Articles

طراحی و ساخت جعبه دستگاه الکترونیکی با پرینتر 3D

مثل همیشه این بار یه مقاله جدید و متفاوت رو انتخاب کردم تا براتون ترجمه و بازنویسی کنم ، مقالاتی که انتخاب میکنم اصولا بنا به نیاز خودم ، مطالعه کردم و گفتم با شما هم به اشتراک بزارم ، سورس مقاله و لینک های مفید رو هم براتون در انتها آوردم.

اگر شما یک طراح محصول یا یک مهندس خوب هستید ، شما نیاز به طراحی یک پوشش مناسب به سلیقه خودتون برای دستگاه یا مداراتتون پیدا خواهید کرد. ممکنه که این جعبه ساده باشه یا خیلی جزئیات پیچیده داشته باشه و کامل باشه که حتی بخواید به یک فروشنده نشون بدید . شما با کمک نرم افزار های طراحی و یک پرینتر سه بعدی میتونید جعبه دلخواهتون رو با چفت و بست در پنچ گام ساده بسازید.

گام اول : آماده طراحی شو! 

برای این پروژه ، ما قصد داریم یک جعبه برای برد Pine 64 طراحی کنیم ، این یک برد کامپیوتر کامل است . ( فایل مدل سه بعدی آن را میتوانید از اینجا دانلود کنید) ، این آموزش از SolidWorks  به خاطر عمومیت آن استفاده کرده است اما من به شخصه با اینکه با سالید هم کار کردم اما با Autodek Inventor راحت ترم و بیشتر کارهام رو باهاش میزنم ، شما میتونید از هر نرم افزاری که دوست دارین برای طراحی استفاده کنید ، فقط توجه کنید بعضی از نرم افزار ها ابزارهای بیشتری برای طراحی قطعات پلاستیکی در اختیارتون میزارن ، مثلا ممکنه شما بتونید چفت و بست ها رو با مدل سازی تو هر نرم افزاری ایجاد کنید اما با نرم افزار Autodesk Inventor این کار به راحتی چند کلیک با استفاده از توابع هوشمند و آماده انجام میشه.

اگه یه کولیس ترجیحا دیجیتال داشته باشید خیلی کار راحت تره ، اگر هم نبود با خط کش هم میشه به همون دقت برسید ، کلا ابزار خوب کار رو راحت میکنه اما نداشتن ابزار محدودیتی برای افراد خلاق ایجاد نمیکنه. بهتره کار رو با مهندسی معکوس کردن طرح ظاهری برد شروع کنیم ، باید بتونیم با اندازه گیری برد و المان هاش یه مدل از تمامی جزئیاتش بسازیم ، اگر برد رو خودتون تو نرم افزار هایی مثل آلتیوم که خروجی 3D میدن به صورت کامل طراحی کرده باشید و مدل های سه بعدی رو بهش داده باشید ، این مرحله رو نیازی نیست انجام بدید و فقط کافیه یه خروجی ازش بگیرید . اگر هم برد خودتون نیست و طرح سه بعدیش هم تو اینترنت پیدا نمیشه یه چند دقیقه برای این کار باید وقت بزارید و مدل رو حتی خیلی ساده اما دقیق طراحی کنید. دقت کنید که المان هایی مثل پورت ها ، کانکتور ها ، مموری کارت ، چراغ ها ، کلا هرچی که ممکنه با بیرون جعبه در ارتباط باشه مهم هست و باید مدل بشه ، المان های بزرگ که ممکنه در طراحی مشکل ساز بشه باید مدل بشه ، همچنین جای پیچ و گاه های برد باید دقیق مدل بشه .
کلا سعی کنی همیشه ابعاد رو به صورت متقارن و از مرکز تو طراحی لحاظ کنید . بعد طراحی هم کل شکل برد رو به صورت یک فایل یا یک گروه دربیارید که همه المان ها با هم جا به جا بشن.

گام دوم : کفی جعبه 

راستش دوبله بعضی لغات سخته ! مثلا واسه همین عنوان موندم چی بنویسم (The Bottom Enclosure) نمیدونم شاید معادل فارسی بهتری براش باشه ، اگه هست شما بگید.
کلا برای طراحی جعبه راحت ترین کار اینه که اون رو به دو قسمت بالا و پایین تقسیم کنید ، البته میتونید به روش های دیگه ای ، حتی چند تکه بسازید. بهتر هم هست که هر قطعه رو جداگانه مدل سازی کنید و بعد روی هم قرار بدید و برای شروع هم با المان کفی که مبنای طراحی هم هست شروع کنید.
اولین تصمیم مهم در طراحی تعیین تلرانس طراحی است ، به طور مثال چقدر بین ابعاد برد و جعبه تلرانس درنظر بگیریم که خطای اندازه گیری و ساخت مشکلی ایجاد نکنه.
کلا پرینترهای سه بعدی با فناوری SLA و SLS دقت بالایی درحد 100 میکرمتر دارن ، اما با خیال راحت و بدون ریسک 500 میکرومتر یا همون 0.5 میلیمتر تلورانس تو طراحی در نظر بگیرید. یعنی به اندازه 0.5 میلیمتر از هر سمت برد باید جای بازی تو جعبه داشته باشه. بعدا با تجربه و آزمون و خطا میتونید این تلورانس رو کمتر و کمتر کنید.

اگر با یک پرینتر سه بعدی از نوع FDM قصد دارید کار کنید  ، چاپگر شما ممکن است طرح شما رو بهم ریخته و خارج از صفحه چاپ بزنه ، پس با این حساب یه تلورانس درست و حسابی در حدود 1.5 الی 2 میلیمتر براش درنظر بگیرید که مطمئن بشید بردتون تو جعبه جا میشه حتی اگر بعضی دیواره ها خوب درنیان.

قدم بعدی برش حفره ها برای پورت ها و کانکتور های ارتباطی با بیرون است. یکی از رایج ترین اشتباهات این است که فقط به اندازه خود کانکتور فضا را برش دهید ، باید درنظر بگیرید که کانکتورهایی چون USB و HDMI  برای اینکه کاملا به انتهای پورت برسند و متصل شوند گاها نیاز دارند تا کمی جلوتر از دیواره ها به سمت داخل بیایند یا مثلا فیش آداپتور به یک حفره ثانویه بزرگتر برای بدنه سمت کابل خود نیاز دارد که فیش کاملا به انتهای جک برسد. از طرفی هیچگاه برش خود را کاملا فیکس ابعاد پورت نزنید! حداقل 1 میلیمتر از هر سمت جای بازی بزارید ، با روش های ساخت دقیق تر این رقم رو میتونید تا 0.2 هم کم کنید اما صفر نه!
برای این طرح یه فضای اضافی 2 میلیمتری میتونه تمامی ایرادات احتمالی رو پوشش بده ، در آینده کم کم سعی کنید با تجربه این عدد رو کمتر کنید.

این شکل برش خورده جعبه ماست ، همونطور که ملاحظه میکنید بیشتر از فضای مورد نیاز کانکتور ها برش زدیم (البته من نزدم ، مقاله نویس اصلی زده 😉 )
در این حالت کل کانکتور از جعبه بیرون میزنه ، شما میتونید جعبه رو بزرگتر بگیرید و کانکتور ها و پورت ها داخل جعبه متصل بشن , از طرفی ما برش قسمت بالایی جعبه ما با کفی ما متفاوت هست چون میخوایم تو کفی فضای بیشتری داشته باشیم تا بشه به راحتی برد رد جا زد.

گام سوم : درپوش جعبه!



درپوش ، قطعه بالایی یا هرچی که میخواین اسمش رو بزارین در اصل باید معکوس قطعه کفی باشه تا به صورت نر و مادگی توی هم جا بخورن ، برای این کار حتما لبه های کار رو به این صورت طراحی کنید.

این المان کاملا مشابه قطعه کفی هست با همون ابعاد و برش ها ، فقط لبه ها نر و مادگی میشه و بعضی از برش های پورت ها کمی بیشتر به سمت کفی میاد تا فضا های خالی رو پرکنه ، وسط رو هم به صورت تزئینی یه فرورفتگی ایجاد کردیم.

گام چهارم : جزئیات چفت و بست های جعبه
اصلا کل این مقاله رو نوشتم که به این بخش برسم ، تو مقاله قبلی درمورد اصول طراحی چفت و بست ها توضیح دادم ، اما اینجا میخوام با تمرکز بیشتری برای ساخت با 3D Printer این قوائد رو دوباره بگم ، البته با این مثال کاربردی.

طراحی های مختلفی برای چفت و بست ها وجود داره ، اما ما یک مدل اتصال زبانه ای عمومی رو انتخاب کردیم . در طرح بالا شما میتونید جزئیات طراحی رو ببینید که دقیقا در هر دوسمت جعبه یکسان هست. بسته به فضایی که برای کار دارید شما میتونید طول قسمتی که در حفره چفت و بست طراحی شده درگیر میشه رو بیشتر کنید تا اتصال قوی تری ایجاد کنید ، در این مورد ما این مقدار 1.2 میلیمتر بود اما 2 میلیمیتر یا بیشتر میتونست خیلی مطمئن تر باشه. در این طراحی این مورد ، پین های روی PCB فضای بسیار زیادی اشغال می کنند ، بنابراین قفل طوری طراحی شد تا قطعات فقط به زور فشار جا بخوره و همدیگه رو بگیرند. چفت طراحی شده در حدود 20 میلیمتر با همین طرح اکسترود شد تا با این عرض بیشتر استحکام پیدا کنه.

در شکل انفجاری بالا شما میتونید جزئیات چفت  و بست رو درکنار پین هدر برد که به رنگ مشکی هست و باعث شده سایز چفت محدود بشه ،  بهتر ببینید. اگرچه به جای مخفی کردن حفره چفت و بست شما میتونید حتی جای حفره رو طوری برش بزنید که از بیرون دیده بشه ، اینجوری میتونید چفت و بست رو بزرگتر بسازید.

یه چند تا پایه ستون مانند (LUG) به طرحتون اضافه کنید ، این پایه ها جزئیات کوچکی هستند که در قاب معکوس ایجاد میشن و باعث میشن دو قطعه در هم نچرخند و گیر کنند و راحتر تر مونتاژ بشن. چون ما چفت ها رو در قاب معکوس طراحی کردیم شما ممکنه فقط به دوتا از این المان ها نیاز داشته باشید ، برای قاب های بزرگتر ، ما هریک از اینها رو در گوشه ها اضافه میکنیم و فقط 3 میلیمتر اکسترود میکنیم و همین مقدار برای جلوگیری از چرخش کافیست.

گام پنجم : چگونه جزئیات نهایی رو به طرح اضافه کنید?

هرچند تا همینجا هم جزئیات کافی رو به طرح اضافه کردیم اما بیایید بازم این طرح رو بهش جون بدیم ، برای این کار من یه چند تا متن مثل PINE 64  و SD CARD رو اکسترود کردم، ما از لوگو  PINE 64 به عنوان طرح رو استفاده کردیم تا هم باعث زیبایی ، گردش هوا و خنک شدن برد و هم کاهش مواد مصرفی برای چاپ بشه. نهایتا هم یه جفت خط جایی که چفت و بست ها هستن گذاشتیم تا معلوم بشه واسه باز و بسته کردن  ،کجا رو باید فشار داد.

انشالله به زودی میخوایم چند مدل 3D پرینتر جدید رو طراحی و به محصولات فروشگاه تسلا سی ان سی خودمون اضافه کنیم ، منتظر محصولات جدید ما باشید.

منابع :

https://formlabs.com/blog/designing-snap-fit-enclosures/

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *