GlassCube - 4x4x4 LED -kuutio lasi -piirilevyillä: 11 vaihetta (kuvilla)

2025 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2025-01-23 14:41

Ensimmäinen ohjeeni tällä verkkosivustolla oli 4x4x4 LED -kuutio, joka käytti lasilevyjä. Normaalisti en halua tehdä samaa projektia kahdesti, mutta äskettäin törmäsin tähän videoon ranskalaisesta valmistajasta Helioxista, joka inspiroi minua tekemään isomman version alkuperäisestä kuutiosta. Videossaan Heliox keksii paljon yksinkertaisemman prosessin valmistaa lasisia PCB-levyjä, joihin ei tarvita etsausta, vaan sen sijaan hän käyttää piirturia leikkaamaan jäljet itseliimautuvasta kuparikalvosta, joka siirretään sitten lasialustalle. Koska piirturit eivät ole niin kalliita ja ne voivat olla hyödyllisiä myös muissa projekteissa, sain juuri yhden kokeilla prosessia itse.

Sen lisäksi, että tämä versio on suurempi versio alkuperäisestä kuutiosta, tämä versio käyttää myös mukautettua piirilevyä, joka perustuu SAMD21 -mikrokontrolleriin ja laserleikatusta akryylistä valmistettuun koteloon. Kuutio voidaan ohjelmoida Arduino IDE: llä ja se on myös yhteensopiva CircuitPythonin kanssa.

GlassCube -sarja on nyt saatavana myös Tindiessä.

Jos ostit sarjan, sinun on vain juotettava LEDit (vaihe 5), koottava kotelo (vaihe 8) ja liitettävä kerrokset yhteen (vaihe 9)

Tarvikkeet

• 64 kpl - WS2812B 5050 SMD -LEDit (esim. Aliexpress)
• 4 kpl - 100 x 100 x 2 mm lasilevy (löysin tämän todella halvan saksalaisen toimittajan, joka maksaa vain 0,20 EUR/kpl)
• 2 kpl - A4 arkkia itseliimautuvaa kuparifoliota (esim. Amazon)
• 1 rulla - plotterin siirtopaperi (esim. Amazon)
• 1 sarja - lasercut -akryyli (katso alla)
• 1 mukautettu piirilevy (katso alla)
• 4 kpl M2x8 ruuveja + muttereita

Kaikkien materiaalien kokonaiskustannukset, mukaan lukien laserleikkauspalvelu ja piirilevyjen valmistus, ovat noin 100 euroa.

Työkalut

• Silhouette Portrait 2 -plotteri (esim. Amazon)
• laserleikkuri tai online -laserleikkauspalvelu (käytän snijlab.nl)
• juotin
• lämpölevy tai reflow -uuni SMD -juottamista varten (tai edistyneet käsijuototaidot

Vaihe 1: CAD -suunnittelu

GlassCuben kotelon ja piirilevyn mitat on suunniteltu Fusion360: ssa, olen liittänyt alla olevan mallin.

Reunapylväät ja ylälevy on valmistettu 3 mm paksuisesta läpinäkyvästä akryylistä. LED -kerrokset on valmistettu 2 mm paksusta float -lasista. Pohjalevy on mittatilaustyönä valmistettu PCB.

Vaihe 2: LED -piirilevyjen suunnittelu

Suunnittelin lasipiirilevyjen ulkoasun Eaglen avulla. Koska jälkien leikkaaminen piirturilla ei ole yhtä tarkka kuin etsaus väriaineen siirtomenetelmällä, pienin jäljen leveys on rajoitettu. Kokeilin erilaisia jälkileveyksiä ja huomasin, että 32 mil oli vähimmäiskoko, jota voisin käyttää, koska ohuemmat jäljet kuorivat usein piirtämisen aikana.

Jotta kuparikalvon jäljet voidaan leikata, levyn asettelu oli muutettava muotoon dxf. Kesti jonkin aikaa selvittääkseni, miten tämä tehdään oikein, joten anna minun käydä läpi vaiheet yksityiskohtaisesti

1. avoin levyasettelu Eaglessa
2. piilota kaikki kerrokset paitsi yläkerros
3. napsauta Tiedosto-> Tulosta ja valitse sitten Tulosta tiedostoon (pdf)
4. avaa pdf Inkscapessa
5. käytä polun säätötyökalua yhden jäljen merkitsemiseen ja napsauta sitten E dit-> Valitse sama-> Viivan tyyli tämän pitäisi merkitä kaikki jäljet (mutta ei tyynyjä)
6. Napsauta P ath-> Stroke to Path, jolloin polun ääriviivat muutetaan uusiksi poluiksi
7. merkitse kaikki polut (mukaan lukien tyynyt) valitsemalla polunvalintatyökalu ja painamalla sitten ctrl+a
8. Napsauta P ath-> Union tämän pitäisi yhdistää kaikki polut ja poistaa kaikki leikkausviivat "täytettyjen" alueiden sisältä
9. napsauta Tiedosto-> Tallenna nimellä ja valitse *.dxf tiedostomuodoksi

Dxf -tiedosto löytyy täältä GitHubista.

Vaihe 3: Kuparikalvon leikkaaminen

Dxf-tiedosto leikattiin A4-arkkista itseliimautuvaa kuparifoliota Silhouette Portrait 2 -plotterilla. Kuparilevyt kiinnitettiin ensin mukana toimitettuun itseliimautuvaan leikkuumattoon. Leikkaamiseen käyttämäni ohjelmistoasetukset näkyvät oheisessa kuvassa.

Leikkauksen jälkeen ylimääräinen kalvo on poistettava varovasti. Jotta leikattu kalvo ei vahingoitu, jätin koko A4 -arkin leikkausmatolle seuraavia vaiheita varten.

Vaihe 4: Kuparikalvon siirtäminen

Leikattu kalvo siirrettiin lasilevylle käyttämällä siirtopaperia, joka on vain toinen itsekiinnittyvä kalvo. Siirtopaperi kiinnitetään kuparikalvoon ja kuoritaan sitten hitaasti pois, jotta kuparikalvo tarttuu edelleen siirtoarkille. Sitten se kiinnittyy lasialustaan ja siirtopaperi kuoritaan hitaasti irti niin, että tällä kertaa kuparikalvo tarttuu lasilevyyn.

Levyasettelussa on kaksi merkkiä vasemmassa yläkulmassa ja oikeassa kulmassa, mikä auttaa kohdistamaan lasilevyn kalvon oikein. Kiinnityksen jälkeen merkit voidaan jälleen poistaa lasilevystä.

Vaihe 5: LEDien juottaminen

SMD -LEDit juotettiin lasilevylle käsin. Yritin myös kiinnittää ne käyttämällä lämpölevyä (itse asiassa liesi), mutta kuten kuvassa näkyy, tämä ei ollut hyvä idea. Jos sinulla on oikea reflow -uuni, kannattaa kokeilla, mutta käytetyn lasin tyypistä riippuen on olemassa suuri vaara, että se rikkoutuu lämmityksen aikana.

LEDien suunnan suhteen on kaksi eri asettelua. Kuution ensimmäisen ja kolmannen kerroksen suunta on erilainen kuin toisen ja neljännen kerroksen. Tällä tavalla kerrosten yhdistäminen myöhemmin on helpompaa.

Vaihe 6: Mikrokontrollerin piirilevy

Sen sijaan, että luottaisin kaupalliseen kehityskorttiin, kuten Arduino Nano, suunnittelin Eaglessa mukautetun piirilevyn LED -valojen ohjaamiseksi. Hyvä puoli on se, että voisin muotoilla levyn niin, että se sopii hienosti kuutioon. Kortti perustuu ATSAMD21E18 -mikrokontrolleriin, joka on sama, jota käytetään Adafruitin Trinklet M0: ssa. Valitsin tämän MCU: n, koska siinä on natiivi USB eikä se vaadi FTDI -sirua ohjelmointiin. Myös Adafruit tarjoaa käynnistyslataimia, jotka ovat yhteensopivia Arduino IDE: n ja CircuitPythonin kanssa.

Yksi huomautus levystä on, että se toimii 3,3 V: n logiikalla, kun taas WS2812B: tä tulisi käyttää 5 V: n kanssa, mutta monet ihmiset ovat osoittaneet, että myös 3,3 V: n käyttö on mahdollista.

Sain piirilevyt PCBWay.com -sivustolta, Gerber Files ja BoM löytyvät GitHub -tililtäni.

Joillakin taidoilla tämän piirilevyn SMD -komponentit voidaan juottaa käsin, vaikka lämpölevy tai reflow -uuni toimivat tietysti paremmin.

Vaihe 7: Käynnistyslataimen vilkkuminen

Käytin Adafruitin tarjoamaa UF2 -käynnistyslatainta niiden Trinket M0 -levyille. MCU välähti J-Link-työkalun avulla. Yksityiskohtaiset ohjeet käynnistyslataimen vilkkumiseen ovat Adafruitin verkkosivustolla. Adafruits UF2-SAMD -latauslataajassa hieno asia on, että ensimmäisen asennuksen jälkeen MCU näkyy flash-asemana ja voit vain vetää UF2-tiedoston siirrettävälle asemalle ja vilkuttaa sen uudelleen. Tämä tekee erittäin helpoksi esim. vaihtaa Arduino IDE: n ja CircuitPythonin välillä.

Vaihe 8: Lasercutin kotelo

Kuution kotelo leikattiin 3 mm paksuisesta läpinäkyvästä akryylistä. Käytin online -laserleikkauspalvelua (snijlab.nl). Vastaavat dxf -tiedostot löytyvät myös GitHub -tililtäni. Kotelo koostuu 4 pylväästä ja ylälevystä. Pylväät kiinnitetään pääpiirilevyyn pohjassa käyttäen 4 kpl M2x8 -ruuveja ja muttereita.

Vaihe 9: Kerrosten yhdistäminen

Kun kotelo oli koottu, liitin kerrokset juottamalla johdot lasilevyjen tyynyihin. Tämä osoittautui melko arkaluonteiseksi toimenpiteeksi, ja on olemassa vaara, että akryyli palaa tai kuparityynyt repeytyvät. Huomaa, että GND- ja VCC -nastat vaihtavat asentoja jokaisella kerroksella, joten johdot on ylitettävä. Jotta johdot eivät repisi kuparityynyistä, kiinnitin ne pienellä tipalla kuumaliimaa juottamisen jälkeen. Ensimmäinen kerros liitettiin alempaan piirilevyyn Dupont -liittimellä, mutta johdot voidaan myös juottaa suoraan piirilevyyn.

Vaihe 10: Koodin lataaminen

Ohjelmoin kuution CircuitPythonilla (versio 4.x). Kun olet asentanut CircuitPython -käynnistyslataimen, voit suorittaa koodin tallentamalla sen suoraan MCU -muistitikulle. Ei tarvitse kääntää, voit myös esim. avaa koodi uudelleen ja muokkaa sitä.

Toistaiseksi olen juuri luonut perusanimaatioita, mutta koodin laajentamisen pitäisi olla suhteellisen helppoa kenelle tahansa. Koodi löytyy GitHubistani, sen käyttäminen vaatii Adafruit Neopixel- ja fancyLED -kirjastoja.

Vaihe 11: Valmis kuutio

Olen varsin tyytyväinen kuution ulkonäköön, lasipiirilevyt ja akryylikotelo toimivat hienosti yhdessä. Oli myös hauskaa luoda oma MCU -kortti ensimmäistä kertaa, ja olen melkein yllättynyt siitä, että se onnistui ensimmäisellä yrityksellä. Koska minulla on varapiirilevyjä ja akryyliosia, haluaisin tehdä tämän kuution saatavana DIY -pakkauksena Tindiessä. Joten jos olet kiinnostunut, jatka etsimistä tai kirjoita minulle yksityisviesti.

Jos pidät tästä ohjeesta, äänestä minua myös Make It Glow -kilpailussa.

Make it Glow -kilpailun toinen sija