Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Електроніка, що остання: Як я побудував Heirloom ноутбук

Фантастична релігія Novena - це система обмеженого видання, яку я створив для використання з комп'ютером Novena з відкритим вихідним кодом, розробленим компанією Bunnie Huang і Sean Cross. Це було натовп фінансується у співпраці з Портленд, Орегон на основі постачання натовпу.

Для кампанії було розроблено декілька концепцій прототипу. Після консультації з Huang, ми вирішили відмовитися від станкового дизайну на користь більш традиційного ноутбука оболонки молюска. Вимога користувацького доступу до внутрішніх компонентів обґрунтовувала змінна клавіатура і призвела до кінцевого результату. Тяга дизайнерської концепції повідомляється, і, сподіваюся, служить повагою до старовинних конструкцій HiFi, уособлених Дітером Рамсом. Остаточний дизайн Heirloom залишається в значній мірі вірним оригінальному прототипу концепції.

Складна конструкція

Дизайн Heirloom був розроблений з композиту з деревного шпону, e-glass тканини, пробки та епоксидної смоли для основних панелей корпусу. Під впливом використання поперечносмугових деревних ламінатів для моїх конструкцій камери, я приступив до серії випробувань з комбінаціями матеріалів, які призвели до процесу виготовлення для комп'ютера Heirloom. Цей матеріал показав бажаний баланс міцності, міцності, ваги, зовнішнього вигляду та впливу на навколишнє середовище. Додаткова перевага, що випливає з використання пробки, на відміну від деревини або іншого твердого матеріалу для матеріалу серцевини, є значно покращеною ударною стійкістю.

Конструкція Heirloom використовує деревину у вигляді твердої деревини разом з композитними панелями. Незважаючи на те, що композитний матеріал використовується для більшої площі поверхні РК-панелі, нижньої оболонки і задньої колонки / панелі перемикання, використовується твердий матеріал, де необхідне механічне кріплення (точки кріплення нижнього шарніра), відбувається значне формування ( верхній і нижній рейок РК-панелі) або там, де потрібна більш широка обрізка кромки (стійки з обох сторін РК-панелі).

Після перевірки початкових прикладів композитного матеріалу, Хуан вирішив відправити зразок своїм колегам в MIT для структурного тестування. Один з його блоґів ілюструє результати, отримані від тестування.

Композит Heirloom - це шаруватий матеріал, окремі складові якого вносять певний набір бажаних властивостей до кінцевого результату. Ці матеріали в структурній послідовності:

0,7 мм

5,6 унцій E-glass тканина

3 мм 20 кг / м3 пробкова композитна серцевина

5,6 унцій E-glass тканина

0,7 мм

Комбінація зібрана з високомодульною епоксидною смолою з використанням спеціальних прес-форм або з двох частин, конфігурації твердої форми або системи затискання вакуумного мішка, що використовується з однією частиною форми. Для криволінійних форм я часто використовую пневмоприводну затискну систему або притискну машину для тиску повітря, але жодна з них не була застосована до цього набору компонентів.

Деревні види

Чотири види деревини були обрані на основі балансу їх придатності до завдання та естетичних властивостей, які вони б принесли кінцевому продукту. Це Макор, Горіх, Чорний Лімба і Афрормосія.

Спочатку я подивився на місцево зібраний Західний Горіх. Компанія, заснована в Портленді, обробляє матеріал як у вигляді деревини, так і у вигляді шпону - зручна для конструкції, яка використовує обидва. Маючи більшу привабливість фігури і кольору в моїх оцінках, ніж більш поширений східний горіх, цей матеріал має приголомшливий характер, сповнений глибини і кольору.

Нещодавній проект познайомив мене з раніше незнайомим Afrormosia, подібним за зовнішнім виглядом до Teak, але з власним унікальним колірним піднебінням і характером. З часом вона темніє до насиченого золотисто-коричневого кольору і має відповідні якості, щоб зв'язати його з відчуттям дизайну Heirloom.

Види, знайомі мені з моїх дерев'яних конструкцій камери, це Makore. Має гарну стрічку, багатий червоний тон і відповідні фізичні властивості.

Чорний Limba має разюче унікальний вигляд з звивистими коричневими смугами бігаючими по жовто-тонованому тлі. На щастя, місцевий постачальник мав запас деревини, щоб вийти з шпону, отриманого від мого звичайного торговця шпоном.

Виготовлення відповідного композиту з цих вінірів вимагало великих експериментів. Епоксидні кандидати, домішки, такі як cab-o-sil і мікросфери, і методики нанесення тонко налаштовані, щоб мінімізувати прохід через оптимізацію продуктивності. Для зрізання матеріалу за розміром, змішування та нанесення епоксиду та формування матеріалу в кінцевій формі були потрібні три збірки. Більш товстий шпон волоського горіха був розрахований на товщину (близько 0,7 мм), щоб відповідати іншим шпонам з використанням широкого шліфувального поясу. Як правило, більш товстий шпон волоського горіха поставив виклик як у відповідних розмірах в процесі, так і в досягненні радіусів вигину, що використовуються для двох композитних панелей.

Корк

Промисловість пробки активно розширює свою базу застосувань в останні роки, так що пробка стала використовуватися в продуктах, які могли б в іншому випадку використовувати стільникову або бальсову деревину для основного матеріалу. Мої експерименти призвели до серії випробувань з легкодоступною пробкою, але в кінцевому підсумку потрібно було придбати великий рулон спеціальної пробки 3 мм, щоб виготовити компоненти Heirloom. Довго зібрані в якості стійкого матеріалу, природні властивості пробки роблять його відмінним поєднанням як композитний матеріал ядра для реліквії, одночасно сприяючи зменшенню впливу на навколишнє середовище.

Збірка

РК-панель та основні компоненти корпусу зібрані за допомогою методів затискання вакуумних мішків. Після збирання шарів панелей на клейовій станції, агрегат переноситься на станцію для формування, де її поміщають у зшитий мішок і запечатують роликовим стрижнем і затискачами. Потім використовують спеціальний вакуумний насос для евакуації мішка і дозволяють атмосферному тиску затискати шари разом, а епоксидне сполучна виліковується. Для багатьох додатків на панелі це найпростіша і найефективніша техніка. Однак у випадку задньої панелі, яка несе динаміки і перемикачі і підтримує задню частину клавіатури, радіус вигину жорсткіший, ніж можна надійно управляти за допомогою вакууму. Хоча у мене є ламінатор тиску повітря, який здатний набагато більш високий тиск затиску, ніж вакуумний мішок, в цьому випадку було простіше створити пару збігаються форми згинання для ламінування частин. Одна поверхня згинальних форм має тонку поверхню уретанової піни для забезпечення повного і рівномірного тиску по всьому ламінату, оскільки вона вміщує незначні зміни в товщині матеріалу. Форми затискають разом з підготовленими шаруватками, використовуючи стандартні деревообробні затискачі.

Щоб збільшити міцність, поліпшити тепловіддачу і підвищити естетичні властивості основного корпусу Heirloom, я вирішив використовувати хвилеподібну форму по всій ширині нижньої панелі. Незначна хвиля забезпечує структуру напівмонокока, що закріплює інакше плоску ділянку корпусу, забезпечуючи при цьому потік повітря через нижню частину корпусу. Візуальна деталь, виявлена ​​лише при повній перевірці, є додатковим бонусом.

Металеві компоненти

З моїм великим досвідом проектування металевих та дерев'яних комбінацій, та надихнутий роботою німецького дизайнера Dieter Рамс, я вибрав включити алюміній для двох сторонніх плит у Heirloom проект.

Ці пластини виконані з інтегрованим фланцем, який використовується для прикріплення їх до хвилястої композитної нижньої панелі корпусу. Друга фланцева секція підтримує задню панель з обох сторін. Ліва бічна пластина заглиблена і перфорована, щоб друковану плату проходити до окремої прикріпленої пластини, що включає отвори для кожного з'єднувача на порту. Порт-пластина також містить невеликі прорізи на внутрішній поверхні, які підтримують кінці порту плати друкованої плати, де оригінальні отвори для гвинтів недоступні через глибину бічної пластини. Великий фасет вздовж верхнього і нижнього країв кожної пластини зменшує масу і покращує візуальну привабливість основного корпусу.

Внутрішнє розташування Встановлення основних та акумуляторних плат, батареї та SSD в корпус дещо ускладнюється хвилеподібною формою корпусу. Я розглянув можливість встановлення різьбових вставок різної висоти, щоб представити плоску верхню поверхню для підтримки друкованих плат, але досить швидко перейти до розгляду установки уніфікуючої пластини в нижній частині корпусу для розміщення всіх компонентів, які будуть встановлені там. Оскільки Хуан включив в свою конструкцію різьбовий масив Peek для корпусу Novena, я вирішив слідувати за його керівництвом і розробити алюмінієву пластину Peek для корпусу Heirloom.

У той час я досліджував можливі рішення пасивного охолодження, і велика поверхня алюмінію здавалася такою, що може виявитися корисною в цьому застосуванні. Ця алюмінієва пластина приєднується до композиту через три ряди різьбових вставок, встановлених у композит, з використанням аналогічного підходу, який використовується як на панелях РК-дисплея, так і на панелі динаміків / комутаторів. У кожному випадку, просвердлений отвір приймає різьбову латунну вставку, приклеєну на місці за допомогою або уретанового, і каучукового клейкого матеріалу.

Ряд розташувань отворів у пластині Peek приймає стандартні нержавіючі сталеві опори для забезпечення місця для монтажу друкованих плат і SSD. Інші місця вставки створюють масив Peek. Завдяки відкритому дизайну, вони виявилися проблематичними для стандартного процесу встановлення гайки, тому я розробив альтернативну різьбову вставку, що має додаткову перевагу більшої верхньої поверхні для дискретного монтажу.

Акумуляторна батарея, вентиляторна збірка та плата прориву, специфічна для реліквії, займають частину масиву Peek, залишаючи невеликий простір для користувацьких установок. Я розробив та CNCed користувальницькі дужки для SSD та батареї встановлює.

Центростремительный вентилятор, який ми використовували для охолодження процесорів, мав непридатні умови для монтажу і не мав готового способу прив'язати до радіаторів, які Хуан отримав. Таким чином, я розробив і CNCed алюмінієвий дизайн пластини, що замінює кришку на вентилятор і забезпечує Peek пластини місця монтажу, монтаж для радіатора, і забезпечення для можливого майбутнього пленуму передачі тепла.

РК-панель РК-дисплей, вибраний для проекту Novena, має відносно велику неізображувану поверхню через дно, що вимагало рішення для покриття цієї області і передбачало прокладання кабелю в конструкції панелі. Крім того, шарніри потребували кріплення через відносно невеликий простір захоплення різьби, забезпечуючи довгострокову жорсткість для поворотного дії. Я вирішив, що алюмінієва пластина акуратно вирішить обидва питання. Конструкція висунута на внутрішній поверхні, забезпечуючи повну глибину розташування, щоб змонтувати петлі та монтажні гвинти, які прикріплюють пластину шарніра до більшого корпусу РК-панелі.

Отримана пластина шарніра облицьована так, щоб вона відповідала решті корпусу Heirloom, і має тверду нижню рейкову панель з РК-панеллю і механічно прикріплена до її нижнього краю. Підключення РК-панелі до основного корпусу буде цікавим.

Петлі

Особливо складним аспектом процесу проектування Heirloom був пошук петель, придатних до концепції дизайну. Є, мабуть, чотири основні постачальники спеціальних петель, необхідних для проведення дисплея ноутбука в будь-якому вибраному положенні. Більшість з них розроблені, щоб бути приховані у формованих пластикових компонентах типового дизайну ноутбука і, таким чином, не особливо презентабельні в конструкції, подібній до реліквії. Деякі з цих конструкцій також містять положення про маршрутизацію ЖК-кабелів, що ще більше ускладнює їх зовнішній вигляд. Крім того, засоби кріплення зазвичай засновані на прихованих металевих компонентах, які використовуються для поглинання обертаючих сил, що діють на шарнірний лист невеликої площі, що часто зустрічається в цих стандартних петлях. Я шукав петлю, яка нагадувала б стандартну петлю для ювелірних виробів. Поєднуючи цю ідею з малим виробництвом Heirloom, було створено складну пропозицію.

Трохи досліджень, нарешті, з'явилися запасні петлі, які відповідали вимогам зовнішнього вигляду. Але диявол-в-деталях показав тільки, як мало шарнірів був відповідний дизайн листа. Місяці пройшли як обговорення з постачальниками про напів-митні опції петлі. Зрештою я зміг організувати індивідуальне замовлення без надмірно вимогливих вимог до мінімального замовлення або витрат на одиницю продукції. Після тривожного очікування свого приїзду, дизайн конструкції шарнірно задовольнив всі вимоги. Після розробки та впровадження рішення про маршрутизацію кабелю та виготовлення нижньої обрізної петлі для ЧПУ, панель РК була успішно об'єднана з основним корпусом.

Оскільки тертя крутного моменту шарнірів не дозволить РК-панелі повністю закрити від нижнього корпусу, набір магнітів, вбудованих в дерев'яні елементи каркасу РК-панелі і алюмінієвих сторін корпусу, забезпечують достатню кількість магнітного тяжіння для заохочення повне закриття кришки.

Управління теплом

Ранні обговорення з Хуангом призвели до спільного бажання створити пасивне охолоджуюче рішення для справи «Херілум». Відкритий корпус, що використовується в конструкції корпусу Хуна Хуна, означав, що розширення системи охолодження було мало. Незважаючи на те, що реліквія призначена для відкритого застосування з клавіатурою, розташованою перед корпусом (що дозволило б достатньо охолоджувати повітря), вона, можливо, частіше буде використовуватися з клавіатурою, що лежить в корпусі. Це створює замкнуту систему з малим природним потоком повітря. Тестування в цій закритій конфігурації підтвердило, що нагрівання процесора може стати проблемою.

Тому я почав досліджувати можливості пасивної системи охолодження для реліквії. Зрештою, я розпочав тривалу серію обговорень з інженерами з систем охолодження, таких як Aavid і Enertron, щодо передачі тепла від центрального процесора до більшої площі тепловідведення завдяки технології теплових труб.

Початковою метою дослідження було значну масу алюмінію, присутніх у бічних пластинах, зокрема, ліву бічну пластину, найближчу до центрального процесора. Тому я почав розробляти серію випарних і конденсаторних плит і створювати між ними теплові труби. Перша спроба, з набором ребер охолодження (розрахована інженером), розрізаною у верхній або нижній край бічної пластини, в кінцевому підсумку виявилася незадовільною через коротку довжину охолодження поверхні охолодження з кінцем конденсатора теплової труби і великою робота машини, необхідна для реалізації охолоджувальних ребер.

З правого боку пластини вважається занадто далеко від процесора для рішення теплової труби, подальша серія концепцій була створена у співпраці з двома інженерами. У кожному випадку критична вимога не відповідає очікуванням. Повільні темпи цього процесу проектування, а також потенційний вплив на критичні елементи дизайну решти справи, привели мене до розгляду лише останнього варіанту, перш ніж зробити висновок про необхідність деякого активного охолодження.

Я тільки що завершив першу ітерацію Peek дизайн пластини в алюмінієвому і до сих пір цікаво, якщо це досить велика алюмінієва поверхня може сам служити радіатора. Я склав ще одну концепцію з контуром теплової труби, що веде до непідготовленої ділянки під SSD. Там було багато області, щоб отримати значну довжину кріплення для конденсатора кінця теплових труб. Та аранжування нагадувало фотографії послані мені одним з інженерів що називали це як "холодна плита".Але коли він був представлений на розгляд, один з двох інженерів вказав, що відсутність постачання та відпрацьованого повітря та супутнього потоку через пластину зробить це непридатним рішенням. Інший інженер вказав, що він дійсно виглядає як можливий варіант. Зіткнувшись з такою різницею в думках, і зі значним часом, вкладеним у тупик, я вирішив подивитися, що Хуан подумає про використання активного охолоджуючого рішення.

Раніше я контактував з іншим інженером щодо нової, малого форм-фактора, технології охолодження на основі діафрагми, що розробляється, і він був досить впевнений, що ми можемо знайти його придатним для цього завдання. Він мав перевагу простого доповнення до стандартного охолоджувача, встановленого на процесорі, тому просторові обмеження були мінімальними. Але тривалі глюки в процесі розробки виробництва вентилятора залишили його на розгляд. Таким чином, після консультації з Хуангом, він поставив невеликий доцентровий вентилятор, який ми працювали у вирішенні.

Вентилятор на основі тепловиділення Коли Хуан прибув до Портленду на тиждень, щоб опрацювати деякі деталі реліквії, ми вже розробили загальну схему для установки вентилятора / тепловідводу / теплової труби. Можливе занепокоєння полягало в тому, як вивести повітря з корпусу. Ми почали тестування без рішення на місці, по суті, переміщення повітря всередині корпусу. Випробування показали, що система працювала так, як хотілося б навіть без того, щоб індивідуальна пластина конденсатора була термічно прикріплена до радіатора або радіатора, що правильно підводили до вентилятора. Алюмінієві сторони корпусу, здавалося, робили розумну роботу з розсіювання тепла з будь-яким спеціальним житлом. Тому я почав працювати над рішенням для підключення вентилятора до масиву і тепла. Після пари швидких прототипів CNC у алюмінію, заключна версія зробила фокус в той час, як враховуючи retrofitting вихлопний plenum мусить це доказати необхідне.

Huang має прохолодний тепловізійний пристрій для свого телефону, який він використовував, щоб зробити це фото Heirloom, що показує розподіл тепла. Права бічна пластина і вентилятор динаміка свідчать про те, що тепло витікає, а лівий промінь динаміка показує охолоджуючий ефект повітря, що потрапляє в корпус.

Виступаючі

Звукова система Heirloom спочатку брала участь у пошуку відповідних драйверів. Простір буде обмеженим, тому я замовив вибір конструкцій драйверів, які можуть бути корисними, враховуючи це обмеження. Просте тестування швидко звузило поле до одного перспективного кандидата з налаштованим портом. Це було адекватно пропорційно, щоб знайти свій шлях у корпусі дизайн, тому я відправився включити його в малюнки. Композитна панель, призначена для виконання задачі, займала простір між задньою кромкою клавіатури та навісним шарніром на задній стінці корпусу. Все, що залишилося, полягало в тому, щоб забезпечити передачу звуку понад поверхню панелі. Я знав, що картина перфорації - це моя перевага, тому малюнок почався. Це швидко стало очевидним, що кругла форма я хотів надав деякі виклики для conjuring візуально привабливий макет. Але в один момент я зрозумів, що моє старовинне натхнення HiFi має щось запропонувати.

Блискучий Дітер Рамс використовував круглий динамік в багатьох своїх звукових конструкціях. Я виявив деякі приклади і виявив, що дизайн був настільки ефективним, що я вирішив запропонувати данину поваги до цього нащадливого дизайнера і використовувати його дизайн лише з незначними змінами. Після того, як я визначив, як найкраще вирізати зразок отворів у складному композитному матеріалі, я зміг додати необхідний перемикач і різьбові отвори для вставки та зазори штифтів на друкованій платі. Водії еластично змонтовані з невеликим зазором на нижній частині панелі, що дозволяє решіткам обслуговувати подвійні обов'язки в системах охолодження. Кінцевим результатом є марочний дотик, який я шукав, і приємні якості душі для простого звукового оформлення.

Перемикання системи

Я спочатку думав про використання сенсорних перемикачів з лазерним приводом розташування, вигравіруваним на верхній поверхні задньої панелі. Початкове тестування з розкладною дошкою, що складається з шельфу, здавалося, вказувало, що це може працювати, але спеціальна дошка для Хуан розроблена показала, що можуть виникнути проблеми з надійністю, пов'язані з неадекватним заземленням. З усвідомленням того, що цей підхід технічно складно, він також почав здаватися, що тактильне застосування перемикання може бути і більш надійним, і більше у відповідності з загальною концепцією.

У мене був набір наборів купольних перемикачів від Snaptron, тому я вибрав дизайн з відповідними властивостями, і Хуан працював над друкованою платою, щоб підтримати їх. Актуатори повинні бути врівень з верхньою поверхнею задньої панелі. Я розробив і ЧПУ виготовив заглиблену базу перемикача і привід з вказаним дизайном штифта на дні, щоб правильно взаємодіяти з купольним перемикачем і більшою гладкою формою на верхній частині. Отримана комбінація чудово інтегрується з рештою конструкції Heirloom і забезпечує приємне чутне та тактильне натискання при натисканні. Додаткові вбудовані перемикачі доступні після підняття клавіатури.

Нарешті, додавання магнітної схеми зондування до друкованої плати динаміка служить для того, щоб дозволити користувачеві вибирати замикання кришки у відповідь на відповідний магніт, встановлений на алюмінієвій петлевій пластині.

Клавіатура

Комп'ютер Novena призначений для експериментів і включає різні точки доступу до апаратної системи. Численні висновки, комутатори, порт FPGA і пара портів USB доступні всередині корпусу моделі Heirloom. Ноутбук Heirloom повинен був мати умови для легкого доступу до внутрішнього простору. Щоб задовольнити цю вимогу, дизайн Heirloom використовує невелику клавіатуру ThinkPad з розміром стовпів і форм-фактором, який ідеально підходить для цього завдання.

Щоб створити дизайн Heirloom, я вирішив закріпити цю клавіатуру між шпунтом в передній частині твердої деревини і вигнутою губою по передній частині задньої панелі, що несе динаміки і перемикачі. Другою метою було залишити задні ноги клавіатури в нижньому положенні, коли вони були розміщені на корпусі. Опущені ноги допомагають повернути клавіатуру до її положення.

Цікавою особливістю ThinkPad є тонко вигнута передня кромка, на якій долоня користувача могла б відпочити під час набору тексту. Я скористався цією деталлю, зіставивши і продовжуючи криву по передній рейці, щоб створити зручний ергономічний елемент для дизайну Heirloom.

Останнім елементом інтеграції клавіатури є проріз для одного пальця на передній рейці, що дозволяє легко знімати клавіатуру і пропонує другий шлях для повітряного потоку всередині корпусу.

Ноги

Для портативних комп'ютерів загальноприйнята еластомерна стопа, що кріпиться на клейовій основі, прикладена до виїмки на пластиковому або алюмінієвому корпусі. Завдяки особливим деталям дизайну я вирішив знайти інший засіб включення ніг у дизайн Heirloom. Після розгляду різних концепцій, я зупинився на системі, яка використовує невеликий, відносно високий дурометр (міра твердості) уретанового кульки. Вона вставляється зі скромним пресом в отвір, в якому раніше був встановлений встановлений гвинт, таким чином забезпечуючи засіб регулювання. Кульки відносно легко замінити на знос і зробити мінімальне візуальне враження в загальній конструкції. Відносно велике навантаження на невелику площу набору з чотирьох кульок гарантує хороше зчеплення на більшості робочих поверхонь.

Я прагнув зробити дизайн Heirloom максимально успішним з огляду на великі масштаби виклику і дуже малий масштаб виробництва. Це жодним чином не стосується питань дизайну або виробництва споживчого класу. Кожен з цих комп'ютерів є по суті одноразовим проектом. Я вважаю, що реліквія виконує більшість цілей, які я поставила перед проектом, і повинна служити користувачам як незвичайний, корисний інструмент і як унікальна, якщо дуже мала, частина історії комп'ютерного дизайну.

Особлива подяка:

Bunnie Huang - геніальний хакер

Шон Крос - ко-генійний хакер

Джош Ліфтон і вся команда на CrowdSupply.com

Даррелл Россман (зараз у CrowdSupply)

Зейн Грей (торгова вісник)

Ліза Сенотто - єдина.

Курт Мотвейлер

Портленд, Орегон 2016

Поділитися

Залишити Коментар