Пятиметровый шатер на 3D-принтере

В преддверии фестиваля хочу рассказать об одном проекте, который я притащу туда в формате модели. Я его и в прошлый раз привозила, но без пояснений, похоже, было не очень понятно, что это за конструкция. 

Итак, я “напечатала” пятиметровый шатер.

На самом деле не совсем “напечатала”... но обо всем по порядку.

Еще лет пять назад появилась у меня идея создания шатра-геокупола. Мы много ездили на уазике, в том числе по тундре, где очень ветрено и стандартные туристические конструкции (а ля кемпинговая палатка) цеплять не за что. В то же время, надоело уже надевать толстые гидрокостюмы, лежа в штормовой палатке - то еще занятие, скажу вам, особенно если костюм уже промок, а в палатке вам еще спать… Геокупол казался реальным выходом: быстро поставили, часть использовали под сон, в другой - не то, что костюмы надеть, а сплясать можно. 

Я тогда просмотрела массу чужих проектов и с точки зрения соотношения денег/веса и легкости в обслуживании мне показалась перспективной идея использовать полипропиленовые трубы. Был один вопрос - как сделать хабы (места соединения) с фиксированными хитрыми углами так, чтобы сборка не занимала 4-5 часов времени.

Где-то во время этих раздумий меня и застал декрет на двух детей... Поездки свернулись, появились другие задачи и т.п.

Однако идея шатра не давала мне покоя. Выглядело это как-то так:

Расчет: http://acidome.ru/lab/calc/#1/2_Piped_D100_2V_R5_beams_20x20

Такие идеи надо либо выкидывать из головы, либо уж реализовывать…  

К этому моменту у меня уже появился 3D-принтер. Так что глупо было искать какие-то другие способы сделать хабы.

Хабы

На Thingiverse есть довольно много геокупольных проектов. Но есть ощущение, что в реальном мире их не тестировали. Потому что по тем или иным причинам мне не подошло ничего. Однако понравилась идея отсюда: https://www.thingiverse.com/thing:1001999. Ее-то я и взяла за основу.

Спойлер: идея в походных условиях и при моих масштабах оказалась нежизнеспособна. Но я ее доработала.

В проекте eLab_Hackerspace мне понравилось совмещение печатных и литых (заводских, дешевых) элементов. Шатер предполагалось использовать в долгих поездках - дети-то рано или поздно вырастают - а значит нужно иметь возможность там же и отремонтировать. Это эквивалентно тому, что надо иметь с собой запчасти, закрывающие возможную поломку любого элемента. Ремкомплект же стоит денег и занимает место, т.е. задача его удешевить и минимизировать. Идея с совмещением печатного и заводского отлично решает эту задачу.

По сути есть только 2 способа зацепления трубы - клипсы (как тут) или штыри, на которые эти трубы надеваются. В обоих случаях как раз на место крепления трубы и приходится основная нагрузка. Это и на глаз понятно. А эксплуатация шатра показала, что даже когда его срывает штормом, страдают только крепежи труб. За все время жестких экспериментов ни одна основа хаба не пострадала!

Литые детали именно в месте крепления труб позволили уйти от проблемы межслойного склеивания АБС-а - т.е. я могла основу хаба печатать так, чтобы ее прочность была максимальной, не думая, как все это повернуть, чтобы клипсы (или штыри) не отвалились. С другой стороны, тот факт, что это все собирается из нескольких частей, упрощает ремонт: когда отваливается одна труба, мне надо перепечатывать весь хаб. Я могу просто заменить клипсу.

Упомянутый проект был нарисован для другого типа геокупола, так что рисовать свои пришлось с нуля. Мой проект тоже теперь выложен на Thingiverse: https://www.thingiverse.com/thing:3382982. Основа печатается из АБС-а без поддержек (это, кстати, было одним из важных для меня факторов - отсутствие постобработки поверхностей под поддержками и экономия материала на большем количестве хабов).

Грани

Я ориентировалась на диаметр сферы чуть меньше 5 м. Размеры были выбраны не просто так: трубы граней должны были поперек укладываться в багажник Патриота, а внутри взрослый человек должен был спокойно стоять на бОльшей части площади. Поскольку к моменту реализации шатра Патриот уже продали, на точность расчета длин я плюнула и взяла 5 м для ровного счета… Позже пришлось, правда, выбирать бокс на крышу легковухи, чтобы эти трубы туда укладывались.

Сборка и доработка

Хабы печатались долго - недели три принтер занимался только этим.

По началу хабы выглядели как у проекта-образца (как большая часть на снимке выше).

Они распечатаны в двух цветах, поскольку в выбранной геометрии их два типа. Так точно не запутаться. Труб тоже два вида - они у меня отмечены разноцветной изолентой (каждая в двух местах, потому что изолента вполне срывается в таких условиях).

Оранжевые хабы - 5-конечные. Туда подсоединяются только “короткие” трубы, поэтому никаких пометок не предусмотрено.

Зеленые хабы - 6-конечные. К ним подсоединяется 4 “длинных” трубы и 2 “коротких”. На цилиндре основания хаба есть выемки, которые отмечают, где именно должны пойти “короткие” трубы. Такие пометки можно нащупать даже в темноте (идею написать буквы, как это сделано у проекта-образца, отмела сразу - это в перчатках, да в сумерках сложно идентифицировать).

Я не печатала отдельно хабы для нижнего ряда (с отрезанным основанием - как у проекта-образца), чтобы не увеличивать количество разных деталей. На моих нижних хабах пока не стоят клипсы там, где они не нужны. В ближайшем будущем я доставлю клипсы и туда, чтобы при сборке не пришлось соображать, какие хабы идут вверх, а какие - вниз.

При поломке любого другого хаба нижние будут использованы как “доноры”. Нижние опоры не так критичны к углам, поскольку в реальной жизни идеальной поверхности для сборки не бывает и все равно какие-то нештатные нагрузки есть… так что нижний “пояс” можно чуть ли не на стяжках собрать в экстренном случае.

Это только кажется, что полипропиленовые трубы - легкие. Каркас весит килограмм 15:

Это всяко лучше 100+ кило аналогичного стального каркаса, но первая же сборка показала, что вес - это проблема. Под собственным весом каркас давил на хабы так, что трубы выщелкивались вверх из заводских креплений.

И я отправилась дорабатывать идею (до сих пор интересно, как же этот проект выложили ребята из eLab_Hackerspace…).

Отказываться от такой хорошей идеи совмещения печатного и покупного не хотелось - с точки зрения прочности хабы себя показали отлично. Поэтому решением стали печатные рамки вокруг каждой клипсы.

По ходу дела оказалось, что клипс разных существует очень много, поэтому рамки печатались разных вариантов. Но при сборке шатра на природе их не надо подбирать друг к другу - все уже заранее прикручено к хабу.

Рамки - самая “слабая” часть всей конструкции, и я ее оставляю таковой. Именно они ломаются, когда нагрузка на шатер превышает некий условный порог (хороший шторм), сохраняя основу хаба живой. Как предохранитель. Рамки перепечатывать быстрее, а возить с собой проще, чем эти хитрые и массивные основания.

Хаб с рамками выглядит так:

Вторая сборка с рамками прошла лучше. Но каркас все равно развалился на финальной стадии. Трубы стали выскакивать по своей оси - не хватило трения между полипропиленом и клипсой. Но нагрузка здесь уже была небольшая - каркас можно было стянуть веревочкой, и тогда он собирался до конца. По идее такое же стягивание обеспечивает шкура, но до накидывания шкуры-то еще дойти надо…

Решением стали банальные шплинты из PLA - он по характеристикам подошел сюда лучше. Они не сильно усложнили сборку, зато трубы уже никуда не выскакивают.

В таком виде хабы и существуют по сей день (и поедут на фестиваль).

На фото - “комнатная” модель шатра с правильными хабами, но трубами мЕньшей длины: 

Отдельной историей стал пошив шкуры из Оксфорда 600 с ПВХ пропиткой. ПВХ пропитка нужна была, чтобы не иметь проблем с проклейкой швов - вместо спец-лент и нагрева мне достаточно было купить клей Момент для ПВХ лодок и полностью проклеить верхний 5-угольник. Из недостатков - такая ткань весит очень много. Так что шкура добавляет еще килограмм 15 к весу. Благо каркас это выдерживает. 

Оксфорд 600 с ПВХ был самым дешевым вариантом из доступных в опте. Так что на пробу подошел и он. Вероятно, следующая шкура будет из более легкой ткани с другим типом пропитки. Теперь-то я знаю, что шатер - отличная штука и точно будет эксплуатироваться. Но шить я ее буду только когда окончательно “умрет” ПВХ-пропитка (по идее она должна быть не долговечной). И, пожалуй, она будет не оранжевой - в солнечную погоду глазам тяжело;) Оранжевый цвет выбирался из соображений безопасности, но, кажется, надо делать просто яркие вставки в верхних частях шатра.

Первые “наброски” шкуры - без креплений и петелек:

Тест на Ладоге

Шатер прошел полноценное тестирование в этом году летом на Ладоге - он месяц стоял в шхерах. Поскольку было непонятно, проживет ли он столько времени, я спала рядом в старой палатке, а шатер стал чем-то типа “детской” на время дождя.

В целом - отличная штука. Не течет (ткань и проклейка работают как надо). Имеет огромные размеры и не падает при среднем ветре. “Пузо” с водой даже в ливень на крыше не собирается, особенно если закрепить в нескольких местах шкуру теми же клипсами для труб.  

Мокрая шкура после ливня длинной в день шатер не ломает, хотя несколько прогибает трубы:

Внутрь дождевая вода не затекает, даже если открыты все 5 дверей по периметру.

Когда светит солнце сутра, в нем прохладнее, чем в стандартной палатке. Палатка нагревается, как адское пекло… приходится вставать рано, а тут можно выспаться - я даже один раз попробовала.

А на следующем фото внутри шатра я поставила внутреннюю часть от своей четырехместной штормовой палатки (в качестве накомарника, которого у шатра пока нет). Рядом с елкой отлично влезло;) 

К сожалению, для штормовых условий, под которые он изначально задумывался, шатер в текущем виде не предназначен. При таких длинах полипропиленовые трубы слишком пружинят. Если ветру хватает силы вдавить одну из вершин внутрь (такое на Ладоге было пару раз за тот весьма холодный и довольно ветреный месяц), шатер тут же складывает. Вообще вся эта конструкция такая, что достаточно вынуть одну палочку или узел - и все рассыпается.

Эта проблема решается - я закрепила шатер за хабы первого уровня к деревьям (это видно на фотке с дрона) и следующий шторм он пережил:

На фото также закреплены стороны верхнего пятиугольника за те же деревья, хотя это уже было излишним.

Но в целом надо переходить на другие более жесткие трубы. Я пока не остановилась на чем-то конкретном. Надо прикинуть стоимость.

А вот к хабам претензий нет. Живут и здравствуют.