HacKeyboard, um teclado mecânico de hardware aberto – parte III

Olá a todos! Esta é a terceira parte da publicação sobre a construção do HacKeyboard. Caso não tenham visto as anteriores, podem ver aqui:

[HacKeyboard, um teclado mecânico de hardware aberto – parte I]

[HacKeyboard, um teclado mecânico de hardware aberto – parte II]

Remoção das teclas e dessoldagem dos interruptores

Interruptor Monterey k108 SMK alps mount

A primeira coisa que fiz foi remover as teclas. A maior parte delas saiu simplesmente puxando-as para cima e as mais teimosas saíram usando uma pequena alavanca. Depois desaparafusei todos os parafusos da caixa do teclado, abri-a e finalmente comecei a dessoldar os interruptores utilizando um ferro de soldar e um chupa-soldas. Tive de ter algum cuidado para não partir os pinos, que podiam partir-se facilmente se fossem dobrados demais. Na figura embaixo podem ver como são os interruptores por dentro. O interruptor não está a fazer o “click” e por isso decidi abri-lo para ver o que estava mal. Era simplesmente um pequeno contacto de metal que não estava dobrado como devia. Coloquei-o na posição certa e começou a fazer o “click” novamente. 🙂

Interruptor Monterey k108 SMK alps mount

Fazer “Retr0brighting” às teclas (passo opcional)

Este passo é opcional e pode ser útil quando as teclas dos teclados antigos estão amareladas demais. Neste projecto não tive de o fazer, mas já o tinha feito antes para restaurar as teclas de alguns teclados antigos antes. Os plásticos de muitos dispositivos electrónicos têm um componente retardador de fogos chamado Bromo que é responsável pelo amarelecimento dos plásticos quando estão em contacto com a luz e com o oxigénio. É por isso que se mantiverem os vossos dispositivos electrónicos antigos fechados numa caixa eles não irão mudar de cor tanto como se estiverem expostos a estes dois componentes. De uma maneira simples, este componente “remove” o oxigénio do plástico para retardar os fogos e ao fazê-lo, faz com que o plástico mude de cor.

Acontece que algumas pessoas com conhecimentos de química e com paixão pelos computadores antigos descobriram uma maneira de reverter a cor dos plásticos para a cor original. Mais uma vez, de uma forma simples, arranjaram maneira de devolver o oxigénio ao plástico. Caso estejam interessados em saber mais sobre este processo, vejam aqui o artigo que escrevi sobre o assunto: Retr0bright de plásticos de computadores vintage.

Construção da caixa do teclado

O design da caixa do teclado foi inspirado no design de outros teclados que vi online. Decidi que iria optar por uma caixa simples com 4 camadas de acrílico: camada superior, 2 anéis intermédios e uma camada inferior. A camada superior teve de ser fresada para ter um recorte quadrado para cada interruptor ALPS. Utilizando um paquímetro digital medi todas as teclas de tamanhos diferente e as dimensões dos interruptores e comecei a desenhar a camada superior no FreeCAD, que é um excelente software open source para desenho em 3D. Uma vez terminada a camada superior, desenhei os anéis intermédios e a camada inferior, que foram bem mais simples. A camada inferior é semelhante às camadas intermédias mas sem o corte interior. Podem obter os meus ficheiros do FreeCAD aqui e adaptá-los às vossas próprias ideias. Também podem obter o layout do teclado em formato vectorial aqui.

No caso de estarem a fazer o vosso próprio teclado e fizerem algumas modificações, quando as terminarem devem exportar os desenhos como .svg ou .dxf, que são tipos de ficheiros geralmente suportados pelos softwares de CAM (Computer Aided Manufacturing).

placa superior HacKeyboard FreeCAD

placa intermédia HacKeyboard FreeCAD

Depois foi uma questão de importar os ficheiros no HeeksCAD, gerar os caminhos de corte utilizando as operações de Perfil (ficheiros do HeeksCAD aqui). Depois usei a minha CNC caseira TheMaker2 para fresá-las a partir de placas de acrílico vazado de 3mm que tinha numa caixa no meu laboratório. Para fixar a placa de acrílico à mesa coloquei cola quente em vários pontos à volta da placa. Uma vez que ia ser o trabalho de fresagem mais longo que iria fazer e não tinha placas de acrílico à conta para o que precisava quis ser cuidadoso com o processo de fresagem. Para evitar eventuais problemas, defini os caminhos de corte de modo a que o mesmo fosse feito em pequenos passos no eixo do Z (0.5mm) e a baixa velocidade de corte. Só a fresagem da placa superior levou cerca de 6 horas. As camadas do meio e de baixo foram bastante mais rápidas. Levou algum tempo até fresar tudo, mas no finam saiu tudo na perfeição! 🙂

HacKeyboard HeeksCAD

TheMaker2 fresar placa superior

TheMaker2 fresar placa superior

TheMaker2 fresar placa superior

placas intermédias e inferior

Se tentarem seguir o mesmo procedimento, certifiquem-se que estão a usar acrílico vazado. Este tipo de acrílico pode ser maquinado sem grandes problemas, sem derreter. Pelo contrário, se tiverem acrílico extrudido, este irá derreter à volta da fresa, que é coisa que certamente não irão querer.

Uma vez que usei uma fresa com raio de 1.5mm, os cantos interiores dos recortes para os interruptores também tinha um raio de 1.5mm. Para conseguir inserir os interruptores nos recortes tinha de ter um ângulo perfeito de 90º. Para corrigir este problema utilizei uma pequena lima e limei todos os cantos interiores dos recortes (sim, tive de limar 89×4 = 356 cantos à mão 🙂 ).

Desbaste cantos interiores recortes

Cantos interiores limados

Neste ponto testei todas as peças que já tinha prontas para ver se tudo encaixava como planeado e se não tinham sido cometidos quaisquer erros. Coloquei todos os interruptores e teclas nos devidos locais e meti as quatro camadas de acrílico umas em cima das outras para detectar eventuais problemas. Esta pré-montagem serviu também para ter uma primeira visão de como iria ser o aspecto e peso do teclado e fiquei bastante satisfeito com o resultado 🙂 Estava tudo perfeitamente alinhado e com bom aspecto 🙂 .

colocação interruptores teclas

traseira placa superior

Teste da montagem

alinhamento das camadas

Teste da montagem do HacKeyboard

Tudo perfeitamente alinhado! E com bom aspecto! 🙂 Luz verde para continuar!

Prossegui então para o próximo passo que consistiu em colar as duas camadas do meio com super cola. Neste passo foi preciso ter muito cuidado para que ficassem perfeitamente alinhadas. Se tivesse acrílico de 6mm disponível poderia ter feito um único anel em vez de dois, evitando assim este passo e o aspecto também seria ligeiramente melhor.

cola camadas intermédias

Camadas intermédias coladas

Depois de ter as camadas intermédias coladas, marquei alguns pontos para fazer os furos de montagem em todas as camadas e usei o berbequim de bancada para fazer furos de 2mm apenas nas camadas de baixo e intermédias. Não fiz este passo na CNC porque não tinha nenhuma fresa de 2mm no momento em que fiz a fresagem. Fiz um total de 10 furos:

  • 4 nos cantos, a 3mm das arestas exteriores;
  • 2 no meio, a 3mm das arestas superior e inferior;
  • 4 furos a 1/4 e a 3/4 do lado mais comprido, também a 3mm das arestas superior e inferior.

Se estiverem a construir o vosso próprio teclado, lembrem-se, não furem a camada superior neste passo, apenas as camadas inferior e intermédias.

furação 2mm

Na camada superior usei a Dremel para abrir umas cavidades para colocar umas porcas M2. O espaço restante à volta das porcas foi preenchido com resina de epoxy, que também segurou as porcas M2 no lugar. Para evitar que a cola entrasse para a rosca da porca, coloquei os parafusos na porca antes de aplicar a cola.

cavidade placa superior porca m2

cavidade placa superior porca m2

cola epoxy

cola epoxy secar

Quando a cola estava completamente seca, removi os parafusos e usei um x-acto e uma pequena lima para remover o excesso de cola até que a superfície ficasse nivelada com o acrílico.

excesso cola removido

Remoção resina excesso rosca broca

Como não achei que ficasse esteticamente apelativo, não quis que as cabeças dos parafusos ficassem à vista fora da placa de acrílico. Para corrigir esta questão usei o berbequim de bancada para abrir pequenas cavidades para as cabeças dos parafusos na camada inferior. Se estiverem a tentar fazer isto, tenham muito cuidado neste passo porque só podem ir até 2mm de profundidade. Caso contrário irão furar a placa de acrílico de um lado ao outro, que é algo que não querem que aconteça.

cavidade na placa inferior

Quando anteriormente montei as peças todas verifiquei que a tecla “Enter” podia ficar um pouco presa se fosse pressionada nos cantos. Uma vez que a tecla é grande e os interruptores não foram feitos para suportar forças laterais, poderia tornar-se desconfortável usar a tecla assim. Para resolver isto decidi adicionar uns clips estabilizadores na parte inferior da tecla, tais como os usados em teclas grandes como a barra de espaços e o Shift direito. Estes clips são usados para encaixar um pequeno arame que distribuí a força aplicada a teclas longas, de maneira que a força seja aplicada verticalmente, mesmo que a tecla seja pressionada no canto. Para fazer os encaixes do arame usei uns bocados de PVC rígido e pequenas limas e serras. Fiz o melhor que consegui para fazê-las semelhantes às do Shift Direito que podem ver nas fotos. Fi-los manualmente porque eram peças muito pequenas e não tinha nenhuma outra forma de as fazer. Se na altura já tivesse uma impressora 3D, certamente que as tinha desenhado e impresso. Para fazer o arame com a forma apropriada para o estabilizador usei uns clips de papel e um alicate pequeno. Depois de tudo pronto, colei os encaixes do arame à parte de baixo da tecla com cola de epoxy.

encaixe PVC estabilizador

encaixe pvc estabilizador

Estabilizador da tecla Enter pronto

Estava então na altura de colocar os “ganchos” dos estabilizadores na camada superior, que tinham sido removidos do teclado Monterey K108 original. Para colocar estes “ganchos” na camada superior, mais uma vez usei a Dremel para abrir algumas cavidades mais ou menos nas posições certas, coloquei os “ganchos” no interior e enchi-as com resina de epoxy. Para garantir que os “ganchos” ficavam nas posições certas, montei os interruptores e as teclas com estabilizadores nos respectivos locais enquanto a resina de epoxy estava a secar. Assim que a resina secou, removi os interruptores e usei um x-acto e pequenas limas para remover o excesso de resina.

gancho aproveitado do teclado monterey k108

Abertura cavidades ganchos estabilizadores

Teste colocação ganchos estabilizadores

teclas montadas secagem resina

Resina secar tecla enter

excesso resina removido

Uma vez que por baixo da barra de espaços havia umas pequenas peças de plástico para alinhamento da tecla, tive de fazer uns pequenos guias para os mesmos, que foram também colados ao acrílico com resina de epoxy. Os guias foram feitos de pequenos pedaços de varão de PVC furado ao centro. Para garantir que ficariam colados no local certo, coloquei a tecla da barra de espaços no sítio e pressionei-a umas quantas vezes para alinhar os guias e depois deixei a resina secar. Depois de seca, removi a tecla e o interruptor.

guias barra espaços

Finalmente, estava na altura de tornar o teclado mais bonito, em vez de um conjunto de acrílico riscado com buracos e resina 🙂 .

Primeiro montei as quatro camadas de acrílico e usei uma lixadora eléctrica para remover pequenos desalinhamentos entre as camadas. Tinham de ficar perfeitamente alinhadas e encaixadas! 🙂

Para esconder todas as cavidades feitas com a Dremel e preenchidas com resina de epoxy, usei vinyl de fibra de carbono. Apliquei-o nas camadas superior e inferior. Para aplicar o vinyl de fibra de carbono usei a pistola de ar quente para o aquecer e lentamente fui esticando até cobrir completamente as camadas de acrílico. Um secador de cabelo também podia ter sido usado mas não tinha nenhum no meu laboratório 🙂 . Se forem tentar aplicar o vinyl têm de ser muito pacientes, especialmente na camada superior, que tem algumas partes salientes. Apliquem com calma, aqueçam, estiquem bem e se virem bolhas a aparecer puxem para trás um pouco e façam outra vez. Levem o vosso tempo e tenham calma. Se tiverem cuidado até conseguem enrolá-lo à volta da aresta até à parte inferior da placa sem deixarem quaisquer rugas.

aplicação vinyl fibra carbono placa inferior

aplicação vinyl fibra carbono placa inferior

Placa inferior pronta

aplicação vinyl fibra carbono placa superior

aplicação vinyl fibra carbono placa superior

corte excesso vinyl

corte recortes quadrados x-acto

placa superior pronta

Depois de conseguir aplicar o vinyl de fibra de carbono à volta da aresta, usei o x-acto e cortei o excesso nas camadas superior e inferior. Na camada superior também usei o x-acto para fazer todos os 89 recortes quadrados.

Finalmente foi altura de montar a caixa toda e aplicar uns pés de borracha na camada inferior. Os pés de borracha que usei podem ser encontrados em muitas lojas. Usei três pequenos junto à aresta inferior que fica mais próxima do utilizador e dois maiores na outra aresta para dar ao teclado alguma inclinação.

pés de borracha

HacKeyboard inclinação

Uma vez que o desenho da PCB foi feito depois, não deixei quaisquer recortes nas camadas intermédias para passar os conectores micro USB. Os recortes foram abertos mais tarde utilizando a minha TheMaker2 CNC e uma pequena lima. Para abrir o recorte, cortei uma secção de 27mm da segunda camada (a contar de baixo), a 55mm da aresta direita do teclado.

Depois deste passo, a caixa ficou pronta e procedi ao desenho da electrónica e PCB.

Estão a gostar do projecto? Sigam o link para ler o resto e para ver o conjunto completo de fotos da construção: [HacKeyboard, um teclado mecânico de hardware aberto – parte IV]


Achou esta publicação útil? Deseja contribuir para outros projectos envolvendo ciências computacionais, electrónica, robótica ou mecatrónica que serão publicados neste blog? Se sim, pode fazer uma doação utilizando o botão do Paypal abaixo. Obrigado! 🙂

Donate