GlassCube - 4x4x4 LED kocka na staklenim pločama: 11 koraka (sa slikama)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2025-01-23 14:37

Moja prva instrukcija na ovoj web stranici bila je LED kocka 4x4x4 sa staklenim PCB -ovima. Obično ne volim raditi isti projekt dva puta, ali nedavno sam naišao na ovaj video snimak francuskog proizvođača Helioxa koji me inspirirao da napravim veću verziju moje originalne kocke. U svom videu Heliox donosi mnogo jednostavniji postupak proizvodnje staklenih PCB-a koji ne uključuje jetkanje, već umjesto toga koristi ploter za izrezivanje tragova sa samoljepljive bakrene folije koja se zatim prenosi na staklenu podlogu. Budući da ploteri nisu tako skupi i mogli bi mi dobro doći i za druge projekte, upravo sam nabavio jedan da sam isprobam postupak.

Osim što je veća verzija moje originalne kocke, ova verzija koristi i prilagođenu PCB baziranu na SAMD21 mikrokontroleru i kućište izrađeno od laserski izrezanog akrila. Kocka se može programirati s Arduino IDE -om, a kompatibilna je i sa CircuitPythonom.

GlassCube komplet je sada dostupan i na Tindie -u.

U slučaju da ste kupili komplet, morate samo zalemiti LED diode (korak 5), sastaviti kućište (korak 8) i međusobno povezati slojeve (korak 9)

Supplies

• 64 kom - WS2812B 5050 SMD LED diode (npr. Aliexpress)
• 4 kom - staklena ploča 100 x 100 x 2 mm (otkrio sam ovog zaista jeftinog njemačkog dobavljača koji naplaćuje samo 0,20 EUR/kom)
• 2 kom - A4 listovi samoljepljive bakrene folije (npr. Amazon)
• 1 rola - papir za prijenos plotera (npr. Amazon)
• 1 komplet - laserski izrezan akril (vidi dolje)
• 1 prilagođena štampana ploča (pogledajte dolje)
• 4 kom M2x8 vijci + matice

Ukupni troškovi svih materijala, uključujući uslugu laserskog rezanja i proizvodnju PCB -a, iznose oko 100 EUR.

Alati

• Sketter portreta 2 siluete (npr. Amazon)
• laserski rezač ili mrežna usluga laserskog rezanja (koristim snijlab.nl)
• lemilica
• grijaća ploča ili pećnica za reflow za SMD lemljenje (ili napredne vještine ručnog lemljenja)

Korak 1: CAD dizajn

Dimenzije kućišta i PCB -a za GlassCube dizajnirane su u Fusion360, dolje sam priložio dizajn.

Rubni stubovi i gornja ploča izrađeni su od prozirnog akrila debljine 3 mm. Slojevi sa LED diodama izrađeni su od float stakla debljine 2 mm. Donja ploča je PCB po mjeri.

Korak 2: Dizajn LED PCB -a

Koristio sam Eagle za dizajniranje izgleda staklenih PCB -a. S obzirom da iscrtavanje tragova ploterom nije toliko precizno kao što ih je graviranje metodom prenošenja tonera, minimalna širina traga je ograničena. Pokušao sam različite širine tragova i otkrio da je 32 mil. Minimalna veličina koju bih mogao koristiti jer se tanji tragovi često ljušte tokom crtanja.

Da bi se mogli izrezati tragovi s bakrene folije, raspored ploče morao je biti pretvoren u dxf. Trebalo mi je neko vrijeme da shvatim kako to ispravno učiniti, pa mi dopustite da prođem kroz korake u detalje

1. otvoreni izgled ploče u Eagle -u
2. sakrij sve slojeve osim gornjeg
3. kliknite Datoteka-> Ispiši, a zatim odaberite Ispis u datoteku (pdf)
4. otvorite pdf u Inkscape -u
5. upotrijebite alat za odabir putanje da označite jedan trag, a zatim kliknite Uredi-> Odaberi isto-> Stil poteza ovo bi trebalo označiti sve tragove (ali ne i jastučiće)
6. kliknite P ath-> Stroke to Path ovo pretvara obrise putanje u nove staze
7. označite sve putanje (uključujući jastučiće) odabirom alata za odabir putanje, a zatim pritisnite ctrl+a
8. kliknite P at-> Ujedini ovo bi trebalo kombinirati sve staze i ukloniti sve rezove unutar "ispunjenih" područja
9. kliknite File-> Save As i odaberite *.dxf kao format datoteke

Datoteka dxf se može pronaći ovdje na mom GitHubu.

Korak 3: Rezanje bakrene folije

Datoteka dxf izrezana je iz A4 listova samoljepljive bakrene folije sa katerima Silhouette Portrait 2. Bakarni limovi su prvo pričvršćeni na uključenu samoljepljivu prostirku za rezanje. Postavke softvera koje sam koristio za rezanje mogu se vidjeti na priloženoj slici.

Nakon rezanja višak folije mora se pažljivo ukloniti. Kako ne bih oštetio izrezanu foliju, ostavio sam cijeli A4 list na podlozi za rezanje za sljedeće korake.

Korak 4: Prijenos bakrene folije

Rezana folija je prenesena na staklenu ploču pomoću prijenosnog papira koji je samo još jedna samoljepljiva folija. Transfer papir je pričvršćen na bakrenu foliju, a zatim se polako odlijepi tako da se bakrena folija i dalje lijepi za prijenosni list. Zatim se pričvršćuje na staklenu podlogu, a transfer papir se polako ljušti tako da se ovaj put bakrena folija lijepi na staklenu ploču.

Izgled ploče ima dva markera u gornjem lijevom i desnom kutu koji pomažu u pravilnom poravnavanju folije na staklenoj ploči. Nakon pričvršćivanja markeri se mogu ponovo ukloniti sa staklene ploče.

Korak 5: Lemljenje LED dioda

SMD LED diode su ručno lemljene na staklenu ploču. Pokušao sam ih pričvrstiti i pomoću grijaće ploče (zapravo moje peći), ali kako se vidi na slici, pokazalo se da to nije dobra ideja. Ako imate odgovarajuću pećnicu za ponovno punjenje, možda bi vrijedilo pokušati, ali ovisno o vrsti stakla koje se koristi postoji ozbiljan rizik da će se razbiti tijekom zagrijavanja.

Što se tiče orijentacije LED dioda, postoje dva različita izgleda. Za prvi i treći sloj kocke orijentacija će biti drugačija nego za drugi i četvrti sloj. Na ovaj način je kasnije lakše međusobno povezati slojeve.

Korak 6: PCB mikrokontrolera

Umjesto da se oslanjam na komercijalnu razvojnu ploču poput Arduino Nano, dizajnirao sam prilagođenu PCB u Eagleu za kontrolu LED dioda. Prednost je u tome što sam mogao oblikovati ploču tako da se lijepo uklopi u kocku. Ploča je zasnovana na mikrokontroleru ATSAMD21E18 koji je isti koji se koristi u Adafruit -ovom Trinklet M0. Odabrao sam ovaj MCU jer ima izvorni USB i ne zahtijeva FTDI čip za programiranje. Adafruit takođe nudi bootloader koji je kompatibilan sa Arduino IDE -om, kao i CircuitPythonom.

Jedna napomena o ploči je da radi sa 3.3V logikom, dok bi WS2812B trebalo koristiti sa 5V, međutim, mnogi ljudi su pokazali da je rad sa 3.3V također moguć.

Nabavio sam svoje štampane ploče sa PCBWay.com, Gerber Files i BoM se mogu pronaći na mom GitHub nalogu.

Uz određene vještine, SMD komponente na ovom PCB -u mogu se lemiti ručno, iako će grijaća ploča ili pećnica za ponovno punjenje naravno bolje funkcionirati.

Korak 7: Bljeskalica Bootloader

Koristio sam UF2 bootloader koji je isporučio Adafruit za njihove Trinket M0 ploče. MCU je bljeskao uz pomoć J-Link alata. Detaljna uputstva o tome kako pokrenuti bootloader možete pronaći na web stranici Adafruit. Odlična stvar u vezi s pokretačkim programom Adafruits UF2-SAMD je to što se nakon prve instalacije MCU pojavljuje kao fleš disk i možete jednostavno povući UF2 datoteku na prijenosni pogon kako biste je ponovo bljeskali. Zbog toga je vrlo lako npr. prebacivanje između Arduino IDE -a i CircuitPythona.

Korak 8: Lasercut kućište

Kućište kocke izrezano je od prozirnog akrila debljine 3 mm. Koristio sam internetsku uslugu laserskog rezanja (snijlab.nl). Odgovarajuće dxf datoteke mogu se pronaći i na mom GitHub računu. Kućište se sastoji od 4 stupa i gornje ploče. Stubovi su pričvršćeni na glavnu PCB ploču na dnu pomoću 4 kom vijaka i matica M2x8.

Korak 9: Povezivanje slojeva

Nakon sastavljanja kućišta spojio sam slojeve lemljenjem žica na podloge na staklenim PCB -ovima. Pokazalo se da je ovo prilično delikatna procedura i postoji opasnost od opekotina akrila ili kidanja bakrenih jastučića. Imajte na umu da pinovi GND i VCC mijenjaju položaje na svakom sloju tako da se žice moraju ukrstiti. Kako bih izbjegao da žice otkinu bakrene jastučiće, popravio sam ih malom kapljicom vrućeg ljepila nakon lemljenja. Prvi sloj je spojen na donju PCB pomoću Dupont konektora, ali žice se mogu i lemiti direktno na PCB.

Korak 10: Učitavanje koda

Koristio sam CircuitPython (verzija 4.x) za programiranje kocke. Nakon što instalirate CircuitPython bootloader, možete pokrenuti kôd spremajući ga direktno na MCU fleš disk. Nije potrebno sastavljanje, a možete i npr. ponovo otvorite kôd i uredite ga.

Do sada sam upravo stvorio neke osnovne animacije, ali bi svakome trebalo biti relativno lako proširiti kôd. Kôd se može pronaći na mom GitHub -u, za njegovo pokretanje potrebne su Adafruit Neopixel i fancyLED biblioteke koje se nalaze ovdje.

Korak 11: Gotova kocka

Zadovoljan sam izgledom kocke, staklene ploče i akrilno kućište odlično rade zajedno. Također je bilo zabavno stvoriti vlastitu MCU ploču po prvi put i skoro sam iznenađen što je to uspjelo u prvom pokušaju. Budući da imam nekoliko rezervnih PCB -a i akrilnih dijelova, htio bih ovu kocku učiniti dostupnom kao DIY komplet na Tindie -u. Stoga, ako ste zainteresirani, nastavite to tražiti ili mi samo napišite privatnu poruku.

Takođe, ako vam se sviđa ova instrukcija, glasajte za mene na takmičenju Make It Glow.

Drugoplasirani na takmičenju Make it Glow