Náhradní šasi pro Didaktik Gama

Úvod

V průběhu roku 2024 jsem se inspirován několika dalšími projekty, mimo jiné replikou Didaktiku Kompakt a prací Libora Lasoty na lepší klávesnici pro PMD 85 i SAPI 1 pustil do vytváření klávesnice pro Didaktik Gama 80k a když už jsem měřil šasi, abych správně určil rozměry plošného spoje klávesnice, tak jsem nakreslil celé šasi. Nejprve do 2D výkresu v QCADu, kterým jsem si pomáhal při správném určení rozměrů a později ve FreeCADu, protože jsem potřeboval vygenerovat STL pro 3D tisk.

Měření

To byla samo o sobě výzva. Nemám posuvné měřítko schopné měřit 300mm, prostě proto, že taková měřítka jsou drahá a k ničemu jinému ho nepotřebuji. Kupovat si další šupleru jen kvůli šasi Didaktiku se mi nechtělo. Mám ostatně už čtyři jiné, počínaje čínskou digitální šuplerou do 150mm, přes dvě analogová po nedávno koupené 200mm digitální měřítko InSize, kterým jsem nakonec ověřoval a korigoval finální rozměry ve výkresu. Všemi jsem se s určitou přesností nakonec dopracoval ke stejným hodnotám. Pouze hmatník klávesy jsem přeměřoval mikrometrem.

Protože plošný spoj počítače i klávesnice je z výroby pouze ustřižený, nikoli frézovaný, jak bývají dnešní desky, tak se na hrany nedá spolehnout, ani na rovinnost, ani na kolmost hran. Přesnost měření od hrany mi vycházela ± v několika desetinách milimetru. To nestačí ke správnému určení polohy otvorů. Chyba se může nepěkně nasčítat a když jsem si nedal pozor, rázem z toho byl celý milimetr i víc. Finální měření plošného spoje jsem proto provedl tak, že jsem si vysoustružil a vyleštil malý ocelový váleček s rozšířenou podstavou a ten jsem připájel doprostřed desky. Podstava válečku pomohla, aby byla osa válečku kolmá k rovině desky. A protože jsem si mohl digitálním mikrometrem ověřit průměr (1,950mm), tak jsem od tohoto jednoho bodu, středu připájeného válečku, mohl odměřit i vše ostatní s přesností téměř na setiny mm. Pořád zbývá otázka v jaké toleranci byly desky vyráběné, co bylo vrtáno ručně atd... ale alespoň jsem si mohl být jistý, že rozměry v mém výkresu jsou tak blízko měřenému předmětu, jak jsem s mým nářadím schopen. A protože jsem opakovaným měřením dostával téměř stejné hodnoty (± setiny mm), tak výsledku věřím.

Další trik, který jsem použil byly ocelové válečky vysoustružené tak, aby natěsno pasovaly do vyvrtaných otvorů (nutno do otvoru lehce zamáčknout a samovolně nevypadne). Nemám válcové měrky, stejně jako pro 300mm šupleru pro ně nemám téměř žádné jiné použití a tím spíš ne, kdybych potřeboval víc než jednu sadu. Vysoustružit válečky na míru otvorů, změřit jejich průměr mikrometrem a s touto hodnotou pak pracovat při určování průměru otvorů a polohy jejich středů bylo levnější. A jako bonus jsem stejným způsobem mohl použít i reproduktor. V otvoru o ⌀22,5mm už natěsno zamáčknutý je od výroby a zdál se dostatečně kruhový. To vše vedlo k tomuto náčrtku a tomuto náčrtku doplněnému o kóty. Cílem bylo vytvořit náčrtek k ověření rozměrů pro 3D model, nikoli jako podklad k výrobě, proto jsou v něm kóty navíc a červeně pomocné čáry odkud bylo měřeno.

Zadní panel s konektory, modulátor a další detaily jsem měl změřené už od přestavby Didaktiku Gama 80k na Didaktik Gama 192k a jen jsem ověřil správnost naměřených rozměrů. Pro výrobu náhradního šasi to není tak zásadní jako velikost desky a poloha otvorů. Později mi to přišlo vhod při vytváření modelu toho plastu ve kterém jsou konektory osazené, takže i zadní panel bude možné replikovat i když jsem ho pro sebe vyrobit nenechal.

Bohužel jsem stejný trik nemohl provést s klávesnicí. Tím hůř, že v mém Didaktiku Gama 80k model 89' jsou plastové sloupky rozlámané, v černém šasi jich je méně a další šedý Didaktik mám zakonzervovaný a pokud vím, klávesnice v něm je dosud přinýtovaná od výroby, což znamená není rozebiratelná bez poškození. Nezbylo mi než do jisté míry polohu sloupků a tedy otvorů v desce klávesnice odhadovat. Pomáhal jsem si vytištěním výkresu na papír a ověřováním podle přiloženého papíru, měřením hlaviček zašroubovaných vrutů i měřením válečků v otvorech desky... A nakonec jsem to zaokrouhlil, aby rozteč mezi otvory byla pravidelná. Myslím, že jsem se ±0,5mm trefil. Jen otvory na M2,5 šrouby jsem mohl udělal o desetinu větší, 2,7mm bylo málo. Šrouby pasují perfektně, dokud se nezačne rozcházet tolerance vyrobeného šasi, sloupků a závitových vložek v nich s otvory v plošném spoji. Náčrtek v PDF zde.

Měření plastového šasi bylo neméně záludné. Boky dolního i horního dílu jsou mírně šikmé, plast je v některých místech sice nepatrně, ale přeci jen deformován chladnutím po vyjmutí z formy. Povrch šasi mého Didaktiku je taky ohlazen mnoha lety používání (hrany horního dílu, i rohy spodního) a v neposlední řadě 200mm měřítko nedosáhne přes celou délku šasi a ne všude se vejde, ale i tak mi 200mm měřítko hodně pomohlo oproti 150mm.

Musím se přiznat, že jsem šasi přeměřoval několikrát. Zvláště po té, co jsem zjistil, že sloupky vytištěného dílu nelícují dokonale s deskou. Deska osadit jde, obě desky jak z DG 80k tak i z DG 192k, ale na sloupcích je vidět, že nejsou přesně uprostřed otvorů. A i když jsem nemusel nic upravovat, přeměřil jsem šasi znovu a ještě jednou..., protože jsem začal lépe zohledňovat kuželovitost všech sloupků. Žádný z nich není válcový, kvůli tomu, aby plastový výlisek bylo možné vyjmout z formy. Musel jsem proto dávat pozor i na to, jak vysoko od plochy dna opírám čelisti šuplery. Postupně jsem se dopracoval k náčrtku, který dává smysl.

Jako "střed" měření, resp. dva středy jsem nakonec zvolil dvojici sloupků u sběrnice, které procházejí deskou až k hornímu dílu. Od nich jsem si podobně jako u plošného spoje počítače nakreslil desítky kružnic a tím ověřil, že vše ostatní je nakresleno na správných místech. Ke stažení PDF zde.

Věřím, že tato verze není od reality daleko. Cílem je totiž nejprve vytvořit model umožňující, co možná nejpřesnější repliku a z něj pak případně odvodit další různě upravené varianty. Napřiklad variantu snadněji tisknutelnou na FDM 3D tiskárnách, jako nechal dělat Tchunass, bohužel podklady zveřejnil. Jeden exemplář jeho spodního dílu mám a pasuje velmi dobře.

Tlačítko Red Dragon low profile brown, nebo jak se přesně jmenuje, jsem si musel změřit sám. Dokumentace od výrobce k němu neexistuje, nezdá se, že by bylo zaměnitelně s jinými klávesovými spínači renomovanějších výrobců. Našel jsem pouze eshop prodávající klávesnice pod stejnou značkou s různými tlačítky Red Dragon (nejenom nízkými) a i když mi odpověděli, tak bohužel negativně, datasheety nemají, kontakt na výrobce taky ne a sami výrobcem nejsou. Náčrtek v PDF zde.

Výroba

Šasi Didaktiku Gama 80k je větší než se vejde do většiny domácích matlaplastových / FDM tiskáren, horní díl má s určitou tolerancí vnější rozměry 270x161x20mm, spodní díl se vejde do kvádru 265x156,5x18mm. V tiskárně, kterou mám k dispozici, bych musel oba díly tisknout nadvakrát a následně je spojovat, plus bych musel řešit podpěry. V případě horního dílu nejspíš velmi vysoké, aby povrch mohl být navrchu. Nebo bych musel odstranit všechny nápisy a dekorace, aby povrch mohl ležet na podložce a podpěry by nebyly potřeba. U spodního dílu by se podpěrám vyhnout nedalo, pokud bych to neudělal podobně jako Tchunass, tj. bez okrajového lemu.

A ačkoli spodní díl od Tchunasse dopadl velice pěkně a pasuje přesně, nebyla to replika, jakou jsem chtěl. Hledal jsem jiné způsoby, zavrhl jsem SLA tisk z resinu, protože jsem četl různé zvěsti o špatné obrobitelnosti, měknutí při zahřátí, nechtělo se mi plast lakovat... Nejsem si jistý, co je a není pravda a jak moc by mi negativa vadila, to zjistím u dalších dílů, bude-li příležitost. Ale ze všech dostupných možností mi nakonec nejrozumnější přišel SLS tisk laserem z nylonového prášku. Nevyžaduje podpěry, povrch vytisknutých dílů je přijatelný bez dalších úprav a nemusel jsem dělat velké kompromisy, co se týče tvaru šasi.

Ale první, co mě zarazilo, když jsem výrobu zadával byl dotaz jestli souhlasím s tím, že se díly mohou zdeformovat, protože jsou příliš ploché. Netušil jsem jak moc se díly zdeformují, smrsknou, nebo co přesně se stane. Ale byl jsem rozhodnutý, že díly nějak vyrobit nechám a ať se stane cokoli, nemůže se stát nic horšího, než že získám zkušenost a přijdu o zaplacenou částku.

Mnohem později, když jsem koukal na videa Adama Savage o jeho zkušenostech s 3D tiskem, nabyl jsem podezření, že v JLC3DP nenechávají díly chladnout dostatečně pomalu a dlouho, jak by bylo potřeba, protože výroba musí běžet. V jednom z pozdějších videí Adam Savage zmiňuje, že nechával modely chladnout i 24 hodin, resp. do druhého dne, než se teplota prášku dostala na pokojovou teplotu a že to na míru deformace mělo zásadní vliv.

Já nic z toho netušil, s výsledky SLS tisku jsem dosud neměl zkušenost a zcela dodržet doporučení z návodu výrobce taky možné nebylo, protože prostor zabraný počítačem uvnitř šasi, ani základní proporce jsem změnit nemohl, pokud měla být replika skutečně replikou. Sice jsem doplnil jednoduché žebrování, ale nestačilo to. Jak to dopadlo ukazuje následující foto.

Na první pohled se zdálo, že jsem nechal vyrobit zmetek a zbytečně vyplýtval peníze na kus plastového odpadu. Ale nylon je naštěstí měkčí a houževnatejší než byl původní plast (nejspíš ABS). Do určité míry je nylon až gumový. Toto děsivé prohnutí se později podařilo srovnat sešroubováním obou dílů k sobě s mírným tlakem ve správném směru. Přičemž pomohlo i to, že oba díly jsou uprostřed uvnitř opřené dvěma distančními sloupky (přitisknou desku počítače k dolnímu dílu šasi) a na obou dílech je plošný spoj který taky napomáhá srovnání, zvláště klávesnice přišroubovaná 11 šrouby.

Když toto píšu o několik měsíců později, tak se zdá, že si to za tu dobu "sedlo" natolik, že je nyní prohnutí i na rozebraném počítači neznatelné a díly drží v žádané poloze. V sestaveném stavu problém není.

Aktuálně zveřejněná verze šasi 2025-01-02 je mírně korigovaná. Některé části jsou o desetiny milimetru posunuté, podle toho, jak první vyrobené šasi pasovalo. Do 3D modelu jsem doplnil i plošný spoj podle náčrtku z QCADu, pomáhá to ověřit správnost rozměrů. A až při výrobě distančních sloupků jsem zjistil, že jsem šasi navrhl o 3mm vyšší, než originál, omylem jsem zapomněl odečíst tloušťku plastu od výšky bočnic. Funkčně ani jinak to nevadí, ale není to správně. Výšku opravím až v další verzi.

Klávesnice

Klávesnici jsem navrhl v Kicadu verze 5.1.2, protože tuto verzi jsem měl nainstalovanou na pracovním PC (vím, že existuje mnohem novější nejméně 8.x) a zároveň jsem vytvořil i 3D model klávesy Red Dragon ve FreeCADu, protože mi to pomohlo ověřit správnost naměřených rozměrů a hlavně polohu vývodů a otvorů v desce vůči nim. Díky tomu jsem pak v Kicadu mohl zobrazovat i náhled se správným tvarem tlačítek, byť jsem se neobtěžoval barvami ani materiálem.

Do posledního okamžiku jsem si nebyl jistý, jestli jsem zvolil správně velikost otvoru na trn tlačítka a jestli jsem naměřil dost přesně polohu vývodů. Naštěstí to vyšlo, průměr trnu tlačítka jsem naměřil 4,17mm a průměr otvoru jsem navrhl 4,20mm o pouhé 2 až 3 setiny mm větší.

Vyrobené plošné spoje dorazily v jednom balíčku společně s plastovými díly. Otvory na trn tlačítek se ukázaly být perfektní, tlačítka do nich pasují natěsno, někdy nutno mírně zamáčknout, osazovat svisle, žádné neviklá. S tlačítky je po osazení možné nanejvýš nepatrně otočit, což je snadné korigovat pravítkem opřeným o plast tlačítek. Zdá se, že není nutné je fixovat víc než připájením.

Klávesnice Didaktiku Gama je kromě tlačítek vybavena dvěma LED z nichž zelená svítí trvale a signalizuje zapnuté napájení, druhá se rozsvítí pouze pokud je přistránkována rozšířená paměť - tj. 32kB v oblasti 32768-65535 u Didaktiku Gama 80k, nebo druhá čtveřice rychlých stránek, které se přepínají na portu 255 u Didaktiku Gama 192k. Orientace LED viz následující foto.

Největší záludnost LED je, že v Didaktiku Skalica použili LED s průměrem pouzdra 4mm, ty jsou v nabídkách dnešních obchodů neobvyklé. Existují, dají se sehnat, ale výběr je radikálně chudší než 3mm nebo 5mm. Já jsem naštěstí našel několik posledních v zásobách, nejspíš originálních Tesla LQ něco... Viděl jsem, že někdo úspěšně použil 5mm LED zbroušené na menší průměr. Teoreticky je taky možné menší LED zvětšit nasazením plastového světlovodu, nebo upravit otvor v návrhu před zadáním do výroby. Ale ty 4mm jsou vzhledově opravdu tak akorát.

Pod LED je tlačítko RESET, ke kterému nejspíš bude potřeba vyrobit hmatník. V původním šasi byl plastový a bylo možné ho zmáčknout pouze nástrojem, nikoli rukou. V mé konstrukci se rukou stisknout dá, ale je třeba se trochu snažit. Stejně jako u originálu je ukryté pod povrchem šasi a nemělo by být možné ho stisknout omylem, mě se to zatím nepovedlo.

Rozměry tlačítka RESET viz následující náčrtek. V PDF ke stažení zde. Vysoustružil jsem ho z oceli, protože jsem měl při ruce vhodný materiál - tyč o průměru 8mm, proto má i rozšířená část stejný průměr. Otřepy uvnitř otvoru jsem začistil 4mm výstružníkem, ale hádám, že pro měkký plast i vrták postačí.

Vymezovací sloupky slouží k přitisknutí plošného spoje k dolní části šasi, nesouvisí tedy přímo s klávesnicí, ale měl jsem je u sebe v náčrtku z QCADu. Tisknul jsem na 3D tiskárně z PLA, jednu dvojici pro Didaktik Gama 80k verze 87', kde chyběly od výroby (v Didaktiku Skalica je dávali až do modelu 89') a jednu dvojici pro Didaktik Gama 192k s šasi vyšším o 3mm, kde by byly původní sloupky krátké. Ty byly taky o 3mm delší, tedy 25,4mm.

Společně s tlačítky low profile Red Dragon jsem od danharda (protože jich kupoval z Ali hodně pro několik různých klávesnic) nakoupil i hmatníky s krytkou (prý noname) pod kterou se dá schovat popisek kláves (dají se najít pod klíčovými slovy "Transparent Double-layer Keycaps" na různých internetových tržištích), protože nemám lepší způsob, jak vyrobit dostatečně trvanlivé a relativně detailní popisky. U Didaktiků Kompakt se to osvědčilo. Navrhl jsem popisky v Inkscapu a nechal kolegovi vytisknout na lepší papír. Bohužel jeho tiskárna z nějakého důvodu vytiskla modrou spíš jako fialovou, ale dalo se to korigovat a na výsledných klávesách to není poznat.

Jediná vada na kráse těchto hmatníků je, že se nám nepodařilo najít variantu širokou 1,5 násobek běžné klávesy, existují pouze čtvercové a 2x široké. Stejný problém měli i kolegové s Didaktikem Kompakt. Pokud najdeme řešení (3d tisk z resinu?), zkusím o něm sem napsat.

A ano, mohl bych navrhnout šasi i plošný spoj, aby se tam 2x široké hmatníky vešly, ale pak by to zas nebylo použitelné s originální klávesnicí. Já jsem pro první pokus chtěl, aby všechny nově vyrobené díly byly s původními zaměnitelné.

Závěrem?

Přes všechny drobné nedostatky a potíže jsem spokojen. Šasi vypadá dobře, klávesy fungují parádně, mnohem lépe než původní byť promazané. Prohnutí vzniklé pnutím po chladnutí z 3D tisku se díky značné pružnosti nylonu podařilo sešroubováním docela obstojně srovnat, pískovaný povrch je fajn a i když asi méně odolný než vinyl, nebo původní ABS výlisek, tak zatím drží.

Takže jsem nakonec rád, že jsem to udělal, že jsem investoval čas a peníze do výroby, abych přemontoval Didaktik Gama 192k do svého vlastního šasi a mohl jsem do šasi půjčeného z Didaktiku Gama 80k vrátit původní desku a tím zachovat originál pohromadě, tak jak přišel z výroby, byť poznamenaný mnoha lety používání, drobného vylepšování i oprav.

A díky tomu mám, alespoň pro tuto chvíli, asi jediný (první?) existující Didaktik Gama 192k, který má na klávesnici opravdu 192k i napsáno stejným způsobem, jako to bylo vylisováno na všech 80k Didakticích Gama ze Skalice.

Download

• Didaktik Gama - rozmery krytu - korigovano k vyrobe 2024 c.dxf.gz - náčrtek v DXF pro QCAD, nemusí být zcela přesné, finální rozměry jsou v 3D modelu
• 2024-12-25_kicad5_Didaktik_Gama_nahradni_klavesnice.tar.bz2 - návrh plošného spoje z KiCADu včetně 3D modelu tlačítka
• 2024-12-18_popisky_klaves_Didaktik_Gama_Red_Dragon.tar.gz - popisky kláves včetně varianty s barvami, která v diskuzi na OldCompu není
• 2025-01-02_FreeCAD_Didaktik_Gama_80k+192k_nahradni_sasi.tar.bz2 - návrh a 3D modely všech dílů pro FreeCAD 1.0, tato verze je o 3mm vyšší a obsahuje otvor na 9. pin DSUB pro RS232

Odkazy

• diskuze o návrhu náhradního šasi Didaktiku Gama 80k na OldComp.cz

Historie změn článku

• 2025-04-02 - dopsáno a zveřejněno