Proiecte de succes: Akasha Core
Akasha Core — de la printare 3D la un sistem electronic complet.
Un proiect în care printarea 3D este doar începutul: carcasă, integrare mecanică, electronică, cablaje, software, interfață web, măsurători, testare și documentație tehnică.
Unele proiecte se termină când piesa iese din imprimantă. Acesta abia atunci începe.
Akasha Core este unul dintre proiectele în care am combinat mai multe discipline într-un singur produs: proiectare și printare 3D, asamblare mecanică, electronică, dezvoltare software, integrarea sistemelor embedded, măsurători electrice și testare.
Activitatea mea nu s-a rezumat la realizarea unei carcase. Procesul a inclus montarea componentelor în interior, poziționarea și fixarea electronicii, realizarea și organizarea cablajelor, configurarea sistemului, dezvoltarea interfeței software, verificarea funcționării și documentarea valorilor măsurate.
Carcasa este proiectată în jurul electronicii, nu invers.
Într-un dispozitiv electronic, o carcasă nu are doar rol estetic. Ea trebuie să protejeze componentele, să asigure poziționarea lor corectă, să ofere acces la conectori, să permită organizarea cablajelor și să poată fi deschisă ulterior pentru verificări sau service.
Printarea 3D permite adaptarea fiecărei componente la geometria reală a sistemului. Distanțele dintre module, punctele de fixare, toleranțele, poziția conectorilor și accesul la componente pot fi corectate de la o iterație la alta fără a depinde de o carcasă comercială standard.
Proiectare funcțională
Poziții pentru plăci, conectori, cabluri, distanțiere și elemente de fixare.
Prototipare rapidă
Modificările CAD pot fi validate direct pe piesa fizică și apoi reprintate.
Repetabilitate
Odată validată, aceeași geometrie poate fi produsă consecvent pentru alte unități.
- optimizarea orientării la printare și a rezistenței mecanice;
- stabilirea toleranțelor pentru îmbinări și componente;
- suporturi și distanțiere pentru electronica internă;
- acces controlat la conectori, butoane și elemente de service;
- iterații rapide atunci când configurația hardware se modifică.
Din prototip de banc în produs asamblat și organizat.
După validarea pieselor mecanice urmează integrarea electronicii: poziționarea modulelor, fixarea lor, realizarea conexiunilor, organizarea cablurilor și verificarea fiecărei legături înainte de pornire.
Diferența dintre un montaj temporar și un produs utilizabil stă foarte mult în această etapă. Firele trebuie rutate coerent, conexiunile trebuie să poată fi urmărite și verificate, iar componentele trebuie fixate astfel încât transportul și utilizarea normală să nu afecteze contactele sau montajul.
Integrarea componentelor
Platforme de control, module electronice, alimentări, cablaje și subsisteme dedicate sunt montate într-o structură coerentă și ușor de întreținut.
Service și trasabilitate
Montajul este gândit astfel încât componentele importante să poată fi verificate, măsurate sau înlocuite fără demontarea inutilă a întregului ansamblu.
Hardware-ul și software-ul au evoluat împreună.
Akasha Core a evoluat de la un simplu ansamblu electronic către un sistem cu logică proprie și interfață software. În diferite etape ale proiectului am lucrat cu microcontrolere, platforme Raspberry Pi și sisteme locale care rulează servicii web.
Interfața permite controlul funcțiilor sistemului de pe telefon, tabletă sau calculator, fără a încărca dispozitivul cu un panou fizic complex. Pe măsură ce proiectul s-a dezvoltat, au fost adăugate funcții noi și au fost create versiuni adaptate diferitelor configurații hardware.
Nu presupunem că valorile sunt corecte. Le măsurăm.
O parte importantă a dezvoltării este verificarea valorilor reale ale sistemului. Configurația introdusă în software este doar punctul de plecare; forma de undă, tensiunile, curenții și comportamentul componentelor trebuie validate cu aparatură de măsură.
Osciloscop
Folosit pentru analiza semnalelor electrice și verificarea formei de undă, frecvenței, amplitudinii și stabilității semnalului.
Multimetru și verificări electrice
Tensiuni de alimentare, rezistență, continuitate, polaritate, conexiuni și verificări punctuale ale circuitelor înainte și după asamblare.
Curent și putere
Pentru anumite teste folosesc măsurători pe rezistență de șunt și analiza cu osciloscopul, ceea ce permite determinarea valorilor de curent RMS, curent de vârf și estimarea puterii în sarcină.
Măsurarea câmpului electromagnetic
Aparatura dedicată este utilizată pentru caracterizarea și compararea câmpului electromagnetic în diferite configurații, regimuri de funcționare și poziții de măsurare.
Un produs este complet abia când poate fi testat și documentat repetabil.
Pentru fiecare configurație sunt urmărite informațiile necesare pentru montaj, verificare și reproducere: componente, conexiuni, configurație software, valori măsurate, versiuni și proceduri de test.
Fișa tehnică nu este doar o prezentare a produsului, ci rezultatul măsurătorilor și al verificărilor efectuate pe sistemul fizic. Acest lucru face posibilă compararea unităților și identificarea rapidă a unei abateri atunci când apare.
Montaj, cabluri, conectori și fixarea componentelor.
Pornire, control, comunicație și execuția funcțiilor software.
Semnale, tensiuni, curenți și parametri specifici configurației.
Înregistrarea valorilor și actualizarea documentației tehnice.
Akasha Core nu a fost construit într-o singură versiune.
Hardware-ul și software-ul au evoluat continuu. Au fost testate diferite platforme de control, sisteme embedded și configurații de calculator local, iar interfața software a fost adaptată pe măsură ce dispozitivul a primit funcții noi.
Uneori o cerință software a dus la modificarea hardware-ului. Alteori, o limitare observată la montaj a dus la reproiectarea unei piese printate 3D. Tocmai această legătură între mecanică, electronică și software este partea cea mai interesantă a unui astfel de proiect.
Dezvoltare integrată
O modificare într-un subsistem este evaluată în contextul întregului produs, nu separat.
Îmbunătățire continuă
Rezultatele măsurătorilor și testelor sunt folosite pentru următoarea versiune a pieselor, electronicii sau software-ului.
Printarea 3D poate fi una dintre verigile unui proces complet de dezvoltare.
Pentru mine, Akasha Core este un exemplu bun despre cât de mult se poate extinde un proiect pornit de la fabricație aditivă. Imprimanta 3D nu este doar o mașină care produce o piesă, ci o unealtă care face legătura dintre proiectarea digitală și produsul fizic.
Atunci când este combinată cu CAD, electronică, software și măsurători, printarea 3D permite realizarea rapidă a unor sisteme personalizate și iterarea lor fără costurile și timpii asociați metodelor clasice de fabricație pentru prototipuri.