3D digitalni pesek: 11 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

Ta projekt je nekakšno nadaljevanje moje DotStar LED kocke, kjer sem uporabil SMD LED, pritrjene na steklene tiskane plošče. Kmalu po zaključku tega projekta sem naletel na animirani LED pesek podjetja Adafruit, ki uporablja merilnik pospeška in LED matriko za simulacijo gibanja zrn peska. Mislil sem, da bi bilo lepo razširiti ta projekt v tretjo dimenzijo, tako da bi samo zgradil večjo različico svoje LED kocke, združene z merilnikom pospeška. Prav tako sem želel poskusiti uliti kocko v epoksi smolo.

Če želite videti kocko v akciji, se pomaknite vse do videoposnetka.

1. korak: Predmet materiala

Naslednji seznam vključuje materiale, potrebne za izdelavo kocke, kot je prikazano na sliki

• 144 kosov LED SK6805-2427 (npr. Aliexpress)
• diapozitivi za mikroskop (npr. amazon.de)
• bakreni trak (0,035 x 30 mm) (npr. ebay.de)
• TinyDuino osnovni komplet - litijeva različica
• modul merilnika pospeška (npr. ASD2511-R-A TinyShield ali GY-521)
• prototip PCB (30 x 70 mm) (npr. amazon.de)
• prozorna smola za litje (npr. conrad.de ali amazon.de)
• 3D tiskano ohišje

Za gradnjo so potrebni dodatni materiali in orodja

• Spajkalnik z vročim zrakom
• navaden spajkalnik s fino konico
• 3D tiskalnik
• laserski tiskalnik
• Priključki Dupont
• tanka žica
• Zatiči glave PCB
• spajkalna pasta pri nizki temperaturi
• Jedkalo iz PCB (npr. Železov klorid)
• UV lepilo za kovinsko steklo (npr. NO61)
• lepilo za splošno uporabo (npr. UHU Hart)
• silikonsko tesnilo
• papir za prenos tonerja
• aceton

2. korak: Izdelava steklenih PCB -jev

Ta postopek je že podrobno opisan v mojih prejšnjih navodilih moje DotStar LED kocke, zato bom le na kratko prešel po korakih.

1. Mikroskopske diapozitive narežite na kose dolžine 50,8 mm. 3D -tiskalnik sem natisnil, da mi pomaga doseči pravo dolžino (glej priloženo datoteko.stl). Za izdelavo 6 do 8 kosov potrebujete 4 diapozitive.
2. Bakreno folijo prilepite na stekleno podlago. Uporabil sem UV lepilo NO61.
3. Natisnite priloženi pdf s tiskanim vezjem na papir za prenos tonerja z laserskim tiskalnikom. Nato izrežite posamezne koščke.
4. Prenesite obliko tiskanega vezja na bakreno prevleko. V ta namen sem uporabil laminator.
5. Odstranite baker z uporabo npr. železov klorid
6. Toner odstranite z acetonom

Korak: Spajkanje LED

V svoji kocki DotStar LED sem uporabljal LED APA102-2020 in načrt je bil, da bi v tem projektu uporabili iste vrste LED. Zaradi majhne razdalje med posameznimi ploščicami LED je zelo enostavno ustvariti spajkalne mostove. To me je prisililo, da ročno spajkam vsako posamezno LED in pravzaprav sem pri tem projektu naredil isto. Na žalost, ko sem projekt skoraj končal, so se nenadoma začeli pojavljati spajkalni mostovi ali slabi stiki, zaradi česar sem moral vse znova razstaviti. Nato sem se odločil, da se premaknem na nekoliko večje LED diode SK6805-2427, ki imajo drugačno postavitev blazinic, zaradi česar jih je veliko lažje spajkati.

Vse blazinice sem premazal z nizko talilno spajkalno pasto, nato pa sem LED postavil na vrh. Poskrbite za pravilno usmeritev LED diod, tako da pogledate priloženo shemo. Po tem sem PCB postavil na vročo ploščo v naši kuhinji in ga previdno segreval, dokler se spajka ni stopila. To je delovalo tiho in moral sem le malo predelati s svojim spajkalnikom na vroč zrak. Za preizkus matrike LED sem uporabil Arduino Nano z najnovejšim primerom Adafruit NeoPixel in ga povezal z matrico z žicami Dupont.

4. korak: Pripravite spodnjo PCB

Za spodnjo PCB sem izrezal kos 30 x 30 mm iz prototipne plošče. Nato sem vanj spajkal nekaj zatičev, kjer bodo nato priključeni stekleni tiskani vezji. Zatiči VCC in GND so bili povezani z majhnim kosom srebrne bakrene žice. Nato sem vse preostale luknje zatesnil s spajkanjem, ker bi v nasprotnem primeru epoksidna smola pronicala med postopkom vlivanja.

5. korak: pritrdite steklene tiskane plošče

Za pritrditev LED matric na spodnjo tiskano vezje sem ponovno uporabil lepilo za UV -strjevanje, vendar z večjo viskoznostjo (NO68). Za pravilno poravnavo sem uporabil 3D tiskano šablono (glej priloženo datoteko.stl). Po lepljenju steklenih tiskanih vezij so bile še vedno rahle, vendar so postale bolj trde, potem ko so bile spajkane na glave zatičev. Za to sem uporabil svoj običajni spajkalnik in navaden spajkalnik. Še enkrat je dobro, da po spajkanju preizkusite vsako matriko. Povezave med Din in Dout posameznih matric so bile izvedene z žicami Dupont, povezanimi z zatiči na dnu.

6. korak: Sestavite elektroniko

Ker sem želel čim manjšo dimenzijo ohišja, nisem hotel uporabiti običajnega Arduino Nano ali Micro. Ta 1/2 LED kocka enega 49. me je seznanila s ploščami TinyDuino, ki so se zdele kot nalašč za ta projekt. Dobil sem osnovni komplet, ki vključuje procesorsko ploščo, ščit USB za programiranje, proto ploščo za zunanje povezave in drobna polnilna baterija LiPo. Za nazaj bi moral kupiti tudi 3-osni ščit za merilnik pospeška, ki ga ponujajo, namesto da bi uporabil modul GY-521, ki sem ga še vedno imel naokoli. To bi naredilo cesto še bolj kompaktno in zmanjšalo potrebne dimenzije ohišja. Shema za to gradnjo je precej enostavna in spodaj priložena. Nekaj sem spremenil na procesorski plošči TinyDuino, kjer sem po bateriji dodal zunanje stikalo. Procesorska plošča že ima stikalo, vendar je bilo le kratko Priključki na proto ploščo in modul GY-521 so izvedeni z zatiči, ki ne omogočajo najbolj kompaktne zasnove, vendar ponujajo večjo prilagodljivost kot neposredno spajkanje žic. dolžina žic/zatičev na dnu proto plošče mora biti čim krajša, sicer je ne morete več priključiti na vrh procesorske plošče.

7. korak: Naložite kodo

Ko sestavite elektroniko, lahko naložite priloženo kodo in preizkusite, ali vse deluje. Koda vključuje naslednje animacije, ki jih je mogoče ponoviti s tresenjem merilnika pospeška.

• Mavrica: Mavrična animacija iz knjižnice FastLED
• Digitalni pesek: To je razširitev animirane LED peskovne kode Adafruits na tri dimenzije. LED -slikovne pike se bodo premikale glede na odčitane vrednosti iz merilnika pospeška.
• Dež: slikovne pike padajo od zgoraj navzdol glede na nagib, merjen s merilnikom pospeška
• Konfeti: naključno obarvane pike, ki utripajo in gladko zbledijo iz knjižnice FastLED

8. korak: Ulivanje

Zdaj je čas, da LED matrico vlijemo v smolo. Kot je predlagano v komentarju v moji prejšnji gradnji, bi bilo lepo, če bi se indeksi loma smole in stekla ujemali, tako da bi bilo steklo nevidno. Sodeč po koeficientih loma obeh sestavin smole sem mislil, da bi bilo to mogoče z nekoliko spreminjanjem mešalnega razmerja obeh. Vendar sem po nekaj testiranjih ugotovil, da ne morem opazno spremeniti lomnega količnika, ne da bi pri tem poškodoval trdoto smole. To ni hudo, saj je steklo vidno le poševno, na koncu pa sem se odločil, da bom površino smole vseeno hrapavil. Pomembno je bilo tudi najti ustrezen material, ki bi ga lahko uporabili kot kalup. Bral sem o težavah pri odstranjevanju plesni po litju v podobnih projektih, kot je kocka smole lonesoulsurferja. Po nekaj neuspešnih lastnih poskusih sem ugotovil, da je najboljši način, da 3D -model natisnemo in nato premažemo s silikonskim tesnilom. Pravkar sem natisnil eno plast škatle 30 x 30 x 60 mm z nastavitvijo "spiralno zunanjo konturo" v Curi (priložena datoteka.stl). Če ga na notranji strani premažete s tanko plastjo silikona, je kalup zelo enostavno odstraniti. Kalup je bil pritrjen na spodnjo vezje tudi s silikonskim tesnilom. Prepričajte se, da ni lukenj, saj bo smola seveda prodrla in v smoli bodo nastali tudi zračni mehurčki. Na žalost sem imel nekaj drobnega puščanja, ki je po mojem mnenju odgovorno za majhne zračne mehurčke, ki so nastali v bližini stene plesni.

9. korak: Poliranje

Ko odstranite kalup, lahko vidite, da je kocka videti zelo jasna zaradi gladke površine kalupa, prevlečene s silikonom. Vendar pa je prišlo do nekaterih nepravilnosti zaradi sprememb debeline silikonske plasti. Tudi zgornja površina je bila zaradi oprijema upognjena proti robovom. Zato sem obliko izboljšal z mokrim brušenjem z brusnim papirjem zrnatosti 240. Sprva je bil moj načrt, da vse popravim tako, da se premaknem na vedno drobnejši zdrob, vendar sem se na koncu odločil, da je kocka lepša z hrapavo površino, zato sem končal s 600 peskom.

10. korak: Namestite v ohišje

Ohišje za elektroniko je bilo zasnovano z Autodesk Fusion 360 in nato 3D natisnjeno. V steno sem dodal pravokotno luknjo za stikalo in nekaj lukenj na zadnji strani za montažo modula GY-521 z vijaki M3. Procesorska plošča TinyDuino je bila pritrjena na spodnjo ploščo, ki je bila nato pritrjena na ohišje z vijaki M2.2. Najprej sem stikalo v ohišje vgradil z vročim lepilom, nato pa je bil nameščen modul GY-521, nato smo previdno vstavili protoboard in baterijo. LED matrika je bila pritrjena na proto ploščo s pomočjo priključkov Dupont, procesorsko ploščo pa je mogoče priključiti od spodaj. Nazadnje sem z lepilom za splošno uporabo (UHU Hart) prilepil spodnje tiskano vezje LED matrice na ohišje.

11. korak: Končana kocka

Kocka je končno končana in lahko uživate v svetlobnem šovu. Oglejte si videoposnetek animirane kocke.