Design and manufacture of a pattern lock

Abstract

El principal objetivo de este proyecto es el diseño y fabricación de una nueva cerradura mecánica en la que un patrón personalizado sustituya la llave tradicional, aportando seguridad y comodidad al usuario. Antes de desarrollar la idea, se realizó una investigación sobre las cerraduras existentes hoy en día, sus ventajas y sus limitaciones. Una vez determinado el problema a resolver, se llevó a cabo un proceso iterativo para desarrollar el prototipo. Cada idea de producto era diseñada con un software, fabricada con impresión 3D, y, posteriormente, evaluada.

Siguiendo esta metodología y tras tres iteraciones del prototipo, CrossLock, el primer diseño basado en simples movimientos direccionales con una llave, evolucionó hasta convertirse en PenLock, una cerradura cuyo funcionamiento se basa en el mecanismo de un bolígrafo retráctil. Con el fin de mejorar este funcionamiento y, por tanto, la experiencia del usuario, se llevó a cabo la experimentación y optimización del diseño, un riguroso análisis cuyas conclusiones resultaron esenciales para desarrollar el prototipo final de PenLock.

El mecanismo de PenLock es capaz de transformar movimiento lineal en rotacional. La combinación consiste en pulsar un determinado número de veces cada botón del sistema, teniendo un total tres botones. Cada vez que se pulsan, un pasador fijado al mecanismo de cada botón rota. Cuando se introduce el patrón correcto, todos los pasadores se orientan de forma que permiten el bloqueo o desbloqueo de la puerta. Si la combinación no es correcta, los pasadores impiden a la cerradura deslizar el cerrojo de seguridad.

Este nuevo sistema de bloqueo logra garantizar un alto nivel de seguridad debido al amplio abanico de posibles patrones.

The aim of this project is to design and manufacture a new mechanical locking system in which a customized pattern substitutes a key, providing security and comfort. Before developing the idea, a background research of existing products was performed in order to determine the problems to solve and, therefore, the specifications of the design. Then, during the prototype development, an iterative process, the product ideas were designed with a 3D Modeling Software, were built with 3D printing, and, next, were evaluated.

Following this methodology and after three iterations of the prototype, CrossLock, the initial iteration based on simple directional movements of a key, became PenLock, a lock which mechanism is based on the retractable pens mechanisms. In order to improve the operation of the lock and so the user experience, a ‘Design of Experiments’ test was accomplished and its conclusions were essential to achieve the final prototype of PenLock.

The inside mechanism of PenLock is able to translate linear motion into rotary motion. The pattern consists in a specific number of clicks in 3 different buttons. Each click rotates a pin fixed to the mechanism of each button. When the correct pattern in entered, all the pins are properly oriented in a way that allows to lock or unlock the door. If the combination is not correct, the pins stop the mechanism that slides the deadbolt in and out of the door.

This new locking system guarantees a high degree of safety due to the wide range of possible patterns.