FoldTronics: Crearea obiectelor 3D cu electronică integrată folosind structuri HoneyComb pliabile: 11 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

În acest tutorial, vă prezentăm FoldTronics, o tehnică de fabricație bazată pe tăiere 2D pentru a integra electronica în obiecte pliate 3D. Ideea cheie este de a tăia și perfora o foaie 2D folosind un plotter de tăiere pentru a o face pliabilă într-o structură fagure 3D; înainte de pliere, utilizatorii așează componentele electronice și circuitele pe foaie.

Procesul de fabricație durează doar câteva minute, permițând utilizatorilor să prototipeze rapid dispozitive interactive funcționale. Obiectele rezultate sunt ușoare și rigide, permițând astfel aplicații sensibile la greutate și la forță. Datorită naturii fagurilor de miere, obiectele create pot fi pliate de-a lungul unei axe și astfel pot fi transportate eficient în acest factor de formă compact.

În afară de o mașină de tăiat hârtie, veți avea nevoie de următoarele materiale:

• Folie de plastic PET transparent / folie de transparență
• Foaie / folie adezivă din cupru
• Foaie adezivă față-verso
• Bandă adezivă dublă față conductivă
• Bandă mare obișnuită sau vinil adeziv

Pasul 1: Descărcați software-ul FoldTronics

Instrumentul de proiectare pentru FoldTronics este implementat în editorul 3D Rhino3D ca o extensie Grasshopper. Grasshopper exportă direct straturile pentru foaia de fagure, banda izolatoare și ansamblul de munte / vale. În plus, pentru a genera cablarea, am implementat un plugin ULP la software-ul de proiectare electronică EAGLE, care exportă stratul de cablare - completând stiva de straturi.

Software-ul pentru instrumentul nostru de proiectare poate fi găsit pe GitHub:

Veți avea nevoie de:

• Cel mai recent Rhino5 WIP
• Lăcustă
• VULTUR
• Ilustrator
• Silhouette Studio

Pasul 2: Proiectarea dispozitivului utilizând software-ul

Pentru a crea circuitul LED, începem prin crearea unui model 3D în editorul Rhino3D 3D pentru care am implementat pluginul nostru FoldTronics. După crearea formei de bază a modelului 3D, îl convertim într-o structură fagure de miere apăsând butonul „converti”. De îndată ce algoritmul a împărțit modelul în celule fagure de miere, rezultatul este afișat în vizualizarea 3D.

Acum putem varia rezoluția fagurii folosind glisorul furnizat pentru a găsi cel mai bun compromis între rezoluție mai mare și având suficient spațiu în celule pentru a adăuga LED-ul, bateria și conectorul circuitului cu celule încrucișate.

Glisorul de rezoluție modifică atât numărul de coloane, cât și numărul de celule simultan, deoarece modificarea rezoluției pentru coloane și rânduri separat ar face ca forma finală să difere de forma inițială.

Pentru a adăuga LED-ul, bateria și conectorul circuitului cu celule încrucișate, le selectăm din lista de componente din meniu și le adăugăm făcând clic pe butonul respectiv. Aceasta creează automat un model 3D al unei cutii reprezentând dimensiunea componentei electronice selectate. Acum putem trage LED-ul și alte componente electronice într-o locație din volumul 3D. În cazul în care plasăm accidental o componentă pe o celulă pliabilă sau nevalidă, aceasta este mutată automat în următoarea celulă validă.

1. Importați un model 3D în rinocer.
2. Rulați „Grasshopper” și deschideți „HoneycombConvert_8.gh”.
3. Selectați modelul în Rhinoceros și faceți clic dreapta pe o componentă brep și „Set one brep” pe Grasshopper.
4. Deschideți „Panoul de control de la distanță” din View of Grasshopper.
5. Modificați lățimea celulei folosind glisorul.
6. Convertiți modelul într-o structură fagure de miere și date de tăiere 2D făcând clic pe „Convertiți fagure de miere”.
7. Mutați componenta (culoare albastră) și modificați dimensiunea prin „selectați componente din această listă”. (încă construcție)
8. Crearea datelor componente făcând clic pe „creați componente”.
9. Crearea datelor 2D făcând clic pe „creați date tăiate”.
10. Exportați linii tăiate cu „obiecte selectate” ca fișier AI.

Pasul 3: Exportați straturile pentru fabricare

Odată ce am terminat cu plasarea componentelor electronice, apăsăm butonul „export” pentru a genera straturile pentru fabricare. La export, pluginul editor 3D creează toate straturile stivei de fabricație ca fișiere de desen 2D (format de fișier. DXF), cu excepția stratului care conține cablarea, care va fi creat separat într-o etapă ulterioară a procesului.

Pentru a genera stratul de cablare lipsă, utilizatorii deschid fișierul 2D al structurii fagure în software-ul electronic de proiectare EAGLE și execută pluginul nostru personalizat EAGLE ULP. Pluginul generează o placă de circuite de dimensiunea modelului fagure de miere și apoi convertește fiecare pătrat colorat înapoi într-o componentă electronică (de exemplu, conectorul LED, bateria și circuitul cu celule încrucișate). Cu componentele electronice deja pe foaie, utilizatorii pot acum construi schema. În cele din urmă, utilizatorii pot utiliza funcția de cablare automată a EAGLE pentru a crea circuitele complete pe foaia care termină ultimul strat lipsă pentru fabricare.

** În prezent, pluginul ULP este în construcție. Trebuie să puneți componentele manual.

Pasul 4: Fabricare, asamblare și pliere

Acum putem începe să adăugăm straturile generate împreună. Pentru a fabrica straturile, trebuie doar să tăiem desenul 2D al fiecărui strat (formatul de fișier. DXF) în ordinea corectă folosind plotterul de tăiere.

Pasul 5: Tăierea și perforarea foii de bază

Mai întâi introducem foaia de bază (plastic PET) în tăietor și o tăiem și o perforăm pentru a crea liniile de munte, vale și fante, precum și markerii pentru componentele electronice. Procesul FoldTronics perforează foaia doar de sus și diferențiază liniile de munte și de vale folosind notații vizuale separate (linii punctate pentru munți vs. linii punctate pentru văi), deoarece acestea necesită pliere în direcții opuse ulterior. Alternativ, procesul FoldTronics poate perfora și foaia de pe ambele părți, adică perfora munții de sus și văile de jos, cu toate acestea, acest lucru necesită reintroducerea foii în plotterul de tăiere.

În timp ce toate fantele sunt tăiate, conturul fagurelui este perforat doar pentru a-l menține conectat la foaia principală, ceea ce ne permite să procesăm în continuare foaia cu plotterul de tăiere în pașii următori. În cele din urmă, zonele în care componentele electronice vor fi lipite sunt, de asemenea, perforate pentru a face mai ușor să aflați ce componentă merge unde.

Pentru obiectele utilizate în această hârtie, folosim foi de plastic PET, grosime 0,1 mm și tăiem foile cu un plotter de tăiere (model: Silhouette Portrait, setări tăiere: lamă 0,2 mm, viteză 2cm / s, forță 10, setări perforare: lamă 0,2 mm, viteza 2 cm / s, forța 6).

Pasul 6: Amplasarea cablajului cu bandă de cupru

Apoi, așezăm un strat de bandă de cupru unilaterală (grosime: 0,07 mm) pe întreaga foaie. Punem foaia înapoi în plotter de tăiere cu partea de cupru în sus, apoi executăm fișierul pentru a tăia forma firelor care este configurată pentru a ne asigura că nu tăiați în foaia de bază (setări de tăiere: lama 0.2mm, viteza 2cm / s, forța 13). După aceea, scoatem banda de cupru care nu face parte din cabluri.

Pasul 7: Foaie izolatoare

Pentru a preveni orice scurtcircuit la atingerea firelor după plierea foii de bază, adăugăm apoi un strat izolator. Pentru aceasta, așezăm un strat de bandă neconductivă obișnuită pe întreaga foaie (grosime: 0,08 mm). Am pus foaia înapoi în plotter de tăiere, care îndepărtează banda izolatoare numai în acele zone care au capete de sârmă care fie vor fi conectate la componente electronice, fie utilizează noul nostru conector de circuit cu celule încrucișate. Folosim setările de tăiere: lama 0.1mm, viteza 2cm / s, forța 4.

Pasul 8: lipiți munții / văile de ținut după pliere

În pasul următor, aplicăm un strat de bandă dublă obișnuită pe foaie atât pe partea inferioară, cât și pe partea superioară. Banda cu două fețe este utilizată pentru a conecta văile și munții care țin structura fagurelui împreună după pliere (munții se lipesc din partea superioară a foilor, în timp ce văile se lipesc din partea de jos). După introducerea foii în plotterul de tăiere, banda dublă este decupată în toate zonele care nu ar trebui să fie lipite împreună (setări de tăiere: lamă 0.2mm, viteză 2cm / s, forță 6). În plus, pentru văile / munții cu bandă care poartă și un conector de circuit cu celule încrucișate, plotterul de tăiere decupează zonele necesare conexiunilor electronice. După tăierea ambelor părți, dezlipim banda rămasă pe două fețe.

Pasul 9: lipire

Într-un ultim pas înainte de lipire, am tăiat acum modelul fagure de miere pentru a-l deconecta de pe foaie. Apoi, lipim componentele electronice (LED, baterie) pe fire folosind un fier de lipit. Dacă componentele sunt mici și greu de lipit, putem folosi, de asemenea, pasta de lipit ca alternativă. Deoarece lipirea conectorului circuitului cu celule încrucișate este dificilă, folosim bandă conductivă pe două fețe pentru a crea conexiunea.

Pasul 10: pliere

Acum împăturim fagurele împreună.

Pasul 11: Aprinde-l

Circuitul tău este gata!