Електроника, която е последна: Как изградих лаптоп с наследство - 💡 Fix My Ideas

Електроника, която е последна: Как изградих лаптоп с наследство

Електроника, която е последна: Как изградих лаптоп с наследство


Автор: Ethan Holmes, 2019

„Новената“ е ограничена серия обичайна система за ограждения, която съм построил за използване с компютъра „Новена“ с отворен код, проектиран от Bunnie Huang и Sean Cross. Това беше тълпата, финансирана в сътрудничество с Портланд, Орегонската компания „Тълпата“.

За кампанията бяха разработени няколко прототипни концепции. След като се консултирахме с Хуанг, решихме да се откажем от дизайна на статива в полза на по-традиционен лаптоп с черупки. Изискването за достъп на потребителите до вътрешните компоненти се оправдава за сменяема клавиатура и доведе до крайния резултат. Тягата на концепцията за дизайн е информирана от, и се надяваме, служи като почит към старините HiFi дизайни, изобразени от Дитер Рамс. Окончателният дизайн на Heirloom остава почти верен на оригиналния прототип на концепцията.

Композитна конструкция

Дизайнът на Heirloom е разработен с композитен материал от дървен фурнир, е-стъкло, корк и епоксидна смола за основните панели на корпуса. Под въздействието на кръстосано набраздените дървени ламинати за моите дизайни на фотоапарати, аз започнах серия от изпитания с комбинации от материали, които доведоха до процеса на производство, използван за компютъра Heirloom. Този материал доказал желаното съотношение на издръжливост, якост, тегло, външен вид и въздействие върху околната среда. Допълнителна полза, произтичаща от използването на корк, за разлика от дърво или друг твърд материал, за основния материал, е значително подобрена ударна устойчивост.

Конструкцията Heirloom използва дървесина в масивна дървесина заедно с композитните панели. Макар че композитният материал се използва за по-големите повърхности на LCD панела, долната черупка и задния говорител / панел за превключване, се използва твърд материал, където се изисква механично закрепване (долните точки на монтиране на пантата), възниква значително оформяне ( горната и долната релси на LCD панела), или където е необходима по-широка обшивка на ръбовете (стойките от двете страни на LCD панела).

След проверка на първоначалните примери на композитния материал, Хуанг реши да изпрати проба на своите сътрудници в MIT за структурни тестове. Един от блоговете му илюстрира резултатите, получени от тестването.

Композитът Heirloom е слоест материал, чиито индивидуални съставки допринасят за определен набор от желани свойства за крайния резултат. Тези материали, в структурна последователност, са:

0.7 mm дървен фурнир

5,6 унция E-стъкло

3 mm 20 kg / m3 коркова композитна сърцевина

5,6 унция E-стъкло

0.7 mm дървен фурнир

Комбинацията се сглобява с високомодулна епоксидна смола, като се използват специални форми или в две части, в твърда конфигурация или в система за затягане на вакуумна торба, която се използва с една част. За извитите форми често използвам пневматично задвижвана лентова скоба или машина за затягане на въздушно налягане, но нито една от тях не е приложима за този комплект компоненти.

Дървесни видове

Четири дървесни вида бяха избрани въз основа на баланса между тяхната пригодност за задачата и естетическите свойства, които биха довели до крайния продукт. Това са Макър, Орех, Черна Лимба и Афрормосия.

Първоначално погледнах местно добития западен орех. Фирма, базирана в Портланд, обработва материала както във формата на дървен материал, така и във формата на фурнир - удобен за дизайн, който използва и двете. С фигура и цвят, малко по-привлекателни в моята преценка, отколкото по-обикновения източен орех, този материал има зашеметяващ характер, изпълнен с дълбочина и цвят.

Един неотдавнашен проект ме запозна с досега непознатото Afrormosia, вид, подобен на вида Teak, но с уникалния цвят и характер. С течение на времето то потъмнява до богато златисто кафяво и притежава подходящите качества, за да се привърже към усещането за дизайн на Heirloom.

Един вид, познат от моите дървени дизайни на камерата, е Макоре. Има красива панделка, богат червен тон и подходящи физически свойства.

Черният Limba има поразително уникален вид с криволичещи кафяви ивици, преминаващи през жълто-тонизиран фон. За щастие местен доставчик имаше запас от дървен материал, за да отиде с фурнира, произхождащ от обичайния ми търговец на фурнир.

Производството на подходящ композит от тези фасети изискваше продължително експериментиране. Епоксидни кандидати, примеси като cab-o-sil и микросфери и техники на приложение са фино настроени, за да се сведе до минимум пропускането, като същевременно се оптимизира работата. Необходими бяха три монтажни станции за рязане на материала по размер, смесване и нанасяне на епоксидна смола и формоване на материала в крайна форма. По-дебелият фурнир от орехи е оразмерен до дебелина (около 0.7 mm), за да съответства на другите фасети, използващи широк шлифовъчен колан. Обикновено активът, по-дебелият фурнир от орех представлява предизвикателство както за съответстващите размери в процеса, така и за постигане на радиуси на огъване, използвани за два от композитните панели.

корк

Промишлеността от корк активно разширява своята база от приложения през последните години, за да може коркът да се използва в продукти, които иначе биха могли да използват медена пита или балсово дърво за основния материал. Моите експерименти доведоха до поредица от изпитания с лесно достъпна тапа, но накрая изискваше закупуването на голяма ролка от специален 3-милиметров корк, за да се изработят компонентите на Heirloom. Дълго добито като устойчив материал, естествените свойства на корка го правят отлично прилягащо като композитен материал за ядрото на Heirloom, като същевременно допринася за по-малък екологичен отпечатък.

монтаж

LCD панелът и основните компоненти на корпуса се сглобяват с помощта на техники за затягане на вакуумни торби. След сглобяване на слоевете на панелите в лепилната станция, комплектът се прехвърля към станцията за формоване, където се поставя в торбичка, запечатана с ролкова пръчка и скоби. След това се използва специална вакуумна помпа за евакуиране на торбата и позволяване на атмосферното налягане да свърже слоевете заедно, докато епоксидното свързващо вещество се втвърдява. За много приложения на панелите това е най-простата и най-рентабилната техника. Въпреки това, в случая на задния панел, който носи високоговорителите и превключвателите и поддържа задната част на клавиатурата, радиусът на огъване е по-тесен, отколкото може надеждно да се управлява с вакуум. Въпреки, че имам ламинатор за въздушно налягане, който е способен на много по-високо затягащо налягане от вакуумната торба, в този случай е било най-просто да се създаде двойка съвпадащи форми на огъване, за да се ламинират частите. Едната страна на огъващите форми има тънка повърхност от уретанова пяна, за да се осигури пълно и равномерно налягане в ламината, тъй като се побират леки изменения в дебелината на материала. Формите се захващат заедно върху подготвените ламинати, като се използват стандартни дървообработващи скоби.

За да увеличим силата, да подобрим разсейването на топлината и да подобрим естетическите свойства на основния корпус на Heirloom, избрах да използвам вълнообразна форма по ширината на долния панел. Леката вълна осигурява полумонококова структура, която втвърдява иначе плоската част на кутията, като същевременно осигурява измерване на въздушния поток през дъното на кутията. Визуален детайл, открит само при пълна проверка, е допълнителен бонус.

Метални компоненти

С моя богат опит в проектирането на комбинации от метал и дърво и вдъхновен от работата на немския дизайнер Дитер Рамс, избрах да включа алуминий за двете странични планки в дизайна на Heirloom.

Тези плочи са конструирани с интегриран фланец, използван за свързването им с вълнообразния композитен дънен панел на корпуса. Втората част на фланеца поддържа задния панел от двете страни. Лявата странична плоча е вдлъбната и перфорирана, за да позволи на ПХБ да премине през отделна прикрепена платка, която включва отвори за всеки съединител на портовата решетка. Портната платка също така включва малки прорези на вътрешната повърхност, които поддържат края на порта на платката, където оригиналните отвори за винтове са недостъпни поради дълбочината на страничната плоча. Голям фасет по горния и долния ръб на всяка плоча намалява масата и подобрява визуалната привлекателност на основния корпус.

Вътрешно оформление Монтирането на главните и акумулаторните платки, батерията и SSD в корпуса е леко усложнено от вълнообразната форма на основата на корпуса. Мислех да инсталирам резбовани вложки с различна височина, за да представя плоска горна повърхност за поддържане на печатни платки, но по-скоро бързо се премести да обмисли инсталирането на унифицираща плоча в дъното на корпуса, за да побере всички компоненти, които ще се инсталират там. Тъй като Хуан е въвлякъл масива Peek в дизайна си за кутията на Novena, реших да следвам неговото ръководство и да проектирам алуминиева пластина Peek за кутията на Heirloom.

По това време проучвах възможни решения за пасивно охлаждане и изглеждаше, че голяма алуминиева повърхност може да се окаже полезна в това приложение. Тази алуминиева плоча се прикрепя към композита чрез три реда резбовани вложки, монтирани в композита, като се използва подобен подход към този, използван както в LCD, така и в панелите Speaker / Switch. Във всеки случай, отворен отвор приема резбована месингова вложка, залепена на място, като се използва или уретан и закалено с гума цианоакрилатно лепило.

Поредица от места за отваряне в плочата Peek приемат стандартни стоманени изолации от неръждаема стомана, за да осигурят места за монтиране на печатни платки и SSD. Останалите места за вмъкване създават масива Peek. Поради отворения дизайн, те се оказаха проблематични за стандартния процес на инсталиране на затворени гайки, така че проектирах алтернативен разтвор с резбова вложка, който има допълнителна полза от по-голяма повърхност за дискретни приложения за монтиране.

Акумулаторната батерия, вентилаторният модул и прекъсващата дъска, специфична за Heirloom, заемат част от масива Peek, оставяйки малко пространство за потребителските инсталации. Създадох и CNCed потребителски скоби за SSD и батерии.

Центростремителният вентилатор, който използвахме за охлаждане на процесора, имаше неприложими условия за монтиране и нямаше начин да се свърже с радиаторите, които Хуанг бе получил. Така че аз проектирах и CNCed дизайн на алуминиева плоча, която заменя капака на вентилатора и осигурява места за монтиране на плочата Peek, монтаж за радиатора и възможност за бъдещ пленум за пренос на топлина.

LCD панел LCD дисплеят, избран за проекта Novena, има сравнително голяма повърхност, която не е изобразена в дъното, което изисква решение за покриване на тази зона и предвиждане на кабелното прокарване на панела. В допълнение, пантите се нуждаят от закрепване през относително плитко пространство за улавяне на нишки, като същевременно осигуряват дълготрайна твърдост за въртящото действие. Реших, че една алуминиева чиния ще разреши и двата проблема. Дизайнът е издълбан от вътрешната повърхност, като осигурява места с пълна дълбочина за монтиране на панти и монтажни винтове, които прикрепят пластината на пантата към по-големия корпус на LCD панела.

Получената пластина на пантата е облицована така, че да съответства на останалата част от кутията на Heirloom и има твърда долна релса на LCD панела свързана и механично закрепена към долния му ръб. Окачването на LCD панела към основното заграждение ще се окаже интересно.

Пантите

Особено предизвикателен аспект от процеса на проектиране на Heirloom беше снабдяването с панти, подходящи за концепцията за дизайн. Вероятно има четири основни доставчици на специални панти за въртящ момент, необходими за поддържане на дисплей за лаптоп във всяка избрана позиция. По-голямата част от тях са проектирани да бъдат скрити в рамките на формовани пластмасови компоненти на типичен дизайн на лаптоп и по този начин не са особено представими в дизайн като наследството. Някои от тези дизайни включват и разпоредба за маршрутизиране на LCD кабели, което допълнително усложнява техния външен вид. В допълнение, средствата за закрепване обикновено се основават на скрити метални компоненти, които се използват за поглъщане на въртящите сили, упражнявани върху малкия шарнирен лист, често срещан в тези стандартни панти. Търсех панта, която да прилича на стандартна панта за бижута. Комбинирането на тази идея с малкия производствен цикъл на Heirloom създаде предизвикателно предложение.

Малко проучвания най-накрая обърнаха запасните панти, които отговаряха на изискванията за външен вид. Но дяволът в детайлите доказваше колко малко панти имат подходящ дизайн на листата. Минаха месеци като дискусии с доставчици за полу-потребителски панти опции. В крайна сметка успях да уредя поръчка без прекалено високи изисквания за минимална поръчка или разходи за единица част. След неспокойно изчакване за пристигането им, полученият дизайн на пантата щастливо изпълни всички изисквания. След проектирането и внедряването на решение за прокарване на кабели и CNC, произвеждащи по-ниските отвори за пантите, LCD панелът успешно се обедини с основния корпус.

Тъй като триенето на въртящия момент на пантите няма да позволи на LCD панела да се доближи до долния корпус, набор от магнити, вградени в елементите на дървената рамка на LCD панела и алуминиевите страни на корпуса, осигуряват достатъчно достатъчно магнитно привличане за насърчаване на пълно затваряне на капака.

Управление на топлината

Ранните дискусии с Хуанг доведоха до споделено желание да се създаде пасивно охлаждащо решение за случая с Херилум. Отвореният корпус, използван в дизайна на кутията на Хуан, означаваше, че няма голяма нужда от подобрена охладителна система. Въпреки че Heirloom е проектиран така, че да позволява отворено приложение с клавиатурата, разположена пред корпуса (което ще позволи изобилен въздух за охлаждане), може да се използва по-често с клавиатурата, поставена в корпуса. Това създава затворена система с малко естествен въздушен поток. Тестването в тази затворена конфигурация потвърди, че отоплението на процесора може да се превърне в проблем.

Затова започнах да проучвам възможностите за пасивна охладителна система за наследството. В крайна сметка започнах дълга серия от дискусии с инженери от доставчици на системи за охлаждане като Aavid и Enertron относно прехвърлянето на топлина от централния процесор към по-голяма площ на радиатора чрез технологията на топлинните тръби.

Първоначалната цел на проучването е значителната маса на алуминия, присъстваща в страничните плочи, по-специално лявата плоча, която е най-близо до процесора. Затова започнах да проектирам серия от изпарителни и кондензаторни плочи и да създавам тръбопроводи за топлинна тръба между тях. Първият опит, с набор от охлаждащи ребра (изчислени от инженер), изрязани в горния или долния край на страничната плоча, в крайна сметка се оказаха незадоволителни поради късата дължина на охлаждащата повърхност с края на кондензатора на топлинната тръба и обширния работа на машината, необходима за изпълнение на охлаждащите ребра.

Тъй като дясната странична плоча се смяташе за твърде далеч от процесора за решение за топлинна тръба, беше създадена поредица от концепции в сътрудничество с двама инженери. Във всеки отделен случай критичното изискване не отговаря на очакванията. Бавният ход на този процес на проектиране, както и потенциалното въздействие върху критичните елементи на дизайна на останалата част от случая, ме накараха да разгледам само един последен вариант, преди да заключа, че ще е необходимо някакво активно охлаждане.

Току-що бях завършил първата итерация на дизайна на пластините на Peek в алуминий и все още се чудех дали тази доста голяма алуминиева повърхност може сама по себе си да служи като радиатор. Измислих още една концепция с тръбна тръба, която водеше към неизпълнената зона под SSD. Имаше доста площ, за да се получи значителна дължина на закрепване за края на кондензатора на топлинните тръби. А подредбата напомняше на снимки, изпратени от един от инженерите, които го наричаха „студена чиния“.Но когато бъде представен за преглед, един от двамата инженери посочи, че липсата на снабдяване и отработен въздух и съпътстващия поток през плочата биха направили това неподходящо решение. Другият инженер посочи, че наистина изглежда като възможен вариант. Изправени пред тази разлика в мненията и със значително количество време, вложено в това, което може да е задънена улица, реших да видя какво ще мисли Хуан за използването на активно охлаждащо решение.

По-рано се свързах с друг инженер по отношение на нова, малка форм-фактор, базирана на диафрагма технология за охлаждане, която се разработва и той беше доста уверен, че може да се окаже подходящ за тази задача. Той имаше предимството, че е просто допълнение към стандартния радиатор, монтиран на процесора, така че пространствените ограничения бяха минимални. Но продължаващите проблеми в процеса на производство на вентилатора го оставиха на масата за разглеждане. Така че след консултация с Хуанг той намерил малкия центростремител, който работихме в решение.

Разсейване на топлината на базата на вентилатора Когато Huang пристигна в Портланд за една седмица, за да изработи някои от детайлите на наследството, вече разработихме общия план за монтаж на вентилатор / радиатор / отоплителна тръба. Възможна загриженост е как да се насочи изходящият въздух от калъфа. Започнахме да тестваме без да имаме решение, по същество да движим въздуха в кутията. Тестовете показаха, че системата функционира по желание дори и без обичайната кондензаторна плоча да бъде термично прикрепена към радиатора или радиатора, правилно свързан към вентилатора. Алуминиевите странични стени на кутията сякаш вършеха разумна работа за разсейване на топлината с всякакви специални помещения. Затова започнах да работя върху решение за прикрепяне на вентилатора към масива и на радиатора. След няколко бързи прототипа с ЦПУ в алуминий, финалната версия направи трика, като позволи реконструкция на изпускателна камера, ако се окаже необходимо.

Хуанг разполага с хладно топлоизобразяващо устройство за телефона си, което той използва, за да направи тази снимка на наследствената книга показваща разпределението на топлината. Дясната странична плоча и вентилаторът на високоговорителя показват излизащата топлина, докато лявата страна на вентилатора показва охлаждащия ефект на въздуха, вкаран в корпуса.

Високоговорители

Звуковата система Heirloom първоначално включваше източници на подходящи драйвери. Пространството ще бъде ограничено, затова поръчах селекция от модели на драйвери, които биха могли да бъдат полезни, като се има предвид това ограничение. Опростеното тестване бързо стесни полето до един обещаващ кандидат с настроен порт. Той беше адекватно пропорционален, за да намери своето място в конструкцията на кутията, така че се заех да го включа в чертежите. Композитен панел, предназначен за задачата, заемаше пространството между задния край на клавиатурата и релсата на пантата в задната част на корпуса. Оставаше само да се даде възможност за предаване на звука покрай повърхността на панела. Знаех, че моделът на перфорация е моето предпочитание, за да започне рисуването. Бързо стана ясно, че кръглата форма, която исках, даваше някои предизвикателства да се създаде визуално привлекателно оформление. Но в един момент осъзнах, че моето реколта HiFi вдъхновение има какво да предложи.

Блестящият Дитер Рамс беше използвал оформлението на кръглата решетка в много от дизайните на звуковото си оборудване. Проследих някои примери и открих, че дизайнът е толкова ефективен, че реших да предложа почит към този първоначален дизайнер и да използвам неговия дизайн само с леки промени. След като определих как най-добре да изрежа модела на дупките в сложния композитен материал, успях да добавя необходимите превключватели и резбови отвори за вмъкване и разстояния между щифтовете. Шофьорите са еластично монтирани с леко разстояние до дъното на панела, което позволява на решетките да обслужват двойно задължение при охлаждане на системата. Крайният резултат има реколта, която търсех, и приятни душевни качества за прост звуков дизайн.

Превключване на системата

Първоначално се замислих за използване на сензорни превключватели с лазерно гравиране на местата за задействане в горната повърхност на задния панел. Първоначалното тестване с офроуд борда като че ли показва, че може да работи, но персонализираното приложение, което Huang проектира, показва, че може да има някои проблеми с надеждността, свързани с неадекватно заземяване. С осъзнаването, че този подход е технически труден, той също започва да изглежда, че приложението на тактилно превключване може да бъде едновременно по-надеждно и по-естетично с цялостната концепция.

Имах набор от куполни превключватели от Snaptron, така че избрах дизайн с подходящи свойства и Хуанг обработи PCB, за да ги поддържа. Задвижващите механизми трябва да се изравнят с горната повърхност на задния панел. Аз проектирах и CNC изработи вдлъбнатина база на превключвателя и задвижващ механизъм с посочения дизайн на щифта в долната част, за да взаимодейства правилно с куполния превключвател и по-голяма гладка форма на бутона в горната част. Получената комбинация се интегрира добре с останалата част от дизайна на Heirloom и осигурява задоволителен звуков и тактилен клик при натискане. Допълнителни бордови превключватели са достъпни при повдигане на клавиатурата.

И накрая, добавянето на магнитна верига за измерване в платката за поддръжка на високоговорителите служи за да позволи на потребителя избор на затваряне на капака в отговор на съответния магнит, монтиран в алуминиевата панта.

клавиатура

Компютърът Novena е предназначен за експериментиране и включва различни точки за достъп до хардуерната система. Многобройни pinouts, комутатори, FPGA порт и чифт USB портове са достъпни в корпуса на модела Heirloom. Лаптопа Heirloom трябваше да има разпоредби за лесен достъп до вътрешното пространство. За да отговори на това изискване, дизайнът на Heirloom използва малка клавиатура на ThinkPad с отпечатък, с форма, сравнително идеална за тази задача.

За да създам Heirloom дизайн, аз избрах да сложа тази клавиатура между рабета в предната релса от масивно дърво и извита устна по предната част на задния панел, която носи високоговорителите и превключвателите. Вторична цел беше да се оставят задните крака на клавиатурата в долната позиция, когато се постави на кутията. Понижените крака помагат при връщането на клавиатурата в нейното положение.

Интересна характеристика на ThinkPad е фино извит преден ръб, където дланта на потребителя ще си почива при писане. Възползвах се от този детайл, като съчетах и ​​продължавах кривата по предната релса, за да създам удобен ергономичен елемент за дизайна на Heirloom.

Последен елемент от интеграцията на клавиатурата е слот за един пръст на предната релса, който позволява лесното премахване на клавиатурата и предлага втори път за въздушен поток във вътрешността на корпуса.

Крака

Обичайно за дизайна на лаптоп компютри са еластомерните крачета, прикрепени с лепило, приложени към вдлъбнатина в пластмасовия или алуминиевия корпус. Поради специфичните детайли на дизайна избрах да намеря друго средство за включване на краката в дизайна на Heirloom. След като разгледах различни концепции, се установих в система, която използва малък, сравнително висок дурометър (мярка за твърдост) уретанова топка. Тя се вмъква със скромно притискане в отвор, в който преди това е бил монтиран винтов комплект, като по този начин осигурява средство за регулиране. Топките са относително лесни за смяна за износване и правят минимално визуално впечатление в цялостния дизайн. Сравнително високото натоварване върху малките отпечатъци на комплекта от четири топки изглежда осигурява добро сцепление на повечето работни повърхности.

Стремях се да направя дизайна на Heirloom възможно най-успешен предвид големия мащаб на предизвикателството и много малкия мащаб на производството. Тя по никакъв начин не се занимава с въпроси, свързани с дизайна или производството на потребителски клас. Всеки един от тези компютри е по същество еднократен проект. Вярвам, че наследството изпълнява повечето от целите, които поставям за проекта и трябва да служат на потребителите както като необичаен, полезен инструмент и като уникална, макар и много малка част от историята на компютърния дизайн.

Специални благодарности на:

Bunnie Huang - гениален хакер

Шон Крос - съвместен гений

Джош Лифтън и целият екип на CrowdSupply.com

Даръл Росман (сега в CrowdSupply)

Зейн Грей (пазарна предбалка)

Лиза Сеното - единствената.

Курт Мотвайлер

Портланд, Орегон 2016



Може Да Се Интересувате

Светкавица: Ръчно отпечатан етажен етаж

Светкавица: Ръчно отпечатан етажен етаж


Пич, къде е моята (летяща) кола? Част 1

Пич, къде е моята (летяща) кола? Част 1


Последващи действия - RealNetworks забранява продажбата на DVD копирни машини

Последващи действия - RealNetworks забранява продажбата на DVD копирни машини


Семейното предизвикателство MAKEcation!

Семейното предизвикателство MAKEcation!