[Imprimare 3D] Lanternă portabilă de mare putere de 30 W: 15 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:42

Dacă citiți acest lucru, probabil că ați văzut unul dintre acele videoclipuri de pe Youtube care prezintă surse de lumină extrem de puternice pentru bricolaje și baterii uriașe. Probabil că numesc asta chiar „Lanterne”, dar am avut întotdeauna un concept diferit de felinar: ceva portabil și ușor de transportat.

Acesta este motivul pentru care lucrez la acest proiect de mai multe luni și mi-ar plăcea să împărtășesc aici rezultatul multor iterații de design. Nu la fel de puternic ca un LED de 100 W, răcit cu apă, dar mult mai portabil și mai ușor de utilizat!

Notă: În videoclip nu este posibil să vedeți cât de puternic este acest felinar, deoarece este înregistrat cu un telefon. Crede-mă, este foarte puternic.

Așa că vorbești destul! Să începem acest proiect!

De ce avem nevoie?

1. O imprimantă 3D (funcționează una, dacă este posibil!) (A mea este pe lista de consumabile, dacă cineva este interesat. Rezultate foarte bune și preț ieftin)
2. Toate consumabilele din lista consumabilelor
3. Răbdare (va dura aproximativ 12 ore pentru a imprima toate piesele)
4. Un fier de lipit (nu vă faceți griji, va fi o lipire destul de minimă. L-am proiectat pentru a fi accesibil aproape tuturor) [Voi adăuga un link în consumabile la un înșelător, decent care îl va face pentru acest proiect)
5. Un multimetru
6. Cunoștințe de bază despre utilizarea Arduino
7. Cunoștințe electronice de bază (circuite de bază și modul de utilizare a unui multimetru)

Declinare de responsabilitate:

Lucrul cu electronice și cu baterii Li-ion are întotdeauna un risc asociat. Dacă nu știți ce faceți, vă rugăm să aflați puțin despre asta înainte de a continua acest tutorial. Nu sunt responsabil pentru niciun fel de daune. Și ca întotdeauna, dacă îți plac aceste proiecte și vrei să contribui, poți face o mică donație către Paypal.me: https://paypal.me/sajunt4. Aducerea acestor proiecte la voi necesită de 3 până la 4 ori prețul articolului, deci acest lucru m-ar putea ajuta să vă aduc mai multe proiecte:)

Provizii

Majoritatea componentelor au venit în pachete mari, astfel încât prețul mediu al felinarului nu este de fapt atât de mare, ~ 30 €. Puteți refolosi cel mai mult pentru alte proiecte (inclusiv celelalte proiecte ale mele care vor veni în curând!)

Link-uri din întreaga lume AliExpress (Alegeți întotdeauna cea mai ieftină opțiune de livrare pentru toate produsele, dacă este posibil. Vă va economisi o mulțime de bani):

Componente (Preț mediu 48 € dacă aveți nevoie de toate componentele [Depinde de costul expedierii]):

1. 3x LED de 10W (selectați Cupru alb, 10W, cantitate 3)
2. 4x baterii Li-io 18650 (selectați 4 bucăți pentru un preț mai bun)
3. 1x 1S BMS MicroUSB - Orice încărcător individual 18650 va servi
4. 1x 2S BMS cu funcție de echilibrare (Selectați 2S Li-ion 15A Balance)
5. 1x Rola de file de lipit
6. 1x Convertor Buck de mare putere (supradimensionat pentru utilizare sigură pe termen lung)
7. 1 buton de 8 mm
8. Rezistoare 3x 20Kohm (Acesta este cel mai ieftin pachet pe care l-am găsit) - Le-ați putea găsi într-un magazin local pentru aproximativ câțiva cenți. Orice rezistor pentru PULL_DOWN va servi
9. 8x șuruburi M4x6mm (Selectați M4, filet complet de 6mm)
10. 7x șuruburi M3x14mm (Selectați M3 16mm Full Thread) - Acestea sunt cele pe care le-am folosit, dar ați putea încerca o lungime mai mică dacă aveți unele așezări în jur.
11. 2 șuruburi M5x12mm (Selectați filet complet M5 12mm) - Acestea sunt cele pe care le-am folosit, dar ați putea încerca o lungime mai mică dacă aveți o așezare în jur.
12. 1x Arduino Nano (include cablu) - Orice Arduino mic va servi
13. 2x conector XT-60 (Selectați 5 perechi masculin + feminin)
14. 1x PCB de lipit
15. 1x Micro Voltage Booster 12V (pentru alimentarea cu FAN și Arduino)
16. 3x MOSFET IRFZ44N (1 dintre ele este opțional, pentru eficiență)
17. 1x 50x56mm Radiator (acesta este un pachet de 2x, dar cel mai ieftin decât majoritatea celorlalte oferte)
18. 1x Ventilator 50x50x10mm 12V
19. 1x rolă de bandă reflectorizantă (am găsit-o pe a mea într-un magazin local, sper că acesta este suficient de bun)
20. Câteva șmirghel, în funcție de toleranțele imprimantei 3D (totul este conceput pentru a se potrivi, dar nu știți niciodată) - Dar mai bine cumpărați acest lucru într-un magazin de hardware local, dacă puteți)
21. 1x obiectiv Fresnel (singurul pe care l-am găsit cu un preț decent) (opțional, pentru a focaliza lumina într-un unghi mai mic)
22. Încărcător de baterie 2S (selectați 8.4V 2A) - Orice încărcător de 8.4V va servi
23. Sârmă de 2m x 14AWG (Selectați 14AWG 1M Negru + 14AWG 1M Roșu)
24. Sârmă de 2m x 20AWG (Selectați 20AWG 1M Negru + 20AWG 1M Roșu)
25. (Opțional) Conectori cu șurub 3Pin
26. (Opțional) Conectori cu arc 2Pin
27. Magnet 4x 8x3mm (selectați cantitatea minimă disponibilă)
28. 1x Pasă termică

Și, desigur, puteți verifica mai întâi întregul instructabil și puteți decide dacă doriți să suprimați sau să modificați ceva.

Și lista instrumentelor ieftine (Orice altul cu capacități similare va servi):

1. Cutie de lipit (selectați 0,6 mm, 100g)
2. Fier de lipit
3. Multimetru
4. Imprimantă 3D Ender 3 (La momentul în care scriu acest Ender 5 (al meu) este atât de scump, dar și Ender 5 este foarte capabil)

Pasul 1: Cu ce veți ajunge

Asta e. Un felinar "destul de compact", dar puternic, cu baterie 2S2P detașabilă (nu vă faceți griji dacă nu știți ce este 2S2P, mai multe despre asta mai târziu), lentile detașabile și putere de ieșire configurabilă, cu aproximativ 1 oră de baterie la accelerarea maximă sau 10 ore la o putere minimă, cu o singură încărcare a bateriei. Și cel mai bun dintre toate: este realizat complet de dvs. Probabil știți deja cât de satisfăcător este acest lucru!

Pasul 2: Imprimare 3D - Prezentare globală

Veți găsi toate fișierele în Thingiverse:

Ce trebuie să tipăriți:

1. MainBody.stl: Această parte conține LED-urile, radiatorul, ventilatorul, colimatorul de lumină și suportul obiectivului.
2. Handler.stl: Aici va fi atașat butonul de apăsare, suportul bateriei va fi înșurubat și electronica se va potrivi. Este înșurubat în MainBody.stl.
3. BatteryHolder.stl: Această parte servește la fixarea rapidă - detașați bateria, pentru a le face ușor schimbabile. Acesta conține doi magneți pentru a menține bateria în poziție și conectorul XT-60 tată.
4. Collimator.stl: Aceasta este menită să reflecte lumina într-un anumit unghi conținut, doar pentru că un unghi de lumină de 180 ° este destul de inutil pentru un felinar. Va trebui să acoperiți tot interiorul cu bandă reflectorizantă.
5. LedsHolder.stl: o parte 3D subțire care menține LED-urile în poziție, într-un anumit unghi.
6. HeatsinkSupport_1.stl: menit să țină radiatorul cu o anumită asigurare a LED-urilor, astfel încât acestea să poată fi refrigerate. Veți avea nevoie de 2 dintre ele.
7. HeatsinkSupport_2.stl: Ca și celălalt HeatsinkSupport, dar pentru cealaltă axă. Ai nevoie doar de una dintre acestea.
8. LensHolder.stl: menit să țină lentilele în poziție.
9. BatteryBody.stl: corpul principal al bateriei. Se potrivește bine în BatteryHolder.stl.
10. BatteryCap.stl: Partea superioară a bateriei. Conține doi magneți care mențin bateria în poziție cu magneții BatteryHolder și conectorul XT-60 feminin.

Si asta e! Ar putea părea o mulțime de piese, dar cele mai multe dintre ele vor dura mai puțin de o oră pentru a imprima.

Pasul 3: Electronică - Prezentare globală

Okey, așa că acum, să lucrăm la creierul și mușchii acestui proiect. Acest lucru a fost conceput pentru a fi realizat de oricine, chiar și cu 0 cunoștințe electronice, așa că permiteți-mi să explic totul pentru cei 0 oameni care cunosc. Dar, desigur, cel mai mult știți, cel mai ușor va fi. De ce avem nevoie? Deoarece LED-urile noastre de 3 12V vor fi conectate în serie, avem nevoie de o sursă de alimentare care să furnizeze 3 * 12V = 36V. Cu toate acestea, bateria noastră furnizează doar maximum 8,4V. Cum creștem această tensiune? Simplu: folosind un amplificator de tensiune. Cel selectat pentru acest proiect este un amplificator de tensiune reglabil. Vă conectați bateria la terminalele IN și pur și simplu reglați potențiometrul inclus până când obțineți 36V la ieșire. Destul de usor!

Acum, FAN și Arduino au nevoie de mai multă tensiune decât ceea ce oferă bateria, dar mai puțin decât ceea ce oferă principalul nostru Voltage Booster (Aproximativ 12V). Soluţie? Un alt boost de tensiune! (Dar acesta, micro)

Apoi, controlul puterii de ieșire + controlul ventilatorului: pentru aceasta vom folosi un Arduino Nano și este capabilitățile de ieșire PWM. (Nu știu ce este PWM? Aici aveți câteva informații:) Dar, deoarece Arduino Nano poate gestiona doar 5V max și avem nevoie de PWM 36V, vom folosi un MOSFET. Dacă nu știți cum funcționează această componentă, nu vă faceți griji, urmați-mi pas cu pas și totul va funcționa bine! Și, în cele din urmă, introducerea utilizatorului: Vom folosi un buton de 8 mm conectat la Arduino prin intermediul nostru rezistență de tragere internă pentru a modifica semnalul PWM de ieșire.

Asta e:)

Pasul 4: Electronică - Pregătirea tuturor firelor

Tăiați cablurile la următoarele dimensiuni:

2x fir subțire de 15cm (1 roșu, 1 negru) 2x fir subțire de 20cm (1 roșu, 1 negru) 3x fir gros de 2,5cm (1 roșu, 1 negru) 2x fir subțire de 5cm (orice culoare) 2x fir subțire de 8cm (orice culoare)

Pentru fiecare dintre aceste cabluri, curățați vârfurile (aproximativ 5 mm) și preșoldați-le.

Pasul 5: Electronică - pachet de baterii

În primul rând, pentru fiecare dintre cele 4 baterii, identificați partea pozitivă și cea negativă folosind multimetrul (știți, puneți terminalul roșu pe o parte, negru pe cealaltă parte, iar dacă multimetrul afișează un număr pozitiv, partea roșie este pozitivă, negru negativ. În caz contrar, dacă multimetrul afișează un număr negativ, negru este pozitiv, roșu este negativ). (A se vedea imaginile 2 și 3)

FIȚI ÎNTOTDEAUNĂ ATENȚIE LA SUDAREA LA O BATERIE Li-Ion. ÎNCERCAȚI SĂ O FACEȚI RAPID ȘI SĂ NU ÎNCĂLZIȚI CELULA MULTE SAU S-AȚI PUTEA DAUNA.

Acum, trebuie să încărcați complet toate bateriile folosind orice încărcător 18650. În cazul nostru, TP4056 ieftin. Conectați un fir roșu în BAT + și un fir negru în BAT- (aceste fire nu sunt avute în vedere în pasul anterior). (Vezi imaginea 4)

Apoi, lipiți aceste cabluri cu un vârf mic de tablă în fiecare dintre celule (toate, dar una câte una), de la roșu la pozitiv, negru la negativ. Lasă-i să se încarce până când LED-ul încărcătorului îți spune că este plin. Desoldați cablurile, lipiți-le în următorul și repetați. (Poate dura câteva ore, în funcție de cât sunt descărcate. Utilizați acest timp pentru a pregăti pașii următori și a imprima 3D totul!)

Acum, cu toate cele 4 baterii complet încărcate, ne vom conecta 2-pe-2 în paralel și fiecare pachet de 2 paralele în serie cu celălalt.

Cum să le conectați în paralel? A se vedea a treia imagine. Vedeți cum sunt conectate bateriile mele? Conectați 2 la 2, negativ la negativ, pozitiv la pozitiv, cu două bucăți de file de lipit. Asigurați-vă cu multimetrul că fiecare celulă are exact aceeași tensiune, pentru a evita orice posibilă deteriorare a celulelor.

Și acum, urmând ultima imagine, conectați partea negativă a unuia dintre pachetele cu 2 paralele la partea pozitivă a celeilalte. Doar o parte! Celălalt trebuie lăsat liber.

Pasul 6: Electronică - Cabluri baterie + BMS + Carcasă 3D

Mai întâi, lipiți un fir subțire de 9 cm pe placa metalică care conectează cele două baterii în serie (Figura 1).

Apoi, conectați un fir negru de 2 cm grosime la terminalul negativ al părții opuse, un fir roșu gros de 2 cm la terminalul pozitiv, ca în imaginea a doua.

După a treia imagine, conectați firul roșu gros la terminalul B + al BMS, firul gros negru la terminalul B- și firul subțire la terminalul central al BMS, ca în imagine.

Acum, la terminalele P + și P- ale BMS, conectați din nou fire groase de 2 cm și cele la conectorul XT-60 (și cel masculin, cel care este o gaură cu doi pini de aur în interior), ca în imaginea 4. Am folosit niște lipici fierbinți pentru a menține totul sigur și izolat.

Este timpul să ne procurăm carcasa imprimantei 3D și să verificăm dacă totul se potrivește. Conectorul XT-60 trebuie să se potrivească în interiorul șinelor (poate aveți nevoie de o șlefuire a conectorului pentru a îndepărta semnele + și - extrudate și pentru a menține conectorul plat). (Pic 5)

Când totul se potrivește frumos, puneți doi magneți în capacul carcasei. Polaritatea nu contează. Va trebui doar să potriviți polaritatea opusă din suportul bateriei.

Apoi țineți totul în loc cu bandă electrică și adăugați două cabluri subțiri la baterii, ca în imaginile 9, 10 și 11. Acestea ne vor ajuta să scoatem bateria atunci când sunt conectate la suportul bateriei. Puteți folosi orice cablu sau material doriți. Am înfășurat-o pe a mea pe baterie, pentru a evita exercitarea cu forță a părții 3D.

În cele din urmă, puneți cele 4 șuruburi M3 și bateria dvs. este gata de funcționare!

Conectorii mei XT-60 erau strânși și a trebuit să apăs pinii aurii cu o clește, astfel încât perechea bărbat-femeie să alunece în și afară fără prea multă forță

Pasul 7: Asamblare - Baterie + Suport baterie

Acesta este un pas ușor.

Imprimați fișierul BatteryHolder.stl și verificați dacă bateria dvs. alunecă cu ușurință. În caz contrar, veți avea nevoie de șlefuire pentru a netezi pereții amprentelor. (Dar nu prea mult, trebuie să se potrivească bine)

Apoi, introduceți cei doi magneți orientați spre polaritatea opusă a bateriei, astfel încât să atragă.

Introduceți conectorul feminin XT-60 în poziție (ar putea avea nevoie și de un pic de șlefuire. Trebuie să se potrivească foarte bine), asigurați-vă că bateria alunecă cu ușurință și țineți-l în poziție cu niște lipici. Cu cât puneți conectorul mai puțin adânc, cu atât va fi mai ușor să puneți și să scoateți bateria.

Și, în cele din urmă, lipiți 2 fire groase de 6cm (roșu + negru) și 2 fire subțiri de 8cm (roșu + negru) la terminalele XT-60 ca în imagini. Roșu la pozitiv, negru la negativ.

Pasul 8: Electronică - Amplificatoare de tensiune

Cu bateria și suportul bateriei în poziție, conectați cele 2 fire groase la amplificatorul de tensiune mare. Roșu la IN +, Negru la IN-.

Apoi, conectați bateria în interiorul suportului bateriei și, cu ajutorul multimetrului, reglați șurubul amplificatorului de tensiune până când tensiunea dintre OUT- și OUT + ajunge exact la 35,5V.

Obțineți amplificatorul de tensiune mic și conectați-l la ieșirea celui mare. GND la OUT mare, IN + la OUT mare +. Apoi măsurați tensiunea dintre VO + și GND a celui mic folosind multimetrul. Rotiți șurubul mic până când tensiunea respectivă ajunge la aproximativ 12V.

Asta e! Ai amplificatoarele tale gata de lucru!

Pasul 9: Electronică - Pregătirea Arduino

Mai întâi, conectați Arduino la computer prin USB și împingeți schița atașată (LanternCode_8steps_fan_decay.ino).

Apoi, lipiți cele 4 fire afișate pe imagine (aproximativ 6cm fiecare):

D11 va controla intensitatea LED-ului, D10 va controla intensitatea FAN și D5 și GND vor servi ca INTRARE pentru butonul de apăsare.

Dacă este curios, codul pe care l-am scris este destul de simplu:

Are 8 niveluri diferite de putere, comutabile ciclic de la mai puțină la mai multă putere prin apăsarea comutatorului. Dacă țineți apăsat și mai mult de 800 ms, apoi îl eliberați, lanterna va începe să clipească la puterea curentă.

Ventilatorul va începe să funcționeze la ~ 1/3 din puterea maximă, dar cu o viteză proporțională pentru a-l face mai puțin zgomotos la o putere mai mică. După ce îl opriți sau reduceți puterea la mai puțin de ~ 1/3 (primele 3 trepte de alimentare), ventilatorul poate continua să funcționeze o vreme pentru a menține radiatorul rece și gata pentru următoarea utilizare mare de energie (folosim un mic radiator pentru putere, deci poate deveni destul de cald)

Pasul 10: Electronică - Placă de distribuție a energiei Soledering

Mai întâi, așezați toate componentele ca în prima imagine. Va trebui să îndoiți picioarele MOSFET. Este important ca corpul gros și negru al MOSFET să arate în sus și să păstreze totul mic.

Acum, tăiați PCB-ul suplimentar cu un cuțit, cât mai ajustat posibil. Marcați-l cu cuțitul și îndoiți-l ușor până când se sparge de la semn.

Verificați dacă totul este din nou în poziție și pregătiți-vă să lipiți placa ca în a treia imagine. Schema circuitului real este în a patra imagine, în cazul în care nu este suficient de clară.

Este important să lipiți rezistențele afișate între picioarele stânga și dreapta ale MOSFET-urilor. Am folosit două rezistențe de 20 Kohm, dar ai putea folosi orice valoare apropiată.

SFAT: dacă așezați placa într-un anumit unghi este mai ușor să obțineți tablă pentru a urma acel unghi (utilizați gravitația în favoarea dvs.)

Pasul 11: Asamblare - Construirea focalizării

Mai întâi, imprimați Collimator.stl și interiorul cu bandă reflectorizantă. De fapt, nu există o modalitate bună de a face acest lucru. Tăiați banda în bucăți mici pentru a o acoperi pe toate.

Apoi, imprimați LedsHolder.stl și puneți LED-urile deasupra, strâns. Lipiți cablurile ca în diagramă pentru a le conecta pe toate în serie și lăsați 2 fire de 30cm lipite într-unul dintre LED-uri. Acoperiți terminalele cu bandă pentru a evita scurtcircuitul în radiator.

Imprimați și atașați HeatsinkHolder_2.stl la Heatsink. Ar trebui să se potrivească bine.

Aplicați pastă termică pe LED-uri și împingeți-le la radiator, trecând cablurile prin gaura radiatorului_2.

Atașați celelalte două HeatsinkHolder_1 la radiator și înșurubați toate piesele împreună cu 4 șuruburi M3.

Imprimați MainBody.stl și atașați ventilatorul la fund folosind șuruburi M3, așa cum se arată în imaginea 7.

Trageți firele FAN + LED de la gaura mai mare a MainBody și introduceți focalizarea în interiorul corpului, ca în ultima imagine.

Pasul 12: Asamblare - Construirea handlerului

Imprimați fișierul Handler.stl și pregătiți șurubul 1xM3 și șuruburile 2xM5.

Apoi, introduceți butonul în gaură.

Gata pentru acest pas. Pur și simplu, da?

Pasul 13: Electronică - Finalizare

Lipiți încă un fir gros de 5 cm la OUT- al amplificatorului de tensiune mare, ca în prima imagine.

Apoi, conectați acest fir la terminalul cu șurub din partea dreaptă a plăcii de gestionare a energiei, ca în imaginea a doua.

Conectați firul negru al LED-ului la terminalul cu șurub din mijloc și pozitivul la OUT + al amplificatorului de mare tensiune, ca în imaginea 3.

Lipiți Arduino VIN pe firul stâng mare atașat la Vout al amplificatorului de tensiune mică și Arduino GND pe firul negru rămas lipit pe XT-60, ca în imaginea 4.

Conectați firul roșu FAN la Arduino VIN (= amplificator de tensiune mic Vout, ambele cabluri împreună la VIN) și firul negru FAN la terminalul cu șurub din partea stângă a plăcii de gestionare a energiei, ca în imaginea 5 (firul meu roșu al ventilatorului este de fapt negru, îmi pare rău ^. ^)

Conectați Arduino D10 la terminalul cu arc cel mai la stânga și D11 la terminalul cu arc cel mai la dreapta, ca în imaginea 6.

Și, în sfârșit…

Introduceți suportul bateriei în interiorul dispozitivului de manipulare, asigurându-vă că nu se prind firele și că toate componentele electronice sunt bine poziționate în interior. Nu există prea mult spațiu, dar ar trebui să fie mai mult decât suficient dacă totul este organizat corect. Pentru a evita scurtcircuiturile, ar trebui să lipiți fiecare lipire sau sârmă expusă.

Lipiți cele două fire libere stânga ale Arduino pe butonul Handler. Nu contează ce cablu la ce terminal al butonului. Va funcționa oricum.

Si asta e! Asigurați-vă că cablurile sunt bine fixate în spațiul rămas, astfel încât nimeni să nu atingă ventilatorul!

Pasul 14: Asamblare - Atașare finală

Ar trebui să aveți toate componentele electronice montate în interiorul handlerului ca în prima imagine.

Utilizați orificiul de deasupra butonului pentru a înfășura trecerea firelor fără a atinge ventilatorul.

Puneți cele 3 șuruburi care țin totul împreună (2x M5, 1x M3) ca în imaginea a doua.

Introduceți suportul superior al obiectivului și atașați în el obiectivul Fresnel (al meu nu a sosit încă. Se va actualiza cu o imagine când va sosi).

Puneți cele 8 șuruburi M4, 4 în partea de sus, 4 în partea de jos și …

Proiectul este finalizat! Felicitări

Pasul 15: Bucurați-vă de noua dvs. lanternă super-puternică

A fost o călătorie foarte lungă către acest prototip de lanternă, căutând componente și modelând toate tipăririle 3D, ajustând toleranțele etc.

Deci, dacă ți-a plăcut acest proiect, fii binevenit să comentezi cu sugestiile și comentariile tale

Te văd! =)