3D skaitmeninis smėlis: 11 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Šis projektas yra tarsi mano „DotStar LED Cube“tęsinys, kuriame naudojau SMD šviesos diodus, pritvirtintus prie stiklo PCB. Netrukus po to, kai baigiau šį projektą, aptikau „Adafruit“animuotą LED smėlį, kuris naudoja akselerometrą ir LED matricą, kad imituotų smėlio grūdelių judėjimą. Maniau, kad būtų gera idėja išplėsti šį projektą į trečiąją dimensiją, tiesiog sukuriant didesnę savo LED kubo versiją, suporuotą su akselerometru. Taip pat norėjau pabandyti lieti kubą į epoksidinę dervą.

Jei norite pamatyti veikiantį kubą, slinkite iki vaizdo įrašo.

1 žingsnis: medžiagų sąrašas

Šiame sąraše yra medžiagos, reikalingos kubui sukonstruoti, kaip parodyta paveikslėlyje

• 144 vnt. SK6805-2427 šviesos diodų (pvz., Aliexpress)
• mikroskopo skaidres (pvz., amazon.de)
• varinė juosta (0,035 x 30 mm) (pvz., ebay.de)
• „TinyDuino“pagrindinis rinkinys - ličio versija
• akselerometro modulis (pvz., ASD2511-R-A TinyShield arba GY-521)
• PCB prototipas (30 x 70 mm) (pvz., amazon.de)
• skaidri liejimo derva (pvz., conrad.de arba amazon.de)
• 3D spausdintas korpusas

Statybai reikalingos papildomos medžiagos ir įrankiai

• Karšto oro lituoklis
• įprastas lituoklis su smulkiu antgaliu
• 3D spausdintuvas
• Lazerinis spausdintuvas
• Dupont jungtys
• plona viela
• PCB antraštės kaiščiai
• žemos temperatūros litavimo pasta
• PCB ėsdinimas (pvz., Geležies chloridas)
• UV kietinantys klijai metaliniam stiklui (pvz., NO61)
• bendrosios paskirties klijai (pvz., UHU Hart)
• silikono sandariklis
• dažų perkėlimo popierius
• acetonas

2 žingsnis: Stiklo PCB gamyba

Šis procesas jau išsamiai aprašytas ankstesniame mano „DotStar LED Cube“instrukcijoje, todėl trumpai apžvelgsiu veiksmus.

1. Supjaustykite mikroskopo skaidres 50,8 mm ilgio gabalėliais. Turiu 3D spausdintinį, kad padėtų man pasiekti reikiamą ilgį (žr. Pridėtą.stl failą). Jums reikės 4 skaidrių, kurias rekomenduoju padaryti nuo 6 iki 8 dalių.
2. Klijuokite vario foliją ant stiklo pagrindo. Naudojau UV kietinančius klijus NO61.
3. Naudodami lazerinį spausdintuvą atspausdinkite pridėtą pdf failą su PCB piešiniu ant dažų pernešimo popieriaus. Po to iškirpkite atskirus gabalus.
4. Perkelkite PCB dizainą ant vario. Šiam tikslui naudojau laminatorių.
5. Išgraviruokite varį, pvz. geležies chloridas
6. Išimkite tonerį naudodami acetoną

3 žingsnis: litavimo šviesos diodai

Savo „DotStar“LED kubelyje naudojau APA102-2020 šviesos diodus ir šiame projekte buvo planuojama naudoti to paties tipo šviesos diodus. Tačiau dėl nedidelio atstumo tarp atskirų šviesos diodų pagalvėlių labai lengva sukurti litavimo tiltus. Tai privertė mane lituoti kiekvieną šviesos diodą ranka, ir aš iš tikrųjų padariau tą patį šiame projekte. Deja, kai aš beveik baigiau projektą, staiga pradėjo pasirodyti kai kurie litavimo tiltai ar blogi kontaktai, kurie privertė mane vėl viską išardyti. Tada nusprendžiau pereiti prie šiek tiek didesnių SK6805-2427 šviesos diodų, kurie turi skirtingą trinkelių išdėstymą, todėl juos daug lengviau lituoti.

Aš padengiau visas trinkeles mažai tirpstančia lydmetalio pasta ir tada uždėjau šviesos diodus ant viršaus. Rūpinkitės teisinga šviesos diodų orientacija, remdamiesi pridedama schema. Po to PCB uždėjau ant mūsų virtuvės kaitlentės ir atsargiai kaitinau, kol lydmetalis ištirps. Tai gerai veikė tyliai, ir aš turėjau tik šiek tiek perdirbti savo karšto oro lituoklį. Norėdami išbandyti LED matricą, aš naudoju „Arduino Nano“, kuriame veikia „Adafruit NeoPixel“grandinės testas, ir prijungiau jį prie matricos naudojant „Dupont“laidus.

4 žingsnis: Paruoškite apatinę PCB

Apatinei PCB iš prototipo plokštės iškirpiau 30 x 30 mm gabalėlį. Tada prie jo litavau keletą kaiščių antgalių, kur vėliau bus prijungtos stiklo plokštės. VCC ir GND kaiščiai buvo sujungti naudojant nedidelį sidabruotos varinės vielos gabalėlį. Tada visas likusias skylutes užsandarinau lydmetaliu, nes kitaip liejimo metu epoksidinė derva prasiskverbs.

5 žingsnis: pritvirtinkite stiklo PCB

Norėdami pritvirtinti šviesos diodų matricas prie apatinės PCB, aš vėl naudojau UV kietinančius klijus, bet su didesniu klampumu (NO68). Tinkamam lygiavimui naudoju 3D spausdintą įtaisą (žr. Pridėtą.stl failą). Po klijavimo stiklo PCB vis dar buvo šiek tiek svyruojantis, bet tapo standesnis, kai buvo prilituotas prie kaiščių antgalių. Tam aš tiesiog naudoju įprastą lituoklį ir įprastą lituoklį. Vėlgi, yra gera idėja išbandyti kiekvieną matricą po litavimo. Sujungimai tarp atskirų matricų „Din“ir „Dout“buvo atlikti naudojant „Dupont“laidus, prijungtus prie kaiščių antgalių apačioje.

6 žingsnis: Surinkite elektroniką

Kadangi norėjau, kad korpuso matmenys būtų kuo mažesni, nenorėjau naudoti įprasto „Arduino Nano“ar „Micro“. Šis 1/2 colio LED kubas iš vieno 49 -ojo privertė mane žinoti apie „TinyDuino“plokštes, kurios atrodė puikiai tinkančios šiam projektui. Gavau pagrindinį komplektą, kurį sudaro procesoriaus plokštė, USB ekranas programavimui, prototipas išoriniams ryšiams ir maža įkraunama „LiPo“baterija. Žvelgiant retrospektyviai, aš taip pat turėčiau nusipirkti jų siūlomą 3 ašių akselerometro skydą, o ne naudoti GY-521 modulį, kurį vis dar turėjau gulėti. Tai padarytų cicuit dar kompaktiškesnį ir sumažintų reikiamus matmenis korpuso. Šios konstrukcijos schema yra gana paprasta ir pridedama žemiau. Aš šiek tiek pakeičiau „TinyDuino“procesoriaus plokštę, kur po akumuliatoriaus pridėjau išorinį jungiklį. Procesoriaus plokštėje jau yra jungiklis, tačiau jis buvo per trumpas Proto plokštės ir modulio GY-521 jungtys buvo sujungtos naudojant kaiščius, kurie neleidžia kompaktiškiausiam dizainui, tačiau suteikia daugiau lankstumo nei tiesiogiai lituojant laidus. laidų/kaiščių ilgis protinės plokštės apačioje turėtų būti kuo trumpesnis, kitaip nebegalėsite jo prijungti prie procesoriaus plokštės viršaus.

7 veiksmas: įkelkite kodą

Surinkę elektroniką galite įkelti pridėtą kodą ir patikrinti, ar viskas veikia. Į kodą įeina šios animacijos, kurias galima kartoti purtant akselerometrą.

• Vaivorykštė: vaivorykštės animacija iš „FastLED“bibliotekos
• Skaitmeninis smėlis: tai „Adafruits“animuoto LED smėlio kodo pratęsimas iki trijų matmenų. Šviesos diodų pikseliai judės pagal pagreičio matuoklio rodmenis.
• Lietus: taškai krinta žemyn iš viršaus į apačią pagal pagreičio matuoklį
• Konfeti: atsitiktinės spalvos dėmės, kurios mirksi ir sklandžiai išnyksta iš „FastLED“bibliotekos

8 žingsnis: liejimas

Dabar atėjo laikas lieti LED matricą į dervą. Kaip buvo pasiūlyta mano ankstesnės konstrukcijos komentare, būtų malonu, jei resinf ir stiklo lūžio rodikliai sutaptų taip, kad stiklas būtų nematomas. Sprendžiant iš abiejų dervos sudedamųjų dalių lūžio rodiklių, maniau, kad tai gali būti įmanoma šiek tiek keičiant šių dviejų maišymo racioną. Tačiau atlikęs tam tikrą testą pastebėjau, kad negalėjau pastebimai pakeisti lūžio rodiklio, nesugadindamas dervos kietumo. Tai nėra labai blogai, nes stiklas matomas tik silpnai, ir galiausiai nusprendžiau vis dėlto grubinti dervos paviršių. Taip pat buvo svarbu rasti tinkamą medžiagą, kuri galėtų būti naudojama kaip pelėsiai. Skaičiau apie sunkumus pašalinti pelėsį po liejimo panašiuose projektuose, pvz., „Lonesoulsurfer“dervos kubelyje. Po keleto nesėkmingų savo bandymų pastebėjau, kad geriausias būdas buvo 3D formų spausdinimas ir tada padengimas silikono sandarikliu. Aš ką tik atspausdinau vieną 30 x 30 x 60 mm dėžutės sluoksnį, naudodamas Cura nustatymą „spiralizuoti išorinį kontūrą“(pridedamas.stl failas). Padengę jį plonu silikono sluoksniu viduje, vėliau formą labai lengva pašalinti. Forma buvo pritvirtinta prie apatinės PCB, taip pat naudojant silikono sandariklį. Įsitikinkite, kad nėra skylių, nes, žinoma, derva prasiskverbs ir dervoje susidarys oro burbuliukų. Deja, turėjau nedidelį nuotėkį, kuris, manau, yra atsakingas už mažus oro burbuliukus, susidarančius šalia pelėsio sienos.

9 žingsnis: poliravimas

Pašalinus formą, kubas atrodo labai skaidrus dėl lygaus silikonu padengto formos paviršiaus. Tačiau buvo keletas pažeidimų dėl silikono sluoksnio storio skirtumų. Taip pat viršutinis paviršius dėl sukibimo buvo iškreiptas į kraštus. Todėl formą išgryninau šlapiu šlifavimu, naudojant 240 smėlio šlifavimo popierių. Iš pradžių mano planas buvo viską pakeisti, pereinant prie vis smulkesnių kruopų, tačiau galiausiai nusprendžiau, kad kubas atrodo gražiau su grublėtu paviršiumi, todėl baigiau 600 smėlio.

10 žingsnis: pritvirtinkite prie korpuso

Elektronikos korpusas buvo suprojektuotas naudojant „Autodesk Fusion 360“ir tada atspausdintas 3D. Aš pridėjau stačiakampę skylę jungiklio sienoje ir keletą skylių gale, kad galėčiau pritvirtinti GY-521 modulį naudodami M3 varžtus. „TinyDuino“procesoriaus plokštė buvo pritvirtinta prie apatinės plokštės, kuri vėliau buvo pritvirtinta prie korpuso naudojant M2.2 varžtus. Iš pradžių jungiklį į korpusą sumontavau karštais klijais, tada buvo sumontuotas modulis GY-521, po to atsargiai įdėta protoboard ir baterija. Šviesos diodų matrica buvo pritvirtinta prie protinės plokštės naudojant „Dupont“jungtis, o procesoriaus plokštę galima tiesiog prijungti iš apačios. Galiausiai suklijavau apatinę LED matricos PCB prie korpuso, naudodamas bendrosios paskirties klijus (UHU Hart).

11 veiksmas: baigtas kubas

Pagaliau kubas baigtas ir galite mėgautis šviesos šou. Patikrinkite animacinio kubo vaizdo įrašą.