De arm (Fay)

Hieronder vind u meer uitleg over het ontwerpproces van de arm en de veerconstructie.

Referenties arm

Hoofdreferenties:

X-as: De eerste arm staat onder een hoek van 45° t.o.v. de X-as.

Onderplaat: de arm wordt hierin gezet en bepaald de plaats van de arm t.o.v. de rest van de machine. Ook de hoogte van de arm wordt bepaald t.o.v. de onderplaat. Als laatste moet het horizontale deel van de arm evenwijdig staan met de onderplaat.

Centrale as: de afstand van de arm tot de centrale as bepaalt de lengte van het horizontale deel, aangezien de 3 armen in het midden samen moeten komen. Het verticale deel van de arm moet ten slotte eveneens evenwijdig zijn t.o.v. de centrale as.

Hulpreferenties:

Arm 1: arm 3 staat loodrecht op arm 1 en arm 2 staat in een lijn met arm 1 (loodrecht op arm 3).

Breedte inkepingen stukje onderplaat: De breedte van de uitkepingen bepaalt de breedte van de arm en in het verlengde ook van het T-vormig balkje en de steunschijfjes die tussen de 2 delen van de arm geklikt worden.

Hoogte arm: De hoogte van de arm is gelijk aan de lengte die de draad moet hebben en bepaald mee hoe groot de veerophanging moet zijn.

       

Functioneel en systeemgericht ontwerp

Ik ben begonnen met een brainstorm om te kijken wat de vereisten waren voor de arm en welke elementen zeker van belang waren bij het ontwerpproces.

VEREISTEN:

1.     Verstelbaarheid – draad moet kunnen worden versteld om cilinders, kegels en hyperboloïden te vormen (draad staat vast aan onderkant foam cutter – niet verstelbaar)

2.     Nauwkeurigheid – op de arm moet de draad met een grote nauwkeurigheid vastgezet worden zodat keer op keer exact dezelfde vorm kan worden verkregen.

3.     Veranderen lengte draad – hoe dichter bij het centrum, hoe korter de afstand tussen de arm en de base, de lengte van de draad moet hierop kunnen worden aangepast.

4.     Veerkrachtigheid – draad zet uit door de warmte, de arm moet deze uitzetting kunnen opvangen zodat de draad altijd optimaal gespannen staat.

5.     Sterkte – de arm mag niet breken of vervormen door de kracht die er op wordt uitgeoefend.

Secundaire vereisten – esthetisch moet het passen bij de rest van het design: dit is een houten, cirkelvormig en open design.

Hieruit bleek dat er 3 grote onderverdelingen gemaakt konden worden. Ik heb voor elk onderdeel apart een problemenmatrix ontworpen.

Cilinders / kegels / hyperboloiden: positie draad kunnen veranderen
	1	2	3	4
Oplossing	Arm verstellen (zowel draaien als langer/korter voor cil./kegel)	Draad verplaatsbaar(cil./kegel) + arm laten draaien (hyperboloide)	Draad horiz. en zijwaarts verplaatsbaar (draad bepaald cil./kegel en hyperboloide)	Draad onderkant verplaatsen (hyperboloide)  en verstelbare arm (kegel/cil.)
Schets	/	/	/	/
Pro’s	Makkelijkere draad-bevestiging mogelijk stevige constructie 1 arm is voldoende à openheid machine	1 arm  voldoende  Makkelijker draadsysteem dan opl. 3	Eenvoudige arm constructie Geen veranderingen aan onderplaat	Constructie arm makkelijker  1 arm mogelijk op een esthetisch mooie manier + stevig genoeg
Contra’s	Moeilijke armconstructie Design moeilijker te verwerken in open, rond design van rest van de machine	Dubbele constructie Veranderingen aan onderplaat en as nodig Voor draaisysteem Verstevigingen nodig zijn design moeilijk verwerkbaar in het rond, open design van rest van machine	Moeilijkere draad constructie Min. 2 armen nodig voor stevigheid	Vorm verstellen op 2 verschillende plaatsen kan verwarrend zijn De plaat met de verschillende assen waar de draad door gaat is al druk genoeg zonder hem te kunnen verstellen

Vorm arm (hangt samen met gekozen verstelbaarheid draad)
	1	2	3	4	5
Oplossing	1 arm + draaibaar	1 arm vast	2 armen draaibaar	2 armen vast	3 armen
Schets	/	/	/	/	/
Pro’s	Open constructie Minder onderdelen	Open constructie Minder onderdelen Simpel systeem	Open constructie Steviger dan 1 arm	Open constructie	Simpel systeem Stevigst
Con’s	Complexer systeem Verandering aan as/onderplaat nodig voor draaisysteem  ontwerpen:	Niet stevig genoeg Of te lomp met de nodige verstevigingen	Oogt groter Nog steeds veranderingen aan as/onderplaat nodig	Niet heel stevig à extra verstevigingen nodig à lomper	Machine lijkt groter door meer afbakeningen Minder open Design zo kiezen dat je de lichtheid behoudt

VORM ARM KIEZEN

We hebben al vrij snel in het ontwerpproces ervoor gekozen om zeker geen complete of gedeeltelijke behuizing te gebruiken omdat dit het plaatsen van het EPS in de weg zou kunnen zitten en het ook niet nodig was voor de werking van de machine. Daarnaast zorgt een volledige behuizing nogal snel voor een lomp en groot gevoel. Daarom is hij niet in de problemenmatrix opgenomen en heb ik mij vooral gefocust op de verschillende armconstructies. Ik heb eveneens gekozen voor een houten arm i.p.v. een metalen buis omdat we aanduidingen moesten kunnen aanbrengen en een veersysteem voor een buis ontwerpen veel ingewikkelder was. Daarbij komt dat een houten arm minder arbeidsintensief is omdat het gelasercut kan worden.

Lengte draad aanpassen + vergroting door opwarming opvangen
	1	2	3	4	5
Oplossing	Verticale veer	Horizontale veer	Opdraaien + veermechanisme	Gewichtjes	Veer aan verticale kant arm
Schets	/	/	/	/	/
Pro’s	Je lost de 2 problemen in 1 klap op door de plek waar de veer vastzit verstelbaar te maken	onopvallend	Onopvallend draad heel nauwkeurig op de juiste lengte kunnen verstellen	Simpel systeem Geen extra stukken nodig in de arm	Veer niet in de weg van de draad of de verstelbare draadconstructie
Con’s	Langere veer Opvallend (Niet geintegreerd in de arm) Machine lijkt groter door vergroting hoogte	Draad maakt een bocht à slecht voor draad + niet brandbare ondersteuning nodig Beperkter lengteverschil mogelijk	Apart veermechanisme nodig (veer of verend frame) Opdraaisysteem maken	Draad moet een bocht maken Gewichtjes moeten zwaar genoeg zijn om de draad op zijn plek te houden	Opdraai- mechanisme nodig Opvallend

ELEKTRICITEIT

De meest duurzame manier zou zijn om een stroomkring te ontwerpen met een condensator, weerstand en eventueel zelfs een dimmer. Dit belast zowel de draad als de adapter minder en je kunt dus langer door met dezelfde draad en adapter.

Deze machine wordt echter niet op commerciële basis gebruikt en het is dus niet nodig om zo een systeem te ontwerpen. We hebben er dus voor gekozen om de adapter direct aan de draad te verbinden.

We hebben wel gebruikt gemaakt van gewonden koperdraad rond onze draad bij de bevestigingspunten. Dit koperdraad hebben we gekregen bij ons bezoek aan Wyns. Zij gebruikten dit om de stroom gelijkmatig over de draad te verdelen. De stroom komt bij hun machine uit in een plakje koper en de koperdraad rond de weerstandsdraad zorgt ervoor dat ipv een puntcontact er een meer gespreid contact is waardoor de draad beter geleid en langer meegaat omdat de draad niet op 1 plek zwaar wordt belast.

Ook hebben we meteen na de draad een beschermde draad bevestigd zodat er geen elektrocutiegevaar bestaat voor de gebruiker.

      

Design to connect

De arm assembly vereist verbindingen die stevig genoeg zijn om de 3 armen bijeen te kunnen houden en de armen op dezelfde plek t.o.v. de grondplaat te fixeren.

De tussenbalk tussen de armen moet iets steviger zijn omdat het de 3 armen samenvoegt in 1 punt. dit is het zwakste punt van de constructie omdat er geen rechtstreekse steun van onder komt en er behalve de zwaartekracht ook nog een kracht op wordt werkt afkomstig van de ophanging.

De ophanging moet eveens heel stevig zijn omdat deze de directe kracht van de veer en strakgetrokken draad moet opvangen.

Ik heb voor klemverbindingen gekozen omdat dit de sterkste, en toch gemakkelijkste oplossing is. Lijmverbindingen dienen als extra versteviging bij de zwakke punten in de constructie.

                       

Design to assembly

Iedere arm kan je apart in elkaar zetten. Vervolgens kunnen de 3 armen in het T-balkje geklikt worden en tenslotte kan de gehele armconstructie in de onderplaat van de behuizing worden gezet. Hierdoor heb je genoeg ruimte om eerste de behuizing en het draaisysteem ineen te zetten vooraleer je de armen toevoegt. Verder heb ik in mijn subassembly nog een subassembly voor de draadophanging met de veer gemaakt. Deze kan eveneens apart in elkaar gezet worden.

Ik heb als hoofdverbinding klemverbindingen gekozen. Ze zijn plaats besparend en vragen geen arbeid omdat je geen extra handelingen moet uitvoeren op de gelaserde stukken. Je hebt bovendien geen gereedschap nodig. Hierdoor reduceer je het aantal stukken en het aantal montagehandelingen.

Iedere arm bestaat uit 2 stukken bij elkaar gehouden door klemmende verbindingsschijfjes. Ik heb ervoor gekozen om overal dezelfde schijfjes te gebruiken zodat er maar 2 stukken zijn die je herhaaldelijk moet kopiëren. Dit heeft als voordeel dat je de stukken niet op een verkeerde plek kunt monteren aangezien ze allemaal hetzelfde zijn.

Ook de armen zijn nagenoeg hetzelfde, maar toch duidelijk genoeg om zonder veel moeite te zien hoe ze in elkaar passen. ik heb gebruik gemaakt van symmetrie voor de plaatsing van de armen (zie T-schijfje) en asymmetrie in de klemverbindingen aan de uiteinden van de armen waardoor de uitlijning vergemakkelijkt wordt omdat alle stukken maar op 1 manier in elkaar passen. Bovendien zorgt de T-vorm van de armconstructie ervoor dat je onmogelijk de constructie fout in de onderplaat kan zetten.

Ik heb de zwaartekracht gebruikt om de ophanging op zijn plaats te houden. Samen met de kracht van de veer zorgt deze voor een grote wrijving waardoor de ophanging niet verschuift tijdens het snijden.

Ik heb voor het punt waar arm 1 en arm 2 samenkomen een combinatie van lijm- en klemverbinding gekozen omdat dit het zwakste punt in de constructie is en de lijm extra ondersteuning geeft. De ophanging zelf is eveneens opgebouwd uit klem- en lijmverbindingen om de stevigheid te vergroten aangezien hij een zware kracht (=de veer + draad) moet kunnen dragen.