Мой самый сложный и долгий проект. Почти целый год ушёл на его реализацию! И всё ради чего? Да просто так, потому что было интересно и хотелось получить новые знания и опыт. Оглядываясь назад, прихожу в ужас от того, сколько трудностей возникло в ходе работы! Эх, если бы я знал наперёд... но ведь тогда было бы не так интересно.
А всё началось с того, что мой научный руководитель поставил передо мной задачу спроектировать электрохимическую ячейку, чтобы проверить его математическую модель. Ну, думаю, ладно, сейчас по-быстренькому сделаю 3D-модели ячейки и закажу детали на заводах в Китае и России. Тогда у меня ещё не было опыта общения с промышленными предприятиями, и я понятия не имел, каким образом менеджерам с новосибирской фирмы по производству деталей на станках с ЧПУ объяснить, что я от них хочу. Поначалу они меня даже слушали и обещали перезвонить. Но время шло, а мне тоже хотелось идти вместе с ним. Написав десятки писем в десятки разных компаний по всей России с просьбой рассмотреть мои чертежи и рассчитать стоимость, я стал терпеливо ждать. Полученные скудные ответы меня разочаровали. Никто либо не сможет сделать такое, либо стоимость изготовления превышала стоимость небольшого станка для производства этих самых деталей. Но один ответ обрадовал, правда ненадолго: "Сделать сможем, 8000 рублей за всё, но сотрудничаем только с юр. лицами". Благо, на тот момент я работал в одной негосударственной фирме, директор которой разрешил мне провести заказ через бухгалтерию, за что ему отдельное спасибо! Полтора месяца ожидания... и вот они, 6 деталек из фторопласта! Про китайцев я молчу. Они ребята хорошие. Приняли чертежи печатных плат с микроэлектродами ячейки, а через 3 дня уже всё сделали и отправили курьером лично в руки.
"Ура, наконец-то сейчас соберу и проверю" - думал я, - "Оно ведь точно всё с первого раза заработает". И очередной булыжник грохнулся передо мной: конструкция оказалась несовершенной (не была герметичной из-за отсутствия тонких прокладок, а поршень, который должен был плавно ходить внутри цилиндра, тормозился о стенки и периодически зависал). Возник вопрос, как доработать конструкцию так, чтобы снова не пришлось заказывать партию деталей где-нибудь на Марсе? Подумав, я пришёл к выводу, что мне необходимо обзавестись собственным станком с ЧПУ. Тогда смогу сам делать почти любые элементы механизмов в любом количестве. Естественно, резать и фрезеровать стальные плиты в домашних условиях я не собирался, поэтому стал искать бюджетный вариант готового решения на Алиэкспрессе. Вариантов оказалось так много, что глаза разбежались и на протяжении нескольких недель скакали по страницам китайских магазинов. После прочтения и просмотра десятков статей и видеороликов пришёл к выводу: покупать готовый нет смысла, надо собирать свой. Но из каких деталей? Что взять за основу? Тут можно было бы написать ещё пару страниц текста, но мне вас жаль, дорогой читатель, который смог дойти до этих строк. Поэтому скажу лишь, что детали будущего станка были в итоге выбраны и заказаны. Месяц с лишним я получал по частям раму, электронику, блоки управления шпинделем и лазером (а как иначе? Пошлину то не особо хотелось платить за превышение лимита в 200 евро). Ещё месяц ушёл на то, чтобы собрать всё в единый корпус и запустить станок. Недели были потрачены на изучение программного обеспечения и пробные забеги фрезы и лазерного луча по поверхностям различных материалов. В общем, станок был собран, протестирован и настроен.
Параллельно этому процессу протекал этап создания 3D-моделей полноценного комплекса, в который входила та самая электрохимическая ячейка с несовсем удавшейся конструкцией, доработанной в процессе. Идея создать этот комплекс пришла как-то спонтанно. Зачем, думаю, всё будет валяться на столе? Если уж делать, то делать нормально и красиво в едином корпусе. Что ж, ставка была повышена. Риск погнаться за сотней зайцев и не поймать ни одного был крайне велик, но интерес к проекту только возрос.
Заказав у любимых братьев наших китайских деталей на кругленькую сумму, я принялся измерять их штангенциркулем и создавать компьютерные модели, формируя затем 3D-сборку и проводя рендеринг, чтобы увидеть, как оно всё в реальности выглядеть будет. Сотни часов за компьютером, хоть мне и противопоказано по зрению, и вот он, виртуальный образ проекта, который надо бы перевести в плоскость реального мира.
И тут начались математические расчёты электрических схем и моделирование процессов естественного рассеяния тепла корпусом аппарата в среде Comsol, на изучение которого я потратил ещё месяц.
По итогу были вычислены все номиналы компонентов схемы, спроектирована и изготовлена методом лазерной гравировки на двухстороннем текстолите печатная плата с учётом геометрии корпуса. Пара дней пайки под вытяжкой с применением ядовитого флюса и микроскопа.
Но на одной печатной плате далеко не уедешь. Надо ведь корпус собрать, оформить ещё красиво все панели, вырезать в конце концов недостающие детали. Модели то созданы, а вот как по ним станку работать? Не объяснишь же ему: слушай, вот мне надо тут кружочек сделать, а тут квадратик. Ему надо на его языке рассказывать. Пришлось осваивать CAM-системы, писать и править G-код. А потом по 5 часов сидеть перед станком масло со шприца в зону обработки подавать и корректировать скорость подачи в зависимости от участков обработки. Адский труд!
Когда последние детали были вырезаны, и последний винтик встал на своё место, я нажал на кнопку включения и подсоединил измерительный инструмент. Вентилятор загудел, индкаторы засветились, релешки щёлкнули - аппарат запустился. Всё? Можно радоваться? "Извините, пожалуйста, мы из Китая" - сказали микросхемы линейной стабилизации, отказавшись работать на полную мощность. "Извините, пожалуйста, вам тут пакет санкций подъехал" - добавило цивилизованное сообщество... благо, в местном радиомагазине оставалось ещё парочка нужных мне микросхем. Забрал последние в надежде исправить проблему - не прогадал. После замены модуль термостатирования завёлся. Электроника отработала чётко. Возникли, конечно, некоторые дополнительные проблемы, но они были быстренько устранены. Самое главное, что аппарат, наконец, собран и даже работает!
Оставалось всего лищь снять парочку измерений, необходимых для дипломной работы, что без особых трудностей было осуществлено.
А теперь кратко о том, что делает эта штука:
засасывает пробу жидкости или газа с помощью насоса через внешний штуцер внутрь аппарата, где направляет её в кварцевую проточную кювету для возможного засвечивания ультрафиолетовым или инфракрасным излучением, после чего жидкость или газ попадает в проточную титановую камеру термостатирования, расположенную на элементе Пельтье, работающего в зависимости от заданного режима на нагрев или охлаждение, где происходит термостабилизация пробы на заданной температуре. После проба попадает в проточную ячейку с регулируемой высотой микроканала (или кварцевым окном вместо поршня) на встречно-штыревых электродах, где с помощью внешнего измерителя на разных частотах определяются сопротивления раствора. Полученные данные обрабатываются математически, и из них извлекается информация о возможном составе жидкости (или газа), концентрации, проводимости, диэлектрической проницаемости и т.д.
Электроды измерительной ячейки выполнены по технологии иммерсионного золочния по подслою никеля и, по идее, не должны корродировать. На данный момент аппарат проходит испытания. Кое-какие результаты уже получены. Пока что для извлечения параметров раствора использовалась модель идеально-поляризованного электрода. Составленный алгоритм автоматически подбирает номиналы эквивалентной схемы и определяет удельную электропроводность жидкостей. Работать ещё есть над чем. Советы от знающих людей приветствуются.
