Van één behuizing naar een herbruikbaar ontwerp

In het vorige hoofdstuk heb je gezien hoe je een ontwerpfout systematisch kunt terugvinden. Niet door overal tegelijk iets te veranderen, maar door eerst te bepalen wat er werkelijk niet klopt, daarna één oorzaak te onderzoeken en pas dan het ontwerp aan te passen.

Die manier van werken levert meer op dan alleen een passende behuizing.

Als je tijdens het ontwerpen goed hebt bijgehouden welke maten belangrijk zijn, waar toleranties nodig zijn en welke onderdelen steeds terugkomen, heb je namelijk ongemerkt al een basis gelegd voor iets veel bruikbaarders: een ontwerp dat je opnieuw kunt gebruiken.

Dat is een belangrijk verschil.

Je kunt iedere nieuwe behuizing helemaal opnieuw tekenen. Maar als je vaker met een ESP32, dezelfde sensoren, dezelfde schroeven of dezelfde connectoren werkt, teken je dan steeds opnieuw dezelfde gaten, wanddiktes en bevestigingspunten.

Dat hoeft niet.

Een goed ontwerp kun je gebruiken als uitgangspunt voor het volgende ontwerp.

Een behuizing is zelden echt eenmalig

Stel dat je in De Werkplaats een kleine binnensensor hebt gebouwd met:

• een ESP32;
• een SHT41 voor temperatuur en luchtvochtigheid;
• een USB-aansluiting aan de zijkant;
• vier schroeven voor het deksel.

Je hebt de behuizing geprint, gepast en een paar keer aangepast.

Uiteindelijk klopt alles.

De printplaat past goed. De USB-stekker kan erin. Het deksel sluit zonder kracht. De schroefpilaren breken niet af.

Je kunt dit ontwerp nu beschouwen als afgerond.

Maar waarschijnlijk gebruik je later opnieuw een ESP32.

Misschien komt er dan geen SHT41 in, maar een bewegingssensor. Of een lichtsensor. Of een klein display.

De inhoud verandert, maar een groot deel van de behuizing hoeft helemaal niet te veranderen.

Daar begint hergebruik.

Hergebruik betekent niet dat iedere behuizing hetzelfde wordt

Een herbruikbaar ontwerp is geen standaard doos waar je vervolgens ieder project in probeert te proppen.

Dat werkt meestal juist averechts.

Hergebruik betekent dat je onderdelen van een ontwerp bewaart waarvan je inmiddels weet dat ze goed werken.

Bijvoorbeeld:

• een goede wanddikte;
• een passend schuifdeksel;
• een bevestiging voor een ESP32;
• een uitsparing voor USB-C;
• een ventilatiepatroon;
• een schroefpilaar voor een M3-schroef;
• een houder voor een bepaalde printplaat.

Je hoeft dus niet steeds de hele behuizing te hergebruiken.

Soms hergebruik je alleen een klein deel.

Dat is vaak al genoeg om bij een volgend ontwerp tijd te besparen.

Zoek eerst wat werkelijk vaststaat

Voordat je van een ontwerp een herbruikbare versie maakt, is het verstandig om onderscheid te maken tussen twee soorten maten.

De eerste soort hoort bij het project zelf.

Denk aan:

• de lengte van een specifieke printplaat;
• de plaats van één bepaalde sensor;
• de grootte van een display;
• de positie van een kabel.

Die maten kunnen bij het volgende project veranderen.

De tweede soort hoort bij jouw manier van bouwen.

Bijvoorbeeld:

• een wanddikte van 2 millimeter;
• 0,3 millimeter speling rond een deksel;
• de afmetingen van jouw favoriete M3-schroefpilaren;
• de vrije ruimte die je rond een USB-stekker aanhoudt.

Juist die tweede groep is interessant.

Dat zijn de maten waarvan je na een paar proefprints weet: dit werkt op mijn printer en met mijn materiaal.

Wat heb je inmiddels geleerd?

Pak denkbeeldig de laatste behuizing er nog eens bij.

Voordat je verdergaat, probeer eens te voorspellen welke onderdelen je bij een volgende behuizing waarschijnlijk opnieuw zou kunnen gebruiken.

Misschien denk je aan het deksel.

Of aan de bevestiging van de printplaat.

Kijk daarna kritischer.

Welke onderdelen zijn pas na een proefprint goed geworden?

Juist die onderdelen zijn waardevol.

Een maat die je rechtstreeks uit een datasheet hebt overgenomen, kun je later opnieuw opzoeken. Maar een maat die je na drie proefprints hebt aangepast aan jouw Ender 5, jouw filament en jouw manier van monteren bevat ervaring die je niet zomaar uit een datasheet haalt.

Die ervaring wil je bewaren.

Maak van een goed ontwerp eerst een kopie

Wanneer een behuizing goed werkt, is het verleidelijk om diezelfde versie meteen verder te veranderen voor het volgende project.

Doe dat liever niet.

Bewaar eerst een werkende versie.

Je kunt bijvoorbeeld namen gebruiken zoals:

ESP32-behuizing-v1-goedgekeurd

en daarna een kopie maken:

ESP32-behuizing-lichtsensor-v1

De precieze naam is minder belangrijk dan het principe.

Je wilt altijd terug kunnen naar een versie waarvan je weet dat hij fysiek heeft gewerkt.

Dat is vooral handig wanneer een nieuw ontwerp na een aantal wijzigingen opeens slechter past.

Je hoeft dan niet te reconstrueren wat je drie uur geleden hebt veranderd.

Je begint opnieuw bij het werkende uitgangspunt.

Houd een bewezen onderdeel intact

Stel dat je een schroefpilaar hebt gemaakt die goed werkt met een M3-schroef.

De diameter klopt. Het gat is niet te strak. De wand rond het gat scheurt niet.

Bij een volgend ontwerp hoef je die pilaar niet opnieuw uit te vinden.

Je kunt hem kopiëren.

Maar verander hem dan niet meteen omdat hij er in de nieuwe behuizing iets te groot uitziet.

Vraag jezelf eerst af:

Waarom wil ik dit aanpassen?

Als het antwoord alleen is dat een iets kleinere pilaar mooier lijkt, verander je een onderdeel waarvan je weet dat het werkt in een onderdeel waarvan je dat nog niet weet.

Dat kan natuurlijk nodig zijn.

Maar beschouw het dan als een nieuwe test.

Maak herbruikbare bouwstenen

Tinkercad is geen parametrisch CAD-programma zoals sommige uitgebreidere ontwerppakketten. Je kunt daarom niet ieder onderdeel automatisch laten meeschalen op basis van een centrale verzameling variabelen.

Toch kun je prima met herbruikbare bouwstenen werken.

Je kunt bijvoorbeeld een apart Tinkercad-ontwerp maken met onderdelen die je vaker gebruikt.

Denk aan een soort digitale onderdelenbak met:

• M3-schroefpilaren;
• bevestigingsgaten;
• USB-uitsparingen;
• kabeldoorvoeren;
• ventilatiesleuven;
• ESP32-steunen;
• sensorhouders.

Wanneer je een nieuwe behuizing maakt, heb je dan al voorbeelden waarvan de maten in de praktijk zijn getest.

Je hoeft ze niet blind over te nemen.

Maar je hebt wel een betrouwbaar vertrekpunt.

Leg ook vast waarom een maat zo is gekozen

Alleen een maat onthouden is soms niet genoeg.

Stel dat je bij een USB-opening uiteindelijk 1 millimeter extra ruimte hebt toegevoegd.

Over een half jaar zie je die opening terug en denk je misschien:

Dat is wel erg ruim. Ik maak hem iets kleiner.

Daarmee kun je precies dezelfde fout opnieuw introduceren die je eerder al had opgelost.

Daarom is het nuttig om belangrijke ontwerpkeuzes kort te documenteren.

Bijvoorbeeld:

USB-opening 1 mm groter dan connectorhuis, omdat de stekkerbehuizing breder is dan de metalen USB-connector.

Of:

Deksel rondom 0,3 mm speling. 0,15 mm bleek op deze printer te strak.

Dit hoeft geen uitgebreid verslag te worden.

Een paar regels kunnen later al voorkomen dat je oude fouten opnieuw maakt.

Werk met vaste uitgangswaarden

Na een aantal behuizingen zul je waarschijnlijk merken dat bepaalde maten steeds terugkomen.

Je kunt daar eigen standaardwaarden van maken.

Bijvoorbeeld:

Dit zijn geen universele regels.

Dat is belangrijk.

Een maat die op jouw printer goed werkt, hoeft op een andere printer niet precies hetzelfde resultaat te geven.

Materiaal speelt ook mee.

PLA, PETG en andere kunststoffen gedragen zich niet exact hetzelfde.

Zie deze waarden daarom als jouw beginwaarden.

Niet als natuurwetten.

Van kopiëren naar een eigen ontwerpsysteem

Na verloop van tijd ontstaat er iets interessants.

Je begint misschien met één doosje voor één sensor.

Daarna gebruik je hetzelfde deksel bij een tweede project.

Bij een derde project neem je ook de schroefpilaren over.

Nog een paar ontwerpen later heb je vaste keuzes voor:

• wanddikte;
• bevestiging;
• deksel;
• ventilatie;
• kabeldoorvoer;
• toleranties.

Op dat moment ontwerp je niet meer iedere behuizing volledig vanaf nul.

Je bouwt met onderdelen en maten die je al kent.

Dat maakt ontwerpen niet alleen sneller.

Het maakt het ook voorspelbaarder.

Voorspel eerst wat opnieuw zal werken

Dit is een goede oefening wanneer je een bestaand ontwerp hergebruikt.

Voordat je iets verandert, schrijf voor jezelf op:

• welke onderdelen volgens jou direct opnieuw bruikbaar zijn;
• welke onderdelen waarschijnlijk aangepast moeten worden;
• welke onderdelen onzeker zijn.

Stel dat je een bestaande ESP32-behuizing gebruikt voor een nieuwe sensor.

Je voorspelling kan bijvoorbeeld zijn:

• het deksel blijft ongewijzigd;
• de USB-opening blijft ongewijzigd;
• de printplaatsteunen blijven ongewijzigd;
• de sensoropening moet veranderen.

Maak daarna alleen die verandering.

Print indien mogelijk eerst alleen het deel dat onzeker is.

Zo gebruik je opnieuw dezelfde werkwijze als bij foutzoeken: verander één relevante factor tegelijk.

Hergebruik verkleint het aantal onbekenden

Dit is misschien wel het grootste voordeel.

Bij een volledig nieuw ontwerp zijn veel dingen tegelijk onzeker.

Past de printplaat?

Klopt het deksel?

Is de wand dik genoeg?

Past de connector?

Zijn de schroefpilaren stevig?

Wanneer je bewezen onderdelen hergebruikt, verdwijnen sommige van die vragen.

Je weet bijvoorbeeld al:

• dat het deksel past;
• dat de schroefpilaren werken;
• dat de USB-opening groot genoeg is.

Dan hoef je alleen nog te onderzoeken wat nieuw is.

Dat maakt proefprints veel informatiever.

Als er iets fout gaat, is het aantal mogelijke oorzaken kleiner.

Maak niet meteen één universele behuizing

Een veelvoorkomende verleiding is om na een paar ontwerpen meteen één universele behuizing te maken die voor alles geschikt moet zijn.

Met veel gaten, verstelbare steunen en verschillende deksels.

Dat klinkt efficiënt.

Maar meestal maak je het ontwerp daarmee juist ingewikkelder.

Een universele behuizing wordt al snel:

• groter dan nodig;
• moeilijker te printen;
• ingewikkelder te monteren;
• minder duidelijk om later aan te passen.

Het is vaak verstandiger om geen universele behuizing te maken, maar een familie van vergelijkbare ontwerpen.

Bijvoorbeeld:

• kleine ESP32-behuizing;
• ESP32-behuizing met display;
• ESP32-behuizing met ventilatie;
• ESP32-behuizing voor buitengebruik.

Ze kunnen veel onderdelen delen zonder volledig hetzelfde te zijn.

Hergebruik alleen wat je echt hebt gecontroleerd

Een gekopieerde fout blijft een fout.

Daarom hoort een onderdeel pas echt in je digitale onderdelenbak wanneer je het in de praktijk hebt gecontroleerd.

Bijvoorbeeld:

• ontwerp het onderdeel;
• print het;
• pas het echte onderdeel;
• controleer de montage;
• pas zo nodig één maat aan;
• print opnieuw;
• bewaar de werkende versie.

Daarna weet je veel meer dan alleen dat het model er op het scherm goed uitziet.

Je weet dat het in kunststof werkt.

Dat maakt het herbruikbaar.

Bouw je eigen kleine bibliotheek

Je hoeft hier geen ingewikkeld systeem voor op te zetten.

Een paar goed benoemde ontwerpen kunnen al voldoende zijn.

Bijvoorbeeld:

Basisbehuizing ESP32

M3 bevestigingen

USB-C uitsparingen

Ventilatie voorbeelden

Sensorhouders

Wanneer je later een nieuwe behuizing bouwt, kijk je eerst in deze verzameling.

Misschien kun je 70 procent van het ontwerp opnieuw gebruiken.

Misschien maar 10 procent.

Beide zijn winst.

Het belangrijkste is dat je niet steeds opnieuw problemen oplost die je eerder al hebt opgelost.

Een praktisch voorbeeld uit De Werkplaats

Stel dat de eerder gemaakte binnenthermometer goed werkt.

De behuizing bevat:

• een ESP32;
• een SHT41;
• een klein display;
• bevestigingspunten;
• ventilatieopeningen.

Later wil je een vergelijkbare behuizing maken voor een licht- en bewegingssensor.

Je zou helemaal opnieuw kunnen beginnen.

Maar je kunt ook eerst bepalen wat hetzelfde blijft.

De buitenafmetingen kunnen misschien bijna gelijk blijven.

De bevestiging van de ESP32 kan hetzelfde blijven.

Het deksel kan mogelijk rechtstreeks worden overgenomen.

Alleen de voorzijde verandert omdat er andere sensoren doorheen moeten kijken.

In plaats van één compleet nieuw ontwerp maak je dan eigenlijk een variant van iets dat je al begrijpt.

Dat is precies het soort hergebruik dat ontwerpen steeds makkelijker maakt.

Wanneer moet je juist opnieuw beginnen?

Hergebruik is geen doel op zichzelf.

Soms lijkt een bestaand ontwerp bruikbaar, terwijl je eigenlijk te veel compromissen moet maken.

Bijvoorbeeld wanneer:

• de nieuwe printplaat veel groter is;
• connectoren op compleet andere plaatsen zitten;
• de behuizing ineens waterbestendig moet worden;
• de printoriëntatie volledig verandert;
• het nieuwe project veel meer warmte produceert.

Als je merkt dat je steeds meer oude onderdelen moet aanpassen om het nieuwe project passend te krijgen, kan opnieuw beginnen eenvoudiger zijn.

Ook dat is geen mislukking.

Het bestaande ontwerp heeft je dan geholpen om te zien welke eisen werkelijk anders zijn.

Bewaar ook je mislukte varianten

Dat klinkt misschien vreemd.

Waarom zou je een versie bewaren waarvan je weet dat hij niet goed is?

Omdat zo'n ontwerp informatie bevat.

Een te krap deksel laat zien welke tolerantie niet werkte.

Een afgebroken schroefpilaar laat zien welke wanddikte te klein was.

Een slecht bereikbare USB-poort laat zien hoeveel montageruimte je werkelijk nodig hebt.

Je hoeft niet iedere tussenversie eindeloos te bewaren.

Maar belangrijke mislukkingen kunnen nuttig zijn wanneer je later wilt terugzoeken waarom een bepaalde maat is veranderd.

Een goed ontwerp wordt steeds minder spannend

Bij je eerste behuizing zijn bijna alle maten nieuw.

Iedere proefprint bevat verrassingen.

Na een aantal projecten verandert dat.

Je weet inmiddels welke wanddikte meestal werkt.

Je kent de speling die jouw printer prettig vindt.

Je hebt een paar bevestigingen die je vertrouwt.

Je weet hoeveel ruimte een kabel ongeveer nodig heeft.

Daardoor besteed je steeds minder tijd aan de basis en steeds meer tijd aan wat een project uniek maakt.

Dat is een teken dat je niet alleen losse 3D-modellen maakt.

Je ontwikkelt een manier van ontwerpen.

Wat je uit dit hoofdstuk kunt meenemen

Een goede behuizing hoeft geen eenmalig ontwerp te blijven.

Wanneer je onderdelen hebt ontworpen, geprint en gecontroleerd, kun je ze gebruiken als bouwstenen voor volgende projecten.

Bewaar daarom altijd een werkende versie voordat je verder gaat experimenteren.

Maak onderscheid tussen projectspecifieke maten en maten die bij jouw manier van bouwen horen. Vooral die laatste categorie wordt na verloop van tijd waardevol.

Leg belangrijke toleranties en ontwerpkeuzes kort vast, zodat je later niet dezelfde fouten opnieuw introduceert.

Gebruik bewezen onderdelen opnieuw, maar beschouw iedere aanpassing aan zo'n onderdeel als een nieuwe test.

En probeer niet te vroeg één universele behuizing voor alles te maken. Een verzameling vergelijkbare ontwerpen met gedeelde onderdelen is meestal praktischer.

Hoe meer gecontroleerde onderdelen je verzamelt, hoe minder onbekenden ieder volgend ontwerp bevat.

Zo verandert één passende behuizing langzaam in iets veel nuttigers: een eigen verzameling ontwerpkennis waarop je bij ieder volgend project kunt voortbouwen.