- Aprendendo eletrônica, fabricação de PCBs, projeto para manufatura e outras tecnologias de hardware do zero, foi criado um teclado sem fio, split e ultrabaixo
- O processo de construção até o resultado final é explicado em detalhes
Teclado sem fio BAYLEAF
- Tipo: sem fio e dividido (split)
- Layout: 60% · ortolinear
- Switches: Kailh · PG1316S
- Keycaps: MFJ · design personalizado
- Estrutura externa: usinagem CNC · alumínio
- Tamanho: W139 · L93 · H5
- Peso: 180g
- Firmware: ZMK Studio
Motivação
- Ao descobrir o apelo dos teclados ergonômicos customizados, o autor iniciou seu primeiro build custom com o objetivo de alcançar uma aparência e acabamento de nível comercial
- Como não tinha experiência com CAD, aproveitou como uma ótima oportunidade para aprender novas habilidades como design de hardware e eletrônica
Decisões de design
- Sem fio: era essencial, especialmente em um teclado split, para evitar o uso de cabos. Continuar podendo remover a metade direita durante jogos para abrir espaço para o mouse ainda parece mágica
- Ortolinear: os dois teclados anteriores já eram ortolineares, então o autor já estava acostumado e proficiente nesse formato
- Sem stagger: não por ser contra stagger, mas por preferir um formato retangular limpo. Sem stagger, o trabalho de hardware também fica mais fácil
- Layout: como alterna com frequência entre MacBook e desktop, escolheu um layout 60% maior para evitar mudança de contexto. Também adotou espaçamento de 17×17mm entre switches
- Ergonomia: um design planejado priorizando mais a forma do que a função
- Alumínio: escolhido pela estética e pelo acabamento comercial, aceitando o sacrifício no sinal de RF e possíveis problemas de ESD
Log de construção
- O autor ficou muito impressionado com uma postagem de teclado de Mikefive no Reddit. Ela mostrou que era possível criar um teclado ergonômico low-profile de nível comercial, tornando isso acessível como hobby. Então decidiu investir tempo e recursos e começou o projeto
- O projeto começou com esboços. Aproveitando sketches 2D feitos meses antes, testou como os componentes se encaixariam dentro do enclosure e incorporou novas ideias
- Em seguida veio o assustador trabalho de esquemático. Aqui, sem tentar inventar moda, foi usada uma matriz de teclado simples para os switches. Isso é prática padrão para MCUs desse porte. Cada linha e coluna é ligada ao próprio pinout da MCU, usando 11 pinos no total
- Depois do esquemático, veio a parte divertida de projetar o layout da PCB. Foi decidido separar as laterais com V-cut para permitir destacar a PCB manualmente. Unir as laterais ajudou a manter os arquivos organizados e reduziu um pouco o custo de fabricação
- A lógica principal foi construída em torno do microcontrolador nice!nano. Ele já traz embutidas todas as funções importantes, como gerenciamento de energia e antena, permitindo manter tudo simples sem LEDs extras, telas ou encoders rotativos. Foi necessária apenas a configuração mínima para alimentação e comunicação
- O design do enclosure de alumínio foi outro desafio. Como era a primeira vez usando software de design paramétrico, foi preciso mudar um pouco a forma de pensar. No início, muitos arquivos quase finalizados foram descartados porque quebravam aleatoriamente ao ajustar dimensões, por causa da ordem incorreta das alterações
- Após cerca de 100 versões do case, chegou-se à versão final. Modelar algo que existiria fisicamente foi extremamente motivador
- O autor percebeu que precisava otimizar o projeto para usinagem CNC. Isso significou remover saliências fechadas ou recursos que a broca fisicamente não conseguiria alcançar. Também foi necessário eliminar cantos vivos que não podiam ser cortados com brocas arredondadas
- O trabalho nos keycaps customizados começou logo após concluir o build. Os keycaps padrão deixavam a desejar em tolerâncias personalizadas exigidas pelos switches PG1316 e também no perfil sonoro. Com pesquisa, descobriu-se que impressão MJF/SLS podia lidar com tolerâncias pequenas
- No momento da escrita, os keycaps ainda estavam em andamento, com vários encaixes e tamanhos sendo testados. Como o autor não possuía impressora 3D, precisou projetar todas as variações de uma vez para reduzir custos de fabricação
Montagem
- A montagem foi feita usando a cozinha como espaço de trabalho
- A produção normal de carbonaras foi interrompida e começou a produção de keyboarnaras
- Agora já dá para saber que este texto não foi escrito por IA
- Apresentação das ferramentas
- pasta de solda de baixa temperatura, à base de bismuto e sem chumbo
- fluxo solúvel em água e no-clean
- hotplate Miniware 50x50mm
- álcool isopropílico para limpeza
- equipamento de solda padrão
- multímetro
Desafios
- Dois desafios se destacaram durante o build: soldagem e limpeza
- Ao soldar uma PCB de 1mm de espessura com hotplate, ocorre empenamento. Uma superfície deformada é difícil de aquecer de maneira uniforme. Em cada tentativa de solda, era preciso monitorar contato com a superfície, temperatura de reflow, perfil de subida de temperatura, prevenção de superaquecimento, alinhamento dos switches, rastreamento de pequenas esferas de solda com fluxo e ainda evitar queimaduras. As mãos ficaram cheias
- Embora tenha encomendado um enorme stencil SMD em moldura, o autor descobriu que a melhor abordagem para garantir boa conexão dos switches era aplicar manualmente cerca de 3 vezes mais pasta do que o stencil indicava
- O segundo desafio foi a limpeza. Até o fluxo de solda “no-clean” precisou ser removido para evitar oxidação. O álcool isopropílico não funcionou e, no fim, foi usada água fervente para lavar os resíduos de fluxo. Era preciso ter lido melhor as especificações
- A solda de bismuto foi difícil de usar, e durante a soldagem bolinhas minúsculas de solda líquida espirravam para todo lado. Até conexões de solda perfeitas precisavam ser limpas manualmente com escova
- Solução: soldar os switches em grupos de 4, limpar após cada rodada e só então seguir para a próxima etapa
- Soldar a grade 5×6 de switches levou um dia inteiro; provavelmente era, em algum momento, a fábrica mais ineficiente da UE
Avaliação final
- Havia potencial para vários problemas aparecerem, mas no geral tudo correu bem
- As peças necessárias se encaixaram com precisão e o esquemático eletrônico funcionou normalmente
- As tolerâncias estavam corretas, e a bateria Li-Po não explodiu
- Graças ao firmware ZMK, a instalação do firmware também foi muito fácil
- Todos os erros cometidos durante o processo puderam ser resolvidos na montagem
- Experiência de digitação
- A baixa altura do teclado o torna confortável, pois não é preciso dobrar os pulsos
- Os switches com força de atuação de 32g são relativamente pesados para um teclado estilo laptop e têm clique forte
- A sensação de digitação é boa, e os keycaps customizados suavizam o som
- Conclusão final: o processo de construção foi uma excelente experiência de aprendizado, e o produto final superou as expectativas
- Tendo aprendido tantas habilidades novas, o autor está animado para criar a próxima versão
Erros (Oopsies)
- Não foram adicionadas vias nos pads de cobre dos switches, deixando a conexão entre hotplate e PCB um pouco mais fria
- Uso de solder mask branca, que fica avermelhada quando superaquecida
- O footprint da PCB para o nice!nano não foi alterado de through-hole para SMD
- Solução: aplicar fita de poliamida e resolver com solda manual
- Era necessário um botão físico de reset
- Atualmente ele fica escondido sob o case, o que dificulta resetar quando a bateria está muito fraca
- A PCB não foi pré-aquecida antes da soldagem
- Pequenas elevações surgiram na superfície da PCB durante a soldagem, provavelmente por umidade
- Não houve atenção suficiente à mitigação de som e vibração
- Com uma pequena melhoria no projeto do enclosure, a transmissão sonora poderia ter ficado melhor
- O processo de anodização não foi especificado com clareza ao encomendar o case
- A anodização deveria ter sido feita após o jateamento para evitar marcas de dedos e oxidação
Melhorias para a próxima versão
- melhorar o cluster de polegar
- considerar um design ergonômico melhor
- revisar a configuração de stagger
- adicionar botão físico de reset
- adicionar mais opções de customização ao case de alumínio
- obter mais controle sobre o posicionamento da antena por meio de integração da PCB
- projetar laterais do chassi mais longas para permitir inserir camadas extras de espuma
- adicionar um material que feche a base para impedir que a PCB se dobre livremente
- adicionar um recurso de encaixe magnético prático para viagens
- aumentar a curvatura dos cantos do enclosure para bordas mais suaves
- adicionar uma matriz 1x3 de LEDs para indicar layers e comandos
- experimentar os switches menores PG1316M para explorar novas possibilidades de layout
- experimentar a adição de dispositivo apontador e encoder rotativo
3 comentários
Ultimamente, parece que os teclados split estão focando um pouco mais no home row mod do que no cluster de polegar, então fico em dúvida se realmente há necessidade de melhorar o cluster de polegar. De qualquer forma, se o usuário já estava acostumado com o layout ortolinear, também penso que teria sido melhor dar um pouco mais de atenção às keycaps de barra com marcação tátil.
Há um comentário dizendo que ele já usou ortolineares prontos, mas se também tivesse experimentado teclados split prontos, talvez um design realmente ergonômico não fosse possível? O alfa e o ômega de um teclado split são os clusters de polegar...
Comentários do Hacker News
cmdao alternar entre o UHK e o teclado do MacBook