Naukowcy wykorzystujący drukowanie 3D do stworzenia ergonomicznie doskonałego przełącznika klawiatury

Według danych Biura Statystyki Pracy Departamentu Pracy Stanów Zjednoczonych, powtarzających się urazów wywołanych przeciążeniem lub RSI, z mikro zadań, takich jak użycie klawiatury, w której pracownicy spędzili 25 000 godzin z dala od pracy w 2015 roku. Właśnie dlatego ergonomia wydrukowana w 3D dla klawiatur i innych akcesoria komputerowe są często badane. Ale para naukowców z Ohio University postanowiła przyjrzeć się roli przełącznika klawiatury, aby obniżyć siły uderzenia użytkownika jako sposób na poprawę ergonomii.

Alec Peery i Dušan Sormaz z uniwersytetu Russ College of Engineering and Technology napisał artykuł zatytułowany "Przełączniki 3D z kompozytowymi przełącznikami klawiszowymi" o używaniu drukowania 3D do eksploracji tego nowego obszaru projektowania przełączników klawiatury CD3D .

Streszczenie artykułu brzmi: "Ten dokument pokazuje, w jaki sposób można drukować 3D, aby stworzyć kompozytowy (plastikowy i gumowy) przełącznik klawiatury, który jest ergonomicznie lepszy od tradycyjnego formowania wtryskowego przełącznik z tworzywa sztucznego. Prototypowy przełącznik opracowany w tym projekcie ma na celu zredukowanie sił uderzenia spowodowanych użyciem klawiatury wywieranej na palce użytkownika poprzez "amortyzację" działania polegającego na wyłanianiu przełącznika podczas naciskania klawisza. Ta koncepcja ma duże znaczenie dla przemysłu, ponieważ ma na celu ograniczenie nadużyć związanych z pracą na komputerze, część 20 miliardów dolarów rocznie z tytułu rekompensat dla pracowników w Stanach Zjednoczonych. Komercyjny przełącznik klawiatury Cherry MX został zmodyfikowany poprzez modelowanie CAD i drukowanie 3D w celu włączenia obszarów tłumienia w dolnej połowie obudowy przełącznika. Obudowy przełączników zostały jednocześnie wydrukowane w 3D za pomocą plastiku i gumy, a ich właściwości tłumienia siły zostały przetestowane za pomocą mikrokontrolera Arduino UNO i rezystora wykrywającego siłę spoczywającego na kluczowych wierzchołkach. "

Najbardziej znany klucz przełączający dla większości użytkowników jest gumowym przełącznikiem kopułkowym, ale jego średni cykl życia jest znacznie mniejszy niż w przypadku mechanicznych przełączników klawiatury. Nie jest to również element oparty na komponentach, co oznacza, że ​​arkusz gumy, który układa się na PCB, jest jedynym elementem, który dyktuje odczuwanie przełącznika; Przełączniki mechaniczne umożliwiają zamianę trzonka i sprężyny zgodnie z preferencjami użytkownika. Wreszcie, gumowy przełącznik kopułkowy nie może zostać uruchomiony bez kontaktu materiału przewodzącego z płytką poniżej, co oznacza, że ​​siła od dołu jest przenoszona na użytkownika za każdym naciśnięciem klawisza - co ulepszyło przełączniki mechaniczne. < p> Thenaukowcy wykorzystali do swojej pracy drukarkę 3D Connex PolyJet z serii Objet350, która pozwoliła im zbadać drukowanie 3D przełącznika, który utrzymywałby tradycyjne plastikowe prowadnice o niskim współczynniku tarcia w celu płynnego uruchamiania, ale wykorzystałby elastyczną podstawę do pochłaniania uderzenia klawisza.

"Dlatego głównym celem tego artykułu jest zbadanie implikacji i wyników drukowania 3D mechanicznej obudowy przełącznika klawiatury z gumowymi obszarami tłumiącymi, aby pochłonąć siłę użytkownika przed uderzeniem w klucz", napisali Peery i Sormaz. "Jest to szczególnie interesujące, gdy zostanie podświetlone, że przeciętny użytkownik wykorzystuje 2-7 razy wymaganą siłę potrzebną do uruchomienia klucza."

Kupili komercyjne modele przełączników, aby pomóc odtworzyć obudowę przełącznika dolnego z obszary tłumienia trzpienia, przekrój je, a następnie modelowane zmienione przełączniki za pomocą oprogramowania CAD, przed wydrukowaniem 3D większości obudowy przełącznika z nylonu. Naukowcy wykorzystali mikrokontroler Arduino UNO i 10-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy, podłączony do rezystora wykrywającego siłę (FSR), aby stworzyć urządzenie do testowania przełączników drukowanych 3D z obszarami tłumiącymi w niższych obudowach względem przełączników komercyjnych i przełączników drukowanych 3D, oba bez obszarów tłumienia.

"Aby zasymulować naciśnięcie klawisza, 150-gramowy cylinder aluminiowy został upuszczony z wysokości 125 mm na FSR spoczywający na górze trzpieni przełącznika 30 razy dla każdego z 3 przełącz konfiguracje. Im większa siła przenoszona z cylindra aluminiowego do FSR, tym wyższe napięcie drukowane na konsoli oprogramowania Arduino - wyjaśnił naukowiec. "Dane zostały następnie przefiltrowane w Excelu i posortowane od najwyższego do najniższego, a najwyższe napięcie na kroplę zostało zapisane."

Podczas gdy brakowało pewności danych, wyniki wykazały, że zmniejszenie siły uderzenia było widziałem, że to było oczekiwane; Peery i Sormaz napisali, że muszą tylko udoskonalić swoją metodę testowania i "właściwie scharakteryzować przełączniki, aby można było dokonywać bardziej drobnych zmian i pewniej je wykrywać."