3D digitalni pijesak: 11 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

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 tvrtke 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. Također sam htio probati lijevanje kocke u epoksidnu smolu.

Ako želite vidjeti kocku na djelu, pomaknite se sve do videozapisa.

Korak 1: Opis materijala

Sljedeći popis uključuje materijale potrebne za konstrukciju kocke kako je prikazano na slici

• 144 kom SK6805-2427 LED diode (npr. Aliexpress)
• stakalci za mikroskop (npr. amazon.de)
• bakrena traka (0,035 x 30 mm) (npr. ebay.de)
• TinyDuino osnovni komplet - litijska 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 tiskano kućište

Dodatni materijali i alati potrebni za izgradnju

• Lemilica na vrući zrak
• normalno lemilica s finim vrhom
• 3D pisač
• laserski printer
• Dupont konektori
• tanka žica
• Igle zaglavlja PCB -a
• pasta za lemljenje pri niskim temperaturama
• PCB jetkanje (npr. Željezni klorid)
• Ljepilo za stvrdnjavanje UV stakla za metalno staklo (npr. NO61)
• ljepilo za opću namjenu (npr. UHU Hart)
• silikonski brtvilo
• papir za prijenos tonera
• aceton

Korak 2: Izrada staklenih PCB -a

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

1. Izrežite dijapozitive mikrosopa na komade duljine 50,8 mm. 3D ispisao sam šablon kako bih postigao odgovarajuću duljinu (vidi 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. Ispišite priloženi pdf dokument s PCB desingom na papir za prijenos tonera pomoću laserskog pisača. Nakon toga izrežite pojedinačne dijelove.
4. Prenesite dizajn PCB -a na bakrenu oblogu. U tu sam svrhu koristio laminator.
5. Izvadite bakar pomoću npr. željezov klorid
6. Uklonite toner acetonom

Korak 3: LED diode za lemljenje

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 jastučića LED dioda vrlo je lako stvoriti mostove za lemljenje. To me prisililo da ručno lemim svaku LED diodu i zapravo sam učinio istu stvar na ovom projektu. Nažalost, kad sam projekt bio gotovo završen, odjednom su se počeli pojavljivati neki lemni mostovi ili loši kontakti što me natjeralo da sve ponovo rastavim. Zatim sam odlučio prijeći na nešto veće SK6805-2427 LED diode, koje imaju drugačiji raspored jastučića što ih čini mnogo lakšim za lemljenje.

Pokrio sam sve jastučiće pastom za lemljenje s niskim taljenjem, 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 i spojio ga na matricu pomoću Dupont žica.

Korak 4: Pripremite donju PCB

Za donju PCB izrezao sam komad 30 x 30 mm s prototipne ploče. Zatim sam na njega zalemio nekoliko pin zaglavlja gdje će se staklena PCB -a naknadno spojiti. Igle VCC i GND spojene su malim komadom posrebrene bakrene žice. Zatim sam sve preostale rupe zapečatio lemljenjem jer bi inače epoksidna smola procurila tijekom procesa lijevanja.

Korak 5: Pričvrstite staklene PCB -ove

Za pričvršćivanje LED matrica na donju PCB ponovno sam upotrijebio ljepilo za stvrdnjavanje UV zrakom, ali s većom viskoznošću (NO68). Za pravilno poravnanje upotrijebio sam 3D ispisani šablon (vidi priloženu.stl datoteku). Nakon lijepljenja staklene ploče bile su i dalje pomalo vitke, ali su postale kruće nakon što su lemljene na zaglavlje iglica. Za to sam samo upotrijebio svoje uobičajeno lemilo i obični lem. I opet je dobra ideja testirati svaku matricu nakon lemljenja. Veze između Din i Dout pojedinih 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 obični Arduino Nano ili Micro. Ova 1/2 LED kocka do 499. osvijestila me TinyDuino ploče koje su se činile savršene za ovaj projekt. Dobio sam osnovni komplet koji uključuje procesorsku ploču, USB štit za programiranje, proto ploču za vanjske veze kao i sićušna LiPo baterija koja se može puniti. U retrospektivi sam trebao kupiti i troosni štitnik akcelerometra koji nude umjesto korištenja modula GY-521 koji sam još uvijek ležao. To bi cicuit učinilo 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 je bilo prekratko na Priključci na proto ploču i GY-521 modul obavljaju se pomoću pin zaglavlja koja ne dopuštaju najkompaktniji dizajn, ali nude veću fleksibilnost od izravnog lemljenja žica. T duljina žica/pinova na dnu proto ploče trebala bi biti što je moguće kraća, inače je više nećete moći priključiti na vrh procesorske ploče.

Korak 7: Prenesite kôd

Nakon što sastavite elektroniku, možete učitati priloženi kôd i provjeriti radi li sve. Kôd 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 pomicati prema vrijednostima očitanja s mjerača ubrzanja.
• Kiša: Pikseli padaju odozgo prema dolje prema nagibu izmjerenom mjeračem ubrzanja
• Konfeti: Nasumično obojene mrlje koje trepere i glatko blijede iz biblioteke FastLED

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 kako bi staklo bilo nevidljivo. Sudeći prema indeksima loma obje komponente smole, mislio sam da bi to moglo biti postignuto neznatnim mijenjanjem omjera miješanja dviju komponenti. Međutim, nakon što sam obavio neko ispitivanje, otkrio sam da nisam uspio značajno promijeniti indeks loma bez narušavanja tvrdoće smole. To 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 vlastitih neuspješnih pokušaja otkrio sam da je najbolji način da se 3D kalup otisne, a zatim premaže silikonskim brtvilom. Upravo sam ispisao jedan sloj kutije 30 x 30 x 60 mm koristeći postavku "spiralna vanjska kontura" u Curi (.stl datoteka u privitku). Premazivanjem tankoslojnim slojem silikona s unutarnje strane kalup se nakon toga vrlo lako uklanja. Kalup je pričvršćen na donju PCB 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 stvorili 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 dotjerao mokrim brušenjem pomoću brusnog papira 240 zrna. U početku mi je plan bio sve ponovno izravnati prelaskom na finije zrnce, međutim na kraju sam odlučio da kocka izgleda ljepše s hrapavom površinom pa sam završio sa 600 zrnaca.

Korak 10: Montirajte u kućište

Kućište za elektroniku dizajnirano je s Autodesk Fusion 360, a zatim 3D tiskano. 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 prekidač 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 može se jednostavno priključiti odozdo. Na kraju sam zalijepila 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.