3D цифров пясък: 11 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Този проект е нещо като продължение на моя DotStar LED Cube, където използвах SMD светодиоди, прикрепени към стъклени печатни платки. Малко след като завърших този проект, попаднах на анимирания LED пясък на Adafruit, който използва акселерометър и LED матрица, за да симулира движението на пясъчни зърна. Мислех, че би било добра идея да разширим този проект в третото измерение, като просто изградим по -голяма версия на моя LED куб, сдвоен с акселерометър. Исках също да опитам да хвърля куба в епоксидна смола.

Ако искате да видите куба в действие, превъртете чак до видеоклипа.

Стъпка 1: Сметка на материалите

Следният списък включва материалите, необходими за конструирането на куба, както е показано на снимката

• 144 бр. SK6805-2427 светодиоди (напр. Aliexpress)
• слайдове за микроскоп (напр. amazon.de)
• медна лента (0,035 x 30 мм) (напр. ebay.de)
• Основен комплект TinyDuino - литиева версия
• модул на акселерометъра (напр. ASD2511-R-A TinyShield или GY-521)
• прототип на печатна платка (30 x 70 mm) (например amazon.de)
• бистра леярска смола (например conrad.de или amazon.de)
• 3D принтиран корпус

За строителството са необходими допълнителни материали и инструменти

• Поялник с горещ въздух
• нормален поялник с фин връх
• 3D принтер
• лазерен принтер
• Съединители Dupont
• тънка жица
• Щифтове на заглавната платка
• нискотемпературна паста за спойка
• Оцветител за печатни платки (например железен хлорид)
• UV втвърдяващо лепило за метално стъкло (например NO61)
• лепило за общо предназначение (например UHU Hart)
• силиконов уплътнител
• хартия за прехвърляне на тонер
• ацетон

Стъпка 2: Изработка на стъклени печатни платки

Този процес вече е описан подробно в предишните ми инструкции за моя DotStar LED Cube, затова ще прегледам накратко стъпките.

1. Нарежете диапозитивите от микросопи на парчета с дължина 50,8 мм. Имам 3D отпечатан джиг, който да ми помогне да постигна правилната дължина (вижте прикачения.stl файл). Ще ви трябват 4 слайда, които препоръчвам да направите от 6 до 8 парчета.
2. Залепете медното фолио върху стъклената основа. Използвах UV втвърдяващо лепило NO61.
3. Отпечатайте прикачения pdf с печатна платка върху хартия за прехвърляне на тонер с помощта на лазерен принтер. След това изрежете отделните парчета.
4. Прехвърлете дизайна на печатни платки върху медната облицовка. Използвах ламинатор за тази цел.
5. Изтръгнете медта, като използвате напр. железен хлорид
6. Отстранете тонера с помощта на ацетон

Стъпка 3: LED за запояване

В моя DotStar LED куб използвах светодиоди APA102-2020 и планът беше да използвам същия тип светодиоди в този проект. Поради малкото разстояние между отделните подложки на светодиодите е много лесно да се създадат запояващи мостове. Това ме принуди да запоя всеки LED на ръка и всъщност направих същото в този проект. За съжаление, когато проектът беше почти завършен, внезапно започнаха да се появяват някои спояващи мостове или лоши контакти, което ме принуди да разглобя всичко отново. След това реших да премина към малко по-големите светодиоди SK6805-2427, които имат различно оформление на подложката, което ги прави много по-лесни за запояване.

Покрих всички подложки с ниско топяща се спойка и след това поставих светодиодите отгоре. Погрижете се за правилната ориентация на светодиодите, като се обърнете към приложената схема. След това сложих печатната платка на котлона в нашата кухня и го загрявах внимателно, докато спойката се разтопи. Това работеше тихо и трябваше да направя само малка преработка с поялника си с горещ въздух. За да тествам LED матрицата, използвах Arduino Nano, изпълняващ най -тесния пример Adafruit NeoPixel и го свързах с матрицата, използвайки кабели Dupont.

Стъпка 4: Подгответе долната печатна платка

За долната платка изрязах парче 30 x 30 mm от прототипна платка. След това запоих няколко щифта към него, където стъклените печатни платки ще бъдат свързани след това. Щифтовете VCC и GND бяха свързани с помощта на малко парче сребърна медна жица. След това запечатах всички останали отвори с припой, защото в противен случай епоксидната смола ще проникне през процеса на леене.

Стъпка 5: Прикрепете стъклени печатни платки

За да прикрепя LED матриците към долната печатна платка, отново използвах UV лепило, но с по -висок вискозитет (NO68). За правилно подравняване използвах 3D отпечатан джиг (вижте прикачения.stl файл). След залепването на стъклените печатни платки бяха все още малко мърдави, но станаха по -твърди, след като бяха запоени към щифтовете. За това просто използвах нормалния си поялник и обикновения спойка. Отново е добра идея да тествате всяка матрица след запояване. Връзките между Din и Dout на отделните матрици бяха направени с кабели Dupont, свързани към щифтовете на дъното.

Стъпка 6: Сглобете електрониката

Тъй като исках да направя размера на корпуса възможно най -малък, не исках да използвам обикновен Arduino Nano или Micro. Този 1/2 LED куб от one49th ме запозна с платките TinyDuino, които изглеждаха идеални за този проект. Получих основния комплект, който включва процесорната платка, USB щит за програмиране, прото платка за външни връзки, както и малка презареждаема LiPo батерия. В ретроспекция трябваше да закупя и 3-осевия щит на акселерометъра, който предлагат, вместо да използвам модул GY-521, който все още лежах. Това би направило кутията още по-компактна и би намалила необходимите размери на корпуса. Схемата за тази конструкция е доста лесна и приложена по -долу. Направих някои модификации на процесорната платка TinyDuino, където добавих външен превключвател след батерията. Платката на процесора вече има превключвател, но беше просто късо до Връзките към прото платката и модула GY-521 се извършват с помощта на щифтове, което не позволява най-компактния дизайн, но предлага по-голяма гъвкавост, отколкото директно запояване на проводниците. Дължината на проводниците/щифтовете в долната част на прото платката трябва да бъде възможно най -кратка, в противен случай не можете да я включите към горната част на процесорната платка.

Стъпка 7: Качете кода

След като сте сглобили електрониката, можете да качите прикачения код и да проверите дали всичко работи. Кодът включва следните анимации, които могат да бъдат повторени чрез разклащане на акселерометъра.

• Rainbow: Дъгова анимация от библиотеката FastLED
• Цифров пясък: Това е разширение на анимиран LED пясъчен код на Adafruits до три измерения. LED пикселите ще се движат според стойностите за отчитане от акселерометъра.
• Дъжд: Пикселите падат отгоре надолу според наклона, измерен с акселерометър
• Конфети: Случайно оцветени петна, които мигат и плавно избледняват от библиотеката FastLED

Стъпка 8: Кастинг

Сега е време да излеете LED матрицата в смола. Както се предлага в коментар в предишната ми конструкция, би било хубаво индексите на пречупване на смолата и стъклото да съвпадат, така че стъклото да бъде невидимо. Съдейки по показателите на пречупване на двата компонента на смолата, мислех, че това би могло да бъде възможно чрез леко промяна на съотношението на смесване на двете. Въпреки това, след като направих някакъв тест, установих, че не мога да променя значително коефициента на пречупване, без да разруша твърдостта на смолата. Това не е чак толкова лошо, тъй като стъклото се вижда само хлъзгаво и накрая все пак реших да загрубя повърхността на смолата. Също така беше важно да се намери подходящ материал, който да се използва като мухъл. Четох за трудностите при премахването на матрицата след леене в подобни проекти като куб от смола на lonesoulsurfer. След няколко мои неуспешни изпитания открих, че най -добрият начин е да се отпечата матрица 3D и след това да се покрие със силиконов уплътнител. Току -що отпечатах един слой от кутия с размери 30 x 30 x 60 mm, използвайки настройката "спирален външен контур" в Cura (прикачен.stl файл). Покриването му с тънък слой силиконов слой от вътрешната страна прави матрицата много лесна за отстраняване след това. Формата е прикрепена към долната печатна платка също с помощта на силиконов уплътнител. Уверете се, че няма дупки, тъй като, разбира се, смолата ще проникне и също ще се образуват въздушни мехурчета в смолата. За съжаление имах малко изтичане, което според мен е отговорно за малки въздушни мехурчета, които се образуваха близо до стената на формата.

Стъпка 9: Полиране

След отстраняване на формата можете да направите, че кубът изглежда много ясен поради гладката повърхност на формата, покрита със силикон. Имаше обаче някои нередности поради вариации в дебелината на силиконовия слой. Също така горната повърхност е изкривена към ръбовете поради сцепление. Затова усъвършенствах формата чрез мокро шлайфане с помощта на шкурка от 240 песъчинки. Първоначално планът ми беше да пренареждам всичко, като преминавам към все по -фини зърна, но в крайна сметка реших, че кубът изглежда по -хубав с загрубяла повърхност, така че завърших с 600 зърна.

Стъпка 10: Монтирайте в корпуса

Корпусът за електрониката е проектиран с Autodesk Fusion 360 и след това 3D отпечатан. Добавих правоъгълен отвор в стената за превключвателя и няколко дупки отзад, за да монтирам модула GY-521 с помощта на винтове M3. Процесорната платка TinyDuino беше прикрепена към долната плоча, която след това беше прикрепена към корпуса с помощта на винтове M2.2. Първо монтирах превключвателя в корпуса с помощта на горещо лепило, след това беше монтиран модулът GY-521, след което протобордът и батерията бяха внимателно поставени. LED матрицата беше прикрепена към прото платката с помощта на съединители Dupont и процесорната платка може просто да се включи отдолу. Накрая залепих долната печатна платка на LED матрицата към корпуса с помощта на лепило за общо предназначение (UHU Hart).

Стъпка 11: Готов куб

Накрая кубът е завършен и можете да се насладите на светлинното шоу. Разгледайте видеоклипа на анимирания куб.