- Apprendre de zéro l’électronique, la fabrication de PCB, la conception pour la fabrication et d’autres techniques hardware pour créer un clavier sans fil, split et ultra low-profile
- Explication détaillée de tout le processus, de la construction au résultat final
Clavier sans fil BAYLEAF
- Type : sans fil et scindé (Split)
- Disposition : 60 % · ortholinéaire (Ortholinear)
- Switches : Kailh · PG1316S
- Keycaps : MFJ · design sur mesure
- Boîtier : usinage CNC · aluminium
- Dimensions : W139 · L93 · H5
- Poids : 180 g
- Firmware : ZMK Studio
Motivation
- Après avoir découvert l’attrait des claviers ergonomiques custom, l’auteur s’est lancé dans son premier build custom avec pour objectif une apparence et une finition de niveau commercial
- Comme il n’avait aucune expérience en CAD, il y a vu une excellente occasion d’apprendre de nouvelles compétences, notamment en design hardware et en électronique
Choix de conception
- Sans fil : indispensable, surtout pour un clavier split, afin d’éviter les câbles. Pouvoir retirer la moitié droite pendant le jeu pour libérer l’espace de la souris lui semble encore presque magique
- Ortholinéaire (Ortholinear) : ses deux claviers précédents étaient ortholinéaires, il y était donc habitué et l’utilisait déjà avec aisance
- Sans décalage (Sans stagger) : sans être opposé au stagger, il préfère une forme rectangulaire nette. L’absence de décalage simplifie aussi le travail hardware
- Disposition : comme il alterne souvent entre MacBook et desktop, il a choisi une disposition 60 % plus grande afin d’éviter les changements de contexte. Il a aussi retenu un espacement des switches de 17×17 mm
- Ergonomie : un design volontairement pensé avec la forme avant la fonction
- Aluminium : choisi pour l’esthétique et une finition d’apparence commerciale, en acceptant le sacrifice sur le signal RF et les problèmes potentiels d’ESD
Journal de build
- Il a été fortement impressionné par un post Reddit de Mikefive sur son clavier. Celui-ci montrait qu’il était possible de fabriquer un clavier ergonomique low-profile d’un niveau commercial, tout en restant dans le domaine du hobby. Il a donc décidé d’y investir du temps et des ressources pour lancer le projet
- Le projet a commencé par des esquisses. Il s’est appuyé sur un croquis 2D réalisé quelques mois plus tôt pour tester comment les composants s’intégreraient dans le boîtier et pour incorporer de nouvelles idées
- Il s’est ensuite attaqué au travail intimidant du schéma électronique. Sans chercher l’originalité, il a utilisé une simple matrice clavier pour les switches, pratique standard sur un MCU de cette taille. Chaque ligne et chaque colonne est reliée au pinout du MCU, pour un total de 11 broches
- Après le schéma, il a pris plaisir à concevoir le layout du PCB. Il a choisi de séparer les côtés par V-cut afin de pouvoir détacher le PCB à la main. Regrouper les côtés permettait de garder des fichiers propres et de réduire légèrement les coûts de fabrication
- La logique proprement dite a été construite autour du microcontrôleur nice!nano. Ce contrôleur intègre toutes les fonctions importantes, comme la gestion de l’alimentation et l’antenne, ce qui a permis de rester sur une conception simple, sans LED supplémentaires, écran ni rotary encoder. Seule une configuration minimale pour l’alimentation et la communication était nécessaire
- La conception du boîtier en aluminium a représenté un autre défi. C’était sa première utilisation d’un logiciel de design paramétrique, ce qui a demandé un changement de façon de penser. Au début, il a jeté de nombreux fichiers presque terminés, car ils se cassaient de manière aléatoire lors des ajustements de dimensions à cause d’un mauvais ordre de modifications
- Il a fallu environ 100 versions du boîtier pour arriver à la version finale. Modéliser quelque chose destiné à exister physiquement s’est révélé très motivant
- Il a compris qu’il fallait optimiser pour l’usinage CNC. Cela signifiait supprimer les surplombs fermés ou les éléments impossibles à atteindre physiquement avec un foret. Il a aussi dû éliminer les angles vifs qu’un foret rond ne peut pas usiner
- Le travail sur les keycaps custom a commencé juste après la fin du build. Les keycaps de base étaient insuffisants, tant du point de vue des tolérances spécifiques requises par les switches PG1316 que du profil sonore. Ses recherches lui ont montré que l’impression MJF/SLS pouvait gérer de faibles tolérances
- Au moment de la rédaction, les keycaps sont encore en cours, avec des tests sur différents ajustements et tailles. Comme il ne possède pas d’imprimante 3D, il devait concevoir toutes les variantes d’un coup afin de réduire les coûts de fabrication
Assemblage
- L’assemblage a été réalisé dans la cuisine, utilisée comme espace de travail
- La production habituelle de carbonaras a été interrompue pour lancer la production de keyboarnaras
- On sait maintenant que cet article n’a pas été écrit par une IA
- Présentation des outils
- pâte à souder basse température sans plomb à base de bismuth
- flux hydrosoluble, no-clean
- hotplate Miniware 50x50mm
- alcool isopropylique pour le nettoyage
- équipement de soudure standard
- multimètre
Défis
- Deux défis se sont particulièrement démarqués pendant le build : la soudure et le nettoyage
- Souder au hotplate un PCB de 1 mm d’épaisseur provoquait une déformation. Une surface voilée est difficile à chauffer uniformément. À chaque tentative, il fallait surveiller à la fois le contact avec la surface, la température de refusion, le profil de montée en température, la prévention de la surchauffe, l’alignement des switches, le suivi des billes de soudure avec le flux et la prévention des brûlures. Il n’avait pas assez de mains
- Il avait commandé un énorme pochoir SMD avec cadre, mais a découvert qu’appliquer manuellement environ trois fois plus de pâte que via le pochoir était la meilleure méthode pour garantir une bonne connexion des switches
- Le second défi était le nettoyage. Même un flux de soudure « no-clean » devait être lavé pour éviter l’oxydation. L’alcool isopropylique s’est révélé inefficace, et il a fini par utiliser de l’eau bouillante pour éliminer les résidus de flux. Il aurait dû mieux lire les spécifications
- La soudure au bismuth était délicate à utiliser, et de très petites billes de soudure liquide éclaboussaient partout pendant la soudure. Même les connexions parfaites devaient être nettoyées manuellement à la brosse.
- Solution : souder les switches par groupes de 4, nettoyer après chaque série, puis passer à l’étape suivante
- Souder la grille de switches 5×6 a pris une journée entière ; c’était probablement, à un moment donné, l’usine la moins efficace de toute l’UE
Évaluation finale
- De nombreux problèmes auraient pu survenir, mais dans l’ensemble tout s’est déroulé sans accroc
- Les pièces nécessaires s’ajustaient exactement comme prévu, et le schéma électronique a fonctionné correctement
- Les tolérances étaient justes, et la batterie Li-Po n’a pas explosé
- Grâce au firmware ZMK, l’installation du firmware a aussi été très simple
- Toutes les erreurs commises pendant le build ont pu être corrigées lors de l’assemblage
- Expérience de frappe
- Grâce à la faible hauteur du clavier, il est confortable à utiliser sans avoir à casser les poignets
- Les switches avec une force d’activation de 32 g sont plutôt lourds pour un clavier de style laptop, avec un clic marqué
- Le toucher est bon, et les keycaps custom adoucissent le son
- Conclusion finale : le build a été une excellente expérience d’apprentissage, et le produit final a dépassé les attentes
- Maintenant qu’il a acquis de nouvelles compétences, il a hâte de concevoir la version suivante
Erreurs (Oopsies)
- Aucun via n’a été ajouté aux pads en cuivre des switches, ce qui a rendu la connexion entre le hotplate et le PCB légèrement plus froide
- Utilisation d’un solder mask blanc, qui se décolore en rouge en cas de surchauffe
- Le footprint PCB du nice!nano n’a pas été modifié du type traversant vers le type SMD
- Solution : ajout de ruban polyimide et correction en soudure manuelle
- Un bouton de reset physique aurait été nécessaire
- Il est actuellement caché sous le boîtier, ce qui rend le reset difficile lorsque la batterie est très faible
- Le PCB n’a pas été préchauffé avant la soudure
- De petites bosses sont apparues à la surface du PCB pendant la soudure, probablement à cause de l’humidité
- Pas assez d’attention portée à l’atténuation du son et des vibrations
- Une légère amélioration de la conception du boîtier aurait permis une meilleure transmission sonore
- Le processus d’anodisation n’a pas été clairement spécifié lors de la commande du boîtier
- Il faut anodiser après media blasting pour éviter les traces de doigts et l’oxydation
Améliorations prévues pour la prochaine version
- améliorer le thumb cluster
- envisager une meilleure conception ergonomique
- reconsidérer la configuration du stagger
- ajouter un bouton de reset physique
- ajouter davantage d’options de personnalisation au boîtier en aluminium
- obtenir plus de contrôle sur le placement de l’antenne via l’intégration du PCB
- allonger les côtés du châssis (frame) afin de pouvoir insérer une couche de mousse supplémentaire
- ajouter un matériau fermant le dessous pour empêcher le PCB de se cintrer librement
- ajouter une fermeture magnétique pratique pour le transport
- augmenter la courbure des angles du boîtier pour des bords plus doux
- ajouter un arrangement de LED 1x3 pour afficher les layers et les commandes
- expérimenter les switches PG1316M plus petits pour explorer de nouvelles possibilités de layout
- expérimenter l’ajout d’un dispositif de pointage et d’un rotary encoder
3 commentaires
Ces derniers temps, j’ai l’impression que les claviers split se concentrent davantage sur les home row mods que sur les clusters pour les pouces, donc je me demande s’il était vraiment nécessaire d’améliorer spécialement le cluster pour les pouces. De toute façon, pour des utilisateurs déjà habitués à l’ortholinéaire, je me dis qu’il aurait peut-être mieux valu accorder un peu plus d’attention aux keycaps à repères.
Il est mentionné que des claviers ortholinéaires du commerce ont été essayés, mais si des claviers split du commerce avaient aussi été testés, on aurait peut-être pu aboutir à un design réellement ergonomique. Le b.a.-ba d’un clavier split, c’est le cluster pour les pouces..
Avis Hacker News
cmd, etc. quand je passe de l’UHK au clavier du MacBook