3D digitalni pijesak: 11 koraka (sa slikama)

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

Ovaj projekt je svojevrsni nastavak moje DotStar LED kocke u kojoj sam koristio SMD LED diode pričvršćene na staklene ploče. Ubrzo nakon završetka ovog projekta naišao sam na animirani LED pijesak kompanije Adafruit koji koristi akcelerometar i LED matricu za simulaciju kretanja zrna pijeska. Mislio sam da bi bila dobra ideja proširiti ovaj projekt u treću dimenziju samo izgradnjom veće verzije moje LED kocke uparene s akcelerometrom. Takođe sam hteo da isprobam kocku u epoksidnoj smoli.

Ako želite vidjeti kocku u akciji, pomaknite se skroz dolje do videozapisa.

Korak 1: Opis materijala

Sljedeća lista uključuje materijale potrebne za konstrukciju kocke kako je prikazano na slici

• 144 kom SK6805-2427 LED diode (npr. Aliexpress)
• dijapozitivi za mikroskop (npr. amazon.de)
• bakrena traka (0,035 x 30 mm) (npr. ebay.de)
• TinyDuino osnovni komplet - litijumska verzija
• modul akcelerometra (npr. ASD2511-R-A TinyShield ili GY-521)
• prototip PCB -a (30 x 70 mm) (npr. amazon.de)
• prozirna smola za lijevanje (npr. conrad.de ili amazon.de)
• 3D štampano kućište

Dodatni materijali i alati potrebni za izgradnju

• Lemilica sa toplim vazduhom
• normalno lemilica sa finim vrhom
• 3D štampač
• laserski štampač
• Dupont konektori
• tanka žica
• Igle zaglavlja PCB -a
• pasta za lemljenje na niskim temperaturama
• PCB ethant (npr. Željezni klorid)
• Ljepilo za stvrdnjavanje UV stakla za metalno staklo (npr. NO61)
• ljepilo opće namjene (npr. UHU Hart)
• silikonski zaptivač
• papir za prenos tonera
• aceton

Korak 2: Izrada staklenih PCB -a

Ovaj proces je već detaljno opisan u mojim prethodnim uputstvima za moju DotStar LED kocku, stoga ću samo ukratko preći korake.

1. Izrežite dijapozitive mikrosopa na komade dužine 50,8 mm. 3D ispisao sam šablon koji mi pomaže da postignem odgovarajuću dužinu (pogledajte priloženu.stl datoteku). Trebat će vam 4 dijapozitiva koje preporučujem za izradu 6 do 8 komada.
2. Zalijepite bakrenu foliju na staklenu podlogu. Koristio sam UV ljepilo za stvrdnjavanje NO61.
3. Odštampajte priloženi pdf dokument sa PCB desingom na papiru za prenos tonera pomoću laserskog štampača. Nakon toga izrežite pojedinačne komade.
4. Prenesite dizajn PCB -a na bakrenu oblogu. U tu sam svrhu koristio laminator.
5. Izvadite bakar pomoću npr. gvožđe hlorid
6. Uklonite toner acetonom

Korak 3: Lemljenje LED dioda

U svojoj DotStar LED kocki koristio sam APA102-2020 LED diode i plan je bio koristiti istu vrstu LED dioda u ovom projektu. Međutim, zbog male udaljenosti između pojedinačnih pločica LED dioda, vrlo je lako stvoriti mostove za lemljenje. To me prisililo da ručno lemim svaku LED diodu i zapravo sam isto uradio na ovom projektu. Nažalost, kad sam skoro završio projekt, odjednom su se počeli pojavljivati neki lemni mostovi ili loši kontakti zbog kojih sam morao sve ponovo rastaviti. Tada sam odlučio prijeći na malo veće SK6805-2427 LED diode, koje imaju drugačiji raspored podloga što ih čini mnogo lakšim za lemljenje.

Pokrio sam sve jastučiće pastom za lemljenje sa niskim talištem, a zatim LED diode postavio na vrh. Pobrinite se za ispravnu orijentaciju LED dioda prema priloženoj shemi. Nakon toga stavio sam PCB na ploču za kuhanje u našoj kuhinji i pažljivo je zagrijavao dok se lem nije rastopio. Ovo je dobro funkcioniralo i morao sam samo malo preraditi lemilicu na vrući zrak. Za testiranje LED matrice upotrijebio sam Arduino Nano na najnaprednijem primjeru Adafruit NeoPixel -a i spojio ga na matricu pomoću Dupont žica.

Korak 4: Pripremite donju PCB ploču

Za donju PCB izrezao sam komad 30 x 30 mm sa prototipne ploče. Zatim sam mu zalemio nekoliko pin zaglavlja gdje će se staklene PCB -e naknadno spojiti. Igle VCC i GND povezane su malim komadom posrebrene bakrene žice. Zatim sam sve preostale rupe zapečatio lemljenjem jer bi u protivnom epoksidna smola procurila tokom procesa lijevanja.

Korak 5: Pričvrstite staklene PCB -ove

Za pričvršćivanje LED matrica na donju PCB ploču ponovno sam upotrijebio ljepilo za UV stvrdnjavanje, ali s većom viskoznošću (NO68). Za pravilno poravnanje koristio sam 3D štampani šablon (pogledajte priloženu.stl datoteku). Nakon lijepljenja staklene ploče bile su i dalje pomalo vitke, ali su postale čvršće nakon što su lemljene na zaglavlje iglica. Za to sam samo upotrijebio svoje uobičajeno lemilo i obični lem. Ponovo je dobra ideja testirati svaku matricu nakon lemljenja. Veze između Din i Dout pojedinačnih matrica izvedene su pomoću Dupont žica spojenih na zaglavlja pinova na dnu.

Korak 6: Sastavite elektroniku

Budući da sam želio učiniti dimenziju kućišta što manjom, nisam želio koristiti obične Arduino Nano ili Micro. Ova 1/2 LED kocka jedne 49. osvijestila me TinyDuino ploče koje su izgledale savršene za ovaj projekt. Dobio sam osnovni komplet koji uključuje procesorsku ploču, USB štit za programiranje, proto ploču za vanjske veze kao i sićušna punjiva LiPo baterija. U retrospektivi sam trebao kupiti i troosni štitnik akcelerometra koji nude umjesto korištenja modula GY-521 koji sam još uvijek ležao. Ovo bi učinilo cicuit još kompaktnijim i smanjilo potrebne dimenzije Shema za ovu konstrukciju je prilično jednostavna i dolje je priložena. Napravio sam neke izmjene na TinyDuino procesorskoj ploči, gdje sam dodao vanjski prekidač nakon baterije. Procesorska ploča već ima prekidač, ali samo je bio kratak na Priključci na proto ploču i GY-521 modul se izvode pomoću pin-zaglavlja što ne dopušta najkompaktniji dizajn, ali nudi veću fleksibilnost od direktnog lemljenja žica. Duljina žica/pinova na dnu proto ploče mora biti što je moguće kraća, u protivnom je više ne možete priključiti na vrh procesorske ploče.

Korak 7: Otpremite kôd

Nakon što sastavite elektroniku, možete učitati priloženi kôd i provjeriti radi li sve. Kod uključuje sljedeće animacije koje se mogu ponoviti tresenjem akcelerometra.

• Rainbow: Duga animacija iz FastLED biblioteke
• Digitalni pijesak: Ovo je proširenje Adafruits animiranog LED pješčanog koda na tri dimenzije. LED pikseli će se kretati prema vrijednostima očitavanja sa akcelerometra.
• Kiša: Pikseli padaju odozgo prema dolje prema nagibu mjerenom akcelerometrom
• Konfeti: Nasumično obojene mrlje koje trepere i glatko blijede iz FastLED biblioteke

Korak 8: Lijevanje

Sada je vrijeme za lijevanje LED matrice u smolu. Kao što je predloženo u komentaru u mojoj prethodnoj gradnji, bilo bi lijepo da se indeksi loma smole i stakla poklapaju tako da staklo bude nevidljivo. Sudeći prema indeksima loma obje komponente smole, mislio sam da bi to moglo biti postignuto neznatnim mijenjanjem omjera miješanja ove dvije vrste. Međutim, nakon nekog ispitivanja otkrio sam da nisam uspio značajno promijeniti indeks loma bez oštećenja tvrdoće smole. To i nije tako loše jer je staklo vidljivo samo kosom, pa sam na kraju ipak odlučio da hrapavim učinim površinu smole. Također je bilo važno pronaći odgovarajući materijal koji bi se mogao koristiti kao kalup. Čitao sam o poteškoćama pri uklanjanju plijesni nakon lijevanja u sličnim projektima poput kocke smole lonesoulsurfera. Nakon nekoliko neuspješnih vlastitih pokušaja, otkrio sam da je najbolji način da se 3D kalup odštampa, a zatim premaže silikonskim brtvilom. Upravo sam odštampao jedan sloj kutije 30 x 30 x 60 mm koristeći postavku "spiralna vanjska kontura" u Curi (u prilogu.stl datoteka). Premazivanjem tankoslojnim slojem silikona s unutrašnje strane kalup se nakon toga vrlo lako uklanja. Kalup je pričvršćen na donju PCB ploču također pomoću silikonskog brtvila. Pazite da nema rupa jer će naravno smola procuriti, a u smoli će se stvoriti i mjehurići zraka. Nažalost, imao sam malo curenje koje je, vjerujem, odgovorno za male mjehuriće zraka koji su se formirali blizu stijenke kalupa.

Korak 9: Poliranje

Nakon uklanjanja kalupa možete učiniti da kocka izgleda vrlo jasno zbog glatke površine kalupa obložene silikonom. Međutim, bilo je nekih nepravilnosti zbog varijacija u debljini silikonskog sloja. Također je gornja površina iskrivljena prema rubovima zbog prianjanja. Stoga sam oblik poboljšao mokrim brušenjem pomoću brusnog papira 240 zrna. U početku mi je plan bio da sve ponovo popravim prelaskom na finije zrnce, međutim na kraju sam odlučio da kocka izgleda ljepše sa hrapavom površinom pa sam završio sa 600 zrnaca.

Korak 10: Montirajte u kućište

Kućište za elektroniku je dizajnirano pomoću Autodesk Fusion 360, a zatim 3D štampano. Dodao sam pravokutnu rupu u zidu za prekidač i neke rupe na stražnjoj strani za montažu GY-521 modula pomoću vijaka M3. TinyDuino procesorska ploča pričvršćena je na donju ploču koja je zatim pričvršćena na kućište pomoću vijaka M2.2. Prvo sam preklopku ugradio u kućište pomoću vrućeg ljepila, zatim je postavljen GY-521 modul, nakon čega su protoboard i baterija pažljivo umetnuti. LED matrica je pričvršćena na proto ploču pomoću Dupont konektora, a procesorska ploča se može jednostavno priključiti odozdo. Na kraju sam zalijepio donju PCB LED matrice na kućište pomoću ljepila za opću namjenu (UHU Hart).

Korak 11: Gotova kocka

Konačno je kocka gotova i možete uživati u light showu. Pogledajte video zapis animirane kocke.