FoldTronics: Ustvarjanje 3D objektov z vgrajeno elektroniko z uporabo zložljivih struktur HoneyComb: 11 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

V tej vadnici predstavljamo FoldTronics, tehniko izdelave, ki temelji na 2D rezanju in vključuje elektroniko v 3D zložene predmete. Ključna ideja je rezanje in perforiranje 2D lista z rezalnim ploterjem, da ga zložimo v 3D -strukturo satja; Pred zlaganjem uporabniki položijo elektronske komponente in vezja na list.

Postopek izdelave traja le nekaj minut, kar uporabnikom omogoča hiter prototip funkcionalnih interaktivnih naprav. Nastali predmeti so lahki in togi, kar omogoča aplikacije, občutljive na težo in silo. Zaradi narave satja lahko ustvarjene predmete zložite vzdolž ene osi in jih tako učinkovito prevažate v tej kompaktni obliki.

Poleg stroja za rezanje papirja boste potrebovali tudi naslednje materiale:

• Čista PET plastična folija/prozorna folija
• Bakrova lepilna folija/folija
• Dvostranski lepilni list
• Dvostranski lepilni prevodni trak
• Navaden velik trak ali lepilni vinil

1. korak: Prenesite programsko opremo FoldTronics

Oblikovalsko orodje za FoldTronics je v urejevalniku 3D Rhino3D implementirano kot razširitev Grasshopper. Kobilica neposredno izvaža plasti za satje, izolacijski trak in montažo gora/dolina. Poleg tega smo za ustvarjanje ožičenja implementirali vtičnik ULP v programsko opremo za elektronsko oblikovanje EAGLE, ki izvaža ožičenje, zaradi česar je kup slojev popoln.

Programsko opremo za naše oblikovalsko orodje najdete na GitHubu:

Potrebovali boste:

• Najnovejši Rhino5 WIP
• Kobilica
• EAGLE
• Ilustrator
• Studio Silhouette

2. korak: Oblikovanje naprave s programsko opremo

Za izdelavo LED vezja začnemo z ustvarjanjem 3D modela v urejevalniku 3D Rhino3D, za katerega smo implementirali naš vtičnik FoldTronics. Ko smo ustvarili osnovno obliko 3D modela, ga s pritiskom na gumb "pretvori" pretvorimo v strukturo satja. Takoj, ko algoritem razdeli model na celice satja, se rezultat prikaže v 3D pogledu.

Zdaj lahko ločljivost satja spreminjamo s priloženim drsnikom, da poiščemo najboljši kompromis med višjo ločljivostjo in dovolj prostora v celicah za namestitev LED, baterije in konektorja medceličnega vezja.

Drsnik za ločljivost hkrati spreminja število stolpcev in število celic, ker bi ločljivost ločljivosti stolpcev in vrstic povzročila, da se končna oblika razlikuje od prvotne oblike.

Če želite dodati priključek LED, baterijo in medcelično vezje, jih izberemo s seznama komponent v meniju in jih dodamo s klikom na ustrezen gumb. To samodejno ustvari 3D model škatle, ki predstavlja velikost izbrane elektronske komponente. Zdaj lahko LED in druge elektronske komponente povlečemo na mesto v 3D -nosilcu. V primeru, da komponento pomotoma postavimo na pregib ali neveljavno celico, se samodejno premakne v naslednjo veljavno celico.

1. Uvozite 3D model v nosoroga.
2. Zaženite "Grasshopper" in odprite "HoneycombConvert_8.gh".
3. V modelu Rhinoceros izberite model in z desno miškino tipko kliknite komponento brep in na grasshopperju izberite "Set one brep".
4. Odprite "Oddaljena nadzorna plošča" v pogledu Grasshopperja.
5. Z drsnikom spremenite širino celice.
6. Pretvorite model v strukturo satja in 2D podatke o izrezu, tako da kliknete »Pretvori satje«.
7. Premaknite komponento (modra barva) in spremenite velikost tako, da "izberete komponente s tega seznama." (še v gradnji)
8. Ustvarjanje podatkov o komponentah s klikom na "ustvari komponente".
9. Ustvarjanje 2D podatkov s klikom na "ustvari izrezane podatke".
10. Izvozite rezane črte z "izbranimi predmeti" kot datoteko AI.

3. korak: izvozite plasti za izdelavo

Ko končamo z nameščanjem elektronskih komponent, pritisnemo gumb "izvoz", da ustvarimo plasti za izdelavo. Pri izvozu vtičnik za urejevalnik 3D ustvari vse plasti sklada za izdelavo kot 2D risbene datoteke (format datoteke. DXF), razen plasti, ki vsebuje ožičenje, ki bo v naslednjem koraku postopka ustvarjeno ločeno.

Za ustvarjanje manjkajoče plasti ožičenja uporabniki odprejo 2D datoteko strukture satovja v programski opremi za elektronsko oblikovanje EAGLE in izvedejo naš vtičnik EAGLE ULP po meri. Vtičnik ustvari vezje v velikosti vzorca satja in nato vsak barvni kvadrat pretvori nazaj v elektronsko komponento (t.j. LED, baterijo in priključek medceličnega vezja). Z elektronskimi komponentami, ki so že na listu, lahko uporabniki zdaj sestavijo shemo. Končno lahko uporabniki uporabijo funkcijo samodejnega ožičenja EAGLE za ustvarjanje celotnega vezja na listu, ki zaključi zadnjo manjkajočo plast za izdelavo.

** Trenutno je v izdelavi vtičnik ULP. Sestavine morate vnesti ročno.

4. korak: izdelava, montaža in zlaganje

Zdaj lahko začnemo dodajati ustvarjene plasti skupaj. Za izdelavo plasti moramo samo izrezati 2D risbo vsake plasti (format datoteke. DXF) v pravilnem vrstnem redu z rezalnim ploterjem.

5. korak: Rezanje in perforiranje osnovnega lista

V rezalnik najprej vstavimo osnovni list (PET plastika), ga razrežemo in perforiramo, da ustvarimo gorske, dolinske in reže, pa tudi označevalce za elektronske komponente. Postopek FoldTronics samo perforira list z vrha in razlikuje med gorskimi in dolinskimi črtami z uporabo ločenih vizualnih zapisov (črtkane črte za gore v primerjavi s črtkanimi črtami za doline), ker jih je treba pozneje zložiti v nasprotne smeri. Druga možnost je, da lahko postopek FoldTronics perforira list tudi z obeh strani, to je, da perforira gore z vrha in doline od spodaj, vendar to zahteva ponovno vstavljanje lista v rezalni stroj.

Medtem ko so vse reže prerezane, je obris satja samo perforiran, da ostane povezan z glavnim listom, kar nam omogoča, da v naslednjih korakih dodatno obdelamo list z rezalnim ploterjem. Nazadnje so perforirana tudi območja, na katerih bodo spajkane elektronske komponente, da se lažje ugotovi, katera komponenta kam gre.

Za predmete, uporabljene v tem papirju, uporabljamo PET plastične liste, debeline 0,1 mm, in režemo liste z rezalnim ploterjem (model: Silhouette Portrait, nastavitve rezanja: rezilo 0,2 mm, hitrost 2 cm/s, sila 10, nastavitve perforiranje: rezilo 0,2 mm, hitrost 2 cm/s, sila 6).

6. korak: Ožičenje z bakrenim trakom

Nato po celotnem listu položimo plast enostranskega bakrenega traku (debelina: 0,07 mm). List vstavimo nazaj v rezalni stroj z bakreno stranjo navzgor, nato datoteko izrežemo, da izrežemo obliko žic, ki je nastavljena tako, da ne zareže v osnovni list (nastavitve rezanja: rezilo 0,2 mm, hitrost 2 cm /s, sila 13). Nato odstranimo bakreni trak, ki ni del ožičenja.

7. korak: Izolacijski list

Da preprečimo kratek stik žic, ki se dotikajo po pregibanju osnovne plošče, dodamo izolacijski sloj. Za to položimo plast običajnega neprevodnega traku po celotnem listu (debelina: 0,08 mm). List smo dali nazaj v rezalno ploter, ki odstrani izolacijski trak samo na tistih področjih, kjer so konci žic, ki bodo bodisi priključeni na elektronske komponente ali pa uporabljajo naš novi konektor z navzkrižnim vezjem. Uporabljamo nastavitve rezanja: rezilo 0,1 mm, hitrost 2 cm/s, sila 4.

Korak 8: Lepite gore/doline za držanje po zložitvi

V naslednjem koraku nanesemo plast običajnega dvostranskega traku na list tako na dnu kot na vrhu. Dvostranski trak se uporablja za povezovanje dolin in gora, ki po zgibanju držijo strukturo satja (gore se zlepijo z vrha listov, doline pa se zlepijo od spodaj). Po vstavitvi lista v rezalnik se dvostranski trak izreže na vseh področjih, ki naj ne bi bila zlepljena skupaj (nastavitve rezanja: rezilo 0,2 mm, hitrost 2 cm/s, sila 6). Poleg tega za tračne doline/gore, ki imajo tudi priključek medceličnega vezja, rezalni ploter izreže območja, potrebna za elektronske povezave. Po rezanju obeh strani odlepite preostali dvostranski trak.

9. korak: Spajkanje

V zadnjem koraku pred spajkanjem smo zdaj odrezali vzorec satja, da ga ločimo od lista. Nato elektronske komponente (LED, baterijo) spajkamo na žice s spajkalnikom. Če so sestavni deli majhni in jih je težko spajkati, lahko kot alternativo uporabimo tudi spajkalno pasto. Ker je spajkanje konektorja medceličnega vezja težko, za vzpostavitev povezave uporabimo dvostranski prevodni trak.

10. korak: Zlaganje

Sedaj skupaj prepognemo satje.

11. korak: Prižgite

Vaš krog je pripravljen!