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DIY 機架的嘗試與我的模組化家具

· 10 min read
Wei Ji

前情提要

這裡有兩個前提,其中一個是我計畫使用二手筆電建構 Kubernetes 叢集,這個部份在我之前的文章已經提及:

仰望群星 (Satellites) - 我的 Homelab 戰略

自農曆過年後,我陸續入手了三台 DDR2、DDR3 時期的雙核筆電,已經構成了分散式 Control Plan 的基本要求(三個節點),是時候把它們組裝起來了。

另外一個前提則是我使用鐵力士作為外框、2020 鋁擠作為水平樑、洞洞木板作為平面,建立一個可模組化,並因應需求改變組裝方式的收納櫃體系,並且行之有年(好吧,也就四年左右的程度)。不過這個部份我尚未在我的部落格提及,因此會花一點篇幅做簡單的解釋。

我流「系統家具」

我的核心哲學是:

像佈置太空站模組一樣佈置我的房間

具體來說,模組化。不過我談論的不是典型系統傢俱的那種程度的模組化,而是像太空工程師 (Space Engineers) 或是 Minecraft 那樣,隨時可以把一個組件拆下來安裝到別地方去。

要滿足這個需求,我必須設定一個最小零件的標準,鋁擠型是一個十分合理的方案,畢竟在工業界已經行之有年,它經常被用來組裝成各種設備或是生產線。以 2020 為了對抗疫情而快速建立的口罩生產線為例,也大量的使用了鋁擠型1

然而以民生使用為基準,鋁擠型建造的結構顯得十分昂貴。原本我想用相同規格的方形木條取代,

然而我立刻遇到了一些挑戰:一來是木工產業的規格是英制的和 2020 不兼容,二來是缺乏「2020-木條」之間的連方案,要把木條等距打洞的話至少要有鑽床之類的設備,打孔又有可能破壞木條長度,考慮防腐的話至少也要上漆,租屋處沒有對外窗的話根本無法進行這種加工處理...

直到有一天和人聊天時,得知了一種叫做「頂天立地架」的東西。

它本質上就是個鐵力士層架的竹節狀鐵管,但是透過在最上方插入一支較細的鐵管與一些緊固件進行伸縮,頂住天花板之後固定,這個方案提供了一些特性:

  • 日需百備(聊天過程中被推坑的品牌)模組化的銷售模式,可以依照需求指購買特定的組件。
  • 用廉價的鐵管取代昂貴的鋁擠型作為承重組件。
  • 鐵力士層架是一種經過時間考驗的設計,其可靠性與市場穩定性可期。
  • 頂天立地的機構允許細長且高的收納架,在充分利用垂直空間的同時,也不用擔心重心過高容易傾倒的問題。

鐵力士層架的問題是,原生的波浪狀鐵網設計佔空間,而且跟鋁擠型相比模組化性能低下。然而使用鋁擠型作為水平樑仍然無法解決日常使用需要一個平面的問題。

合成木板可能是一般家具的合理考量,不過它對我而言仍然有過於厚重的問題,模組化零件必須要方便搬運與儲藏是我的基本要求,於是我試著設計了一個以木條完成平面的設計:

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日後我有找到其他設計,能夠簡單的解決這個問題,就是直接在木條上白膠後用布條蓋上去:由木條承重、由布條承擔撓性並用白膠固定兩種材料。

後來我觀察到大創的洞洞板有以下特性:

  • 孔洞直徑為 5mm。
  • 孔洞中心間隔為 25mm。
  • 有 30cm × 20cm、 30cm × 40cm 與 30cm × 60cm 這幾種規格。

日需百備的邊條有 30cm、45cm、60cm、90cm、120cm 這幾種尺寸,剛好與大創的洞洞的規格有一樣的基數。而 5mm 和 25mm 代表它是公制的,與與擠型有很高的相性。

於是一個鐵力士(日需百備)垂直負重與自由度固定、鋁擠型水平負重、洞洞板(大創)提供平面,構成的模組化體系就這樣誕生了。

基於我流系統家具的 DIY 機架嘗試

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先說結論,嘗試失敗,組完之後我會找時間拆掉,因為缺乏抽出筆電進行基本維護的能力。

如同我先前說的,鐵力士負責垂直負重,而從平面模組(洞洞板和鋁擠型)適配到垂直模組(鐵力士)主要由以下結構完成:

側邊是日需百備的「45cm 烤漆側條」:

有一個原本用於安裝曬衣桿的洞,比起波浪邊條我還需要額外的零件固定,這個零件固定起來更簡易,而且完整的鐵片也比起波浪條有高的承重能力。

這個鎖點的主要功能是提供水平方向的自由度約束,垂直方向的約束則由邊條本身的正向力提供:

鋁擠端的角件在安裝前可以先鎖緊,兩端各預留三公分即可:

這裡使用一塊標準 30×40cm 大創洞洞板與兩塊裁切過得 15×40cm 半板:

額外的兩根鋁擠型與日需百備之間沒有直接固定,主要仰賴來自洞洞板的約束。使用 M4 內六角皿頭螺絲加上 5mm 的原始大小加上密集板的壓縮裕度,稍微鎖緊就能降低螺絲對平面的影響。組裝時可透過磁鐵來在凹槽內移動方形螺母。

第一層完畢。

這裡的裁切版本是早期的版本,第二層的 15cm 板才是後來的版本。雖然大創的 40cm 已經比日需百備 40 cm 小了,但是在邊緣依然有干涉的問題,早期我想用簡單粗暴的等腰三角形導角解決,但是顯得不夠美觀,因此後來才有專門用於兩邊的 15cm 板。

最後把電源跟網路線佈一佈。

然而這個設計有一些問題,因此最後我不會採用。主要是筆電本身難以抽出進行操作,因為大部份筆電的電源鍵是在面板上,閉合狀態無法開機。另外一個問題是單層僅放置兩台筆電,浪費了三條 2020 鋁擠型的負重能力。

其實我最初的構想是立放設計的,但是其中一台筆電得出封口在背脊處,立放會直接把它堵住,加上固定用的機構遲遲沒有構想才嘗試比較接近原本機架伺服器的設計。

不過話說回來,原本想用來固定電源的嘗試反而給了我靈感:

果然千里之行最終還是始於足下啊!

Footnotes

  1. 直擊抗疫隱形功臣!臺灣拚成全球口罩生產大國,揭一週出貨10台產線秘密 - i創科技. https://itritech.itri.org.tw/blog/surgicalmask-factory-manufacture/