Ontwerpresources online delen

De beschikbaarheid van gratis ontwerptools in combinatie met de opkomst van communities voor elektronisch ontwerp en ontwikkeling, is een belangrijke stimulans geweest voor meer samenwerking tussen technici. RS Components heeft op deze ontwikkeling ingespeeld met de DesignSpark community, geïntroduceerd in 2010, waarbij online ontwerpresources worden gedeeld.

De reeks gratis ontwerptools bestaat uit DesignSpark PCB, een tool voor het professioneel vastleggen van diagrammen en PCB-ontwerpen, en DesignSpark Mechanical, een 3D CAD-tool gebaseerd op directe modelleertechnieken. DesignSpark biedt ook een uitgebreide bibliotheek met PCB-diagrammen, componentfootprints en 3D-modellen. Via de community kunnen ideeën en ontwerpen worden gedeeld.

DesignSpark PCB, dat gelijk met de DesignSpark community is geïntroduceerd, heeft de mogelijkheden verder uitgebreid om eenvoudige, maar krachtige ontwerpen te maken van printplaten. De software wordt ook gebruikt in het professionele ontwerpproces als uitbreiding van commerciële CAD-tools. Rapid prototyping is de drijvende kracht geweest, omdat de tool eenvoudig is in gebruik en er zeer snel een conceptontwerp mee kan worden gecreëerd. De software maakt een schatting van de kosten van de onderdelen om zo een prijsopgave voor prototyping te kunnen geven.

DesignSpark PCB kan exportbestanden accepteren van andere gratis PCB-ontwerptools. DesignSpark PCB wordt ondersteund door toonaangevende halfgeleiderfabrikanten; sommige trainen zelfs hun field application engineers om klanten te helpen bij het creëren van toepassingen met deze tool.

Gebruik van een gratis beschikbaar platform kan meer samenwerking ten gevolge hebben, het delen van ontwerpen mogelijk maken en de groei van de open-source-hardware stimuleren. DesignSpark PCB bijvoorbeeld gebruikt bij de ontwikkeling van één van de eerste printers van het RepRap 3D-printproject: in het bijzonder het ontwerp van het besturingsbord, gebruikt in de Mendel printer. Een recentere open-source-hardware toepassing voor DesignSpark PCB was het gebruik bij de ontwikkeling van de crowd-funding Pi-top Raspberry Pi laptop kit. De Pi-top is ontworpen om mensen te helpen om elektronica beter te begrijpen en te ondersteunen bij het creëren van hardware, waaronder PCB’s, en het printen van 3D-objecten.

Een grote uitdaging voor de Pi-top-ontwikkelaars was om de Raspberry Pi in staat te stellen om een 13,3 inch laptopscherm met hoge resolutie te gebruiken. Het eerste Pi-top-ontwerp gebruikte een LVDS-scherm (low-voltage differential signalling), omdat deze algemeen verkrijgbaar is en ook relatief eenvoudige interfacemogelijkheden heeft. DesignSpark PCB werd gebruikt om een HDMI-naar-LVDS-brug te ontwerpen om het videosignaal over te dragen van de Raspberry Pi. In latere ontwerpen werd echter besloten om het eDP-format (embedded DisplayPort) te gebruiken, omdat het een aantal voordelen biedt in vergelijking met LVDS, zoals de beschikbaarheid van aux-kanalen (voor automatische instelling van resolutie/format), lagere EMI en een geringer aantal pennen. Bovendien is op de lange termijn de beschikbaarheid van eDP-schermen groter omdat vanwege de vele voordelen van eDP de meeste laptopfabrikanten ernaar overstappen.

raspberrie top

De ontwikkelaars van Pi-top downloaden aanvankelijk verschillende PCB-ontwerppakketten, om de juiste software te kunnen selecteren. Enkele daarvan hadden echter beperkingen in het gebruik van componenten of beperkingen in tijd, wat nadelig was omdat er veel componenten vereist waren op elke PCB. Ook hadden veel softwarepakketten verouderde interfaces.

Het gratis onbeperkte gebruik van DesignSpark PCB was een belangrijke reden voor de keuze ervan, omdat er geen barrières waren voor het creëren van ontwerpen. 

DesignSpark PCB biedt voor de ontwikkelaars belangrijke eigenschappen zoals minder beperkingen voor het aantal PCB-lagen en geen beperking van PCB-grootte. Er waren twee eigenschappen van DesignSpark PCB die er echt uitsprongen vanuit het oogpunt van een start-up-bedrijf. De grote database met direct bruikbare componenten had zowel schematische symbolen als PCB-layoutinformatie, wat het heel eenvoudig maakte om het meeste ontwerpwerk snel te doen. Bovendien moesten componenten die nog niet in de database stonden helemaal opnieuw gecreëerd worden, maar dit werd eenvoudig gemaakt met het gebruik van de componentwizard van de tool, voor het automatisch genereren van pad-layouts. Deze beide features verkorten de iteratietijd aanzienlijk, wat een enorm voordeel was voor Pi-top. Nieuwe versies van het ontwerp van PCB’s moesten zeer snel geïtereerd worden, omdat ze niet de financiële middelen hadden om de hoge prijzen te betalen voor snelle PCB-productie.

Toen de fase van prototyping afgelopen was, werd het ontwerp overgezet naar software voor PCB-layout die gebruikt werd door de PCB-producent om volledig te profiteren van de ontwerp- en productie-ervaring daarvan. De belangrijkste reden om over te stappen was dat het schakelsysteem voor de schermbesturing van Pi-top hogesnelheids-TMDS (transition-minimised differential signalling) gebruikt die zorgvuldige en zeer nauwkeurige plaatsing van koper vereist om te voldoen aan EMC-testvereisten. Het bedrijf blijft echter DesignSpark PCB gebruiken voor educatieve doeleinden en beveelt het aan voor de meeste nieuwe projecten.

Mechanisch ontwerp

DesignSpark Mechanical, de gratis 3D-modelleertool van RS die werd geïntroduceerd in 2013, is gebaseerd op ‘SpaceClaim Engineer’, wat geavanceerde direct modelling technologie gebruikt in tegenstelling tot de traditionele feature- of history-gebaseerde 3D CAD-tools. Omdat er geen kostenbarrière is, maakt het 3D-ontwerpen mogelijk voor een grote nieuwe groep van gebruikers. De tool is gebaseerd op direct modelleren en is daardoor zeer intuïtief en extreem eenvoudig. Elektrotechnische en mechanische technici worden in staat gesteld om volledig vertrouwd te raken met de software binnen dagen of zelfs uren. De tool maakt het ook mogelijk om te exporteren naar de industriestandaard STL om snelle en eenvoudige productie mogelijk te maken op een 3D-printer.

quadcopter

Quadcopter met 3D-geprinte componenten van koolstofvezel.

Basale 3D-modellen kunnen snel behaald worden via de vier belangrijkste tools: ‘Pull’, ‘Move’, ‘Fill’ en ‘Combine’. In tegenstelling tot traditionele feature-gebaseerde 3D-tools, gebruikt de software bijvoorbeeld bekende ‘kopiëren en plakken’-toetsenbordsneltoetsen, waarmee zeer eenvoudig hergebruik van geometrische vormen in verschillende ontwerpen mogelijk is. De Pull- en Move-tools maken het direct selecteren van delen van een model mogelijk en het verplaatsen ervan naar de gewenste positie; de Combine-tool snijdt en verdeelt onderdelen in stukken en stelt de gebruiker ook in staat om delen van andere ontwerpen toe te voegen en ze samen te voegen in het ontwerp; de Fill-tool ruimt kleine features op en vult ruimtes.

spark 3Gebruik van lay-outs in DesignSpark Mechanical voor 2D-tekenen.  

DesignSpark Mechanical wordt breed toegepast bij The MakerHive, een groep ontwerpers die zeer innovatieve elektronische projecten creëert. Een project dat in het bijzonder heeft geprofiteerd van het gebruik van de tool, is de ontwikkeling van een 3D-geprinte koolstofvezel quadcopter. Het project integreert verschillende elektronische componenten zoals het flight control board, quadcopter ESC (Electronic Stability Control), 1200-kV motoren, kits en batterijen voor propelleraandrijving, samen met mechanische componenten zoals buizen en propellers van koolstofvezel, plus veel onderdelen gecreëerd met een 3D-printer. In dit project werd DesignSpark Mechanical gebruikt om alle 3D-geprinte onderdelen te ontwerpen en de .stl-bestanden uit te voeren voor meer dan dertig verschillende geprinte componenten waaronder de belangrijkste framework-elementen, brackets, landingsgestel, batterijhanger en onderdelen voor de motorbevestiging, evenals een 3D-geprinte mal om siliconen rubberen onderdelen te maken die gebruikt werden als trillingsisolatoren.

Hoewel primair gericht op 3D-modelleren, heeft een andere toepassing DesignSpark Mechanical gebruikt voor het maken van 2D-tekeningen geschikt voor het profileren van plaatmateriaal. Het toepassingsvoorbeeld heeft betrekking op het ontwerpen van een eenvoudige behuizing voor een PCB met trekontlasting, voor het exporteren van bestanden om het lasersnijden van materiaal mogelijk te maken. Lasersnijden maakt Rapid prototyping van projecten mogelijk, van een ontwerp op het scherm tot een fysiek object binnen enkele uren en met een relatief kleine leercurve.

 Voor dit type projecten beveelt de engineer het gebruik aan van layouts in DesignSpark Mechanical, omdat ze beter geschikt zijn voor 2D-ontwerpwerk, vooral voor complexere ontwerpen. Layouts gedragen zich anders dan eenvoudig schetsen op het basis ontwerpraster van de tool en geven een betere organisatie van tekeningen, bijvoorbeeld door het verbergen van elementen, indien vereist.

 spark 4

Voltooide tekening in DesignSpark Mechanical voor een toepassing voor lasersnijden.

Door het gebruik van een schuifmaat om de PCB te meten, waaronder de afstand tussen bevestigingsgaten en met het invoeren van de productafmetingen in de tool, kunnen voltooide 2D-tekeningen zowel worden opgeslagen als een DesignSpark .rsdoc-bestand om nog eventueel vereiste wijzigingen te doen, of als een .dxf-bestand voor import door besturingssoftware voor lasersnijders.

Commitment

Beide DesignSpark tools worden voortdurend verder ontwikkeld en ondersteund door RS Components: DesignSpark PCB is er nu in de zevende versie en DesignSpark Mechanical in de tweede, waarmee wordt aangetoond dat het bedrijf zich sterk richt op de verdere ontwikkeling van de tools en op de ontwerp community.

rsonline.nl

rsonline.be

Pete Wood, RS Components

Pete Wood, DesignSpark community manager bij RS Components, bespreekt enkele mogelijkheden en voordelen van de DesignSpark board-lay-out en 3D-tools en kijkt naar een aantal toepassingen die zijn gerealiseerd met de tools.