Chúng ta đang trong thời đại iOT và các hệ thống điều khiển tự chế (Raspberry Pi, Arduino, Orange) nở rộ. Bạn biết đấy, mỗi món đồ điện tử tự chế (DIY) khi được khoác lên mình một cái vỏ bọc. Bằng công nghệ in 3D, việc tự tạo ra một chiếc case cool ngầu theo ý tưởng quá ư đơn giản! Hãy để in 3DPLUS hướng dẫn thiết kế chiếc case bảo vệ bo mạch vừa đúng ký thuật, vừa đạt chuẩn để đặt in 3D theo yêu cầu.
Mọi sản phẩm điện tử đều có thể trở nên độc đáo hơn từ việc ốp thêm một vỏ hộp bảo vệ bằng nhựa hoặc kim loại. Có thể kể ra vài lợi ích:
- An toàn sử dụng: Hộp bảo vệ ngăn chặn nguy cơ rơi linh kiện lên bo mạch gây chập mạch, đồng thời bảo vệ người dùng khỏi nguy cơ giật điện khi làm việc với điện áp cao.
- Cá nhân hóa: Case bảo vệ bo mạch có thể được cá nhân hóa với tên, thương hiệu hoặc các tem nhãn hướng dẫn sử dụng cho người dùng. Xem ý nghĩa các ký hiệu, chữ số dưới đáy chai, vỏ hộp nhựa: https://in3dplus.com/cac-loai-nhua-va-y-nghia-ky-hieu-o-mat-duoi-do-nhua/
- Tính chuyên nghiệp: Một chiếc hộp bảo vệ giúp dự án trông gọn gàng, dễ dàng trình bày và giải thích.
- Cải tiến: Sử dụng các phần mềm thiết kế 3D, bạn có thể dễ dàng tạo ra các phiên bản hộp mới và in 3d nhanh chóng với giá thành rẻ.
Xem các ứng dụng của in 3d vào sản xuất vỏ hộp nhưa: in 3D hộp nhựa, vỏ thiết bị điện, thùng máy
Khi nói tới Raspberry Pi, Arduino, hoặc Orange, những máy tính mini này thường được kèm với những món đồ case/vỏ in 3D bảo vệ chúng. Có 2 cách để tạo ra hộp vỏ bo mạch loại này: bắt đầu từ việc đo đạc linh kiện (có khi là scan 3D), hoặc chỉnh sửa các thiết kế miễn phí trên cộng đồng lập trình.
Chuẩn bị gì khi thiết kế
Phần mềm thiết kế 3D
Chúng ta sẽ phải làm ra bộ vỏ hộp có độ chính xác cao để vừa khít các bo mạch điện tử, bởi vậy, cần sử dụng những phần mềm đồ họa cho phép nhập giá trị kích thước. Tải phần mềm thiết kế 3D miễn phí: https://blogin3d.com/phan-mem-thiet-ke-mo-hinh-3d-cho-may-3d.html
Ngoại trừ những bạn có chuyên môn về ngành điện tử/cơ khí, có rất sẵn những phần mềm chuyên dụng để vẽ mạch, vẽ hộp… chẳng hạn: Eagle, Autocad, solidworks… Những bạn không chuyên có thể ưu tiên tìm kiếm những gói phần mềm miễn phí sau đây (có thể không cần cài lên máy tính): Autodesk fusion, Sketchup, Blender, Tinkercad…
Bản vẽ kỹ thuật kích thước bo mạch Raspberry Pi, Arduino, Orange
Để có căn cứ thiết kế vỏ hộp, cần nhập dữ liệu kích thước bo mạch, tọa độ lỗ bắt vít, tọa độ và kích thước cổng kết nối.
Các bản vẽ và kích thước bo mạch (mechanical drawings) có thể tìm thấy ở:
- Raspberry pi: https://www.raspberrypi-spy.co.uk/2012/03/mechanical-data-dimensions/
- Arduino Uno: https://makezine.com/article/technology/arduino/nice-drawings-of-the-arduino-uno-an/
- Orange Pi: http://www.orangepi.org/html/hardWare/computerAndMicrocontrollers/details/orange-pi-3-LTS.html
Ngoài các bản vẽ 2Dcad, bạn cũng có thể tìm tới các mô hình bo mạch 3D đã được dựng sẵn tại các thư viện file 3D miễn phí
Nếu không có sẵn bản vẽ kích thước chuẩn, bạn phải dùng tới kỹ năng đo đạc, và tất nhiên là cần chuẩn bị công cụ đo (thước kẹp, panme…)
Thiết kế mẫu hộp như thế nào để tối ưu cho việc in 3D?
Kết cấu hộp
Cần lưu ý việc đầu tiên là kết cấu của vỏ hộp. Bạn muốn hộp gồm 2 phần ghép lại bằng vít, bằng ngàm âm dương hay là hộp đóng mở bằng bản lề? Nếu kết cấu hộp 2 nửa ghép bằng vít hoặc ngàm âm dương, thì sẽ đơn giản hơn nhiều so với kiểu khớp nối bản lề.
- Nếu làm hộp 2 nữa nối bằng vít, cần lưu ý lỗ bắt vít không bị lấn vào bo mạch.
- Nếu làm ngàm âm dương, cần chừa dung sai lắp ghép : khe hở 0,1-0,2mm
- Nếu làm bản lề, cần chọn trước mẫu bản lề (theo mẫu bán sẵn trên mạng), rồi thiết kế bề dày thành hộp lựa theo chuẩn bản lề.
Các cổng kết nối
Hộp điện luôn phải khoét các lỗ tương ứng để cắm Jack USB, thẻ nhớ SD, cổng HDMI, cổng nguồn DC… Do việc thiết kế và in 3D có sai lệch nhất định, bạn cần chừa các lỗ này to hơn kích thước trên bản vẽ tiêu chuẩn.
Kích thước các cổng kết nối phổ biến có thể tra cứu ở đây: Micro-B, ExtUSB, 5-pin Mini-B, Type A female, Type A male, Type B male https://www.globalspec.com/learnmore/electrical_electronic_components/wires_cables/usb_cables
Tản nhiệt và độ bền cơ học
Các thiết bị điện nói chung khi sử dụng sẽ phát ra nhiệt lượng, với các bo mạch điều khiển, nhiệt lượng tỏa ra còn nhiều hơn do nó có vi xử lý đính kèm. Một cái case lý tưởng là phải chừa các cổng tản nhiệt, thậm chí còn phải lắp thêm quạt tản nhiệt! Nếu thiết bị của bạn làm việc trong môi trường nóng bức, đòi hỏi chất liệu hộp phải là vật liệu ABS! Tìm hiểu thêm về: Sợi nhựa in 3D ABS và PLA
Bề dày của vỏ hộp
Phần lớn cộng đồng DIY bo mạch sử dụng dịch vụ in 3D theo yêu cầu bằng chất liệu nhựa sợi PLA hoặc ABS. Công nghệ in giá rẻ này có vài yêu cầu về bề dày của thành vách hộp. Con số tối thiểu nên là 0,8mm!
Nói tới bề dày, cũng cần nhắc thêm về logo, dòng chữ trên hộp. Các nét chữ cũng phải đủ lớn, tối thiểu 0,3mm với công nghệ in rẻ FDM và 0,2mm với công nghệ in 3D SLA resin
Cơ chế bắt vít
Khác với những phương án gia công đúc khuôn ép nhựa, vật liệu in 3d có cơ tính không đồng nhất cho nên độ bền của các vị trí bắt vít không được cao. Chúng ta nên sử dụng vít cấy để làm đầu nối bắt vít.
Các lưu ý khác
- Bạn cần hạn chế các góc bo trò (fillet), nếu cần hãy dùng góc vát (chamfer)
- Hạn chế các thanh chống/cột trụ có đường kính quá bé so với chiều cao/dài. in 3d những chi tiết dạng trụ cao sẽ rất khó nhằn!
- Hạn chế các thành vách bên trong hộp, có thể thay bằng những vách ghép nối bằng ngàm/vít cấy.
- Các chổ bắt vít không nên để nằm rời rạc, vì nó dễ gãy. Ví dụ minh họa sau đây:
Sáng tạo và thêm cá tính cho mẫu vỏ hộp
Với gia công in 3d, chúng ta hoàn toàn có thể sáng tạo những mẫu hộp độc đáo riêng biệt mà các kỹ thuật khác không làm được. Chẳng hạn những mẫu dưới đây:
Với công nghệ in 3D resin SLA, bạn có thể in những mẫu có lỗ chi chít, hình dạng độc lạ, chẳng hạn mẫu ốp lưng chuột logitech G32 này:
Nếu cần hổ trợ các dự án thiết kế 3D và in 3D vỏ hộp bo mạch, xin mạnh dạn liên hệ với IN 3D PLUS qua hotline/zalo: 0907888325
