FoldTronics: Stvaranje 3D objekata s integriranom elektronikom pomoću sklopivih HoneyComb struktura: 11 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

U ovom vodiču predstavljamo FoldTronics, tehniku izrade zasnovanu na 2D rezanju za integraciju elektronike u 3D presavijene objekte. Ključna ideja je izrezati i perforirati 2D list pomoću katera za rezanje kako bi se presavio u 3D strukturu saća; prije presavijanja korisnici postavljaju elektroničke komponente i kola na list.

Proces izrade traje samo nekoliko minuta omogućavajući korisnicima da brzo prototipiraju funkcionalne interaktivne uređaje. Dobijeni objekti su lagani i kruti, što omogućava primjenu osjetljivu na težinu i silu. Zbog prirode saća, stvoreni predmeti mogu se presavijati po jednoj osi i na taj način se mogu efikasno transportovati u ovom kompaktnom obliku.

Osim mašine za rezanje papira, trebat će vam i sljedeći materijali:

• Čista PET plastična folija/prozirna folija
• Ljepilo od bakra/folija
• Dvostrani ljepljivi list
• Dvostrano ljepljiva provodljiva traka
• Obična velika traka ili ljepljivi vinil

Korak 1: Preuzmite softver FoldTronics

Alat za dizajn FoldTronics -a implementiran je u 3D uređivaču Rhino3D kao Grasshopper nastavak. Skakavac direktno izvozi slojeve za list saća, izolacijsku traku i montažu planine/doline. Osim toga, za generiranje ožičenja, implementirali smo ULP dodatak u softver za elektroničko projektiranje EAGLE, koji izvozi sloj ožičenja - čineći hrpu slojeva potpunom.

Softver za naš alat za dizajn možete pronaći na GitHub -u:

Trebat će vam:

• Najnoviji Rhino5 WIP
• Skakavac
• ORAO
• Illustrator
• Silhouette Studio

Korak 2: Dizajn uređaja pomoću softvera

Da bismo stvorili LED krug, počinjemo stvaranjem 3D modela u 3D uređivaču Rhino3D za koji smo implementirali naš dodatak FoldTronics. Nakon stvaranja osnovnog oblika 3D modela, pretvaramo ga u strukturu saća pritiskom na dugme "pretvori". Čim algoritam podijeli model na ćelije saća, rezultat se prikazuje u 3D prikazu.

Sada možemo promijeniti rezoluciju saća pomoću priloženog klizača kako bismo pronašli najbolji kompromis između veće rezolucije i dovoljnog prostora u ćelijama za smještaj LED-a, baterije i konektora za međućelijsko kolo.

Klizač rezolucije istovremeno mijenja i broj stupaca i broj ćelija jer bi promjena rezolucije za stupce i redove odvojeno dovela do toga da se konačni oblik razlikuje od izvornog oblika.

Da bismo dodali LED, bateriju i međućelijsko kolo, odabiremo ih s popisa komponenti u izborniku i dodajemo ih klikom na odgovarajuće dugme. Ovo automatski stvara 3D model kutije koja predstavlja veličinu odabrane elektroničke komponente. Sada možemo povući LED i druge elektroničke komponente na lokaciju u 3D volumenu. U slučaju da slučajno stavimo komponentu na preklop ili nevažeću ćeliju, ona se automatski premješta u sljedeću valjanu ćeliju.

1. Uvezite 3D model u Nosoroga.
2. Pokrenite "Grasshopper" i otvorite "HoneycombConvert_8.gh".
3. Odaberite model u Rhinocerosu i desnom tipkom miša kliknite komponentu brep i "Set one brep" na Grasshopper -u.
4. Otvorite "Remote Control Panel" u View of Grasshopper.
5. Promijenite širinu ćelije pomoću klizača.
6. Pretvorite model u strukturu saća i podatke o 2D rezu klikom na "Pretvori saće".
7. Pomaknite komponentu (plava boja) i promijenite veličinu pomoću "odaberite komponente s ove liste". (još u izgradnji)
8. Kreiranje podataka o komponentama klikom na "kreiraj komponente".
9. Kreiranje 2D podataka klikom na "kreiraj izrezane podatke".
10. Izvezite rezane linije s "odabranim objektima" kao AI datoteku.

Korak 3: Izvezite slojeve za izradu

Kada završimo s postavljanjem elektroničkih komponenti, pritisnemo dugme "izvoz" da generiramo slojeve za izradu. Prilikom izvoza dodatak za 3D uređivač stvara sve slojeve gomile izrade kao 2D datoteke za crtanje (. DXF format datoteke) osim sloja koji sadrži ožičenje, koji će se zasebno stvoriti u kasnijem koraku procesa.

Da bi generirali sloj ožičenja koji nedostaje, korisnici otvaraju 2D datoteku strukture saća u softveru za elektronički dizajn EAGLE i izvršavaju naš prilagođeni dodatak EAGLE ULP. Dodatak generira pločicu veličine uzorka saća, a zatim svaki kvadrat u boji pretvara u elektroničku komponentu (tj. LED, bateriju i konektor za međućelijsko kolo). Sa elektronskim komponentama koje su već na listu, korisnici sada mogu izraditi shemu. Konačno, korisnici mogu upotrijebiti EAGLE-ovu funkciju automatskog ožičenja za stvaranje punog kola na listu dovršavajući posljednji sloj koji nedostaje za izradu.

** Trenutno je ULP dodatak u izradi. Morate ručno staviti komponente.

Korak 4: Izrada, sastavljanje i presavijanje

Sada možemo početi dodavati generirane slojeve zajedno. Da bismo izradili slojeve, moramo samo izrezati 2D crtež svakog sloja (. DXF format datoteke) pravim redoslijedom pomoću plotera za rezanje.

Korak 5: Rezanje i perforiranje osnovnog lista

Prvo ubacujemo osnovni list (PET plastiku) u rezač i režemo ga i perforiramo kako bismo stvorili planinske, dolinske i prorezne linije, kao i oznake za elektroničke komponente. Postupak FoldTronics samo perforira list s vrha i razlikuje planinske i dolinske linije koristeći zasebne vizualne oznake (isprekidane linije za planine nasuprot isprekidane linije za doline) budući da zahtijevaju kasnije presavijanje u suprotne smjerove. Alternativno, postupak FoldTronics također može perforirati list s obje strane, odnosno perforirati planine s vrha i doline s dna, međutim, to zahtijeva ponovno umetanje lista u rezač.

Dok su svi prorezi prorezani, obris saća samo je perforiran kako bi ostao spojen na glavni list, što nam omogućava da dalje obrađujemo list rezačem u sljedećim koracima. Konačno, područja na koja će se lemiti elektroničke komponente također su perforirana kako bi se lakše otkrilo koja komponenta gdje ide.

Za predmete koji se koriste u ovom radu koristimo PET plastične limove debljine 0,1 mm i režemo listove rezačem (model: Silhouette Portrait, postavke rezanja: oštrica 0,2 mm, brzina 2 cm/s, sila 10, postavke perforiranje: oštrica 0,2 mm, brzina 2 cm/s, sila 6).

Korak 6: Postavljanje ožičenja bakrenom trakom

Zatim postavljamo sloj jednostrane bakrene trake (debljine: 0,07 mm) po cijelom listu. Vraćamo list natrag u ploter za rezanje sa bakrenom stranom prema gore, zatim izvršavamo datoteku kako bismo izrezali oblik žica koji je konfiguriran tako da ne zareže u osnovni list (postavke rezanja: oštrica 0,2 mm, brzina 2 cm /s, sila 13). Nakon toga odlijepimo bakrenu traku koja nije dio ožičenja.

Korak 7: Izolacijski lim

Kako bismo spriječili kratki spoj od dodirivanja žica nakon presavijanja temeljnog lima, dodajemo izolacijski sloj. Za to postavljamo sloj obične neprovodljive trake po cijelom listu (debljina: 0,08 mm). Vraćamo list nazad u ploter za rezanje, koji uklanja izolacijsku traku samo u onim područjima koja imaju krajeve žica koji će ili biti spojeni na elektroničke komponente ili koji koriste naš novi konektor s više ćelija. Koristimo postavke rezanja: oštrica 0,1 mm, brzina 2 cm/s, sila 4.

Korak 8: Zalijepite planine/doline koje ćete držati nakon presavijanja

U sljedećem koraku nanosimo sloj obične dvostrane trake na list s donje i gornje strane. Dvostrana traka koristi se za povezivanje dolina i planina koje drže strukturu saća nakon presavijanja (planine se lijepe s vrha lima, dok se doline lijepe s dna). Nakon umetanja lista u ploter za rezanje, dvostrana traka se izrezuje na svim područjima koja ne bi trebala biti zalijepljena zajedno (postavke rezanja: oštrica 0,2 mm, brzina 2 cm/s, sila 6). Osim toga, za zalijepljene doline/planine koje također nose konektor međućelijskog kruga, kater za rezanje izrezuje područja potrebna za elektroničke veze. Nakon rezanja obje strane, odlijepimo preostalu dvostranu traku.

Korak 9: Lemljenje

U posljednjem koraku prije lemljenja, sada smo odrezali uzorak saća kako bismo ga odvojili od lima. Zatim lemimo elektroničke komponente (LED, bateriju) na žice. Ako su komponente male i teško ih je lemiti, možemo koristiti i lemnu pastu kao alternativu. Budući da je lemljenje konektora međućelijskog kruga teško, koristimo dvostranu vodljivu traku za stvaranje veze.

Korak 10: Sklapanje

Sada savijamo saće zajedno.

Korak 11: Upalite

Vaš krug je spreman!