Fusion Board - 3D Printed Electric Skateboard: 5 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Αυτό το Instructable είναι μια επισκόπηση της διαδικασίας κατασκευής του Fusion E-Board που σχεδίασα και έφτιαξα ενώ εργαζόμουν σε 3D Hubs. Το έργο ανατέθηκε για να προωθήσει τη νέα τεχνολογία HP Multi-Jet Fusion που προσφέρεται από τους 3D Hubs και να αναδείξει πολλαπλές τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης και πώς μπορούν να συνδυαστούν αποτελεσματικά.

Σχεδίασα και κατασκεύασα ένα ηλεκτρικό μηχανοκίνητο longboard, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μικρές έως μέτριες διαδρομές ή σε συνδυασμό με τα μέσα μαζικής μεταφοράς για να προσφέρει ένα πολύ ευρύτερο φάσμα ταξιδιών. Έχει υψηλή τελική ταχύτητα, είναι πολύ ευέλικτο και μεταφέρεται εύκολα όταν δεν χρησιμοποιείται.

Βήμα 1: Διαδικασία σχεδιασμού

Ξεκίνησα το έργο προσδιορίζοντας τα κύρια τυπικά στοιχεία του μακρόστενου. φορτηγά, κατάστρωμα και τροχοί. Αυτά ήταν από τα ράφια, οπότε τα χρησιμοποίησα ως σημείο εκκίνησης του σχεδίου. Το πρώτο στάδιο ήταν ο σχεδιασμός του συστήματος μετάδοσης κίνησης, αυτό περιλαμβάνει τις βάσεις του κινητήρα, τη ρύθμιση της σχέσης και περιλάμβανε ορισμένες τροποποιήσεις στα φορτηγά. Το μέγεθος και η θέση των στηριγμάτων του κινητήρα θα υπαγορεύουν το μέγεθος και τη θέση των περιβλημάτων, οπότε ήταν σημαντικό να ολοκληρωθεί αυτό πρώτα. Υπολόγισα τις επιθυμητές απαιτήσεις τελικής ταχύτητας και ροπής που μου επέτρεψαν στη συνέχεια να επιλέξω τους κινητήρες και την μπαταρία για την πλακέτα. Υπολογίστηκε επίσης η σχέση μετάδοσης και επιλέχθηκαν τα μεγέθη της τροχαλίας, μαζί με το μήκος του ιμάντα κίνησης. Αυτό μου επέτρεψε να επεξεργαστώ το σωστό μέγεθος των στηριγμάτων του κινητήρα που εξασφάλιζαν έναν καλά τεντωμένο ιμάντα.

Το επόμενο στάδιο ήταν ο σχεδιασμός των περιβλημάτων της μπαταρίας και του ρυθμιστή ταχύτητας (ESC). Το επιλεγμένο κατάστρωμα αποτελείται κυρίως από μπαμπού και είναι αρκετά εύκαμπτο, κάμπτοντας ουσιαστικά στη μέση. Αυτό έχει τα πλεονεκτήματα της άνετης οδήγησης, καθώς απορροφά τα χτυπήματα στο δρόμο και δεν τα μεταφέρει στον αναβάτη. Ωστόσο, αυτό σημαίνει επίσης ότι απαιτείται ένα χωριστό περίβλημα για να τοποθετηθεί η μπαταρία και τα ηλεκτρονικά, καθώς ένα περίβλημα πλήρους μήκους δεν θα μπορεί να κάμπτεται με την πλακέτα και θα έρχεται σε επαφή με το έδαφος κατά τη λειτουργία. Οι ηλεκτρονικοί ελεγκτές ταχύτητας (ESC) τοποθετήθηκαν πιο κοντά στους κινητήρες λόγω ηλεκτρικών περιορισμών. Επειδή οι κινητήρες συνδέονται μέσω των φορτηγών, η θέση αλλάζει κατά τις στροφές, οπότε το περίβλημα έπρεπε να σχεδιαστεί ώστε να επιτρέπει την απόσταση των κινητήρων.

Το σύστημα μπαταριών τοποθετήθηκε στην άλλη άκρη του καταστρώματος και περιείχε τα ηλεκτρονικά που σχετίζονται με την τροφοδοσία. Αυτό περιελάμβανε τη μπαταρία, αποτελούμενη από 20 κελιά ιόντων λιθίου 18650, το σύστημα διαχείρισης της μπαταρίας, διακόπτη on/off και υποδοχή φόρτισης.

Χρησιμοποίησα το Autodesk Fusion360 για όλη τη διαδικασία σχεδιασμού, αυτό το λογισμικό μου επέτρεψε να μοντελοποιήσω γρήγορα εξαρτήματα στο εσωτερικό της κύριας διάταξης που επιτάχυναν τον χρόνο ανάπτυξης σημαντικά. Χρησιμοποίησα επίσης τις δυνατότητες προσομοίωσης στο Fusion360 για να διασφαλίσω ότι τα μέρη θα είναι αρκετά ισχυρά, ειδικά οι βάσεις κινητήρα. Αυτό μου επέτρεψε να μειώσω πραγματικά το μέγεθος των βάσεων, καθώς θα μπορούσα να επαληθεύσω τις απαιτήσεις αντοχής και εκτροπής και να αφαιρέσω το υλικό διατηρώντας παράλληλα τον κατάλληλο συντελεστή ασφαλείας. Αφού ολοκληρώθηκε η διαδικασία σχεδιασμού, ήταν πολύ εύκολο να εξαχθούν τα μεμονωμένα μέρη για τρισδιάστατη εκτύπωση.

Βήμα 2: Drivetrain

Ολοκλήρωσα την κατασκευή του συστήματος μετάδοσης κίνησης πρώτα, για να εξασφαλίσω την κατάλληλη απόσταση για το περίβλημα των ηλεκτρονικών. Επέλεξα φορτηγά Caliber για χρήση καθώς έχουν τετράγωνο προφίλ που ήταν ιδανικό για τη σύσφιξη των στηριγμάτων του κινητήρα. Ωστόσο, ο άξονας ήταν ελαφρώς πολύ κοντός για να επιτρέψει τη χρήση των δύο κινητήρων στο ίδιο φορτηγό, οπότε χρειάστηκε να το επεκτείνω για να χωρέσουν οι τροχοί.

Αυτό το πέτυχα κόβοντας μέρος του σώματος από κρεμάστρα αλουμινίου, εκθέτοντας περισσότερο τον χαλύβδινο άξονα. Στη συνέχεια έκοψα το μεγαλύτερο μέρος του άξονα κάτω, αφήνοντας περίπου 10mm που θα μπορούσα στη συνέχεια να το σπειρώσω με μια μήτρα M8.

Ένας ζεύκτης θα μπορούσε στη συνέχεια να βιδωθεί και να προστεθεί ένας άλλος άξονας με σπείρωμα, επεκτείνοντας αποτελεσματικά τον άξονα. Χρησιμοποίησα την ένωση συγκράτησης Loctite 648 για μόνιμη στερέωση του ζεύκτη και νέο άξονα για να εξασφαλίσω ότι δεν θα ξεβιδωθεί κατά τη χρήση. Αυτό επέτρεψε στους δύο κινητήρες να χωρέσουν στο φορτηγό και παρείχε άφθονο διάκενο στους τροχούς.

Το σύστημα μετάδοσης κίνησης εκτυπώθηκε κυρίως χρησιμοποιώντας την τεχνολογία HP Multi-Jet Fusion, για να εξασφαλίσει ακαμψία και αντοχή κατά την υψηλή επιτάχυνση και φρενάρισμα, όπου θα μεταφέρονταν οι μεγαλύτερες δυνάμεις.

Μια ειδική τροχαλία σχεδιάστηκε για να κλειδώσει στους πίσω τροχούς, η οποία στη συνέχεια συνδέθηκε με την τροχαλία του κινητήρα με έναν ιμάντα HTD 5M. Ένα 3D εκτυπωμένο κάλυμμα προστέθηκε για να παρέχει προστασία στο συγκρότημα τροχαλίας.

Βήμα 3: Περιβλήματα πλευρών

Μία από τις κύριες αποφάσεις σχεδιασμού που πήρα ήταν να διαχωρίσω τα περιβλήματα, που οδήγησαν σε καθαρή εμφάνιση και επέτρεψαν στο εύκαμπτο κατάστρωμα να λειτουργήσει χωρίς καμία πρόσθετη ακαμψία από τα περιβλήματα. Iθελα να μεταφέρω τις λειτουργικές πτυχές της τεχνολογίας HP Multi Jet Fusion, οπότε αποφάσισα να εκτυπώσω το FDM το κύριο σώμα των περιβλημάτων που μείωσε το κόστος και στη συνέχεια χρησιμοποίησα τα εξαρτήματα HP για να τα υποστηρίξω και να τα σφίξω στο κατάστρωμα. Αυτό παρείχε μια ενδιαφέρουσα αισθητική ενώ ήταν επίσης πολύ λειτουργικό.

Τα τυπωμένα περιβλήματα FDM χωρίστηκαν στο μισό για να βοηθήσουν στην εκτύπωση καθώς το υλικό υποστήριξης θα μπορούσε να απομακρυνθεί από την εξωτερική επιφάνεια. Η διαχωριστική γραμμή τοποθετήθηκε προσεκτικά για να διασφαλιστεί ότι ήταν κρυμμένη από το τμήμα HP όταν σφίγγεται στον πίνακα. Προστέθηκαν τρύπες για τις συνδέσεις του κινητήρα και κολλήθηκαν επιχρυσωμένοι σύνδεσμοι από σφαίρες στη θέση τους

Τα ένθετα με σπείρωμα ενσωματώθηκαν στο κατάστρωμα από μπαμπού για να στερεώσουν τα περιβλήματα στον πίνακα και λειανθήκανε στο ίδιο επίπεδο με την επιφάνεια του σκάφους για να εξασφαλίσουν ότι δεν υπάρχει κενό μεταξύ του καταστρώματος και του περιβλήματος.

Βήμα 4: Ηλεκτρονικά

Τα ηλεκτρονικά επιλέχθηκαν προσεκτικά για να διασφαλιστεί ότι ο πίνακας ήταν ισχυρός αλλά και διαισθητικός στη χρήση. Αυτός ο πίνακας θα μπορούσε δυνητικά να είναι επικίνδυνος εάν προκύψουν δυσλειτουργίες, οπότε η αξιοπιστία είναι ένας πολύ σημαντικός παράγοντας.

Η μπαταρία αποτελείται από 20 επιμέρους κυψέλες ιόντων λιθίου 18650, οι οποίες είναι συγκολλημένες μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα πακέτο 42v. 2 κύτταρα συγκολλούνται παράλληλα και 10 σε σειρά. τα κελιά που χρησιμοποίησα ήταν Sony VTC6. Χρησιμοποίησα ένα σημείο συγκόλλησης για να συγκολλήσω τις γλωττίδες νικελίου για να σχηματίσω το πακέτο, καθώς η συγκόλληση δημιουργεί πολύ θερμότητα που μπορεί να βλάψει το κελί.

Η ισχύς από το περίβλημα της μπαταρίας μεταφέρθηκε στο κιβώτιο του ρυθμιστή ταχύτητας χρησιμοποιώντας επίπεδο πλεγμένο καλώδιο που έτρεχε ακριβώς κάτω από την ταινία πρόσδεσης στην επάνω πλευρά του καταστρώματος. Αυτό επέτρεψε τα καλώδια να «κρυφτούν» και εξάλειψε την ανάγκη να τρέχουν καλώδια στο κάτω μέρος που θα έμοιαζαν άσχημα.

Δεδομένου ότι πρόκειται για έναν πίνακα διπλού κινητήρα, απαιτούνται δύο ρυθμιστές ταχύτητας για τον ανεξάρτητο έλεγχο κάθε κινητήρα. Χρησιμοποίησα τον ελεγκτή ταχύτητας VESC για αυτήν την κατασκευή, ο οποίος είναι ένας ελεγκτής ειδικά σχεδιασμένος για ηλεκτρικά skateboard, γεγονός που το καθιστά πολύ αξιόπιστο για αυτήν τη χρήση.

Οι κινητήρες που χρησιμοποιούνται είναι 170kv 5065 out-runners οι οποίοι μπορούν να παράγουν 2200W ο καθένας, κάτι που είναι μεγάλη δύναμη για αυτόν τον πίνακα. Με την τρέχουσα ρύθμιση ταχύτητας, η μέγιστη ταχύτητα των πλακέτων είναι περίπου 35MPH και επιταχύνεται πολύ γρήγορα.

Το τελευταίο στάδιο ήταν η δημιουργία ενός τηλεχειριστηρίου για τον έλεγχο της πλακέτας. Προτιμήθηκε ένα ασύρματο σύστημα λόγω της ευκολότερης λειτουργίας. Ωστόσο, ήταν σημαντικό να διασφαλιστεί η υψηλή αξιοπιστία της μετάδοσης καθώς η πτώση της επικοινωνίας θα μπορούσε να έχει σοβαρά ζητήματα ασφάλειας, ειδικά σε υψηλές ταχύτητες. Μετά τη δοκιμή μερικών πρωτοκόλλων ραδιοφωνικής μετάδοσης, αποφάσισα ότι η ραδιοσυχνότητα 2,4 GHz θα ήταν η πιο αξιόπιστη για αυτό το έργο. Χρησιμοποίησα έναν πομπό αυτοκινήτου RC από το ράφι, αλλά μείωσα σημαντικά το μέγεθος μεταφέροντας τα ηλεκτρονικά σε μια μικρή θήκη χειρός που εκτυπώθηκε 3D.

Βήμα 5: Ολοκληρωμένο βίντεο & βίντεο προώθησης

Το έργο έχει πλέον ολοκληρωθεί! Δημιουργήσαμε ένα αρκετά φοβερό βίντεο του πίνακα σε δράση, μπορείτε να το δείτε παρακάτω. Ευχαριστώ πολύ τους 3D Hubs που μου έδωσαν τη δυνατότητα να κάνω αυτό το έργο - δείτε τους εδώ για όλες τις ανάγκες 3D εκτύπωσης! 3dhubs.com