FoldTronics: Създаване на 3D обекти с интегрирана електроника с помощта на сгъваеми структури от HoneyComb: 11 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

В този урок представяме FoldTronics, техника за производство, базирана на 2D рязане, за интегриране на електроника в 3D сгънати обекти. Ключовата идея е да изрежете и перфорирате 2D лист с помощта на плотер за рязане, за да го сгънете в 3D структура от пчелна пита; преди сгъване, потребителите поставят електронните компоненти и вериги върху листа.

Процесът на производство отнема само няколко минути, което позволява на потребителите бързо да прототипират функционални интерактивни устройства. Получените обекти са леки и твърди, като по този начин позволяват приложения, чувствителни към теглото и силата. Поради естеството на пчелните пити, създадените обекти могат да бъдат сгънати плоско по една ос и по този начин могат да бъдат ефективно транспортирани в този компактен форм -фактор.

Освен машина за рязане на хартия, ще ви трябват следните материали:

• Прозрачен PET пластмасов лист/прозрачно фолио
• Меден залепващ лист/фолио
• Двустранно залепващ лист
• Двустранно залепваща проводяща лента
• Обикновена голяма лента или самозалепващ се винил

Стъпка 1: Изтеглете софтуера FoldTronics

Инструментът за проектиране на FoldTronics е внедрен в 3D редактора Rhino3D като разширение Grasshopper. Скакалец директно изнася слоевете за лист от пчелна пита, изолационна лента и монтаж на планина/долина. В допълнение, за генериране на окабеляване, ние внедрихме ULP плъгин към софтуера за електронно проектиране EAGLE, който експортира слоя окабеляване - правейки купчината слоеве завършени.

Софтуерът за нашия инструмент за проектиране може да бъде намерен на GitHub:

Ще ви трябва:

• Най -новият Rhino5 WIP
• Скакалец
• ОРЕЛ
• Илюстратор
• Студио Силует

Стъпка 2: Дизайн на устройството с помощта на софтуера

За да създадем LED верига, започваме със създаване на 3D модел в 3D редактора Rhino3D, за който внедрихме нашата приставка FoldTronics. След създаването на основната форма на 3D модела, ние го преобразуваме в структура от пчелна пита, като натискаме бутона „конвертиране“. Веднага след като алгоритъмът раздели модела на клетки с пчелна пита, резултатът се показва в 3D изгледа.

Вече можем да променяме разделителната способност на пчелната пита, като използваме предоставения плъзгач, за да намерим най-добрия компромис между по-висока разделителна способност и разполагане с достатъчно място в клетките, за да побере светодиода, батерията и конектора на кръстосаната клетка.

Плъзгачът за разделителна способност променя едновременно броя на колоните и броя на клетките, защото промяната на разделителната способност за колони и редове поотделно би довела до крайната форма да се различава от първоначалната.

За да добавим конектора на светодиода, батерията и кръстосаната клетка, ние ги избираме от списъка с компоненти от менюто и ги добавяме, като щракнем върху съответния бутон. Това автоматично създава 3D модел на кутия, представляваща размера на избрания електронен компонент. Вече можем да плъзнем светодиода и други електронни компоненти до място в 3D тома. В случай, че случайно поставим компонент върху гънка или невалидна клетка, той автоматично се премества в следващата валидна клетка.

1. Импортирайте 3D модел в Rhinoceros.
2. Стартирайте „Скакалец“и отворете „HoneycombConvert_8.gh“.
3. Изберете модела в Rhinoceros и щракнете с десния бутон върху компонент brep и „Set one brep“в Grasshopper.
4. Отворете „Дистанционен контролен панел“на View of Grasshopper.
5. Променете ширината на клетката с плъзгача.
6. Конвертирайте модела в структура на пчелна пита и 2D изрязани данни, като щракнете върху „Конвертиране на пчелна пита“.
7. Преместете компонента (син цвят) и променете размера чрез „изберете компоненти от този списък“. (все още строителство)
8. Създаване на данни за компоненти, като щракнете върху „създаване на компоненти“.
9. Създаване на 2D данни, като кликнете върху „създаване на изрязани данни“.
10. Експортирайте линиите на изрязване с "избрани обекти" като AI файл.

Стъпка 3: Експортирайте слоеве за производство

След като приключим с поставянето на електронните компоненти, натискаме бутона „експортиране“, за да генерираме слоевете за производство. При експортиране, приставката за 3D редактор създава всички слоеве от стека за изработка като 2D файлове за рисуване (. DXF файлов формат), с изключение на слоя, който съдържа окабеляването, който ще бъде създаден отделно на по -късна стъпка в процеса.

За да генерират липсващия слой окабеляване, потребителите отварят 2D файла на структурата на пчелната пита в софтуера за електронно проектиране EAGLE и изпълняват нашата персонализирана приставка EAGLE ULP. Плъгинът генерира платка с размера на шаблона на пчелна пита и след това преобразува всеки цветен квадрат обратно в електронен компонент (т.е. светодиод, батерия и конектор за кръстосана клетка). С електронните компоненти, които вече са на листа, потребителите вече могат да изградят схемата. И накрая, потребителите могат да използват функцията за автоматично свързване на EAGLE, за да създадат пълна схема на листа, завършвайки последния липсващ слой за производство.

** В момента ULP плъгинът е в процес на разработка. Трябва да поставите компонентите ръчно.

Стъпка 4: Изработка, сглобяване и сгъване

Сега можем да започнем да добавяме генерираните слоеве заедно. За да изработим слоевете, трябва само да изрежем 2D чертежа на всеки слой (. DXF файлов формат) в правилния ред с помощта на режещия плотер.

Стъпка 5: Изрязване и перфориране на основния лист

Първо вкарваме основния лист (PET пластмаса) в ножа и го нарязваме и перфорираме, за да създадем планински, долинни и цепнати линии, както и маркерите за електронните компоненти. Процесът FoldTronics перфорира листа само отгоре и прави разлика между планински и долинни линии, използвайки отделни визуални означения (пунктирани линии за планини срещу пунктирани линии за долини), тъй като те изискват сгъване в противоположни посоки по -късно. Алтернативно, процесът FoldTronics може също да перфорира листа от двете страни, т.е. да пробие планините от върха и долините отдолу, но това изисква повторно поставяне на листа в режещия плотер.

Докато всички прорези са изрязани, очертанията на пчелната пита са само перфорирани, за да я поддържат свързана с основния лист, което ни позволява да обработваме допълнително листа с режещия плотер в следващите стъпки. И накрая, зоните, където ще бъдат запоени електронни компоненти, също са перфорирани, за да се улесни установяването кой компонент отива къде.

За обектите, използвани в тази хартия, ние използваме PET пластмасови листове с дебелина 0,1 мм и нарязваме листовете с режещ плотер (модел: Silhouette Portrait, настройки за рязане: острие 0,2 мм, скорост 2 см/сек, сила 10, настройки перфориране: острие 0,2 мм, скорост 2 см/сек, сила 6).

Стъпка 6: Поставяне на окабеляването с медна лента

След това поставяме слой едностранна медна лента (дебелина: 0,07 мм) по целия лист. Поставяме листа обратно в режещия плотер с медната страна нагоре, след това изпълняваме файла, за да изрежем формата на проводниците, която е конфигурирана така, че да не се врязва в основния лист (настройки за рязане: острие 0,2 мм, скорост 2 см /s, сила 13). След това отлепяме медната лента, която не е част от окабеляването.

Стъпка 7: Изолационен лист

За да предотвратим докосване на проводници от късо съединение след сгъване на основния лист, след това добавяме изолационен слой. За това поставяме слой от обикновена непроводима лента по целия лист (дебелина: 0,08 мм). Поставяме листа обратно в режещия плотер, който премахва изолационната лента само в тези области, които имат краища на проводници, които или ще бъдат свързани към електронни компоненти, или които използват нашия нов конектор за кръстосана клетъчна верига. Използваме настройките за рязане: острие 0,1 мм, скорост 2 см/сек, сила 4.

Стъпка 8: Залепете планини/долини за задържане след сгъване

В следващата стъпка нанасяме слой обикновена двустранна лента върху листа както отдолу, така и отгоре. Двустранната лента се използва за свързване на долините и планините, които държат структурата на пчелната пита след сгъване (планините се залепват от горната част на листовете, докато долините се залепват от дъното). След като поставите листа в режещия плотер, двустранната лента се изрязва във всички области, които не трябва да се залепват заедно (настройки за рязане: острие 0,2 мм, скорост 2 см/сек, сила 6). В допълнение, за залепени долини/планини, които също носят съединител за кръстосана клетка, режещият плотер изрязва областите, необходими за електронните връзки. След като отрежем двете страни, отлепяме останалата двустранна лента.

Стъпка 9: Запояване

В последна стъпка преди запояване, сега отрязваме шаблона на пчелната пита, за да го изключим от листа. След това запояваме електронните компоненти (LED, батерия) върху проводниците с помощта на поялник. Ако компонентите са малки и трудно се запояват, можем да използваме и спояваща паста като алтернатива. Тъй като запояването на съединителя на кръстосаната клетка е трудно, използваме двустранна проводима лента, за да създадем връзката.

Стъпка 10: Сгъване

Сега сгъваме пчелната пита заедно.

Стъпка 11: Запалете го

Вашата верига е готова!