3D -digitaalinen hiekka: 11 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Tämä projekti on eräänlainen jatkoa DotStar LED -kuutolleni, jossa käytin lasipiirilevyihin kiinnitettyjä SMD -LED -valoja. Pian tämän projektin päätyttyä törmäsin Adafruitin animoituun LED -hiekkaan, joka käyttää kiihtyvyysmittaria ja LED -matriisia hiekkajyvien liikkeen simuloimiseksi. Ajattelin, että olisi hyvä idea laajentaa tätä projektia kolmanteen ulottuvuuteen rakentamalla vain suurempi versio LED -kuutistani, joka on yhdistetty kiihtyvyysmittariin. Halusin myös kokeilla kuution valamista epoksihartsiin.

Jos haluat nähdä kuution toiminnassa, vieritä videoon asti.

Vaihe 1: Materiaaliluettelo

Seuraava luettelo sisältää kuution rakentamiseen tarvittavat materiaalit kuvan osoittamalla tavalla

• 144 kpl SK6805-2427 LEDiä (esim. Aliexpress)
• mikroskoopin dioja (esim. amazon.de)
• kuparinauha (0,035 x 30 mm) (esim. ebay.de)
• TinyDuino -perussarja - litiumversio
• kiihtyvyysmittarimoduuli (esim. ASD2511-R-A TinyShield tai GY-521)
• piirilevyn prototyyppi (30 x 70 mm) (esim. amazon.de)
• kirkas valuhartsi (esim. conrad.de tai amazon.de)
• 3D -tulostettu kotelo

Rakentamiseen tarvitaan muita materiaaleja ja työkaluja

• Kuumailmajuotos
• tavallinen juotin hienolla kärjellä
• 3D tulostin
• Laser-tulostin
• Dupont -liittimet
• ohut lanka
• PCB -otsikkotapit
• matalan lämpötilan juotospasta
• PCB -syövytys (esim. Ferrikloridi)
• UV-kovettuva liima metallilasille (esim. NO61)
• yleiskäyttöinen liima (esim. UHU Hart)
• silikonitiiviste
• väriaineen siirtopaperi
• asetoni

Vaihe 2: Lasilevyjen valmistus

Tämä prosessi on jo kuvattu yksityiskohtaisesti edellisessä ohjeessani DotStar LED Cubesta, joten käyn vain lyhyesti läpi vaiheet.

1. Leikkaa mikroskooppilasit 50,8 mm: n paloiksi. Olen tulostanut 3D -jigin oikean pituuden saavuttamiseksi (katso liitteenä oleva.stl -tiedosto). Tarvitset 4 diaa, suosittelen tekemään 6-8 kappaletta.
2. Liimaa kuparifolio lasialustalle. Käytin UV -kovetusliimaa NO61.
3. Tulosta liitteenä oleva pdf -levy piirilevyllä väriaineensiirtopaperille lasertulostimella. Leikkaa sen jälkeen yksittäiset osat.
4. Siirrä piirilevyrakenne kuparipäällysteiselle pinnalle. Tähän tarkoitukseen käytin laminaattia.
5. Kaivaa kupari pois esim. rautakloridi
6. Poista väriaine asetonilla

Vaihe 3: Juotosvalot

DotStar-LED-kuutiossa käytin APA102-2020-LED-valoja ja suunnitelmana oli käyttää samantyyppisiä LED-valoja tässä projektissa. LEDien yksittäisten tyynyjen välisen etäisyyden vuoksi on kuitenkin erittäin helppoa luoda juotosiltoja. Tämä pakotti minut juottamaan jokaisen LEDin käsin ja tein itse asiassa saman projektin. Valitettavasti, kun projekti oli melkein päättynyt yhtäkkiä, jotkut juotosillat tai huonot kontaktit alkoivat näkyä, mikä pakotti minut purkamaan kaiken uudelleen. Päätin sitten siirtyä hieman suurempiin SK6805-2427-LEDeihin, joissa on erilainen pad-asettelu, joka tekee niistä paljon helpompaa juottaa.

Peitin kaikki tyynyt matalalla sulavalla juotospastalla ja asetin sitten LEDit päälle. Huolehdi LEDien oikeasta suunnasta oheisen kaavion avulla. Tämän jälkeen laitoin piirilevyn keittiön keittolevylle ja lämmitin sitä varovasti, kunnes juote sulasi. Tämä toimi hiljaa hyvin ja minun piti tehdä vain vähän uusintoja kuumailman juotosraudallani. LED -matriisin testaamiseen käytin Arduino Nano -laitetta, joka käytti Adafruit NeoPixel -langatestiesimerkkiä, ja liitin sen matriisiin Dupont -johdoilla.

Vaihe 4: Valmistele pohjapiirilevy

Pohjapiirilevyä varten leikkasin 30 x 30 mm: n kappaleen prototyyppilevystä. Juotin sitten siihen joitakin tapit, joihin lasi -piirilevyt liitetään myöhemmin. VCC- ja GND -nastat yhdistettiin pienellä hopeoitu kuparilangalla. Sitten suljin kaikki jäljellä olevat reiät juotoksella, koska muuten epoksihartsi valuu läpi valuprosessin aikana.

Vaihe 5: Kiinnitä lasiset piirilevyt

LED -matriisien kiinnittämiseen pohjapiirilevyyn käytin jälleen UV -kovettuvaa liimaa, mutta korkeammalla viskositeetilla (NO68). Oikeaa kohdistusta varten käytin 3D -tulostettua jigiä (katso liitteenä oleva.stl -tiedosto). Liimaamisen jälkeen lasipiirilevyt olivat vielä hieman heiluvia, mutta jäykistyivät sen jälkeen, kun ne oli juotettu tapin otsikoihin. Tätä varten käytin vain normaalia juotosrautaani ja tavallista juotinta. Jälleen on hyvä idea testata jokainen matriisi juottamisen jälkeen. Yksittäisten matriisien Din- ja Dout -liitännät tehtiin Dupont -johdoilla, jotka oli kytketty pohjassa oleviin nastoihin.

Vaihe 6: Kokoa elektroniikka

Koska halusin tehdä kotelon mitasta mahdollisimman pienen, en halunnut käyttää tavallista Arduino Nano- tai Micro -laitetta. Tämä 1/49 -tuumainen 1/2 tuuman LED -kuutio sai minut tietoiseksi TinyDuino -levyistä, jotka näyttivät täydellisiltä tähän projektiin. Sain perussarjan, joka sisältää suoritinlevyn, USB -suojan ohjelmointiin, proto -levyn ulkoisiin liitäntöihin sekä Pieni ladattava LiPo-akku. Jälkikäteen ajateltuna minun olisi pitänyt ostaa myös niiden tarjoama 3-akselinen kiihtyvyysmittarin suojus sen sijaan, että olisin käyttänyt GY-521-moduulia, joka oli vielä makaamassa. Tämän rakenteen kaavio on melko helppo ja kiinnitetty alla. Tein joitain muutoksia TinyDuino -prosessorilevyyn, jossa lisäsin ulkoisen kytkimen akun jälkeen. Prosessorilevyssä on jo kytkin, mutta se oli vain liian lyhyt Liitännät proto-korttiin ja GY-521-moduuliin tehtiin käyttäen nastatunnistimia, jotka eivät salli pienintä rakennetta, mutta tarjoavat enemmän joustavuutta kuin johdotus suoraan. T Proto -kortin alaosassa olevien johtojen/nastojen pituuden tulisi olla mahdollisimman lyhyt, muuten et voi enää liittää sitä prosessorilevyn yläosaan.

Vaihe 7: Lataa koodi

Kun olet koonnut elektroniikan, voit ladata liitteenä olevan koodin ja testata, että kaikki toimii. Koodi sisältää seuraavat animaatiot, jotka voidaan toistaa ravistamalla kiihtyvyysmittaria.

• Rainbow: Rainbow -animaatio FastLED -kirjastosta
• Digitaalinen hiekka: Tämä on Adafruits -animoidun LED -hiekkakoodin laajennus kolmeen ulottuvuuteen. LED -pikselit liikkuvat kiihtyvyysmittarin lukemien mukaan.
• Sade: Pikselit putoavat ylhäältä alas kiihtyvyysmittarilla mitatun kallistuksen mukaan
• Confetti: Satunnaisesti värjätyt pilkut, jotka vilkkuvat ja haalistuvat tasaisesti FastLED -kirjastosta

Vaihe 8: Valu

Nyt on aika heittää LED -matriisi hartsiksi. Kuten edellisessä rakennuksessani olevassa kommentissa ehdotettiin, olisi mukavaa, jos resinfin ja lasin taitekerroin täsmääisi niin, että lasi olisi näkymätön. Molempien hartsikomponenttien taitekertoimien perusteella ajattelin, että tämä voisi olla mahdollista muuttamalla hieman näiden kahden sekoitussuhdetta. Kuitenkin jonkin testin jälkeen huomasin, että en pystynyt muuttamaan taitekerrointa merkittävästi pilaamatta hartsin kovuutta. Tämä ei ole kovin paha, koska lasi näkyy vain heikosti ja lopulta päätin karhentaa hartsin pinnan joka tapauksessa. Oli myös tärkeää löytää oikea materiaali, jota voitaisiin käyttää muotina. Luin vaikeuksista poistaa muotti valun jälkeen samankaltaisissa projekteissa, kuten lonesoulsurferin hartsikuutiossa. Joidenkin epäonnistuneiden omien kokeiden jälkeen huomasin, että paras tapa oli painaa 3D -muotti ja päällystää sitten silikonitiivisteellä. Tulostin juuri yhden kerroksen 30 x 30 x 60 mm: n laatikosta käyttämällä "spiralize external contour" -asetusta Curassa (.stl -tiedosto liitteenä). Päällystäminen ohuella silikonikerroksella sisäpuolella tekee muotin poistamisesta erittäin helpon jälkikäteen. Muotti kiinnitettiin pohjapiirilevyyn myös silikonitiivisteellä. Varmista, ettei siinä ole reikiä, koska hartsi tietysti valuu läpi ja hartsiin muodostuu myös ilmakuplia. Valitettavasti minulla oli pieni vuoto, joka mielestäni on vastuussa pienistä ilmakuplista, jotka muodostuivat muotin seinän lähelle.

Vaihe 9: Kiillotus

Muotin poistamisen jälkeen voit nähdä, että kuutio näyttää erittäin kirkkaalta muotin sileän silikonipinnoitetun pinnan ansiosta. Silikonikerroksen paksuuden vaihteluista johtui kuitenkin joitain epäsäännöllisyyksiä. Myös yläpinta vääntyi reunoja kohti tarttumisen vuoksi. Siksi hioin muotoa märkähionnalla käyttäen 240 karkeutta. Alun perin suunnitelmani oli purkaa kaikki siirtymällä yhä hienompaan hiekkaan, mutta lopulta päätin, että kuutio näyttää hienommalta karhennetulla pinnalla, joten lopetin 600 karkeudella.

Vaihe 10: Kiinnitä koteloon

Elektroniikan kotelo on suunniteltu Autodesk Fusion 360: lla ja tulostettu sitten 3D: llä. Lisäsin seinään suorakulmaisen reiän kytkintä varten ja joitakin reikiä taakse GY-521-moduulin kiinnittämiseksi M3-ruuveilla. TinyDuino -prosessorilevy kiinnitettiin pohjalevyyn, joka kiinnitettiin sitten koteloon M2.2 -ruuveilla. Asensin ensin kytkimen koteloon kuumaliimalla, sitten GY-521-moduuli, sen jälkeen protoboard ja akku asetettiin varovasti paikalleen. LED -matriisi kiinnitettiin proto -korttiin Dupont -liittimillä ja prosessorilevy voidaan kytkeä vain alhaalta. Lopuksi liimasin LED -matriisin alalevyn koteloon käyttämällä yleiskäyttöistä liimaa (UHU Hart).

Vaihe 11: Valmis kuutio

Lopuksi kuutio on valmis ja voit nauttia valoshow'sta. Tarkista animoidun kuution video.