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詹姆斯·奥兰德(James Olander)在大型航空航天公司洛克希德·马丁(Lockheed Martin)担任了近5年的高级系统工程师，利用他在航空航天和空间系统工程方面的学位来开发创新的卫星技术和运载火箭。
但是作为一个像洛克希德·马丁这样的大型组织中的一个小部件，无论公司或工作有多伟大，都有一定的局限性。最终，詹姆斯发现自己在旧金山湾区的科技商店工作，周围的人都在努力实现自己的梦想。
在一台笔记本电脑前埋头工作多年后，詹姆斯受到启发，开始制造一种他一直在设想并知道可以解决一个普遍问题的产品:一种创新的、符合人体工程学的笔记本支架，名为栖息．
从爱好到事业的转变?向Pebble首席执行官埃里克•米基科夫斯基展示了一个原型，埃里克回答说:“你已经得到了把它放到Kickstarter上。”
几个月后栖息在kickstarter上2448名支持者为他提供了189,983美元，自那以后他已经卖出了1万多套。
现在詹姆斯在Roost的V2中工作．第二个版本开发中最大的变化是引入了注塑模具，增加了产量。对于第一个Roost支架，原型机和生产单元都是用激光切割机和相同的材料加工的，所以两者之间没有区别;如果原型坏了，那么生产单元也就坏了。
而注射成型则是完全不同的过程。你需要了解你的原型的结构元素，用不同的材料和工具完成，然后通过测试和分析预测你的最终注塑零件的结构特征。
这就是詹姆斯的航天背景发挥作用的地方。通过非常有意识和详细的分析，他能够评估塑料原型的结构元素，然后推断这些结果，以了解注塑部件的性能。
在《硬件聚光灯》中，詹姆斯分享了他的过程中的元素，这些元素利用了他的航空航天工程背景，使他能够设计出耐久性高且无需猜测的产品。
理解设计的关键组成部分
在你做其他事情之前，你必须了解你的零件设计中最关键的组成部分。比如，哪些结构元素对产品的机械完整性最重要?詹姆斯说:“在航天领域，如果你发射了一个飞行器，你就不能去修理它。”“当你意识到不对劲的时候，你已经飞了一万英里了!”所以你最好知道，至少在纸上，并在理解的水平上测试它的力量。”
对于Roost来说，最关键的设计组件是强度和刚度。巢架的设计是非常坚固和稳定的，为终身沉重的使用。这就是詹姆斯的关注点所在。
我不知道在不了解材料的机械性能的情况下我怎么能正确地建造任何东西
为了理解他需要分析的物理性质，詹姆斯利用了他的背景。“在航空航天工程中，有两种设计方法:优化刚度或优化强度，”詹姆斯说。“所以有两种物理性质需要分析。有一种衡量硬度的方法叫做模量，有一种衡量材料何时会断裂的方法叫做抗拉强度。然后你看每单位重量的这些属性特定的模量你看具体强度．优化这些材料的几何形状，以获得最低重量的最佳零件。”
一旦你知道了设计中最关键的部分，以及在结构完整性方面要优化的部分，你就需要找到使这些性能最大化的材料。
知道你的材料
为了找到合适的材料，你需要了解可用材料的机械性能。“我经常问不同制造商要材料属性表，他们通常会回答，‘你们为什么需要这个?’”詹姆斯的股票。“这总是让我很困惑!”因为对我来说，我不知道在不了解材料的机械性能的情况下，我怎么能正确地建造任何东西。”
对于最终的生产材料，James使用玻璃填充尼龙，这取代了第一个Roost产品使用的碳纤维，具有非常高的刚度。“硬度确实是需要优化的最重要的部分，因为你不希望你的笔记本电脑在支架上晃动，”詹姆斯说。“所以我选择了玻璃填充材料，这种材料用于汽车零部件，将提供临界硬度。”
当然，玻璃填充尼龙并不是James用于迭代所有原型的材料。因此，对于James来说，寻找合适的材料来制作原型的主要挑战是找到一些在硬度上可以与玻璃填充材料相媲美的材料。“我终于找到了一种叫做Bluestone的3D打印材料，它实际上是非常易碎的，”詹姆斯说。“它的强度不是很高，但它有很高的硬度。由于其刚度与注塑成型材料相比，在不施加载荷的情况下也不会断裂，因此使用相同刚度且强度是注塑成型材料四倍的生产材料，该结构将在最终生产中发挥作用。”
有了Roost，我可以构建它并破坏它，这样我就能确定它会在哪里破坏，而不仅仅是理论化
詹姆斯在第二版Roost中使用的另一种新材料是连接在笔记本电脑上的旋转抓握机制上的硅树脂。“硅很有趣，因为它是A和B组分，你把它混合在一起，然后发生化学反应，最终的形状是永久的，”詹姆斯说。“另一方面，塑料虽然缓慢，但一直处于变形状态。”
这是詹姆斯在他的过程中使用的详细分析。他了解他正在使用的材料的特性，优化了他的设计中的两个关键元素之一:强度和刚度。这使得他能够通过严格的比较和测试来预测最终的注塑单元在生产之前会是什么样子。
验证您的机械设计
与卫星相比，詹姆斯设计Roost的优势在于，他可以理解设计背后的机械理论，并在将其发射到宇宙之前进行物理测试。
詹姆斯说:“有了Roost，我可以构建它，也可以破坏它，这样我就能确定它会在哪里破坏，而不仅仅是推理。”“在纸上和CAD中理解你的机械结构是一回事，但如果可能的话，用物理原型测试你的理论也同样重要。”
永远不要认为你会在电脑上设计好它
也就是说，James是一个CAD向导，他认识到这是一个很好的工具，可以减少开发过程中的手工劳动。“有了这个Roost的第二个版本，我可以利用我已经做的参数模型来为我在几何上做调整，”James分享道。“在此之前，它是手动操作的;我要亲自去做这些小小的改变。现在我只要改变一个数字，它就能重新创造出整个东西。”
但是将理论几何形状转化为真正的产品仍然完全是另一件事。“永远不要假设你将在电脑上设计，没有办法，”詹姆斯强调。“For a long time I was 3D printing different shapes out of different materials and judging, ‘well, if the injection molding material is going to be four times stronger but the same stiffness, and this one broke at 10 pounds that means it should hold up to about 40 pounds when molded.’ There were tons of these comparisons.”
因此，虽然在纸上看起来很清楚如何优化刚度，然后比较3D打印材料和注塑材料的相对强度，但詹姆斯的过程中涉及了很多测试。他测试了在不同重量下具有不同性能和价格点的多种材料，以确信哪种材料是最好的。
然后，为了支持他对最终生产部件的预测分析，James计划对前25个注塑单元的配合度进行统计分析，以验证公差。詹姆斯说:“我将建造一些零件，公差高于你通常想要的注塑模具，因为你得到收缩。”这将有助于理解，例如，一个零件的公差是一个完美的圆。“完美的圆圈在注塑模具中不是一个好主意，但它是可以做到的，”詹姆斯补充道。“你只是需要花很多时间来调整工具。”
利用材料数据表、CAD和工程理论，但不要低估物理测试这些材料、设计和理论的重要性。
用于开发Roost的过程詹姆斯是零件理论和一部分的动手工程。在评估他的材料的性质和他设计的最重要组成部分方面，他是绝对的详细信息，但在验证这些设计的机制方面，他也非常动手。
因为有时候理论会让你失败。例如，James用于创建Roost V2多个迭代的第一个材料，事后看来，并不是最好的材料。他忽略了一些关键的特性，造成了一些计算错误，并且性能无法与最终所需的生产强度相比较。
关键是，在你的理论中要详细，在你对理论的验证中也要同样详细;准备是关键，但错误是不可避免的。甚至对航空航天工程师也是如此。
