Всем привет!
Я завершил очередной проект - наручные часы. Ниже - немного из истории их создания.
Свою магистерскую диссертацию я связал с топологической оптимизацией конструкции деталей (обзорная статья на Хабре на смежную тему, позволяющая получить общее представление о ТО, - тык). Это направление инженерной деятельности оказалось очень интересным для меня. Настолько интересным, что спроектировать и создать наручные часы с "оптимизированным" корпусом было делом времени.
Работа началась с моделирования.
Жёлтенькое тело - область проектирования - это та часть пространства, где я разрешаю системе оставить материал. Выходить за эту область нельзя.Тела зелёного цвета - обязательные элементы, которые должны быть включены в результат расчёта: уши под ремешок, защита колпачка заводной головки, стенки корпуса, крепления задней крышки. Тела красного цвета нельзя включать в результат расчёта, на их месте должно быть пустое пространство. К ним относится колпачок и отверстие в корпусе под размещение начинки.
Серые стрелочки - это нагрузки. Задавал я их от балды, но симметрично, поскольку основная цель - это получение красивых форм, а требуемую прочность корпус будет иметь и без всякой оптимизации.
Потом задаём требуемую массу конечной конструкции, запускаем расчёт, и ждём результатов. С балками и кронштейнами дела обстоят проще, хорошие результаты получаются почти сразу. С часами - посложнее, наиболее приличные формы у меня начали получаться после перебора 4-5 вариантов нагружения конструкции. Вот один из них:
То есть да, это не настоящая оптимизация, поскольку рациональное расположение материала детали не было моей целью, нагрузки выдуманы, а корпусу вряд ли когда-либо потребуется проявить все преимущества именно такой формы. Именно поэтому выше я использовал кавычки, т. к. это просто использование инструментов топологической оптимизации для разработки дизайна корпуса.
Результат расчёта - фасетная модель. Она состоит из огромного числа треугольников и не имеет таких понятных, привычных и приятных инженеру элементов как "плоская грань",цилиндрическая грань",ребро",вершина" и др. Может, дизайнеры и художники умеют работать с такими вещами, но я - нет (хотя кое-какие инструменты для этого существуют даже в рамках CAD-системы). Поэтому единственный вариант - рисовать поверх результатов расчёта.
Спустя неделю рисования по вечерам получается такой результат. Интересные факты для тех, кто работает в САПР: здесь 440 операций, 2170 граней и 43 Мб информации.
Дорабатываю модель корпуса и проектирую недостающие детали: циферблат, стрелки, заводную головку, колпачок, кольцо. Размеры спроектированных деталей привязаны к размерам купленного механизма и подобранной пары "винт-гайка" для защитного колпачка.
Модель готова, можно печатать. Печатали ребята из Петербурга, 3DLAM. Технология - SLM, т. е. сплавление порошка по сечениям с помощью лазера в защитной атмосфере. Сталь - 316L, толщина слоя - 50 мкм.
Вот так выглядели детали сразу после распаковки посылки:
Как оказалось, просто так это не соберётся. Тонкие детали ведёт при печати, и, например, циферблат был совсем не плоским с тыльной стороны. Немного покорёжило пряжку, а задняя крышка была выгнута по дуге, их тоже пришлось доработать молотком. Некоторые размеры немного гульнули, и, например, пришлось заказывать ремешок 21, 6 мм шириной вместо 22. Цилиндрические посадочные поверхности в корпусе получились многогранными (на вскидку, граней 40 было), а сами многогранники немного устремились к квадрату, что тоже мешало подгонке деталей друг к другу и сборке часов. К счастью, бормашинка, дрель, алмазные надфили, твердосплавный инструмент и другие блага цивилизации в сочетании с большим желанием закончить проект позволяют решать и более сложные задачи.
На фото ниже - отшлифованная задняя поверхность корпуса и подготовленные отверстия для впайки латунных втулок, в которых позже будет нарезана резьба М1, 4 для крепления задней крышки:
И сам процесс пайки втулок. 316L паяется средненько, мне не очень понравилось.
Стрелки изготовлены из 0, 2-мм стали, но после шлифовки осталось, наверное, 0, 15 мм, не измерял. А рядом лежит инструмент для выполнения посадочных отверстий в часовой и минутной стрелках (секундную решил не делать). Их необходимо было установить на валы диаметром 1, 2 и 0, 7 мм, с чем удалось справится достаточно быстро: на обе стрелки потребовалось всего 3 попытки.
Дистанционное колечко служит для фиксации механизма в корпусе, через него циферблат упирается в стекло. Такая сложная форма обусловлена сложной формой самого циферблата. Ширина колечка, если я правильно помню, около 1, 3 мм.
Ремешок заказывал у Андрея (Calm), т. к. сам я такое делать не умею.
Часы в разобранном виде:
Со снятой задней крышкой. Да, внутри много свободного места, т. к. высота корпуса определялась размерами защитного колпачка.
И немного фото готовых часов. Если приглядеться, то на некоторых крупных планах можно увидеть слои, созданные во время печати.
Напоследок немного дополнительной информации:
Масса - 76, 5 грамм.
Габариты - 12, 3×44, 9×47, 9.
Механизм - ETA F06.111 AlG3.
Примерные затраты:
- Механизм - 3800.
- Печать - 5000.
- Ремешок - 1500.
- Стекло, батарейка, пружинные штифты - 500.
- Доставка - 1000.
Коллеги, кто принимал участие в этом проекте, спасибо! Без вас я бы не справился.
На этом всё. Будут вопросы - задавайте, с радостью отвечу.
Всем добра!
