L'histoire de ce projet
Depuis quelques années, je voulais m'essayer à un nouveau hobby : les claviers mécaniques.
J'envisageais de le concevoir de A à Z (ou presque): faire le design du PCB (Printed Circuit Board, circuit électronique en Français) avec le logiciel KiCad, imprimer en 3D ou usiner le boîtier, découper la plaque (support des touches) au laser ou à la fraiseuse CNC, et terminer par la soudure des LEDs et touches.
N'étant pas particulièrement à l'aise sous KiCad, j'ai remis à plus tard le projet de concevoir mon propre PCB, et j'ai donc décidé de profiter du 11.11 sur Aliexpress pour commander un PCB existant, correspondant à la disposition que je souhaitais (j'y reviendrais).
Le processus de conception d'un clavier mécanique
Taille de clavier et disposition
La première étape consiste à choisir la "dimension" de clavier souhaitée, parmi les nombreuses dimensions existantes (full-size, TKL, 75%, 60%, etc.).
Rendez-vous ici pour plus d'informations sur les différentes tailles de claviers mécaniques.
J'ai personnellement choisi un format 75%, de 84 touches, légèrement plus compact qu'un TKL et définitivement plus compact qu'un clavier de taille classique. L'idée derrière ce choix est de réduire le mouvement de mes mains sur le clavier, afin de pouvoir taper plus vite.
Une fois la taille choisie, il faudra préparer/choisir votre disposition de touches : Azerty ou Qwerty, et ISO ou ANSI. Les claviers Qwerty sont généralement ANSI, le Azerty Français est ISO. Personnellement, j'ai décidé de basculer sur une disposition Qwerty, ayant entendu beaucoup de développeurs en dire du bien (et c'est mon métier, donc ...). C'est aussi plus facile de trouver des keycaps (les capuchons de touches, aussi mauvaise soit cette traduction) au format ANSI, et donc le Qwerty s'impose souvent chez les possesseurs de claviers mécaniques custom.
Pour préparer votre disposition clavier, si celle-ci est personnalisée, un outil très pratique existe : keyboard-layout-editor.com. La disposition que j'ai conçue dans cet éditeur est visible dans l'album ci-dessous. Cet outil permet surtout d'exporter les données "brutes" via l'onglet Raw Data, et nous en aurons besoin dans l'étape suivante.
Choix des switchs
À ce stade, il faut déterminer quels touches (switchs en Anglais) vous souhaitez utiliser. Là encore, il existe un grand nombre de possibilités. Les plus courants sont les Cherry MX, mais de nombreux autres fabricants proposent des switchs alternatifs qui sont de plus en plus appréciés par les utilisateurs de claviers mécaniques.
Dans mon cas, je ne voulais pas être trop original pour mon premier clavier mécanique et j'ai donc décidé de prendre des Cherry MX. Ils sont disponibles en plusieurs variantes, nommées par leur couleur (red, blue, brown, etc.). Le mieux, si comme moi vous ne savez pas ce qui vous conviendra, est de commander un kit d'essai, composé généralement de 9 switchs différents, pour les essayer et faire votre choix.
J'ai personnellement opté pour des MX Brown, qui sont dits "tactiles", c'est à dire qu'ils ont un léger retour vous permettant de savoir précisément quand vous avez atteint la course nécessaire à les déclencher.
Ce sujet mériterait un article dédié, ce que je ferais peut-être dans le futur.
Création de la plaque
Sur un clavier mécanique, les touches peuvent être "PCB-mounted", simplement soudées sur le PCB, ou "plate-mounted", montées sur une plaque ET soudées au PCB. Dans la plupart des cas le plate-mounted est privilégié, sûrement pour des questions de rigidité et d'acoustique (mais n'ayant que peu d'expérience dans les claviers mécaniques, je ne peux que le supposer).
Pour concevoir la plaque, un nouvel outil est à notre disposition : builder.swillkb.com. Il suffit de copier/coller les données brutes générées dans keyboard-layout-editor, choisir quelques options comme le type de touches (switchs en Anglais), le type de boîtier et les stabilisateurs utilisés, puis cliquer sur Draw my CAD. Retrouvez la capture d'écran de la plaque générée à partir de ma disposition dans l'album à la fin de cet article.
Cette plaque devra ensuite être découpée au laser ou à la fraiseuse CNC.
Conception du PCB
C'est la partie qui m'a posée problème. Il faut en effet créer dans un logiciel comme KiCad ou Eagle le circuit électronique sur lequel on viendra souder les touches, les LEDs, les diodes et le micro-contrôleur.
La position des touches doit être précise pour correspondre à la plaque. Il existe des modules Eagle/KiCad permettant d'importer les données brutes de keyboard-layout-editor, mais mes essais rapides n'ont pas été très concluants et je n'ai donc pas (pour l'instant) conçu le PCB moi-même.
Il s'avère aussi, par le plus grand des hasards (si si, vraiment), que la disposition de touches que je souhaitais utiliser correspond parfaitement à la disposition d'un PCB que j'ai trouvé sur Aliexpress. J'en parle un peu plus bas.
Un fois la conception terminée, de nombreux services permettent la production de PCB, notamment JLC-PCB ou PCBway. Je vous laisse chercher sur le net !
Choix des keycaps
Il vous faudra aussi choisir des keycaps (capuchons de touches), et là c'est une étape relativement simple tant il y a de kits disponibles sur Internet. Faites tout de même attention à la matière choisie, à leur compatibilité avec un rétro-éclairage, à la disposition ANSI ou ISO, etc.
J'ai opté pour un kit de keycaps noirs en ABS, avec caractères sur le devant des touches plutôt qu'au dessus (voir photos). Ils viennent eux-aussi d'Aliexpress, retrouvez-les ici.
Conception du boîtier
Le boitier peut être conçu depuis n'importe quel logiciel de CAO (Solidworks, Freecad, Fusion, etc.) et usiné avec une fraiseuse CNC ou imprimé en 3D. Je ne rentrerais pas dans les détails de cette étape, qui là encore mériterait un article à part entière, et dépend surtout du logiciel utilisée.
Dans mon cas, j'ai acheté le boîtier avec le PCB, les stabilisateurs et la plaque, dans un kit au prix plus que raisonnable dans le monde des claviers mécaniques (je comptais initialement juste acheter le PCB, mais la différence de prix entre le PCB seul et le kit était tellement dérisoire que je n'ai pas résisté). Retrouvez ici le kit que j'ai commandé.
Assemblage
Une fois tous les composants reçu / fabriqués, il ne reste plus qu'à les assembler. Armez-vous d'un peu de patience et d'un bon fer à souder, vous allez avoir un grand nombre de soudures à faire (336 dans mon cas, 168 pour les 84 touches et le même nombre pour les LEDs de 3mm que j'ai ajoutées pour rétro-éclairer le clavier).
Le résultat :
Retrouvez ci-dessous quelques images de ce projet :