Модульный органайзер для хранения выводных электронных компонентов

В наше время основным вариантом исполнения радиоэлектронных компонентов является SMD, и можно с уверенностью сказать, что пик популярности компонентов с проволочными выводами давно прошел. Это вполне понятно, ведь они дороже, занимают слишком много места на печатных платах, а также требуют сверления отверстий и ручной установки. Тем не менее, еще со времен радиокружка у меня сохранилось достаточно большое количество выводных резисторов, добытых тогда из всевозможных плат. Хоть эти резисторы и морально устарели, я всё равно стараюсь их использовать и по сей день, если нет ограничений на габариты устройства – ну, не выкидывать же вполне исправные компоненты. А раз есть компоненты, значит, их надо как-то хранить. Об одном из возможных органайзеров для таких компонентов и пойдет сегодня речь.

---

На самом деле, разных вариантов хранения выводных компонентов достаточно много. Например, одним из самых старых и известных, наверное, каждому способов является использование пустых спичечных коробков. Несмотря на большое количество недостатков, этот способ был невероятно популярен во времена пост-СССР, ведь размер спичек был сопоставим с размерами электронных компонентов, а сами спички были практически в каждом доме, то есть, пустые коробки доставались радиолюбителям совершенно бесплатно. Поэтому такие коробки не выбрасывались, а тщательно собирались, а также просились у соседей. Когда их набиралось достаточное количество, то с помощью «конторского клея» (жидкое стекло ныне) они склеивались в большой органайзер, куда и раскладывались всевозможные электронные компоненты. Если органайзер заканчивался, также легко можно было подклеить к нему новые коробки или даже склеить второй такой же, так что проблем с количеством ячеек можно сказать, что не было.

Конечно же, и у меня тоже сначала был именно такой органайзер, но с течением времени мне всё больше и больше надоедало мириться с его недостатками, так что я стал искать альтернативные способы хранения. Не помню уже парочки промежуточных вариантов, но в какой-то момент я остановился на таких боксах:


Они оказались оптимального для резисторов размера, достаточно надежными, чтобы выдерживать падение, достаточно плотными, чтобы их можно было переворачивать без риска перемешивания резисторов, а также позволяли легко устанавливаться вертикально друг на друга, чтобы их было удобно хранить в полностью забитом шкафу. Основных недостатков у них было два – ячейки были частью корпуса и не вытаскивались из него по отдельности, а самих ячеек в боксе было всего 11, в то время как для хранения резисторов нужно хотя бы 12 штук, чтобы разместить там стандартный ряд Е12 с паспортным отклонением 10%.


Тем не менее, на тот момент я решил, что с такими недостатками я смириться готов, после чего следующие лет 15 все мои выводные резисторы небольшой мощности хранились именно в этих боксах. И, скорее всего, так было бы и дальше, если бы пару лет назад я не познакомился с проектом Gridfinity, предлагавшим открытое модульное решение для хранения практически любых компонентов и расходных материалов, которое можно было спроектировать именно под свои нужны и распечатать самому на 3Д-принтере. Пару лет я периодически посматривал на этот проект, но печатать себе так и не решался – основными стопперами для меня были размер базовой ячейки Gridfinity 42x42 мм, что не очень вписывалось в мои представления о хранении компонентов, а также достаточно широкий, на мой взгляд, профиль дна ячеек.

И если первую проблему еще можно отчасти обойти кастомным размером ячеек, задаваемым, например, в генераторе, то вторая является, по сути, стандартом Gridfinity. Конечно, можно было не обращать внимание на такие мелочи и просто распечатать наиболее подходящий по размерам вариант, однако меня не отпускала мысль, что если уж печатать органайзер, то его параметры должны быть не просто близкими к желаемым, а прямо идеальными – иначе какой вообще смысл в использовании 3Д-печати, если на выходе не будет именно то, что я хочу? И основываясь на этих мыслях я всё время прокрастенировал, откладывал решение вопроса на будущее.

Но тут вдруг случайно я натолкнулся в интернете на модель кейса для Gridfiniy, который мне очень понравился. Он сочетал в себе простой, но одновременно стильный и функциональный дизайн, перед которым я не устоял. Тогда я решил, что смогу подобрать подходящий для меня размер коробочек в генераторе, после чего подгоню кейс под полученные размеры сборки из 12 ячеек. Для этого я связался с автором и попросил у него исходные файлы модели кейса, на что получил вежливый ответ, что лучше я сообщу ему необходимые размеры, а он сделает все нужные мне файлы сам.

Такой поворот событий меня немного притормозил, потому что на тот момент я просто не знал, какие именно размеры мне нужны. Я планировал поэкспериментировать с разными размерами в сборке Solidworks, после чего уже выбрать наиболее подходящий мне вариант. Как итог, идея напечатать органайзер отложилась еще на пару месяцев. Но желание полностью не пропало, поэтому однажды вечером, в очередной раз доставая резисторы из своих боксов с 11-ю ячейками я вдруг понял, что ничто не мешает мне нарисовать свою Гридфинити со своим кейсом и ячейками. Сказано – сделано, через еще примерно неделю внутренней борьбы воодушевляющего «я смогу!» с опустошающим «да нафиг надо?» я окончательно решил приступить к решению задачи.

По традиции, сначала изложу требования к будущему органайзеру:

1. Общий размер органайзера должен быть близким к размеру существующих боксов, то есть, примерно 220х120х30 мм, чтобы их можно было ставить друг на друга.
2. Органайзер надежно защищает резисторы от перемешивания даже при его перевороте.
3. Ячеек должно быть 12, и в каждую из них должен помещаться выводной резистор без какого-либо загибания выводов.
4. Каждая ячейка должна легко вытаскиваться из кейса, чтобы её содержимое можно было высыпать на стол, покопаться в нем, после чего убрать обратно.
5. Все модели печатаются на стандартных настройках и без поддержек.
6. Весь органайзер выполняется целиком из печатных деталей без использования какого-либо крепежа.
7. Профиль дна ячейки меньше, чем в Gridfinity.

В качестве базы для своего органайзера я решил взять ту же Gridfinity – поскольку она была представлена достаточно давно, собрала немало положительных отзывов, очевидно, что она неплохо продумана и уже избавлена от «детских болезней». При этом, всё, что необходимо о ней знать, помещается на одной единственной схеме:


Профиль дна ячейки у Gridfinity, на мой взгляд, достаточно громоздкий. Возможно, для больших боксов это самое то, но для маленьких ячеек можно сделать и поменьше. Вот с него и начну:


На первом чертеже изображен профиль дна ячейки, на втором – профиль дна кейса, куда будут устанавливаться такие ячейки. В собранном виде это выглядит так:


Зазор межу ячейкой и кейсом составляет около 0.2 мм с каждой стороны, чего вполне достаточно для современных 3Д-принтеров, чтобы полученные детали свободно входили друг в друга, но и не особо болтались. Расстояние между соседними ячейками будет 0.5 мм, а между крайними ячейками и стенками кейса – 0.25 мм.

Толщину внешних стенок кейса, исполнение петель и защелок я решил скопировать практически один-в-один из модели, которая мне понравилась. В итоге, получилось, что боковые и задняя стенки имеют толщину 2.5 мм внизу и 4.5 мм в месте утолщений, а передняя – на 1 мм больше (3.5 и 5.5). Такое увеличение делается только на нижней половинке кейса, на верхней в этом месте получается 1 мм пустого пространства, что необходимо для свободного открывания крышки, иначе она будет цеплять передний край ячеек. Дополнительно к этому петли и защелки добавляют по 7 мм к глубине кейса спереди и сзади. Таким образом, внутренние полезные размеры получаются на 4.5*2 = 9 мм меньше в длину и на 4.5 + 5.5 + 7*2 = 24 мм меньше в глубину, чем внешние размеры кейса. Высоту крышки кейса я решил также взять из модели, и она составляет 12.8 мм.

Зная эти параметры, можно рассчитать и все остальные размеры модели. Я выбрал, что ячейки под каждый номинал резисторов будут узкими и длинными, чтобы помещаться в один ряд внутри кейса. Тогда в каждую из них можно будет легко положить выводной резистор с расправленными необрезанными выводами. Таким образом, установочное место под каждую ячейку будет иметь размеры 18х96 мм (сама ячейка – 17.5х95.5 мм), общий блок на 12 ячеек – 216х96 мм, а весь кейс – 225х120 мм. Высота кейса будет 30 мм, верхняя крышка – 12.8 мм, основание – 17.2 мм. Толщину нижней и верхней стенок я выбрал 2 мм, что дает высоту бокса 25.5 мм и 0.5 мм запаса.

На всякий случай (лично мне это на практике не нужно) я решил предусмотреть возможность установки одной ячейки в другую, как у Gridfinity. Для этого придал верхнему краю ячейки вот такой профиль:


За счет этого ячейки могут входить друг в друга:


Также я сделал внутри ячейки небольшой выступ, за который будет удобно цепляться пальцем, чтобы вытаскивать ячейки из бокса. А верхняя граница этого выступа оказалась идеальным местом, чтобы разместить номинал хранимых резисторов. Маркировку я «вырезал» углублением 0.4 мм, которое предполагал впоследствии заполнить какой-либо цветной субстанцией. В итоге, получилась вот такая ячейка:


Теперь пришло время проектирования кейса. Исходя из выбранных ранее параметров и профиля дна ячейки сначала была создана нижняя часть кейса. Металлически винты М3, использованные автором оригинального кейса Gridfinity для крепления петель и защелок я решил заменить на пластиковые печатные стержни диаметром 3.5 мм, которые потом будут просто вплавлены или вклеены в соответствующие отверстия. Для удобства поиска деталей, с левого бока основания кейса я разместил диапазон номиналов резисторов, которые будут здесь храниться. На этот раз сделал это не углублением, а выпуклостью:


Затем попробовал «установить» пару ячеек в основание кейса, вроде получилось неплохо:


Следующим шагом необходимо было спроектировать крышку кейса. Сделал это по аналогии с нижней частью, получилось уже быстрее:


Для того, чтобы полностью исключить случайное перемещение резисторов между ячейками при перевороте кейса, с внутренней стороны крышки я разместил небольшие выступы, которые входят в ячейки сверху при закрытии органайзера:


Наконец, финальная сборка кейса:


Для фиксации кейса в закрытом состоянии необходимы две пластиковые защелки. Я решил практически не переделывать оригинальные, только чуть удлинил их ручки и адаптировал для пластиковых стержней:


Когда все модели были созданы, настал момент переходить к их печати, которую я начал с ячеек, для чего выбрал яркий оранжевый пластик. Первоначально я сделал у ячейки толщину стенок 1.5 мм, но после печати понял, что это слишком много, и 1 мм было бы вполне достаточно, поэтому переделал модель на меньшую толщину (на чертежах выше уже обновленная модель). Также я попробовал заполнять маркировочное углубление различными способами – маркер, ручка, акриловые краски, лак и даже затирка для плитки, но хорошего результата получить не смог. Лучше всего получилось с затиркой для плитки, но даже с ней внешний вид мне нравился не очень:


Поэтому я решил вернуться к стандартному варианту обычных печатных этикеток, а маркировочное углубление просто убрал из модели и в таком виде распечатал недостающие 9 ячеек (три уже были распечатаны ранее, пока я подбирал параметры):


Конечно же, после печати я проверил, как ячейки входят друг в друга. Сюрпризов тут не оказалось:


Затем было распечатано дно кейса, для которого я взял легкий бежевый цвет, изначально приобретенный под названием «слоновая кость». Также я заменил базовую пластину на столе принтера на «шершавую», так как такая текстура очень хорошо скрывает мелкие недочеты печати, да и вообще прекрасно подходит для корпуса органайзера:


К сожалению, я давно не печатал на этой пластине и подзабыл, что для нормальной адгезии к ней необходимо увеличить поток первого слоя на 20-25%, чтобы он лучше заполнял все неровности, в результате чего в процессе печати края детали немного отклеились. А так как заметил я это только после окончания печати, то выбрасывать полностью готовую деталь и печатать заново мне категорически не хотелось. К счастью, основная геометрия линии соприкосновения с крышкой не пострадала, пришлось только немного погреть феном дно, чтобы ячейки правильно вставали на свои места. Но при печати крышки я свою ошибку учел, и крышка уже распечаталась без нареканий:


Далее я вернул оранжевый пластик и распечатал защелки и крепежные стержни:


Теперь весь комплект в сборе:


И можно приступить к сборке, которая заняла буквально пару минут:


В собранном виде органайзер получился невероятно крутым! Он прекрасно лежал в руках, обладал отличной жесткостью, не люфтил, а пластиковые защелки работали, ну, просто идеально. Поскольку доставать дихлорметан мне было лень, крепежные стержни я зафиксировал капельками суперклея. Он, конечно, клеит PETG сильно хуже, чем ДХМ, но нагрузки на стержни в этом направлении минимальные, так что выдержит. Теперь оставалось только поместить внутрь все 12 ячеек:


Надо сказать, что они отлично вошли в свои посадочные места, кроме, если только, парочки крайних – из-за отрыва дна органайзера от стола во время печати зазоры в этих местах «поехали». Тем не менее, они тоже и вставляются, и извлекаются из кейса достаточно легко. Закрывается кейс с ячейками тоже прекрасно, в общем, никаких претензий к созданным моделям у меня нет.

Теперь немного о грустном – органайзер получился не только качественным и жестким, но и весьма тяжелым. В полностью собранном виде без полезной нагрузки его вес составил целых 326 грамм:


Это очень много, ведь пустой старый органайзер весил всего лишь 120 грамм!


Конечно, за качество надо «платить», но органайзер определенно следует облегчить в следующей версии. Но об этом я напишу ниже, а пока осталось доделать последний «штрих» — наклеить на ячейки маркировку номиналов хранимых резисторов. Для этого я нарисовал в фотошопе 12 прямоугольников нужного размера с текстом маркировки внутри, распечатал их на лазерном принтере, после чего заклеил с лицевой стороны полученную распечатку обычным скотчем, а на тыльную сторону наклеил полоску двухстороннего скотча:


Далее разрезал их по линиям прямоугольников и наклеил на ячейки. Получилось, конечно, не так эффектно, как хотелось изначально, но прекрасно читаемо, а, значит, удобно и практично:


Теперь оставалось лишь только положить резисторы в ячейки:


Для интереса решил взвесить загруженный органайзер, получил вес 464 грамма:


Настало время подвести итоги. Органайзер получился просто шикарным, внешне смотрится ничем не хуже покупных, даже не сразу можно понять, что он напечатан. По функциональности он тоже на твердую пятерку, все изначально поставленные к нему требования были полностью выполнены. Правда, он получился весьма тяжелым – практически в три раза тяжелее предыдущего, но, во-первых, не стоит забывать о модульности, а, во-вторых, здесь есть небольшой задел для улучшения. Конечно, до 120 грамм вес довести не получится абсолютно никак, но, думаю, до 250 снизить вполне реально.

Что касается себестоимости, то если для упрощения считать один грамм пластика как один рубль, себестоимость органайзера оказывается на уровне 330 рублей без учета электричества и амортизации принтера. Общее время печати составило где-то 7 часов, так что можно предположить, что электричества было потрачено на сумму не более 20 рублей. Посчитать амортизацию намного сложнее, но если предположить, что общий ресурс принтера составляет не менее 5000 часов, то при цене нового в 50 тысяч рублей, каждый час его работы будет стоить не более 10 рублей, что даст полную техническую себестоимость органайзера в районе 420 рублей. Скорее всего, реальная себестоимость будет ниже, т.к. пластик можно найти дешевле, а полный ресурс принтера будет значительно больше.

Много это или мало? Для абстрактного органайзера для резисторов, которых нужно как минимум 6 штук – немало. Абсолютно очевидно, что печатать его есть смысл только на своем личном принтере, печать на заказ сделает его «золотым». С другой стороны, если рассматривать его как уникальную вещь, спроектированную и изготовленную полностью по моим пожеланиям и размерам, его себестоимость уже перестает казаться слишком высокой. Ну, и я планирую несколько облегчить модель – уменьшить толщину стенок, дна и крышки до 1.5 мм, что также положительно скажется на себестоимости.

Какой вывод можно из этого сделать? Полученным результатом я очень доволен. Оказалось, печать органайзеров и других систем хранения на 3Д-принтере вполне возможна, зря я так долго не хотел попробовать. Поэтому, если кто-то из вас прямо сейчас задается таким же вопросом – не ждите, а пробуйте, это реально! Можно взять готовые модели, например, воспользоваться генератором Gridfinity, или, взяв за основу существующие наработки, разработать полностью свою систему хранения, как это сделал я.

На этом у меня всё, спасибо за внимание. Модели и исходные файлы SolidWorks можно взять тут:

www.thingiverse.com/thing:7227752

---

UPD. Подумал, и решил облегчить органайзер. Сделал еще одну модель, уменьшил толщину дна и верхней крышки до 1 мм, толщину стенок – до 1.5 мм. В итоге, пустой органайзер стал весить 129 грамм:


А вместе с ячейками – 231 грамм:


Если сравнивать это с первой версией, которая весила 326 грамм, облегчение получилось в 1.4 раза, что является отличным результатом. По ощущениям органайзер стал, конечно, менее жестким, однако в сложенном виде он совершенно не проигрывает по жесткости предыдущим боксам. Думаю, на таком варианте и можно остановиться. Что касается себестоимости, я бы оценил обновленную версию рублей в 300, и это уже вполне адекватная цифра за модульную конструкцию. Сомневаюсь, что готовый можно купить дешевле.

Какие планы на будущее и есть ли развитие у этого проекта? Да, есть. Во-первых, хочу попробовать разместить в таком корпусе ячейки в формате 6х2 и посмотреть, какими вариантом будет пользоваться удобней. Во-вторых, используя данный профиль ячеек и конструкцию кейса можно создавать органайзеры абсолютно любых размеров для хранения всевозможных радиоэлементов.

Модель второй версии также можно найти по ссылке:

www.thingiverse.com/thing:7227752

Всем спасибо и до новых встреч!