chiark / gitweb /
fairphone-case: working LidEdgeFoldClearanceProfile
[reprap-play.git] / fairphone-case.scad
index fbbbf99699efbaf3a68e0fcf0c220f0e51c3b310..b781957575f5c684fd266d355dbcc854857e9e6c 100644 (file)
@@ -1,5 +1,122 @@
 // -*- C -*-
 
+// Hard case for Fairphone 2
+//
+//  Copyright 2018 Ian Jackson.  There is NO WARRANTY.
+//  See below for full licensing and disclaimer.
+//
+// Instructions
+//
+//  1. You will want to git clone this repository.
+//
+//  2. Decide about the notification LED aperture. See the variable
+//     led_window_style, below.  The default here is "ad-hoc
+//     multi-colour", which can produces a translucent (clear-ish)
+//     window set into the lid, even on a single-nozzle printer.
+//     See "Ad-hoc multi-colour", below.
+//
+//  3. use "make" to generate the necessary files:
+//
+//     make -j8 fairphone-case.auto.scads `for f in   \
+//        HingePrint        \
+//        LidWindowPrint    \
+//        LidPrint          \
+//        OneKeeperPrint    \
+//        Case              \
+//     ; do echo fairphone-case,$f.auto.stl; done`
+//
+//  4. Print them.  Case and OneKeeperPrint should probably be
+//     the same colour.
+//
+//     For Lid and LidWindowPrint, if you are doing ad-hoc
+//     multi-colour:
+//        i.   Set up for clear filament
+//        ii.  Print LidWindowPrint.  Wait for it to finish.
+//             It won't take long.  As soon as it finishes, tell
+//             your printer to warm up (so that in fact it does
+//             not cool down).
+//        iii. Leaving the output so far on the printbed, reload
+//             your printer with the main lid colour.
+//        iv.  Print LidPrint.  You can let this go unattended.
+//
+//  5. Assemble the hinge.  You will need 4x M2 12mm machine screws
+//     and 8x M2 full nuts.
+//
+//     Make sure you get the hinge the right way round.  If you're not
+//     sure, run
+//         openscad fairphone-case,DemoHinge.auto.scad
+//     to see an assembly diagram.
+//
+//     The nuts recess into the hinge.  You will want very fine
+//     pliers.  As you screw each screw in, add the second nut when
+//     the screw thread emerges from the first - this will be a
+//     locknut.  Screw each screw to an appropriate tightness for the
+//     hinge stiffness.  You want the lid-side hinge to be stiffer as
+//     that makes closing the case work better.
+//
+//     When you have the stiffness right, tighten the locknuts onto
+//     each first nut.
+//
+//  6. In use:
+// 
+//      - To put the phone in, drop its RH side into the RH side of
+//        the case.  Then feed the keeper through the small hole.
+//        Feed it right through.
+//
+//      - The optional prop can be used to prop the phone up (in
+//        portrait orientation only right now).  See
+//            openscad fairphone-case,DemoPropAngles.auto.scad
+//
+// Ad-hoc multi-colour
+//     
+//  This file is set up to let you make a translucent window using a
+//  single-extruder printer, using a "two print run" technique.  This
+//  works well with our Lulzbot TAZ 5 and Aleph Objects' version of
+//  Cura.  If you are using a different printer, you may need to
+//  adjust the parameters or try a different technique.  In particular,
+//      initial_layer_thick
+//         set so that the window is one layer thick
+//      initial_layer_width
+//         set so that the slicer draws a rectangle around the whole
+//         object, rather than putting a "skirt" or anything inside
+//
+//  If you have a dual-extruder printer, you can set led_window_style
+//  to 2 and do a single print of LidPrint and LidWindowPrint.
+//
+//  Alternatively you can set it to 1 (just a hole) or 0 (no hole).
+//
+//  Thanks to Clare Boothby for the ad-hoc multi-colour technique (and
+//  the parameters for our Lulzbot TAZ 5 and Aleph Objects's Cura).
+//
+// Other phones
+//
+//  It might well be possible to adapt this file for other phones.
+//  If you do, let me know how you get on.
+//
+//
+// AUTHORSHIP, COPYRIGHT, LICENCE, AND LACK OF WARRANTY
+//
+//   Copyright (C)2018 Ian Jackson.
+//
+//    This program for generating a 3D model is free software: you can
+//    redistribute it and/or modify it under the terms of the GNU
+//    General Public License as published by the Free Software
+//    Foundation, either version 3 of the License, or (at your option)
+//    any later version.
+//
+//    This program is distributed in the hope that it will be useful,
+//    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+//    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
+//    GNU General Public License for more details.
+//
+//    You should have received a copy of the GNU General Public
+//    License along with this program.  If not, see
+//    <http://www.gnu.org/licenses/>.
+//
+//  In particular DO NOT BLAME ME IF THIS CASE DOES NOT ADEQUATELY
+//  PROTECT YOUR PHONE !  It is your responsibility to decide whether
+//  this case will meet your needs.
+
 include <utils.scad>
 
 phone = [ 75.0, 145.0 ];
@@ -14,7 +131,18 @@ bumper = [ 0.250, -0.025 ];
 
 enable_support = 1;
 
+led_window_style = 3;
+// 0: no window
+// 1: simply an opening
+// 2: opening with separate cover model, for printing in clear (two colour)
+// 3: like 2 but one-layer window for ad-hoc multi-colour
+
+initial_layer_thick = 0.400; // ^ needed for mode 3 only
+initial_layer_width = 0.750; // ^ needed for mode 3 only
+multicolour_gap = 0.15; // each side
+
 phone_cnr_rad = 6.0;
+phone_rim_depth = 0.80; // includes allowance for a screen protector
 
 button_cutout_depth = 9;
 
@@ -29,6 +157,10 @@ camera_pos_br = [ 22.300, 37.600 ]; // tl/br as seen from back
 jack_pos = [ 13.83, 8.485 ];
 jack_dia = 10.64 + .5; // some jack I had lying around
 
+led_pos = [ 13.98, 10.00 ];
+led_aperture = 9;
+led_window_ledge = 0.75; // each side
+
 noisecancelmic_pos = [ 19.54, 7.37 ];   // from rhs
 noisecancelmic_dia = 4.00;
 
@@ -43,10 +175,12 @@ microusb_below = 0.0;
 microusb_width = 16.12 + 1.25;
 
 case_th_bottom = 2.5;
-case_th_lid = 2.5;
+case_th_lid = 3.0;
 case_th_side = 2;
 case_th_lip = 1.2;
 
+lid_screen_gap_extra = .66;
+
 case_struts_count = 6;
 case_struts_solid_below = 1.00;
 case_struts_solid_above = 0.75;
@@ -76,21 +210,26 @@ catch_slop = 0.50;
 foldover_gap = 0.50;
 foldover_lever_gap = 0.50;
 
+// properties of the hinge fasteners
 hingescrew_shaft_dia = 2.0 + 0.25; // M2 x 12mm machine screw
 hingescrew_shaft_len = 12;
-hingescrew_nut_thick = 1.93 + 0.20; // incl. washer
+hingescrew_fasteners_extra_thick = 0.40;
+// ^ amount of thread protruding if everything was completely nominal
+//   and we are using two nuts
 hingescrew_nut_access_dia = 4.72 + 0.50;
 // ^ washer is 4.72 dia
 //   also, want to get pliers or tiny spanner in to do up locknut
 hingescrew_nut_across = 3.92 + 0.25; // incl. slop around recess slop
-hingescrew_nut_thick_real = 1.93;
+hingescrew_nut_thick = 1.93;
 hingescrew_head_th = 1.38 + 0.75;
 hingescrew_head_dia = 3.92;
-lever_cover_th = 0.75;
-hingemount_th = 2.5;
 
 hingescrew_nut_recess_portion = 2/3; // portion of nut in recess
 
+lever_cover_th = 0.75;
+hingemount_th = 2.5;
+hingemount_wd = 4.8725;
+
 $fa = 5;
 $fs = 0.1;
 
@@ -177,7 +316,20 @@ kppa = [ kppb[0], kppf[1] ];
 lpp10 = [ epp5[0] + lid_gap_x, kppc[1] + lid_gap_z ];
 lpp11 = [ lpp10[0],            epp5[1] + lid_gap_z ];
 
-lp_r12 = case_th_lid - (lpp11[1] - lpp10[1]);
+lpp14 = lpp10 + [1,0] * keeper_inner_width;
+// exact x posn not very important; must extend past end of keeper
+
+lpp15 = [ lpp14[0],
+         epp0[1] - phone_rim_depth + 1/2.5 * case_th_lid
+         + lid_screen_gap_extra ];
+// ^ beam theory says to maximise force before contact,
+//   the gap below the `beam' (the lid) must be 1/3
+//   the thickness (ie the lid thickness) if the beam
+//   is solid, or 1/2 if it has a top and bottom only.
+//   ours is mostly solid.
+
+lp_r12 = max(case_th_lid - (lpp11[1] - lpp15[1]),
+            case_th_lip);
 
 lpp12 = [ epp4[0] + lp_r12,    lpp11[1] ];
 lpp13 = [ lpp12[0],            lpp12[1] + lp_r12 ];
@@ -199,6 +351,16 @@ bppU = [ bppJ[0], lpp12[1] ];
 bppV = lpp11;
 bppW = lpp10;
 
+// notification led aperture
+
+nla_r0 = led_aperture/2;
+nla_r1 = nla_r0 + led_window_ledge;
+nla_r2 = nla_r1 + multicolour_gap;
+nla_t =
+  led_window_style >= 3 ? initial_layer_thick :
+  led_window_style >= 2 ? led_window_ledge : 0;
+
+
 // hinge plan
 hp_rn = hingescrew_nut_access_dia/2;
 hp_r2_min = hp_rn + lever_cover_th;
@@ -223,27 +385,28 @@ hppE = [ hppE_x, hppE_y ];
 
 // hinge elevation x coords
 
-hingescrew_portion_len =
-  0.5* (hingescrew_shaft_len - hingescrew_nut_thick - hinge_x_gap);
-
 hex20 = max(epp2o[0],
            phone_cnr_rad,
            kppd[0] + hingescrew_head_th + keeper_gap_x_holes);
-hex21 = hex20 + hingescrew_portion_len;
+hex21 = hex20 + hingemount_wd;
 hex22 = hex21 + hinge_x_gap;
-hex23 = hex22 + hingescrew_portion_len
-  - hingescrew_nut_thick; // bodge, need to divvy this up more sensibly
-hex26 = hex23 + hingescrew_nut_thick_real * 2/3;
-hex24 = hex20 + hingescrew_shaft_len + hinge_x_postscrew_gap;
+hex27 = hex20 + hingescrew_shaft_len;
+hex24 = hex27 + hinge_x_postscrew_gap;
+hex23 = hex27 - (hingescrew_nut_thick*2
+                + hingescrew_fasteners_extra_thick);
+hex26 = hex23 + hingescrew_nut_thick * 2/3;
 
 echo(hex20, hex21, hex22, hex23, hex24);
 //  6, 10.8725, 10.9975, 13.74, 18.75
-echo(hex20 - 6,
-     hex21 - 10.8725,
-     hex22 - 10.9975,
-     hex23 - 13.74,
-     hex24 - 18.75);
-//echo(hingescrew_portion_len);
+module chk(act,exp) {
+  if (abs(act-exp) > 1e-9) echo("WRONG", act, exp);
+  else echo("ok", act);
+}
+chk(hex20, 6);
+chk(hex21, 10.8725);
+chk(hex22, 10.9975);
+chk(hex23, 13.74);
+chk(hex24, 18.75);
 
 // catch
 
@@ -301,6 +464,26 @@ $prp_r10 = prl_r10;
 
 // ---------- modules ----------
 
+module AdhocMultiprintFrame(phase, z0, zs) {
+  // from z0 to z0 + zs*layer
+  extra = phase * (initial_layer_width + multicolour_gap) + 5;
+  xextra = extra + -epp4[0];
+  xrange = [ 0, phone_width ] + [-1,+1] * xextra;
+  yextra = extra + -epp4[0];
+  yrange = [ -phone_height + +hppB[0] - hp_r2, 0 ] + [-1,+1] * yextra;
+  p0 = [ xrange[0], yrange[0] ];
+  p1 = [ xrange[1], yrange[1] ];
+  echo(p0, p1);
+  translate([0,0, z0])
+    mirror([0,0, zs<0 ? 1 : 0])
+    linear_extrude(height= initial_layer_thick)
+    difference(){
+      rectfromto(p0 - [1,1] * initial_layer_width,
+                p1 + [1,1] * initial_layer_width);
+      rectfromto(p0, p1);
+    }
+}
+
 module KeeperProfile(slant=0){
   use_e = kppe + [0,-1] * slant * keeper_inner_width / keeper_slant_slope;
   polygon([use_e, kppd, kppc, kppb, kppa, kppf]);
@@ -327,7 +510,9 @@ module LidEdgeProfile(){
            lpp12,
            lpp13,
            lpp13 + [10, 0],
-           lpp10 + [10, 0]
+           lpp15 + [10, 0],
+           lpp15,
+           lpp14,
            ]);
   intersection(){
     circleat(lpp12, r=lp_r12);
@@ -336,10 +521,20 @@ module LidEdgeProfile(){
   }
 }
 
+module LidEdgeFoldClearanceProfile(){
+  polygon([ lpp10,
+           lpp11,
+           lpp11 + [-20,  0],
+           lpp11 + [-20, 20],
+           lpp11 + [+20, 20],
+           lpp10 + [+20,  0] ]);
+}
+
 module ButtonCoverProfile(){
   intersection(){
     polygon(concat([ bppM, bppP, bppO, bppJ ],
-                  (enable_support ? [ bppU, bppV, bppW ] : []),
+                  (enable_support && !$button_suppress_over_keeper
+                   ? [ bppU, bppV, bppW ] : []),
                   [ bppL, bppK ]));
     hull(){
       EdgeProfile();
@@ -485,12 +680,13 @@ module CaseAperture(pos, dia, $fn) {
             h = 60);
 }
 
-module SideButton(y, y_ref_sign, l){
+module SideButton(y, y_ref_sign, l, suppress_over_keeper=0){
   // y_ref_sign:
   //   +1  measured from top    of actual phone to top    of button
   //   -1  measured from bottom of actual phone to bottom of button
   //    0  y is centre of button in coordinate system
   $button_l= l;
+  $button_suppress_over_keeper= suppress_over_keeper;
   eff_y = y_ref_sign > 0 ?         -bumper [1] -y -l/2 :
          y_ref_sign < 0 ? (-phone -bumper)[1] +y +l/2 :
          y;
@@ -505,9 +701,9 @@ module LidButtonishLeg(y, y_ref_sign, l=buttonishleg_default_l_is_fudge) {
 }
 
 module Buttons(){
-  Flip_rhs(1) SideButton(15.580, +1, 8.9) children(); // power
-  Flip_rhs(1) SideButton(48.700, -1, 8.920) children(); // camera
-  Flip_rhs(0) SideButton(30.800, +1, 21.96) children(); // volume
+  Flip_rhs(1) SideButton(15.580, +1, 8.9     ) children(); // power
+  Flip_rhs(1) SideButton(48.700, -1, 8.920   ) children(); // camera
+  Flip_rhs(0) SideButton(30.800, +1, 21.96, 1) children(); // volume
   Flip_rhs(   ) LidButtonishLeg(14, -1) children();
 //  Flip_rhs(0) LidButtonishLeg(20, +1, 20) children();
 }
@@ -811,7 +1007,7 @@ module Case(){ ////toplevel
                translate([phone_width/2, -400, kppe[1]])
                mirror([1-abs($rhsflip - keeper_side),0,0])
                cube([400, 800, 50]);
-           if (enable_support)
+           if (enable_support && !$button_suppress_over_keeper)
              rotate([-90,90,0])
              translate([-400, -400, kppd[1]])
                mirror([0,0,1])
@@ -862,11 +1058,34 @@ module Case(){ ////toplevel
   }
 }
 
+module LidAdhocMultiprintFrame(phase){
+  if (led_window_style >= 3) {
+    AdhocMultiprintFrame(phase, lpp13[1], -1);
+  }
+}
+
+module LidAroundEdges(){
+  AroundEdges(lpp10[1], lpp13[1] - lpp10[1], 0)
+    children();
+}
+
 module Lid(){ ////toplevel
+  skew_centre = [0, lpp11[0], lpp11[1]];
   difference(){
     union(){
-      AroundEdges(lpp10[1], lpp13[1] - lpp10[1], 0)
-        LidEdgeProfile();
+      intersection(){
+       LidAroundEdges()
+         LidEdgeProfile();
+
+       translate(skew_centre)
+         multmatrix([[ 1, 0, 0, 0 ],
+                     [ 0, 1, -2, 0 ],
+                     [ 0, 0, 1, 0 ],
+                     [ 0, 0, 0, 1 ]])
+         translate(-skew_centre)
+         LidAroundEdges()
+         LidEdgeFoldClearanceProfile();
+      }
 
       // button covers
       Buttons(){
@@ -902,7 +1121,20 @@ module Lid(){ ////toplevel
       hull()
       for (pa = prop_angles)
        PropProfile(pa, 1,1);
-  }
+
+    // notification led aperture
+    if (led_window_style)
+      translate([led_pos[0], -led_pos[1], lpp13[1]]) {
+       translate([0,0,-10])
+         cylinder(r=nla_r0, h=20);
+       if (led_window_style >= 2)
+         translate([0,0, -nla_t])
+           cylinder(r=nla_r2, height=20);
+      }
+
+    }
+
+  LidAdhocMultiprintFrame(1);
 }
 
 module HingeLever(){ ////toplevel
@@ -928,6 +1160,33 @@ module HingeLever(){ ////toplevel
   }
 }
 
+module LidWindow(){ ////toplevel
+  translate([led_pos[0], -led_pos[1], lpp13[1]])
+    mirror([0,0,1])
+    cylinder(r= nla_r1, h=nla_t);
+  LidAdhocMultiprintFrame(0);
+}
+
+module LidWindowPrint(){ ////toplevel
+  rotate([0,180,0])
+    LidWindow();
+}
+
+module DemoLidWindowSelect(){
+  translate([led_pos[0], led_pos[1], -100]) {
+    translate([0, -30, 0]) cube([400, 400, 200]);
+  }
+}
+
+module DemoLidWindow(){ ////toplevel
+  %Lid();
+  LidWindow();
+  translate([0,40,0]){
+    color("blue") intersection(){ Lid(); DemoLidWindowSelect(); }
+    color("red") intersection(){ LidWindow(); DemoLidWindowSelect(); }
+  }
+}
+
 module HingeLeverPrint(){ ////toplevel
   rotate([-90,0,0])
     translate([-phone_width/2, phone_height, 0])
@@ -1048,6 +1307,8 @@ module TestSelectFrame(){
 
 module TestSelectLidFrame(){
   TestSelectFrame();
+  translate([led_pos[0], -led_pos[1], -50])
+    cylinder(r= nla_r2+3, h=100);
 }
 
 module TestFrameCase(){ ////toplevel
@@ -1061,12 +1322,33 @@ module TestFrameCase(){ ////toplevel
   }
 }
 
+module TestSelectTopApertures(){
+  translate([-100, -35, -100])
+    cube([400, 100, 200]);
+  LidAdhocMultiprintFrame(0);
+  LidAdhocMultiprintFrame(1);
+}
+
 module TestTopApertures(){ ////toplevel
   intersection(){
     Case();
     TestSelectFrame();
-    translate([-100, -35, -100])
-      cube([400, 100, 200]);
+    TestSelectTopApertures();
+  }
+}
+
+module TestLidTopAperturesPrint(){ ////toplevel
+  rotate([0,180,0]) intersection(){
+    Lid();
+    TestSelectLidFrame();
+    TestSelectTopApertures();
+  }
+}
+
+module TestLidWindowTopAperturesPrint(){ ////toplevel
+  rotate([0,180,0]) intersection(){
+    LidWindow();
+    TestSelectTopApertures();
   }
 }
 
@@ -1141,6 +1423,54 @@ module DemoPropAngles(){ ////toplevel
     DemoPropAngle(prop_angles[i]);
 }
 
+module DemoHingeAngle(ang1,ang2){
+  hL = [0, -(phone_height - hppT[0]), hppT[1]];
+  hC = [0, -(phone_height - hppB[0]), hppB[1]];
+
+  translate(hL)
+    rotate([ang2,0,0])
+    translate(-hL)
+    translate(hC)
+    rotate([ang1,0,0])
+    translate(-hC) {
+      color("red") Lid();
+    }
+
+  color("blue") intersection(){
+    Case();
+    union(){
+      translate([bppJ[0], -400, -200])
+       mirror([1,0,0])
+       cube([400, 800, 400]);
+      translate([10, -400, -200])
+       cube([10, 800, 400]);
+    }
+  }
+}
+
+module DemoHingeAngles(){ ////toplevel
+  angles = [ 0, 4, 8, 12 ];
+  echo("angles",angles);
+  for (i=[0 : len(angles)-1]) {
+    translate(i * [0, 0, 30]) {
+      DemoHingeAngle(0,angles[i]);
+      translate([0, 200, 0])
+       DemoHingeAngle(angles[i],0);
+    }
+  }
+}
+
+module DemoSelectAdhocLeftRight(right=0) {
+  translate([phone_width/2, -400, -100]) // , -15, -100  to cross-section
+    mirror([1-right, 0,0])
+    cube([400, 800, 200]);
+}
+
+module DemoLeft(){ ////toplevel
+  color("red")  intersection(){ Case(); DemoSelectAdhocLeftRight(); }
+  color("blue") intersection(){ Lid();  DemoSelectAdhocLeftRight(); }
+}
+
 module DemoFrame(){ ////toplevel
   color("red") TestFrameCase();
   color("blue") intersection(){ Lid(); TestSelectLidFrame(); }
@@ -1160,9 +1490,11 @@ module DemoHingedFrame(){ ///toplevel
 }
 
 module DemoHinge(){ ////toplevel
-  DemoFrame();
-  translate([0,0, -hp_k*3])
-    DemoHingedFrame();
+  translate([ -0.5*phone_width, phone_height, hp_k*3 ]) {
+    DemoFrame();
+    translate([0,0, -hp_k*3])
+      DemoHingedFrame();
+  }
 }
 
 module DemoProfiles(){ ////toplevel