اینگونه است که یک مهندس هوافضا محصولات سخت افزاری را طراحی می کند

اجزای حیاتی طراحی خود را درک کنید

قبل از انجام هر کار دیگری، باید مهم ترین اجزای طراحی قطعه خود را بدانید. همانطور که در، کدام عناصر ساختاری برای یکپارچگی مکانیکی محصول شما مهمتر هستند؟ جیمز می‌گوید: «در هوافضا اگر وسیله‌ای را به فضا پرتاب کنید، نمی‌توانید آن را تعمیر کنید. "تا زمانی که متوجه شوید چیزی اشتباه است، 10000 مایل در هوا است! بنابراین بهتر است حداقل روی کاغذ بدانید و قدرت آن را تا حد قابل درک آزمایش کنید."
Roost_01

برای Roost، مهم ترین اجزای طراحی، استحکام و سفتی است. پایه Roost به گونه ای طراحی شده است که بسیار قوی و پایدار باشد، برای استفاده طولانی مدت. بنابراین جیمز تمرکز خود را در اینجا قرار داد.

من نمی دانم چگونه می توانم بدون دانستن خواص مکانیکی موادی که با آنها کار می کنم، چیزی بسازم.

جیمز برای درک ویژگی‌های فیزیکی که نیاز به تجزیه و تحلیل داشت، از پیشینه خود استفاده کرد. جیمز می‌گوید: «در مهندسی هوافضا، شما به یکی از دو روش طراحی می‌کنید: برای سختی بهینه‌سازی می‌کنید یا برای استحکام بهینه می‌کنید». بنابراین دو ویژگی فیزیکی برای تجزیه و تحلیل وجود دارد. معیاری از سختی وجود دارد که مدول نامیده می‌شود و معیار زمانی که یک ماده شکسته می‌شود، به نام استحکام کششی. سپس به این ویژگی‌ها در واحد وزن نگاه می‌کنید - بنابراین به  مدول خاص نگاه می‌کنید  و به  استحکام خاص نگاه می‌کنید . اینها را با هندسه مواد بهینه کنید تا بهترین قسمت را در کمترین وزن به دست آورید.

هنگامی که مهم ترین اجزای طراحی خود را شناختید و آنچه را که در رابطه با یکپارچگی سازه بهینه سازی می کنید، باید موادی را بیابید که این خواص را به حداکثر برسانند.
مواد خود را بشناسید

برای یافتن مواد مناسب، باید خواص مکانیکی مواد موجود را درک کنید. من اغلب از سازندگان مختلف درخواست برگه‌های دارایی مواد می‌کنم و آنها معمولاً پاسخ می‌دهند، چرا به آن نیاز دارید؟ جیمز به اشتراک می گذارد. "این همیشه من را گیج می کند! زیرا برای من، نمی دانم چگونه می توانم بدون دانستن خواص مکانیکی موادی که با آن کار می کنم، چیزی بسازم."
Roost_04

برای مواد تولید نهایی، جیمز از نایلون پر از شیشه استفاده می کند که جایگزین فیبر کربن مورد استفاده برای اولین محصول Roost شده و سفتی بسیار بالایی دارد. جیمز می‌گوید: «سفتی واقعاً مهم‌ترین مؤلفه برای بهینه‌سازی است، زیرا نمی‌خواهید لپ‌تاپ شما اصلاً روی پایه تکان بخورد». بنابراین من یک ماده پر از شیشه را انتخاب کردم که در قطعات خودرو استفاده می شود و سختی حیاتی را فراهم می کند.

البته نایلون پر از شیشه، ماده ای نیست که جیمز برای تمام نمونه های اولیه خود با آن استفاده می کرد. بنابراین چالش اصلی جیمز در یافتن مواد مناسب برای کار با نمونه‌های اولیه‌اش، یافتن چیزی بود که از نظر سفتی با مواد پر از شیشه مقایسه شود. جیمز می‌گوید: «بالاخره یک ماده پرینت سه بعدی به نام Bluestone پیدا کردم که در واقع بسیار شکننده است. استحکام بسیار بالایی ندارد، اما سختی بسیار بالایی دارد. از آنجایی که سفتی با مواد قالب‌گیری تزریقی مقایسه می‌شود و تحت بار غیرقابل سوء استفاده نمی‌شکند، پس با مواد تولیدی با همان سختی و چهار برابر استحکام، سازه در تولید نهایی کار می‌کند.

با Roost، من در واقع می توانم آن را بسازم و آن را بشکنم، بنابراین به جای اینکه صرفا نظریه پردازی کنم، مطمئناً بدانم کجا شکسته خواهد شد.

یکی دیگر از مواد جدیدی که جیمز در این نسخه دوم Roost استفاده می کند، سیلیکون روی مکانیزم دستگیره چرخشی است که به لپ تاپ متصل می شود. جیمز خاطرنشان می کند: "سیلیکون جالب است زیرا یک جزء A و B است که در آن شما آن را با هم مخلوط می کنید و یک واکنش شیمیایی اتفاق می افتد به طوری که شکل نهایی دائمی است." از سوی دیگر، پلاستیک در یک حالت تغییر شکل ثابت، هرچند آهسته است.
Roost_09

این همان تحلیل دقیقی است که جیمز در فرآیند خود از آن استفاده می کند. او ویژگی‌های ماده‌ای را که با آن کار می‌کند، درک می‌کند و یکی از دو عنصر حیاتی در طراحی خود را بهینه می‌کند: استحکام و سفتی. این به او اجازه می دهد تا از طریق مقایسه و آزمایش دقیق، پیش بینی کند که واحد قالب گیری تزریقی نهایی قبل از تولید چگونه خواهد بود.

طراحی مکانیکی خود را تأیید کنید

مزیتی که جیمز در طراحی Roost در مقابل ماهواره داشت این است که می‌توانست تئوری مکانیکی پشت این طرح را درک کند، اما همچنین می‌توانست آن را قبل از ارسال به جهان آزمایش فیزیکی کند.

جیمز می‌گوید: «با Roost، من واقعاً می‌توانم آن را بسازم و آن را بشکنم تا مطمئن باشم که به جای نظریه‌پردازی، کجا شکسته خواهد شد». "درک ساختار مکانیکی خود روی کاغذ و در CAD یک چیز است، اما اگر می توانید، آزمایش نظریه های خود با نمونه های اولیه فیزیکی به همان اندازه حیاتی است."

هرگز تصور نکنید که قرار است آن را درست روی کامپیوتر طراحی کنید

گفته می‌شود، جیمز یک جادوگر CAD است و می‌داند که این ابزار عالی برای کاهش کار دستی فرآیند توسعه شما است. جیمز به اشتراک می‌گذارد: «با این نسخه دوم Roost، من توانستم از مدل پارامتری که قبلاً ساخته‌ام برای ایجاد تغییراتی در هندسه برای من استفاده کنم. "قبل از اینکه واقعاً دستی باشد، من وارد می شدم و خودم همه تغییرات کوچک را انجام می دادم. اکنون فقط می توانم یک عدد را تغییر دهم و کل چیز را دوباره ایجاد می کند."
Roost_12

اما ترجمه این هندسه نظری به یک محصول واقعی هنوز یک چیز دیگر است. جیمز تأکید می‌کند: «هرگز تصور نکنید که قرار است آن را مستقیماً روی رایانه طراحی کنید، به هیچ وجه. مدت‌ها بود که اشکال مختلف را از مواد مختلف پرینت سه بعدی می‌کردم و قضاوت می‌کردم، خوب، اگر ماده قالب‌گیری تزریقی چهار برابر قوی‌تر باشد اما سفتی یکسان داشته باشد، و این ماده در 10 پوند شکست، به این معنی است که هنگام قالب‌گیری باید تا حدود 40 پوند نگه دارد. هزاران بار از این مقایسه ها وجود داشت.»

بنابراین، در حالی که ممکن است روی کاغذ نحوه بهینه‌سازی سختی و سپس مقایسه استحکام نسبی یک ماده چاپ‌شده سه‌بعدی با یک ماده تزریقی واضح به نظر برسد، آزمایش‌های زیادی در فرآیند جیمز انجام شد. او چندین ماده را با خواص و قیمت‌های مختلف در مقادیر مختلف وزن آزمایش کرد تا با اطمینان بفهمد کدام ماده بهترین است.
Roost_14

سپس برای تقویت تجزیه و تحلیل پیش‌بینی‌شده‌اش از قطعات تولید نهایی، جیمز قصد دارد از تجزیه و تحلیل آماری برازش‌ها در 25 واحد اولیه قالب‌گیری تزریقی برای اعتبارسنجی تلورانس‌ها استفاده کند. جیمز می‌گوید: «من چند قطعه را با تلورانس‌های بالاتر و فراتر از آنچه معمولاً برای قالب تزریق می‌خواهید می‌سازم، زیرا دچار انقباض می‌شوید». به عنوان مثال، این به درک تلورانس های مورد نیاز برای یکی از اجزا که یک دایره کامل است کمک می کند. جیمز می‌افزاید: «دایره‌های کامل ایده خوبی در قالب‌های تزریقی نیستند، اما می‌توان آن را انجام داد». "فقط باید زمان زیادی را صرف بهینه سازی ابزار کنید."

از برگه های داده مواد، CAD و تئوری های مهندسی استفاده کنید، اما اهمیت آزمایش فیزیکی آن مواد، طرح ها و تئوری ها را دست کم نگیرید.

فرآیندی که جیمز برای توسعه Roost استفاده کرد بخشی از نظریه و بخشی مهندسی عملی است. او هنگام ارزیابی خواص مواد و مهم ترین اجزای طراحی خود کاملاً جزئیات گرا است، اما در مورد تأیید مکانیک آن طرح ها نیز بسیار عمل می کند.

زیرا گاهی اوقات تئوری شما را شکست می دهد. به عنوان مثال، اولین ماده ای که جیمز برای ایجاد چندین تکرار از Roost V2 استفاده کرد، در گذشته بهترین متریال نبود. او چند ویژگی مهم را نادیده گرفت، برخی از اشتباهات محاسباتی را مرتکب شد و خواص با قدرت نهایی تولید مورد نیاز قابل مقایسه نبود.

نکته این است که در تئوری خود و به همان اندازه در تأیید آن نظریه مفصل باشید. آماده سازی بسیار مهم است اما اشتباهات اجتناب ناپذیر هستند. حتی برای مهندسان هوافضا.