Design of foldable interlocking 3D structures in mountboard for use in board game systems

Abstract

The proliferation of commercial laser cutters has expanded the use of laser cutting technology to new markets, opening up new possibilities for small companies to innovate in their fields. This thesis aims to examine the use of laser cutting technology in the context of creating foldable 3D structures for board games and the resulting product development of these structures within a board game system.
Two cutting patterns for hinges made out of the paper-based material mountboard are researched and developed, following specifications set by the company the thesis is made in collaboration with. The hinge patterns are further implemented together with locking mechanisms in structure cutout patterns that allow different shapes of structures to be folded up from a flat plane. The structures are developed to work within a tiling grid system and exhibit properties that allow it to be used within a game board system being developed by the collaborating company.
The thesis concludes with a discussion on how the hinge and structure designs can be used in future applications as well as where further research in the subject is possible.

Abstract (Swedish)

Den ökade tillgängligheten av kommersiella laserskärare har utvidgat användningen av laserskärningsteknik till nya marknader och öppnat upp nya möjligheter för mindre företag att finna innovativa lösningar inom sina områden. Denna examensarbeterapport ämnar att undersöka användningen av laserskärningsteknik i samband med att skapa vikbara 3D-strukturer för brädspel, och den resulterande produktutvecklingen av dessa strukturer inom ett brädspelssystem.
Två skärmönster för gångjärn gjorda av pappersbaserade materialet “mountboard” undersöks, enligt specifikationer som fastställts av företaget som rapporten är gjord i samarbete med. Gångjärnen implementeras tillsammans med en låsmekanism i olika skärmönster för strukturer, som möjliggör att strukturer i olika skepnader kan vikas upp från en plan form. Strukturerna utvecklas för att tillsammans passa in i ett rutnätssystem och sedan användas i ett spelbrädessystem som företaget utvecklar.
Rapporten avslutas med en reflektion om hur gångjärns- och strukturdesignerna kan appliceras i framtida produkter, samt var det är möjligt med ytterligare forskning inom ämnet.

Popular Abstract (Swedish)

Laserskärning har blivit mer och mer populärt hos makers och mindre företag de senaste åren, men denna metod kan tyvärr bara skära till platta föremål. Tänk om man kunnat kringgå detta dilemma? Detta examensarbete har undersökt hur man kan skapa gängor i papp-ark genom laserskärning och hur det sedan kan användas för att göra vikbara strukturer till brädspel. Inga mera små Monopol-hus, nu är det dags för större ting!

Examensarbetet har resulterat i utformningen av en laserskuren gänga i 2 mm tjock sammanpressad pappkartong, samt designen av vikbara strukturer som planeras att användas i ett brädspel under utveckling av Shearwood Games.
När man vill vika papp är normen idag att använda sig av “bigning”; man bockar pappret i en stor maskin och får ett veck som gör det enkelt att vika pappret utan att få några sprickor. Detta är ett effektivt sätt men kan också bli väldigt dyrt för små företag. Målet med detta examensarbete har därmed varit att undersöka om man kan få fram vikbara gängor via laserskärning istället. Laserskärningsmaskiner har blivit mycket mer tillgängliga för små företag och hobbyister de senaste åren och därmed kan en fungerande laserskuren gänga öppna upp nya möjligheter i produktutveckling. Examensarbetet har gjorts i samarbete med Shearwood Games och en del av projektet har involverat att använda gängan för att konstruera strukturer som de kan använda i sina brädspel. 3D-strukturer har alltid varit tilltalande i brädspel men eftersom de oftast tar stor plats kan dessa gängor vara en lösning på problemet.

Efter en rad med praktiska tester hittades ett skärmönster för en gänga som klarade av att vikas utan att sprickor uppstod i pappret. Detta mönster består av streckade linjer som går parallellt mot varandra och tillåter 90 graders böjningar med gängorna, med en inre diameter så liten som 1 mm! Ytterligare undersökningar gjordes för att etablera vilka dimensioner hos mönstret som påverkar egenskaperna hos gängan.

Gängan användes sedan för att skapa strukturer i olika slag; enklaste formen var en fyrkantig låda utan topp, som sedan utökades via variationer med lutande väggar och höjdskillnader. Eftersom gängan skärs direkt ur materialet går det att skära ut resten av strukturen i ett och samma svep, vilket förenklar produktionen stort. För att se till att väggarna håller sig uppvikta utvecklades en låsmekanik, “GT-låset”, döpt efter hur formen på de två delarna ser ut som bokstäver. Variationer av låset och gängan testades om och om igen tills de ansågs hållbara nog att användas av konsumenter, och en enkel mekanism med små hakar gjorde att strukturerna kunde kopplas tillsammans.

Eftersom dessa strukturerna skulle användas i ett brädspel gick en del av projektet till att designa vilka rum som skulle passa brädspelet, hur dörrar kunde positioneras och att strukturerna kunde passas in i ett rutnät utan att hamna fel. Företaget var mycket nöjda med resultatet och förhoppningsvis leder detta arbete till en fulländad produkt i slutändan. Gängorna har också mycket stor potential för andra produkter där bigning inte är ett alternativ, så håll ögonen öppna när ni ser något vikbart i framtiden!

• author: Widmark, Tobias
• supervisor: Per Kristav
• organization: Innovation
• course: MMKM10 20211
• year: 2021
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: product development, hinge construction, laser cutting
• language: English
• id: 9059024
• date added to LUP: 2021-06-28 11:08:42
• date last changed: 2021-06-28 11:08:42