Recursos para startups de hardware

Começar uma empresa de hardware é difícil. O que torna ainda mais difícil é a dificuldade de encontrar recursos online, especialmente serviços para empresas de hardware.

Depois de conhecer várias pessoas que não sabiam sobre serviços interessantes e acidentalmente aprender sobre alguns outros eu mesmo, decidi compilar minha própria lista, na esperança de que seja útil para outros.

Isto não se destina a ser um diretório abrangente e não pretendo criar um. É a minha lista: usei pessoalmente a maioria dos serviços e ferramentas listados aqui, ou ouvi coisas boas sobre eles, e é por isso que os posso recomendar.

Esta lista também se concentra em serviços que são relativamente baratos e rápidos. Startups de hardware geralmente não têm muito dinheiro e precisam iterar rapidamente, então muitas vezes faz sentido usar ferramentas que alguns considerariam estar na classe de "hobista".

Prototipagem e fabricação de eletrônicos

MacroFab

Carregue o seu design de PCB para a MacroFab, forneça-lhes a sua BOM, especifique os componentes exatos a utilizar, clique em "Encomendar" e receba os seus dispositivos totalmente montados várias semanas depois. Todo o processo é rápido, indolor e totalmente automatizado. Eles tratarão de encomendar as PCBs, stencils, componentes e de montar tudo.

Em geral, eles montarão praticamente qualquer coisa, incluindo componentes THT (Through-Hole) e grandes componentes SMD.

Se você decidir trabalhar com eles, considere adaptar seu design para usar os "Componentes da Casa" (House Parts) deles, pois isso diminuirá visivelmente o custo.

Todas as placas que recebi deles eram de excelente qualidade. Tive um pequeno problema com eles, onde pontes de diodo foram colocadas incorretamente — mas dadas as marcações pouco claras nos elementos, não posso realmente culpá-los, e o suporte deles foi fantástico. Eu usaria a MacroFab com mais frequência se os tempos de construção fossem mais curtos e previsíveis, mas no meu caso descobri que um CM (Fabricante Contratado) local poderia fornecer um serviço mais rápido.

Se você não tem um CM local com quem trabalha, a MacroFab é uma excelente escolha para seus protótipos e produção de baixo volume.

Montagem em Pequenos Lotes

O objetivo da Small Batch Assembly é a montagem de eletrónica de baixo volume a preços acessíveis. Existem limitações quanto ao que pode ser produzido, por isso pode não ser a opção certa para todos os designs.

Seu CM local

Não se esqueça dos CMs (fabricantes contratados) locais. Em muitos casos, eles podem fornecer um serviço melhor: retorno mais rápido, boa comunicação, feedback regular. Procure e pergunte por aí, eles nem sempre são fáceis de encontrar.

Descobri que, para minhas necessidades, um CM local funciona melhor, então é isso que uso agora.

OSHPark

PCBs roxas da OSHPark são bem conhecidas no mundo hobbista/maker. Preços simples, baixo custo e tempo de resposta razoavelmente rápido significam que o serviço se tornou muito popular.

O que algumas pessoas não percebem, no entanto, é que as placas da OSHPark têm excelente qualidade e especificações bastante boas, especialmente em sua oferta de 4 camadas. E se você precisa de placas para prototipagem interna, o acabamento ENIG facilita muito a soldagem SMT.

Aqui está um exemplo de um protótipo rápido usando uma placa da OSHPark:

E aqui está outro protótipo de dispositivo. Ambos foram montados usando placas da OSHPark, stencils da OSH Stencils e colocação manual, soldados por refluxo usando uma estação de ar quente. Ambos soldaram muito bem, sem problemas:

Stencils OSH

OSH Stencils faz estênceis SMT/SMD baratos. Eles oferecem estênceis de poliamida ultra-baratos para uso em prototipagem de baixo volume, e aço inoxidável para trabalho de precisão com durabilidade. O preço é calculado por polegada quadrada.

Usei tanto os stencils de poliamida quanto os de aço inoxidável deles e todos foram de primeira qualidade. O tempo de resposta deles é impressionante, mesmo pedindo do outro lado do mundo, o stencil chegou em cerca de uma semana, sempre mais rápido do que qualquer PCB que eu pudesse pedir.

Dados os seus preços baixos, parei de usar seringas de pasta de solda até mesmo para protótipos únicos: sempre que peço uma PCB, também peço um estêncil.

A OSH Stencils não está relacionada à OSHPark, embora o nome aponte para origens comuns.

AISLER

AISLER é a versão europeia do OSHPark. Preços simples, retorno rápido e excelente qualidade de placa.

Exemplo de placas da AISLER com um estêncil de aço inoxidável da OSH Stencils:

Seeed

A Seeed Studio oferece um serviço Fusion PCB com preços imbatíveis, especialmente para placas de 2 camadas com acabamentos HASL e HASL Lead Free. Se esperar um pouco mais para que suas placas sejam enviadas da China não for um problema, este é um serviço que vale a pena considerar. Eles também oferecem stencils e até serviços de montagem de PCB.

Outras fontes de PCB

Na Europa, existe a Eurocircuits, que costumava ser cara, mas tem se tornado mais competitiva recentemente.

Para quantidades maiores, eu recomendaria passar pelo seu CM e usar o que eles recomendarem e com o que se sentirem confortáveis.

CAD (Eletrónica)

Para projetar eletrônicos, é necessário um CAD. Felizmente, a escolha aqui é bastante fácil. Se você (ou seu designer) tem experiência com um sistema CAD específico e você tem uma licença para esse sistema — use-o. Em qualquer outro caso — você deve optar pelo KiCAD.

KiCAD

KiCAD tem uma enorme vantagem por ser gratuito. E ser gratuito não significa necessariamente que seja pior do que alguns pacotes comerciais — muito pelo contrário. Embora tenha suas desvantagens e algumas coisas sejam mais tediosas do que o esperado, é um programa surpreendentemente capaz.

Em termos práticos, placas de 4-8 camadas com múltiplos pares diferenciais de impedância controlada e comprimento correspondente não são um problema com o KiCAD.

CAD (Mecânico)

O cenário de CAD para design mecânico muda muito lentamente, mas os últimos anos trouxeram mudanças interessantes. Em particular, não é mais necessário pagar mais de $5000 por usuário. Novos participantes interessantes são:

Autodesk Fusion 360

Um pacote CAD/CAM muito completo. Multiplataforma (Mac/Windows), o que é uma grande vantagem. Vinculado à nuvem, mas funciona com ou sem conexão à internet. O preço é muito acessível a US$ 300/ano e, além disso, o software é oferecido gratuitamente para hobbyistas, makers, educadores e, o mais importante — jovens startups.

Utilizável para impressão 3D, moldagem por injeção e usinagem CNC, ainda carece de recursos de chapa metálica (a empresa diz que está trabalhando nisso).

OnShape

CAD baseado em navegador, com uma interface semelhante à do SolidWorks. Multiplataforma (qualquer plataforma com um navegador web moderno). Não funciona sem uma conexão com a internet e coloca uma ênfase particular no compartilhamento de recursos (outras pessoas podendo acessar as revisões de design mais recentes). Costumava ser muito acessível, mas a empresa mudou os preços e agora o uso comercial começa em $125/mês, o que é bastante caro em comparação com o Fusion 360.

Utilizável para impressão 3D, moldagem por injeção, usinagem CNC e design de chapa metálica.

Comprando componentes

As fontes habituais

Os principais distribuidores conhecidos para quantidades menores de componentes são:

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

É importante verificar se um distribuidor opera na área onde você está localizado. Processar componentes pela alfândega pode arruinar seu dia, introduzindo atrasos, custos adicionais e muito trabalho extra. Para empresas localizadas na Europa, Farnell e RS são as apostas mais seguras, pois enviam de dentro da UE. Nos EUA, você provavelmente vai querer usar Mouser ou Digi-Key.

Ao verificar a disponibilidade, é uma boa ideia verificar todos os principais distribuidores, pois nem todos estocam os mesmos componentes. O Octopart pode ajudar a verificar todos eles (veja também abaixo).

Distribuidores menores

Existem distribuidores menores e menos conhecidos, que muitas vezes podem oferecer melhores preços, especialmente para passivos. Um bom exemplo é a TME, localizada na Polônia, que é uma ótima fonte se você estiver localizado na UE.

Comprando diretamente

Alguns fabricantes vendem diretamente — por exemplo, a Texas Instruments oferece seus chips a preços competitivos já a partir de uma quantidade de 500. Vale a pena pesquisar (o PartsBox pode ajudar com a seleção automática de fornecedores).

Outro exemplo interessante de vendas diretas é a Wuerth Elektronik. Eles fabricam uma ampla gama de componentes passivos e eletromecânicos de excelente qualidade e vendem principalmente de forma direta. Você trabalha com um representante de vendas local, catálogos impressos e ofertas/cotações para componentes nos quais está interessado. A vantagem aqui é que você obtém excelente documentação (mais modelos CAD 3D) e boa qualidade a preços bastante razoáveis.

Volumes maiores

Se começar a comprar volumes maiores, mas ainda não tiver o seu próprio departamento de compras e logística, existem por vezes opções interessantes. O primeiro passo é geralmente comprar diretamente com base em orçamentos individuais. Depois disso, pode começar a trabalhar com distribuidores como a Arrow ou a Verical, que se especializam em quantidades maiores. Na prática, no entanto, descobri que nem sempre vale o esforço.

Em geral, as suas primeiras execuções de produção não excederão 1.000 peças. Com estes volumes, não se deve preocupar muito com a otimização do custo dos componentes: pode valer a pena para vários chips caros, e pode ser fácil para alguns passivos, mas eu não gastaria muito tempo com isso. A disponibilidade é um problema maior do que o custo, e existem muitos problemas maiores para resolver.

Mecânica e Impressão 3D

A maioria das startups de hardware projeta dispositivos, não apenas placas com eletrônicos, e os fundadores geralmente têm experiência limitada com design mecânico.

Faz sentido ter uma impressora 3D FDM (Modelagem por Deposição Fundida) local para prototipagem rápida. Mas a FDM tem baixa precisão, você não consegue produzir uma superfície razoavelmente lisa e precisa se preocupar com estruturas de suporte. Serviços comerciais de impressão 3D oferecerão impressão SLS (Sinterização Seletiva a Laser) ou SLA (Estereolitografia), o que requer um enorme investimento em equipamentos caros, mas produz resultados muito melhores. Seus designs serão impressos com qualidade consistente, com investimento mínimo de tempo da sua parte, e você não terá que se preocupar com coisas como estruturas de suporte.

Shapeways

Shapeways é principalmente um mercado para produtos impressos em 3D, mas isso significa que eles estão continuamente melhorando e otimizando seus processos. O tempo de resposta para pequenos componentes impressos em SLS é de vários dias, e os preços são muito bons.

A qualidade das impressões SLS deles é muito boa: embora as superfícies não sejam perfeitamente lisas, é difícil ver os traços da impressão 3D.

Um close-up de um protótipo impresso na Shapeways usando SLS (eles chamam de plástico forte e flexível):

Materialise (uma empresa de serviços de manufatura)

Materialise é mais orientado para empresas (B2B) do que para consumidores. Isso é bom e ruim para startups de hardware: por um lado, seus processos são mais repetíveis e você pode esperar uma qualidade consistentemente boa. Eles também suportam impressões grandes. Por outro lado, para pedidos pequenos, você pode achar que o preço mínimo não é competitivo e o tempo de resposta nem sempre é ótimo.

Quanto à qualidade, é muito comparável ao que a Shapeways oferece.

ProtoLabs

A ideia por trás do ProtoLabs é não apenas fornecer serviços de prototipagem, mas também uma transição suave para a produção de baixo volume. O preço de seus serviços CNC não é muito atraente, mas sua moldagem por injeção rápida é bastante interessante.

Eles desenvolveram um processo com moldes de alumínio, que são acessíveis e rápidos de produzir. A desvantagem é a sua longevidade: são bons apenas para até 10.000 componentes. Em geral, isto não é um problema para uma startup de hardware: é bastante provável que modifique o seu design antes de chegar aos 10.000 componentes, e se prevê uma produção de grande volume, pode sempre mudar para moldes de aço.

A oferta de moldagem por injeção rápida deles é muito boa, mas tem desvantagens em comparação com o trabalho com uma empresa local de fabricação de moldes. Você precisará enviar seu design, que deve estar pronto para injeção. Projetar componentes para moldagem por injeção não é fácil e requer conhecimento e experiência consideráveis. E embora a ProtoLabs aponte as principais falhas em seu design e forneça alguma orientação, em última análise, o risco é seu: em algum momento você terá que clicar em "Pedir" e pagar vários milhares de Euros/Dólares pela primeira execução. Se houver problemas significativos, você terá que voltar à estaca zero.

Ferramentas online

PartsBox (é claro!)

PartsBox é uma maneira de acompanhar facilmente componentes eletrônicos e projetos. Depois de começar a construir, você logo percebe que precisa de uma ferramenta para ajudá-lo a lembrar quantos componentes você tem. Muitas pessoas começam com planilhas, mas elas simplesmente não dão conta e rapidamente se tornam um desperdício de tempo.

Além disso, é provável que você queira manter outros documentos com seus componentes: arquivos como datasheets em PDF, notas de aplicação, modelos CAD 3D e similares. Claro, pode-se manter um repositório separado em um servidor de arquivos ou no Dropbox, mas então é preciso se preocupar com a nomenclatura de arquivos, estrutura de diretórios e gerenciamento de acesso de usuários. O PartsBox resolve tudo isso, sendo um único local onde tanto as informações de estoque do componente quanto os documentos associados são armazenados.

Da mesma forma, a maioria das pessoas usa uma planilha para gerenciar sua BOM e calcular custos. Existem colunas para números de peça do fabricante, números de peça do distribuidor (SKU), quantidade e preços. Alguém procura por componentes, encontra preços de distribuidores para um ou dois fornecedores, seleciona o melhor preço e o insere na planilha.

O maior problema com essa abordagem é que ela não é escalável. Mesmo em um projeto pequeno com 20-40 componentes, encontrar o preço e inseri-lo na planilha dá muito trabalho.

O outro problema é que as planilhas foram projetadas para dados tabulares simples. Mas as ofertas dos distribuidores são tudo menos simples! Os fornecedores usam diferentes estruturas de quebra de preço, que não podem ser facilmente comparadas: um fornecedor cotará preços em quantidades de 100, 500 e 1000, e outro em 25, 250 e 500. Também existem restrições como MOQ (Quantidade Mínima de Pedido) e múltiplo de pedido.

O PartsBox pode comparar e selecionar rápida e facilmente as melhores ofertas e fornecer a você um preço de BOM para qualquer quantidade, levando também em consideração o seu estoque local.

Octopart

Quando você está considerando um novo componente, o Octopart é o lugar para ir para descobrir sobre preços e disponibilidade. Claro, você poderia verificar com seu distribuidor favorito, mas o Octopart permite verificar o estoque e os preços com todos os principais distribuidores, instantaneamente, cuidando também das conversões de moeda.

Calculadoras

Para calcular coisas como a largura da pista para uma impedância desejada, ou a largura/espaçamento de pares diferenciais, achei as calculadoras Mantaro bastante úteis. Encomendei placas com impedância controlada e, pelo menos para microstrips diferenciais, os resultados das medições foram exatos.

Aqui está um exemplo de pares diferenciais com impedância controlada calculados usando a calculadora Mantaro e produzidos na MacroFab:

Stack Exchange

A maioria das perguntas feitas no site Electrical Engineering Stack Exchange são de principiantes, mas os especialistas frequentam esse site. Faça uma boa pergunta e poderá encontrar uma resposta de alguém com muitos anos de experiência.