FoldTronics: Membuat Objek 3D Dengan Elektronik Bersepadu Menggunakan Struktur HoneyComb Lipat: 11 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Dalam tutorial ini, kami menyajikan FoldTronics, teknik fabrikasi pemotongan 2D untuk mengintegrasikan elektronik ke dalam objek dilipat 3D. Idea utamanya ialah memotong dan menembusi lembaran 2D menggunakan pemotong pemotong untuk menjadikannya dilipat menjadi struktur sarang lebah 3D; sebelum melipat, pengguna meletakkan komponen elektronik dan litar ke atas helaian.

Proses fabrikasi hanya memerlukan beberapa minit untuk membolehkan pengguna melakukan prototaip peranti interaktif berfungsi dengan pantas. Objek yang dihasilkan ringan dan kaku, sehingga memungkinkan untuk aplikasi yang sensitif terhadap berat badan dan daya. Oleh kerana sifat sarang lebah, objek yang dibuat dapat dilipat rata di sepanjang satu paksi dan dengan demikian dapat diangkut dengan efisien dalam faktor bentuk padat ini.

Selain mesin pemotong kertas, anda memerlukan bahan berikut:

• Lapisan plastik / filem ketelusan plastik PET yang jelas
• Lembaran / kerajang pelekat tembaga
• Lembaran pelekat dua sisi
• Pita konduktif pelekat dua sisi
• Pita besar atau vinil pelekat biasa

Langkah 1: Muat turun Perisian FoldTronics

Alat reka bentuk untuk FoldTronics dilaksanakan dalam penyunting 3D Rhino3D sebagai pelanjutan Belalang. Belalang secara langsung mengeksport lapisan untuk lembaran sarang lebah, pita penebat, dan pemasangan gunung / lembah. Sebagai tambahan, untuk menjana pendawaian, kami menerapkan plugin ULP ke perisian reka bentuk elektronik EAGLE, yang mengeksport lapisan pendawaian - menjadikan timbunan lapisan selesai.

Perisian untuk alat reka bentuk kami boleh didapati di GitHub:

Anda akan memerlukan:

• WIP Rhino5 terkini
• belalang
• EAGLE
• Ilustrator
• Studio Siluet

Langkah 2: Reka Bentuk Peranti Menggunakan Perisian

Untuk membuat litar LED, kita mulakan dengan membuat model 3D dalam penyunting 3D Rhino3D yang mana kita melaksanakan pemalam FoldTronics kita. Setelah mencipta bentuk asas model 3D, kami mengubahnya menjadi struktur sarang lebah dengan menekan butang "tukar". Sebaik sahaja algoritma memisahkan model menjadi sel sarang lebah, hasilnya dipaparkan dalam paparan 3D.

Kita sekarang boleh mengubah resolusi sarang lebah menggunakan slaid yang disediakan untuk mencari pertukaran terbaik antara resolusi yang lebih tinggi dan mempunyai ruang yang cukup di dalam sel untuk menempatkan LED, bateri, dan penyambung litar sel silang.

Slaid resolusi mengubah kedua lajur dan jumlah sel secara serentak kerana mengubah resolusi untuk lajur dan baris secara berasingan akan menyebabkan bentuk akhir berbeza dari bentuk semula.

Untuk menambahkan LED, bateri, dan penyambung litar sel silang, kami memilihnya dari senarai komponen dari menu dan menambahkannya dengan mengklik butang masing-masing. Ini secara automatik membuat model kotak 3D yang mewakili ukuran komponen elektronik yang dipilih. Kita sekarang boleh menyeret LED dan komponen elektronik lain ke lokasi dalam kelantangan 3D. Sekiranya kita secara tidak sengaja meletakkan komponen ke sel lipat atau sel yang tidak sah, secara automatik akan dipindahkan ke sel yang sah seterusnya.

1. Import model 3D di Badak.
2. Jalankan "Belalang" dan buka "HoneycombConvert_8.gh".
3. Pilih model di Badak dan klik kanan komponen brep dan "Tetapkan satu brep" di Belalang.
4. Buka "Remote Control Panel" dari View of Grasshopper.
5. Tukar lebar sel menggunakan gelangsar.
6. Ubah model menjadi struktur sarang lebah dan potong data 2D dengan mengklik "Tukar Honeycomb."
7. Pindahkan komponen (warna biru) dan ubah ukuran dengan "pilih komponen dari senarai ini." (masih dalam pembinaan)
8. Membuat data komponen dengan mengklik "buat komponen."
9. Membuat data 2D dengan mengklik "buat data potong."
10. Eksport garis potong dengan "objek terpilih" sebagai fail AI.

Langkah 3: Eksport Lapisan untuk Fabrikasi

Setelah selesai meletakkan komponen elektronik, kami menekan butang "eksport" untuk menghasilkan lapisan untuk fabrikasi. Semasa eksport, plugin editor 3D membuat semua lapisan timbunan fabrikasi sebagai fail gambar 2D (format fail. DXF) kecuali lapisan yang mengandungi pendawaian, yang akan dibuat secara berasingan pada langkah selanjutnya dalam proses.

Untuk menghasilkan lapisan pendawaian yang hilang, pengguna membuka fail 2D struktur sarang lebah dalam perisian reka bentuk elektronik EAGLE dan melaksanakan pemalam EAGLE ULP tersuai kami. Plugin menghasilkan papan litar dengan ukuran corak sarang lebah dan kemudian menukar setiap kotak berwarna kembali menjadi komponen elektronik (iaitu penyambung litar LED, bateri dan sel silang). Dengan komponen elektronik yang ada di helaian, pengguna kini dapat membina skema. Akhirnya, pengguna boleh menggunakan fungsi pendawaian automatik EAGLE untuk membuat litar penuh pada helaian menyelesaikan lapisan terakhir yang hilang untuk fabrikasi.

** Pada masa ini, plugin ULP sedang dalam pembinaan. Anda perlu meletakkan komponen secara manual.

Langkah 4: Fabrikasi, Pemasangan dan Lipatan

Sekarang kita boleh mula menambahkan lapisan yang dihasilkan bersama. Untuk membuat lapisan, kita hanya perlu memotong lukisan 2D setiap lapisan (format file. DXF) dengan urutan yang betul menggunakan pemotong pemotong.

Langkah 5: Memotong dan Menebuk Lembaran Dasar

Kami mula-mula memasukkan kepingan dasar (plastik PET) ke dalam pemotong dan memotong dan melubangnya untuk membuat garis gunung, lembah, dan celah serta penanda untuk komponen elektronik. Proses FoldTronics hanya menembusi lembaran dari atas dan membezakan antara garis gunung dan lembah menggunakan notasi visual yang terpisah (garis putus-putus untuk gunung vs garis putus-putus untuk lembah) kerana mereka memerlukan lipatan ke arah yang berlawanan di kemudian hari. Sebagai alternatif, proses FoldTronics juga dapat menembusi lembaran dari kedua sisi, iaitu melubangi pergunungan dari atas dan lembah dari bawah, namun, ini memerlukan memasukkan semula lembaran ke pemotong pemotong.

Walaupun semua celah dipotong, garis besar sarang lebah hanya berlubang untuk memastikannya tetap terhubung ke lembaran utama, yang memungkinkan kita memproses lembaran lebih lanjut dengan pemotong pemotong pada langkah berikutnya. Akhirnya, kawasan di mana komponen elektronik akan disolder juga berlubang untuk memudahkan mencari komponen mana.

Untuk objek yang digunakan dalam kertas ini, kami menggunakan kepingan plastik PET, ketebalan 0.1mm dan memotong kepingan dengan plotter pemotong (model: Potret Siluet, pemotongan seting: bilah 0.2mm, kecepatan 2cm / s, kekuatan 10, tetapan berlubang: pisau 0.2mm, kelajuan 2cm / s, daya 6).

Langkah 6: Meletakkan Pendawaian Dengan Pita Tembaga

Seterusnya, kami meletakkan lapisan pita tembaga satu sisi (ketebalan: 0.07mm) di seluruh lembaran. Kami meletakkan kembali lembaran ke pemotong pemotong dengan sisi tembaga ke atas, kemudian jalankan file untuk memotong bentuk wayar yang dikonfigurasi untuk memastikan tidak memotong lembaran dasar (pengaturan pemotongan: pisau 0.2mm, kecepatan 2cm / s, kekuatan 13). Selepas itu, kami melepaskan pita tembaga yang bukan merupakan bahagian pendawaian.

Langkah 7: Lembaran Penebat

Untuk mengelakkan litar pintas menyentuh wayar setelah melipat lembaran asas, kami seterusnya menambahkan lapisan penebat. Untuk ini, kami meletakkan lapisan pita bukan konduktif biasa di seluruh lembaran (ketebalan: 0.08mm). Kami meletakkan kembali lembaran ke pemotong pemotong, yang melepaskan pita penebat hanya di kawasan yang mempunyai hujung wayar yang sama ada akan disambungkan ke komponen elektronik atau yang menggunakan penyambung litar sel silang baru kami. Kami menggunakan tetapan pemotongan: pisau 0.1mm, kelajuan 2cm / s, kekuatan 4.

Langkah 8: Lekatkan Gunung / Lembah yang Tahan Setelah Dilipat

Pada langkah seterusnya, kami menerapkan lapisan pita dua sisi biasa pada helaian di bahagian bawah dan bahagian atasnya. Pita dua sisi digunakan untuk menghubungkan lembah dan gunung yang memegang struktur sarang lebah bersama setelah dilipat (gunung dilekatkan dari bahagian atas lembaran sementara lembah dilekatkan dari bawah). Setelah memasukkan kepingan ke dalam pemotong pemotong, pita dua sisi dipotong di semua kawasan yang tidak seharusnya dilekatkan bersama (tetapan pemotongan: pisau 0.2mm, kelajuan 2cm / s, kekuatan 6). Selain itu, untuk lembah / gunung yang direkam yang juga membawa penyambung litar sel silang, pemotong pemotong memotong kawasan yang diperlukan untuk sambungan elektronik. Setelah memotong kedua-dua belah pihak, kami mengupas pita dua sisi yang tinggal.

Langkah 9: Pematerian

Pada langkah terakhir sebelum pematerian, kita sekarang memotong corak sarang lebah untuk melepaskannya dari helaian. Seterusnya, kami menyolder komponen elektronik (LED, bateri) ke wayar menggunakan besi pematerian. Sekiranya komponennya kecil dan sukar disolder, kita juga boleh menggunakan solder paste sebagai alternatif. Oleh kerana menyolder penyambung litar sel silang sukar, kami menggunakan pita konduktif dua sisi untuk membuat sambungan.

Langkah 10: Lipat

Kami kini melipat sarang lebah bersama.

Langkah 11: Nyalakannya

Litar anda sudah siap!