3D digitālās smiltis: 11 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Šis projekts ir sava veida turpinājums manam DotStar LED kubam, kur es izmantoju SMD gaismas diodes, kas piestiprinātas pie stikla PCB. Drīz pēc šī projekta pabeigšanas es satiku Adafruit animētās LED smiltis, kas izmanto akselerometru un LED matricu, lai simulētu smilšu graudu kustību. Es domāju, ka būtu jauka ideja paplašināt šo projektu trešajā dimensijā, vienkārši izveidojot lielāku mana LED kuba versiju pārī ar akselerometru. Es arī gribēju izmēģināt kuba liešanu epoksīda sveķos.

Ja vēlaties redzēt kubu darbībā, ritiniet līdz videoklipam.

1. darbība: materiālu saraksts

Šajā sarakstā ir iekļauti materiāli, kas nepieciešami, lai izveidotu kubu, kā parādīts attēlā

• 144 gab. SK6805-2427 gaismas diodes (piemēram, aliexpress)
• mikroskopa slaidi (piemēram, amazon.de)
• vara lente (0,035 x 30 mm) (piemēram, ebay.de)
• TinyDuino pamata komplekts - litija versija
• akselerometra modulis (piemēram, ASD2511-R-A TinyShield vai GY-521)
• PCB prototips (30 x 70 mm) (piemēram, amazon.de)
• caurspīdīgi liešanas sveķi (piemēram, conrad.de vai amazon.de)
• 3D drukāts korpuss

Būvniecībai nepieciešami papildu materiāli un instrumenti

• Karstā gaisa lodāmurs
• parasts lodāmurs ar smalku galu
• 3D printeris
• lāzera printeris
• Dupont savienotāji
• plāns vads
• PCB galvenes tapas
• zemas temperatūras lodēšanas pasta
• PCB kodinātājs (piemēram, dzelzs hlorīds)
• UV cietējoša līme metāla stiklam (piemēram, NO61)
• universāla līme (piemēram, UHU Hart)
• silikona hermētiķis
• tonera pārneses papīrs
• acetons

2. solis: stikla PCB izgatavošana

Šis process jau ir detalizēti aprakstīts manā iepriekšējā instrukcijā par manu DotStar LED Cube, tāpēc es tikai īsumā apskatīšu darbības.

1. Izgrieziet mikroskopu priekšmetstikliņus 50,8 mm garos gabalos. Man ir 3D izdrukāta džiga, lai palīdzētu sasniegt pareizo garumu (skat. Pievienoto.stl failu). Jums būs nepieciešami 4 slaidi, kurus iesaku izgatavot no 6 līdz 8 gabaliem.
2. Līmējiet vara foliju uz stikla pamatnes. Es izmantoju UV cietējošo līmi NO61.
3. Izmantojot lāzerprinteri, izdrukājiet pievienoto pdf ar PCB zīmējumu uz tonera pārneses papīra. Pēc tam izgrieziet atsevišķus gabalus.
4. Pārnesiet PCB dizainu uz vara pārklājumu. Šim nolūkam es izmantoju laminētāju.
5. Izkodiniet varu, izmantojot, piem. dzelzs hlorīds
6. Noņemiet toneri, izmantojot acetonu

3. solis: lodēšanas gaismas diodes

Savā DotStar LED kubā es izmantoju APA102-2020 gaismas diodes, un šajā projektā tika plānots izmantot tāda paša veida gaismas diodes. Tomēr, ņemot vērā nelielo attālumu starp atsevišķiem LED spilventiņiem, ir ļoti viegli izveidot lodēšanas tiltus. Tas piespieda mani lodēt katru LED ar rokām, un es faktiski darīju to pašu šajā projektā. Diemžēl, kad projekts bija gandrīz pabeigts pēkšņi, sāka parādīties daži lodēšanas tilti vai slikti kontakti, kas lika man visu atkal izjaukt. Pēc tam es nolēmu pāriet uz nedaudz lielākām SK6805-2427 gaismas diodēm, kurām ir atšķirīgs spilventiņu izkārtojums, kas padara tās daudz vieglāk lodējamas.

Es pārklāju visus spilventiņus ar lodēšanas pastu ar zemu kušanas temperatūru un pēc tam novietoju gaismas diodes uz augšu. Rūpējieties par gaismas diožu pareizu orientāciju, atsaucoties uz pievienoto shēmu. Pēc tam es ievietoju PCB uz mūsu virtuves sildvirsmas un uzmanīgi karsēju, līdz lodējums izkusis. Tas strādāja klusi, un man bija tikai nedaudz jāpārstrādā ar savu karstā gaisa lodāmuru. Lai pārbaudītu LED matricu, es izmantoju Arduino Nano, kas vada Adafruit NeoPixel pavedienu, un pievienoju to matricai, izmantojot Dupont vadus.

4. solis: sagatavojiet apakšējo PCB

Apakšējai PCB es izgriezu 30 x 30 mm gabalu no prototipa plāksnes. Pēc tam es pielodēju dažas tapas, kur pēc tam tiks pievienoti stikla PCB. VCC un GND tapas tika savienotas, izmantojot nelielu sudraba vara stieples gabalu. Tad es atliku visus atlikušos caurumus ar lodmetālu, jo citādi liešanas procesā epoksīda sveķi izplūst cauri.

5. darbība. Pievienojiet stikla PCB

Lai pievienotu LED matricas apakšējai PCB, es atkal izmantoju UV cietējošu līmi, bet ar augstāku viskozitāti (NO68). Pareizai izlīdzināšanai es izmantoju 3D drukātu džigu (skat. Pievienoto.stl failu). Pēc stikla pielīmēšanas PCB joprojām bija nedaudz kustīgi, bet kļuva stingrāki pēc tam, kad tie bija pielodēti pie tapas. Šim nolūkam es vienkārši izmantoju savu parasto lodāmuru un parasto lodmetālu. Atkal ir laba ideja pārbaudīt katru matricu pēc lodēšanas. Savienojumi starp atsevišķu matricu Din un Dout tika veikti ar Dupont vadiem, kas savienoti ar tapas galviņām apakšā.

6. darbība: samontējiet elektroniku

Tā kā es vēlējos padarīt korpusa izmēru pēc iespējas mazāku, es negribēju izmantot parasto Arduino Nano vai Micro. Šis 1/2 collu LED kubs ar vienu 499. lika man uzzināt par TinyDuino plāksnēm, kas šķita ideālas šim projektam. Es saņēmu pamata komplektu, kas ietver procesora plāksni, USB vairogu programmēšanai, prototipu ārējiem savienojumiem, kā arī niecīga, atkārtoti uzlādējama LiPo baterija. Retrospektīvi, man vajadzēja iegādāties arī piedāvāto 3 asu akselerometra vairogu, nevis izmantot GY-521 moduli, kas man joprojām bija. Tas būtu padarījis cicuit vēl kompaktāku un samazinātu nepieciešamos izmērus Šīs konstrukcijas shēma ir diezgan vienkārša un pievienota zemāk. Es veicu dažas izmaiņas TinyDuino procesora panelī, kur pēc akumulatora pievienoju ārēju slēdzi. Procesora panelī jau ir slēdzis, bet tas bija tikai īss Savienojumi ar pamatplāksni un moduli GY-521 tika veikti, izmantojot tapas, kas neļauj izveidot kompaktāko dizainu, bet piedāvā lielāku elastību nekā vadu lodēšana tieši. T vadu/tapu garumam proto plates apakšā jābūt pēc iespējas īsākam, pretējā gadījumā jūs to vairs nevarat pievienot procesora plates augšai.

7. darbība: augšupielādējiet kodu

Pēc elektronikas apkopošanas varat augšupielādēt pievienoto kodu un pārbaudīt, vai viss darbojas. Kods ietver šādas animācijas, kuras var atkārtot, pakratot akselerometru.

• Varavīksne: varavīksnes animācija no FastLED bibliotēkas
• Digitālās smiltis: tas ir Adafruits animācijas LED smilšu koda paplašinājums līdz trim dimensijām. LED pikseļi pārvietosies atbilstoši akselerometra nolasījuma vērtībām.
• Lietus: pikseļi krīt no augšas uz leju atbilstoši paātrinājuma mērītajam slīpumam
• Konfeti: nejauši iekrāsoti plankumi, kas mirgo un vienmērīgi izgaist no FastLED bibliotēkas

8. darbība: liešana

Tagad ir pienācis laiks LED matricu ieliet sveķos. Kā ieteikts komentārā manā iepriekšējā uzbūvē, būtu jauki, ja resinf un stikla laušanas rādītāji sakristu tā, lai stikls būtu neredzams. Spriežot pēc abu sveķu komponentu laušanas rādītājiem, es domāju, ka tas varētu būt iespējams, nedaudz mainot abu sajaukšanas devu. Tomēr pēc dažu testu veikšanas es atklāju, ka nespēju ievērojami mainīt refrakcijas koeficientu, nesabojājot sveķu cietību. Tas nav pārāk slikti, jo stikls ir tikai lēni redzams, un galu galā es tomēr nolēmu raupjēt sveķu virsmu. Svarīgi bija arī atrast piemērotu materiālu, ko varētu izmantot kā pelējumu. Es lasīju par grūtībām noņemt veidni pēc liešanas līdzīgos projektos, piemēram, lonesoulsurfer's sveķu kubā. Pēc dažiem neveiksmīgiem izmēģinājumiem es atklāju, ka labākais veids ir izdrukāt veidni 3D un pēc tam pārklāt ar silikona hermētiķi. Es tikko izdrukāju vienu kārtu no 30 x 30 x 60 mm kastes, izmantojot Cura iestatījumu "spirālveida ārējā kontūra" (pievienots.stl fails). Pārklājot to ar plānu silikona slāni iekšpusē, pēc tam veidni ir ļoti viegli noņemt. Veidne tika piestiprināta pie apakšējās PCB, izmantojot arī silikona hermētiķi. Pārliecinieties, ka nav caurumu, jo, protams, sveķi iesūcas cauri un sveķos veidosies gaisa burbuļi. Diemžēl man bija neliela noplūde, kas, manuprāt, ir atbildīga par nelieliem gaisa burbuļiem, kas izveidojās pie veidnes sienas.

9. solis: pulēšana

Pēc veidnes noņemšanas varat redzēt, ka kubs izskatās ļoti skaidrs, pateicoties veidnes gludajai virsmai, kas pārklāta ar silikonu. Tomēr silikona slāņa biezuma atšķirību dēļ bija daži pārkāpumi. Arī augšējā virsma saķeres dēļ bija izliekta uz malām. Tāpēc es formu precizēju ar mitru slīpēšanu, izmantojot 240 smilšpapīru. Sākotnēji mans plāns bija visu nojaukt, pārejot uz arvien smalkākām putraimiem, tomēr galu galā es nolēmu, ka kubs izskatās jaukāk ar raupju virsmu, tāpēc es pabeidzu ar 600 smiltīm.

10. solis: uzstādiet korpusā

Elektronikas korpuss tika izstrādāts ar Autodesk Fusion 360 un pēc tam izdrukāts 3D formātā. Es pievienoju taisnstūrveida caurumu slēdzim sienā un dažus caurumus aizmugurē, lai uzstādītu GY-521 moduli, izmantojot M3 skrūves. TinyDuino procesora plate tika piestiprināta pie apakšējās plāksnes, kas pēc tam tika piestiprināta pie korpusa, izmantojot M2.2 skrūves. Sākumā es uzstādīju slēdzi korpusā, izmantojot karstu līmi, pēc tam tika uzstādīts GY-521 modulis, pēc tam uzmanīgi tika ievietots protoboards un akumulators. LED matrica tika piestiprināta pie prototipa, izmantojot Dupont savienotājus, un procesora paneli var vienkārši pievienot no apakšas. Visbeidzot, es pielīmēju LED matricas apakšējo PCB pie korpusa, izmantojot vispārējas nozīmes līmi (UHU Hart).

11. solis: gatavs kubs

Beidzot kubs ir pabeigts un jūs varat baudīt gaismas šovu. Skatiet animācijas kuba videoklipu.