חול דיגיטלי תלת מימד: 11 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

הפרויקט הזה הוא מעין המשך של קוביית ה- LED DotStar שלי שבה השתמשתי נוריות SMD המחוברות למחשבי PCB מזכוכית. זמן קצר לאחר שסיימתי את הפרויקט הזה, נתקלתי בחול LED המונפש של Adafruit שעושה שימוש במד תאוצה ובמטריצת LED כדי לדמות את תנועת גרגירי החול. חשבתי שזה יהיה רעיון נחמד להרחיב את הפרויקט הזה לממד השלישי על ידי בניית גרסה גדולה יותר של קוביית ה- LED שלי יחד עם מד תאוצה. רציתי גם לנסות להטיל את הקובייה בשרף אפוקסי.

אם אתה רוצה לראות את הקוביה בפעולה גלול כל הדרך עד לסרטון.

שלב 1: כתב חומרים

הרשימה הבאה כוללת את החומרים הדרושים לבניית הקוביה כפי שמוצג בתמונה

• 144 יחידות נוריות SK6805-2427 (למשל aliexpress)
• שקופיות מיקרוסקופ (למשל amazon.de)
• סרט נחושת (0.035 x 30 מ"מ) (למשל ebay.de)
• ערכת בסיס TinyDuino - גרסת ליתיום
• מודול מד תאוצה (למשל ASD2511-R-A TinyShield או GY-521)
• אב טיפוס PCB (30 x 70 מ"מ) (למשל amazon.de)
• שרף יציקה שקוף (למשל conrad.de או amazon.de)
• בית מודפס בתלת מימד

חומרים וכלים נוספים הדרושים לבנייה

• מגהץ אוויר חם
• ברזל הלחמה רגיל עם קצה דק
• מדפסת תלת מימד
• מדפסת לייזר
• מחברי דופונט
• חוט דק
• סיכות כותרת PCB
• משחת הלחמה בטמפרטורה נמוכה
• מכשיר PCB (למשל כלוריד ברזל)
• דבק לריפוי UV לזכוכית מתכת (למשל NO61)
• דבק למטרות כלליות (למשל UHU הארט)
• איטום סיליקון
• נייר העברת טונר
• אֲצֵטוֹן

שלב 2: הכנת PCBs זכוכית

תהליך זה כבר מתואר בפירוט בהוראה הקודמת שלי לגבי קוביית ה- LED DotStar שלי, לכן רק אעבור בקצרה על השלבים.

1. חותכים את שקופיות המיקרוסקופ לחתיכות באורך 50.8 מ"מ. הדפסתי ג'יג בתלת מימד כדי לעזור לי להשיג את האורך הנכון (ראה קובץ.stl המצורף). תזדקק ל -4 שקופיות שאני ממליץ להכין 6 עד 8 חלקים.
2. הדבק את רדיד הנחושת על מצע הזכוכית. השתמשתי בדבק ריפוי UV NO61.
3. הדפס את קובץ ה- PDF המצורף עם הלוח המודפס על נייר העברת טונרים באמצעות מדפסת לייזר. לאחר מכן חותכים את החלקים הבודדים.
4. מעבירים את עיצוב הלוח על לוח הנחושת. השתמשתי במינציה למטרה זו.
5. חרוט את הנחושת באמצעות למשל חומץ כלורי
6. הסר את הטונר באמצעות אצטון

שלב 3: נוריות הלחמה

בקוביית ה- LED DotStar שלי השתמשתי בנורות APA102-2020 והתוכנית הייתה להשתמש באותו סוג של נוריות בפרויקט זה. עם זאת, בגלל המרחק הקטן בין הרפידות הבודדות של הלדים קל מאוד ליצור גשרים הלחמה. זה אילץ אותי להלחם כל LED ביד ולמעשה עשיתי את אותו הדבר בפרויקט הזה. לרוע המזל, כשהפרויקט כמעט הסתיים לפתע החלו להופיע כמה גשרים הלחמה או קשרים רעים שאילצו אותי לפרק הכל שוב. לאחר מכן החלטתי לעבור לנורות SK6805-2427 מעט גדולות יותר, בעלות פריסת כריות שונה שהופכת אותן להרבה יותר קלות להלחמה.

כיסיתי את כל הרפידות במשחת הלחמה המסת נמוכה ואז הנחתי את הנורות מעל. הקפד על הכיוון הנכון של הלדים על ידי התייחסות לסכימה המצורפת. לאחר מכן הנחתי את ה- PCB על הצלחת החמה במטבח שלנו וחיממתי אותו בזהירות עד שההלחמה נמסה. זה עבד בשקט והייתי צריך לעשות מעט שיפוצים עם מלחם האוויר החם שלי. כדי לבדוק את מטריצת ה- LED השתמשתי ב- Arduino Nano שמריץ את דוגמת ניסוי Adafruit NeoPixel וחיברתי אותה למטריצה באמצעות חוטי Dupont.

שלב 4: הכינו את ה- PCB התחתון

עבור הלוח התחתון חתכתי חתיכת 30 על 30 מ מ מלוח אב טיפוס. לאחר מכן הלחמתי אליו כמה כותרות סיכות שבהן יחוברו מחשבי הלוח הזכוכית לאחר מכן. סיכות VCC ו- GND חוברו באמצעות חתיכה קטנה של חוט נחושת מכסף. לאחר מכן אטמתי את כל החורים הנותרים באמצעות הלחמה כי אחרת שרף האפוקסי יחלחל במהלך תהליך היציקה.

שלב 5: צרף מחשבי PCB מזכוכית

כדי לחבר את מטריצות ה- LED למשטח הלוח התחתון השתמשתי שוב בדבק לריפוי UV אך בעל צמיגות גבוהה יותר (NO68). ליישור נכון השתמשתי בג'יג מודפס בתלת מימד (ראה קובץ.stl המצורף). לאחר ההדבקה PCBs הזכוכית היו עדיין מעט מתנדנדים אך נעשו קשיחים יותר לאחר שהותקנו בכותרות הסיכה. לשם כך פשוט השתמשתי במלחם הרגיל ובהלחמה רגילה. שוב מומלץ לבדוק כל מטריצה לאחר הלחמה. החיבורים בין Din ו- Dout של המטריצות הבודדות נעשו עם חוטי דופונט המחוברים לכותרות הסיכות בתחתית.

שלב 6: הרכבת אלקטרוניקה

מכיוון שרציתי להפוך את מימד הדיור לקטן ככל האפשר, לא רציתי להשתמש בארדואינו ננו או מיקרו רגיל. קוביית LED בגודל 1/2 אינץ 'אחת על ידי 49 גרם לי להכיר את לוחות TinyDuino שנראו מושלמים לפרויקט הזה. קיבלתי את הערכה הבסיסית הכוללת את לוח המעבד, מגן USB לתכנות, לוח פרוטו לחיבורים חיצוניים וכן סוללת LiPo זעירה. בדיעבד הייתי צריך לרכוש גם את מגן מד התאוצה 3 הצירים שהם מציעים במקום להשתמש במודול GY-521 שעדיין היה לי מונח. של הדיור. הסכמטיות לבנייה זו די קלה ומצורפת למטה. עשיתי קצת שינוי ללוח המעבד TinyDuino, שם הוספתי מתג חיצוני לאחר הסוללה. ללוח המעבד כבר יש מתג אבל זה היה קצר עד כדי החיבורים ללוח הפרוטו ולמודול GY-521 נעשים באמצעות כותרות סיכות שאינן מאפשרות את העיצוב הקומפקטי ביותר אך מציעות גמישות רבה יותר מהלחמת החוטים ישירות. אורך החוטים/הסיכות בתחתית לוח הפרוטו צריך להיות קצר ככל האפשר אחרת לא תוכל לחבר אותו לראש לוח המעבד יותר.

שלב 7: העלה את הקוד

לאחר שהרכבת את האלקטרוניקה תוכל להעלות את הקוד המצורף ולבדוק שהכל עובד. הקוד כולל את האנימציות הבאות שניתן לחזור עליהן על ידי ניעור מד התאוצה.

• קשת: אנימציה של קשת מספריית FastLED
• חול דיגיטלי: זהו הרחבה של קוד חול LED מונפש של Adafruits לשלושה ממדים. פיקסלי הלד ינועו בהתאם לערכי ההקריאה ממד התאוצה.
• גשם: פיקסלים הנופלים מלמעלה למטה בהתאם להטיה הנמדדת במד תאוצה
• קונפטי: כתמים בצבע אקראי שממצמצים פנימה ונמוגים בצורה חלקה מספריית FastLED

שלב 8: יציקה

עכשיו הגיע הזמן להטיל את מטריצת ה- LED לשרף. כפי שמציעים בהערה בבנייה הקודמת שלי יהיה נחמד אם מדדי השבירה של הזיף והזכוכית יתאימו כך שהזכוכית תהיה בלתי נראית. אם לשפוט על פי מדדי השבירה של שני מרכיבי השרף חשבתי שזה אפשרי על ידי שינוי מעט של מנת הערבוב של השניים. עם זאת, לאחר שעשיתי בדיקה גיליתי כי לא הצלחתי לשנות את מדד השבירה באופן ניכר מבלי להרוס את קשיות השרף. זה לא נורא כיוון שהזכוכית נראית רק בעדינות ובסופו של דבר החלטתי להחריף את משטח השרף בכל מקרה. כמו כן היה חשוב למצוא חומר מתאים שיכול לשמש כעובש. קראתי על הקשיים להסיר את העובש לאחר הליהוק בפרויקטים דומים כמו קוביית שרף של בודד. לאחר כמה ניסויים לא מוצלחים משלי גיליתי שהדרך הטובה ביותר היא להדפיס תבנית תלת -ממדית ולאחר מכן לצוף באיטום סיליקון. הרגע הדפסתי שכבה אחת של קופסה בגודל 30 על 30 על 60 מ"מ באמצעות ההגדרה "מתאר חיצוני" בקורא (קובץ.stl מצורף). ציפוי שכבה דקה של סיליקון מבפנים הופך את התבנית לפשוטה מאוד להסרה לאחר מכן. התבנית חוברה ללוח התחתון גם באמצעות איטום סיליקון. וודא שאין חורים כיוון שהשרף כמובן יחלחל וגם בועות אוויר ייווצרו בשרף. לרוע המזל, הייתה לי דליפה זעירה אשר לדעתי אחראית לבועות אוויר קטנות שנוצרו ליד דופן התבנית.

שלב 9: ליטוש

לאחר הסרת התבנית אתה יכול שהקובייה נראית ברורה מאוד בגלל המשטח המצופה סיליקון חלק של התבנית. עם זאת, היו כמה אי סדרים עקב שינויים בעובי של שכבת הסיליקון. כמו כן המשטח העליון התעקם לכיוון הקצוות עקב הידבקות. לכן, עידנתי את הצורה על ידי שיוף רטוב בעזרת נייר שיוף 240 גריסים. במקור, התוכנית שלי הייתה לבטח הכל על ידי מעבר לגריסים עדינים יותר, עם זאת, בסופו של דבר החלטתי שהקובייה נראית יפה יותר עם משטח מחוספס אז סיימתי עם 600 חצץ.

שלב 10: הר לדיור

בית האלקטרוניקה תוכנן עם Autodesk Fusion 360 ולאחר מכן מודפס בתלת מימד. הוספתי חור מלבני בקיר למתג וכמה חורים מאחור להרכיב מודול GY-521 באמצעות ברגי M3. לוח המעבד TinyDuino הוצמד לפלטה התחתונה אשר חוברה לאחר מכן לבית בעזרת ברגי M2.2. בהתחלה הרכבתי את המתג לתוך הדיור באמצעות דבק חם, ואז הותקן המודול GY-521, לאחר מכן הוכנסו בזהירות הלוח והסוללה. מטריצת ה- LED חוברה ללוח הפרוטו באמצעות מחברי Dupont וניתן לחבר את לוח המעבד מלמטה. לבסוף הדבקתי את הלוח התחתון של מטריצת ה- LED לבית באמצעות דבק למטרות כלליות (UHU Hart).

שלב 11: קובייה מוגמרת

לבסוף נגמרה הקוביה ותוכלו ליהנות ממופע האור. צפה בסרטון הקובייה המונפשת.