3Dプリント、射出成形、CNC加工に使用可能ですが、板金加工機能はまだありません（同社は現在開発中とのことです）。

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.

3Dプリント、射出成形、CNC加工、板金設計に使用可能。

少量の電子部品を扱う有名な主要販売代理店は以下の通りです：

Digi-Key、
Mouser、
Farnell (element14)、
RS Components (Allied)。

代理店があなたの所在地で営業しているかどうかを確認することは重要です。部品を通関処理することは、遅延、追加コスト、そして多くの追加作業をもたらし、一日を台無しにする可能性があります。ヨーロッパに拠点を置く企業にとって、FarnellとRSはEU内から出荷されるため、最も安全な選択肢です。米国では、MouserまたはDigi-Keyを使用することになるでしょう。

在庫状況を確認する際は、すべての主要な販売代理店を確認することをお勧めします。すべての代理店が同じコンポーネントを在庫しているわけではありません。Octopart は、それらすべてを確認するのに役立ちます（以下も参照）。

あまり知られていない小規模な販売業者もあり、特に受動部品についてはより良い価格を提供できることがよくあります。良い例として、ポーランドにあるTMEがあります。EU圏内にいる場合は素晴らしい調達先です。

一部のメーカーは直接販売を行っています。例えば、Texas Instrumentsは500個からの数量ですでに競争力のある価格でチップを提供しています。いろいろ調べてみる価値はあります（PartsBoxはサプライヤーの自動選択を支援できます）。

直販のもう一つの興味深い例は Wuerth Elektronik です。彼らは優れた品質の受動部品や電気機械部品を幅広く製造しており、そのほとんどを直接販売しています。地元の営業担当者と連携し、興味のある部品のカタログやオファー/見積もりを入手します。ここでの利点は、優れたドキュメント（および3D CADモデル）が得られることと、かなりリーズナブルな価格で高品質な製品が手に入ることです。

より大量の購入を開始したが、まだ独自の購買・物流部門を持っていない場合、興味深い選択肢がいくつかあります。最初の動きは通常、個別の見積もりに基づいて直接購入することです。その後、ArrowやVericalのような、より大量の取り扱いに特化した販売代理店との取引を開始することもできます。しかし実際には、それだけの労力をかける価値が常にあるわけではないことがわかりました。

一般的に、最初の生産実行は1,000個を超えません。これらの数量では、パーツコストの最適化についてあまり心配する必要はありません。いくつかの高価なチップについては価値があるかもしれませんし、一部の受動部品については簡単かもしれませんが、それにあまり時間をかけすぎることはお勧めしません。入手可能性の方がコストよりも大きな問題であり、解決すべきより大きな問題がたくさんあります。

ほとんどのハードウェアスタートアップは、単なる電子基板だけでなくデバイス全体を設計しますが、創業者は機械設計の経験が限られていることがよくあります。

迅速なプロトタイピングのために、ローカルにFDM（熱溶解積層法）3Dプリンターを持つことは理にかなっています。しかし、FDMは精度が低く、適度に滑らかな表面を作成することはできず、サポート構造について心配する必要があります。商用3Dプリントサービスは、SLS（粉末焼結積層造形法）またはSLA（光造形法）プリントを提供します。これらは高価な機器への巨額の投資を必要としますが、はるかに優れた結果を生み出します。設計は一貫した品質でプリントされ、あなたの側の時間投資は最小限で済み、サポート構造のようなことについて全く心配する必要はありません。

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.

彼らのSLSプリントの品質は非常に良好です。表面は完全に滑らかではありませんが、3Dプリントの痕跡を見つけるのは困難です。

ShapewaysでSLS（彼らはこれを「strong & flexible plastic」と呼んでいます）を使用して印刷されたプロトタイプのクローズアップ：

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.

品質に関しては、Shapewaysが提供するものと非常に似ています。

ProtoLabsの背後にあるアイデアは、プロトタイピングサービスを提供するだけでなく、少量生産へのスムーズな移行も提供することです。彼らのCNCサービスの価格設定はあまり魅力的ではありませんが、迅速な射出成形は非常に興味深いです。

彼らは、手頃な価格で迅速に製造できるアルミニウム金型を使用したプロセスを開発しました。欠点は寿命で、最大10,000個のパーツまでしか持ちません。一般的に、ハードウェアスタートアップにとってこれは問題ではありません。10,000個に達する前に設計を変更する可能性が高いためです。また、大量生産が見込まれる場合は、いつでもスチール金型に切り替えることができます。

彼らの迅速な射出成形サービスは非常に優れていますが、地元の金型製作会社と協力する場合と比較して欠点もあります。射出成形に対応した設計データをアップロードする必要があります。射出成形用のパーツ設計は容易ではなく、かなりの知識と経験が必要です。ProtoLabsは設計の主要な欠点を指摘し、いくつかのガイダンスを提供してくれますが、最終的なリスクはあなたにあります。ある時点で「注文」をクリックし、最初の実行のために数千ユーロ/ドルを支払わなければなりません。重大な問題がある場合は、スタートラインに戻らなければなりません。

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.

さらに、電子部品と一緒に他のドキュメントも保管したいと考えるでしょう。PDFデータシート、アプリケーションノート、3D CADモデルなどのファイルです。もちろん、ファイルサーバーやDropboxに別のリポジトリを維持することもできますが、その場合はファイル名、ディレクトリ構造、ユーザーアクセスの管理について心配する必要があります。PartsBoxは、部品の在庫情報と関連ドキュメントの両方が保存される単一の場所となることで、これらすべてを解決します。

同様に、ほとんどの人はスプレッドシートを使用してBOMを管理し、コストを計算しています。メーカー型番、代理店型番（SKU）、数量、価格の列があります。誰かが部品を検索し、1つか2つのベンダーの代理店価格を見つけ、最良の価格を選択してスプレッドシートに入力します。

このアプローチの最大の問題は、拡張性がないことです。20〜40個のコンポーネントしかない小規模なプロジェクトであっても、価格を調べてスプレッドシートに入力するのは大変な作業です。

もう一つの問題は、スプレッドシートが単純な表形式データのために設計されていることです。しかし、代理店のオファーは単純ではありません！ベンダーは異なる価格ブレーク構造を使用しており、簡単に比較することはできません。あるベンダーは100、500、1000の数量で価格を提示し、別のベンダーは25、250、500で提示します。また、MOQ（最小発注数量）や注文倍数などの制限もあります。

PartsBoxは、最良のオファーを迅速かつ簡単に比較・選択し、ローカル在庫も考慮に入れた上で、あらゆる数量のBOM価格を提供します。

新しい部品を検討している場合、価格と在庫状況を確認するにはOctopartが最適です。もちろん、お気に入りの販売業者に確認することもできますが、Octopartを使用すると、すべての主要な販売業者の在庫と価格を即座に確認でき、通貨換算も処理されます。

希望するインピーダンスのためのトレース幅や、差動ペアの幅/間隔などを計算するには、Mantaro calculators が非常に役立ちました。インピーダンス制御された基板を注文しましたが、少なくとも差動マイクロストリップに関しては、測定結果は正確でした。

以下は、Mantaro計算機を使用して計算され、MacroFabで製造されたインピーダンス制御差動ペアの例です: