Nisip digital 3D: 11 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Acest proiect este un fel de continuare a DotStar LED Cube unde am folosit LED-uri SMD atașate la PCB-uri din sticlă. La scurt timp după ce am terminat acest proiect, am dat peste nisipul animat cu LED-uri de la Adafruit, care folosește un accelerometru și o matrice de LED-uri pentru a simula mișcarea boabelor de nisip. M-am gândit că ar fi o idee plăcută să extind acest proiect în a treia dimensiune, construind doar o versiune mai mare a cubului meu LED asociat cu un accelerometru. De asemenea, am vrut să încerc turnarea cubului în rășină epoxidică.

Dacă doriți să vedeți cubul în acțiune, derulați până la videoclip.

Pasul 1: Lista materialelor

Următoarea listă include materialele necesare construirii cubului așa cum se arată în imagine

• 144 buc LED-uri SK6805-2427 (de exemplu, aliexpress)
• diapozitive pentru microscop (de ex. amazon.de)
• bandă de cupru (0,035 x 30 mm) (de ex. ebay.de)
• Kit de bază TinyDuino - versiune litiu
• modul accelerometru (de ex. ASD2511-R-A TinyShield sau GY-521)
• prototip PCB (30 x 70 mm) (de ex. amazon.de)
• rășină transparentă de turnare (de exemplu, conrad.de sau amazon.de)
• Carcasă imprimată 3D

Materiale și instrumente suplimentare necesare construcției

• Fier de lipit cu aer cald
• fier de lipit normal cu vârf fin
• imprimantă 3d
• imprimanta laser
• Conectori Dupont
• fir subțire
• Pinii antetului PCB
• pastă de lipit la temperatură scăzută
• Etichete PCB (de exemplu, clorură ferică)
• Adeziv de întărire UV pentru sticlă metalică (de ex. NO61)
• lipici de uz general (de ex. UHU Hart)
• silicon sigilant
• hârtie de transfer de toner
• acetonă

Pasul 2: Realizarea PCB-urilor din sticlă

Acest proces este deja descris în detaliu în instrucțiunile mele anterioare despre DotStar LED Cube, prin urmare, voi parcurge pe scurt pașii.

1. Tăiați lamele microsopului în bucăți de 50,8 mm lungime. Am imprimat 3D un jig pentru a mă ajuta să ating lungimea potrivită (vezi fișierul.stl atașat). Veți avea nevoie de 4 diapozitive pe care le recomand să faceți 6 până la 8 piese.
2. Lipiți folia de cupru pe suportul de sticlă. Am folosit adezivul de întărire UV NO61.
3. Imprimați fișierul pdf atașat cu designul PCB pe hârtie de transfer de toner utilizând o imprimantă laser. Tăiați apoi bucățile individuale.
4. Transferați designul PCB pe plăcile de cupru. Am folosit un laminator în acest scop.
5. Gravează cuprul folosind de ex. clorură de fier
6. Scoateți tonerul folosind acetonă

Pasul 3: LED-uri de lipit

În cubul meu DotStar LED am folosit LED-uri APA102-2020 și planul era să folosesc același tip de LED-uri în acest proiect. Cu toate acestea, datorită distanței mici dintre plăcile individuale ale LED-urilor, este foarte ușor să creați punți de lipit. Acest lucru m-a forțat să lipesc fiecare LED cu mâna și de fapt am făcut același lucru în acest proiect. Din păcate, când am avut proiectul aproape terminat brusc, au început să apară câteva poduri de lipit sau contacte proaste care m-au forțat să demontez din nou totul. Am decis apoi să trec la LED-urile SK6805-2427 ceva mai mari, care au un aspect diferit de pad, care le face mult mai ușor de lipit.

Am acoperit toate tampoanele cu pastă de lipit cu topire scăzută și apoi am pus LED-urile deasupra. Aveți grijă de orientarea corectă a LED-urilor, consultând schema atașată. După aceea, am pus PCB-ul pe plita fierbinte din bucătăria noastră și l-am încălzit cu grijă până când s-a topit lipirea. Acest lucru a funcționat bine liniștit și a trebuit să fac doar puține lucrări cu fierul meu de lipit cu aer cald. Pentru a testa matricea LED, am folosit un Arduino Nano care rulează exemplul Adafruit NeoPixel strandtest și l-am conectat la matrice folosind fire Dupont.

Pasul 4: Pregătiți PCB de jos

Pentru placa inferioară am tăiat o piesă de 30 x 30 mm de pe o placă prototip. Am lipit apoi niște anteturi de pin, unde PCB-urile de sticlă vor fi conectate după aceea. Pinii VCC și GND au fost conectați folosind o bucată mică de sârmă de cupru argintată. Apoi am sigilat toate găurile rămase prin lipire, pentru că altfel rășina epoxidică s-ar scurge în timpul procesului de turnare.

Pasul 5: Atașați PCB-uri din sticlă

Pentru a atașa matricile LED la PCB de jos, am folosit din nou un adeziv de întărire UV, dar cu vâscozitate mai mare (NO68). Pentru alinierea corectă, am folosit un jig tipărit 3D (vezi fișierul.stl atașat). După lipire, PCB-urile din sticlă erau încă puțin agitate, dar au devenit mai rigide după ce au fost lipite pe anteturile pinului. Pentru aceasta tocmai am folosit fierul meu de lipit normal și lipitul obișnuit. Din nou, este o idee bună să testați fiecare matrice după lipire. Conexiunile dintre Din și Dout ale matricilor individuale au fost realizate cu fire Dupont conectate la anteturile pinului din partea de jos.

Pasul 6: Asamblați electronice

Pentru că am vrut să fac dimensiunea carcasei cât mai mică posibil, nu am vrut să folosesc un Arduino Nano sau un Micro obișnuit. Acest cub LED de 1/2 de one49th m-a adus la cunoștință de plăcile TinyDuino care păreau perfecte pentru acest proiect. Am primit kitul de bază care include placa procesorului, un scut USB pentru programare, o placă proto pentru conexiuni externe precum și o mică baterie reîncărcabilă LiPo. În retrospectivă, ar fi trebuit să cumpăr și scutul accelerometrului pe 3 axe pe care îl oferă în loc să folosesc un modul GY-521 pe care încă îl aveam în jur. Acest lucru ar fi făcut cicuitul și mai compact și ar reduce dimensiunile necesare a carcasei. Schema acestei construcții este destul de ușoară și atașată mai jos. Am făcut unele modificări la placa procesorului TinyDuino, unde am adăugat un comutator extern după baterie. Placa procesorului are deja un comutator, dar a fost doar scurt se potrivește prin carcasă. Conexiunile la placa proto și la modulul GY-521 au fost realizate folosind anteturi cu pini care nu permit cel mai compact design, dar oferă mai multă flexibilitate decât lipirea directă a firelor. T lungimea firelor / pinilor din partea de jos a plăcii proto ar trebui să fie cât mai scurtă posibil, altfel nu o mai puteți conecta la partea superioară a plăcii procesorului.

Pasul 7: Încărcați codul

După ce ați asamblat componentele electronice, puteți încărca codul atașat și puteți testa că totul funcționează. Codul include următoarele animații care pot fi iterate prin agitarea accelerometrului.

• Rainbow: animație Rainbow din biblioteca FastLED
• Digital Sand: Aceasta este o extensie a codului de nisip LED animat Adafruits la trei dimensiuni. Pixelii LED se vor deplasa în funcție de valorile citite de pe accelerometru.
• Ploaie: Pixeli care cad de sus în jos în funcție de înclinarea măsurată cu accelerometrul
• Confetti: pete colorate aleatoriu care clipesc și se estompează ușor din biblioteca FastLED

Pasul 8: Distribuire

Acum este timpul să aruncați matricea LED în rășină. Așa cum sugerăm într-un comentariu din versiunea mea anterioară, ar fi bine dacă indicii de refracție ai resinf și sticla s-ar potrivi astfel încât sticla să fie invizibilă. Judecând după indicii de refracție ai ambelor componente ale rășinii, am crezut că acest lucru ar putea fi posibil prin variația ușoară a rației de amestecare a celor două. Cu toate acestea, după ce am făcut unele teste, am constatat că nu am putut schimba indicele de refracție în mod vizibil fără a distruge duritatea rășinii. Acest lucru nu este prea rău, deoarece sticla este doar puțin vizibilă și, în cele din urmă, am decis să îngrășăm suprafața rășinii oricum. De asemenea, era important să găsim un material adecvat care să poată fi folosit ca mucegai. Citeam despre dificultățile de a îndepărta matrița după turnarea în proiecte similare, cum ar fi cubul de rășină al lui lonesoulsurfer. După câteva încercări nereușite, am constatat că cel mai bun mod a fost să imprimați o matriță 3D și apoi să o acoperiți cu silicon. Tocmai am tipărit un singur strat dintr-o cutie de 30 x 30 x 60 mm folosind setarea „spiralize external contour” din Cura (fișier.stl atașat). Acoperirea acestuia cu un strat subțire de silicon pe interior face ca mucegaiul să fie foarte ușor de îndepărtat după aceea. Matrița a fost atașată la PCB-ul inferior folosind, de asemenea, silicon. Asigurați-vă că nu există găuri, deoarece, desigur, rășina va pătrunde și, de asemenea, se vor forma bule de aer în rășină. Din păcate, am avut câteva scurgeri minuscule care, cred, sunt responsabile de micile bule de aer care s-au format lângă peretele matriței.

Pasul 9: lustruire

După îndepărtarea matriței, puteți face ca cubul să arate foarte clar datorită suprafeței netede acoperite cu silicon a matriței. Cu toate acestea, au existat unele nereguli datorate variațiilor de grosime ale stratului de silicon. De asemenea, suprafața superioară a fost deformată spre margini datorită aderenței. Prin urmare, am rafinat forma prin șlefuire umedă folosind hârtie de șlefuit cu 240 de granule. Inițial, planul meu a fost să repoliez totul prin trecerea la granule mereu mai fine, cu toate acestea, în cele din urmă am decis că cubul arată mai frumos, cu o suprafață aspră, așa că am terminat cu 600 de granulație.

Pasul 10: Montați în carcasă

Carcasa electronică a fost proiectată cu Autodesk Fusion 360 și apoi imprimată 3D. Am adăugat o gaură dreptunghiulară în perete pentru comutator și câteva găuri în spate pentru a monta modulul GY-521 folosind șuruburi M3. Placa de procesor TinyDuino a fost atașată la placa inferioară, care a fost apoi atașată la carcasă folosind șuruburi M2.2. La început am montat comutatorul în carcasă folosind lipici fierbinte, apoi a fost montat modulul GY-521, după care a fost introdus cu grijă placa de protecție și bateria. Matricea LED a fost atașată la placa proto folosind conectori Dupont, iar placa procesorului poate fi conectată doar de jos. În cele din urmă, am lipit PCB-ul inferior al matricei LED de carcasă folosind un adeziv de uz general (UHU Hart).

Pasul 11: Cub terminat

În cele din urmă, cubul este terminat și vă puteți bucura de spectacolul de lumini. Verificați videoclipul cubului animat.