Pasir Digital 3D: 11 Langkah (dengan Gambar)

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

Projek ini adalah kesinambungan DotStar LED Cube saya di mana saya menggunakan SMD LED yang dilekatkan pada PCB kaca. Sejurus selepas menyelesaikan projek ini, saya menemui pasir LED animasi oleh Adafruit yang menggunakan pecutan dan matriks LED untuk mensimulasikan pergerakan butiran pasir. Saya fikir adalah idea yang baik untuk memperluas projek ini ke dimensi ketiga dengan hanya membina versi besar kubus LED saya yang dipasangkan dengan accelerometer. Saya juga mahu mencuba kiub dalam resin epoksi.

Sekiranya anda ingin melihat kiub dalam tindakan tatal hingga ke video.

Langkah 1: Bil Bahan

Senarai berikut merangkumi bahan yang diperlukan untuk membina kubus seperti yang ditunjukkan dalam gambar

• 144 pcs LED SK6805-2427 (mis. Aliexpress)
• slaid mikroskop (mis. amazon.de)
• pita tembaga (0.035 x 30 mm) (mis. ebay.de)
• Kit asas TinyDuino - versi litium
• modul pecutan (mis. ASD2511-R-A TinyShield atau GY-521)
• prototaip PCB (30 x 70 mm) (mis. amazon.de)
• resin pemutus yang jelas (mis. conrad.de atau amazon.de)
• Perumahan bercetak 3D

Bahan dan alat tambahan yang diperlukan untuk pembinaan

• Pateri udara panas
• besi pemateri biasa dengan hujung halus
• Pencetak 3D
• mesin pencetak Laser
• Penyambung Dupont
• wayar nipis
• Pin pengepala PCB
• pes pateri suhu rendah
• Ejen PCB (mis. Ferik klorida)
• Gam penahan UV untuk kaca logam (mis. NO61)
• gam tujuan am (mis. UHU Hart)
• pelekat silikon
• kertas pemindahan toner
• aseton

Langkah 2: Membuat PCB Kaca

Proses ini telah dijelaskan secara terperinci dalam arahan saya mengenai DotStar LED Cube saya sebelumnya, oleh itu, saya akan menerangkan langkah-langkahnya secara ringkas.

1. Potong slaid mikroskop dengan kepingan sepanjang 50.8 mm. Saya mempunyai 3D mencetak jig untuk membantu saya mencapai panjang yang betul (lihat fail.stl yang dilampirkan). Anda memerlukan 4 slaid yang saya cadangkan untuk membuat 6 hingga 8 keping.
2. Lekatkan kerajang tembaga ke permukaan kaca. Saya menggunakan gam pengawet UV NO61.
3. Cetak pdf yang dilampirkan dengan PCB ke kertas pemindahan toner menggunakan pencetak laser. Selepas itu potong kepingan masing-masing.
4. Pindahkan reka bentuk PCB ke pelapis tembaga. Saya menggunakan laminator untuk tujuan ini.
5. Jauhkan tembaga menggunakan mis. ferik klorida
6. Keluarkan toner menggunakan aseton

Langkah 3: LED pateri

Dalam kubus LED DotStar saya menggunakan LED APA102-2020 dan rencananya adalah menggunakan jenis LED yang sama dalam projek ini. Walau bagaimanapun, kerana jarak kecil antara pad LED masing-masing sangat mudah untuk membuat jambatan pematerian. Ini memaksa saya untuk menyolder setiap LED dengan tangan dan saya sebenarnya melakukan perkara yang sama pada projek ini. Malangnya, ketika saya membuat projek hampir selesai tiba-tiba beberapa jambatan solder atau kenalan buruk mula muncul yang memaksa saya untuk membongkar semula semuanya. Saya kemudian memutuskan untuk beralih ke LED SK6805-2427 yang sedikit lebih besar, yang mempunyai susun atur pad yang berbeza yang menjadikannya lebih senang dipateri.

Saya menutup semua pad dengan pasta solder lebur rendah dan kemudian meletakkan LED di atas. Perhatikan orientasi LED yang betul dengan merujuk kepada skema yang dilampirkan. Selepas itu saya meletakkan PCB di pinggan panas di dapur kami dan memanaskannya dengan teliti sehingga pateri cair. Ini berfungsi dengan baik dan saya hanya perlu melakukan sedikit kerja semula dengan besi pemateri udara panas saya. Untuk menguji matriks LED, saya menggunakan Arduino Nano yang menjalankan contoh strandtest Adafruit NeoPixel dan menghubungkannya ke matriks menggunakan wayar Dupont.

Langkah 4: Sediakan PCB Bawah

Untuk PCB bawah saya memotong sekeping 30 x 30 mm dari papan prototaip. Saya kemudian menyisipkan beberapa header pin ke mana PCB kaca akan disambung selepas itu. Pin VCC dan GND disambungkan menggunakan sekeping kecil dawai tembaga perak. Kemudian saya menutup semua lubang yang tersisa dengan pateri kerana jika tidak, resin epoksi akan meresap semasa proses pemutus.

Langkah 5: Pasang PCB Kaca

Untuk melekatkan matriks LED ke PCB bawah saya sekali lagi menggunakan gam penahan UV tetapi dengan kelikatan yang lebih tinggi (NO68). Untuk penjajaran yang betul, saya menggunakan jig bercetak 3D (lihat fail.stl yang dilampirkan). Setelah melekatkan kaca PCB masih sedikit goyah tetapi menjadi lebih kaku setelah dipateri pada header pin. Untuk ini saya hanya menggunakan solder biasa dan solder biasa saya. Sekali lagi adalah idea yang baik untuk menguji setiap matriks selepas pematerian. Sambungan antara Din dan Dout matriks individu dibuat dengan wayar Dupont yang disambungkan ke header pin di bahagian bawah.

Langkah 6: Pasang Elektronik

Kerana saya ingin menjadikan dimensi perumahan sekecil mungkin, saya tidak mahu menggunakan Arduino Nano atau Micro biasa. Kubus LED 1/2 yang pertama ini membuat saya menyedari papan TinyDuino yang nampaknya sesuai untuk projek ini. Saya mendapat kit asas yang merangkumi papan pemproses, perisai USB untuk pengaturcaraan, papan proto untuk sambungan luaran dan juga bateri LiPo yang boleh dicas semula kecil. Dalam retrospeksi, saya juga harus membeli pelindung akselerometer 3 paksi yang mereka tawarkan dan bukannya menggunakan modul GY-521 yang masih ada. Ini akan menjadikan cicuit lebih padat dan mengurangkan dimensi yang diperlukan perumahan. Skema untuk binaan ini agak mudah dan dilampirkan di bawah. Saya melakukan beberapa pengubahsuaian pada papan pemproses TinyDuino, di mana saya menambah suis luaran selepas bateri. Papan pemproses sudah mempunyai suis tetapi hanya pendek untuk sesuai dengan perumahan. Sambungan ke papan proto dan modul GY-521 dilakukan dengan menggunakan pin header yang tidak membenarkan reka bentuk yang paling padat tetapi menawarkan lebih banyak fleksibiliti daripada menyolder wayar secara langsung. panjang wayar / pin di bahagian bawah papan proto hendaklah sesingkat mungkin jika tidak, anda tidak boleh memasangkannya ke bahagian atas papan pemproses lagi.

Langkah 7: Muat naik Kod

Setelah memasang elektronik, anda boleh memuat naik kod yang dilampirkan dan menguji bahawa semuanya berfungsi. Kodnya merangkumi animasi berikut yang dapat diulang dengan menggegarkan pecutan.

• Rainbow: Animasi pelangi dari perpustakaan FastLED
• Pasir Digital: Ini adalah lanjutan dari kod pasir LED animasi Adafruits kepada tiga dimensi. Piksel LED akan bergerak mengikut nilai bacaan dari pecutan.
• Hujan: Piksel jatuh dari atas ke bawah mengikut kecondongan yang diukur dengan pecutan
• Confetti: Spekel berwarna secara rawak yang berkelip dan memudar dengan lancar dari perpustakaan FastLED

Langkah 8: Casting

Kini tiba masanya untuk memasukkan matriks LED ke dalam resin. Seperti yang disarankan dalam komen dalam binaan saya sebelumnya, akan lebih baik jika indeks biasan dari resinf dan kaca akan sesuai sehingga gelas itu tidak kelihatan. Berdasarkan indeks biasan kedua komponen resin, saya fikir ini mungkin berlaku dengan sedikit mengubah catuan pencampuran keduanya. Walau bagaimanapun, setelah melakukan beberapa ujian, saya mendapati bahawa saya tidak dapat mengubah indeks biasan dengan ketara tanpa merosakkan kekerasan resin. Ini tidak terlalu buruk kerana kaca hanya dapat dilihat dengan perlahan dan pada akhirnya saya memutuskan untuk mengeras permukaan resin. Juga penting untuk mencari bahan yang sesuai yang boleh dijadikan acuan. Saya membaca tentang kesukaran untuk mengeluarkan acuan setelah membuat projek serupa seperti kubus resin lonesoulsurfer. Selepas beberapa percubaan yang tidak berjaya, saya dapati bahawa kaedah terbaik adalah mencetak cetakan 3D dan kemudian dilapisi dengan pelekat silikon. Saya baru sahaja mencetak satu lapisan kotak 30 x 30 x 60 mm menggunakan tetapan "spiralize external contour" di Cura (fail.stl dilampirkan). Melapisi dengan lapisan nipis silikon di bahagian dalam menjadikan acuan sangat mudah dikeluarkan selepas itu. Acuan itu dilekatkan pada bahagian bawah PCB juga menggunakan sealant silikon. Pastikan tidak ada lubang kerana tentu saja resin akan meresap dan juga gelembung udara akan terbentuk di dalam resin. Malangnya, saya mengalami kebocoran kecil yang, saya percaya bertanggungjawab terhadap gelembung udara kecil yang terbentuk di dekat dinding acuan.

Langkah 9: Menggilap

Setelah mengeluarkan acuan, kiub kelihatan jelas kerana permukaan acuan yang dilapisi silikon halus. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa penyelewengan kerana variasi ketebalan lapisan silikon. Permukaan atas juga melengkung ke tepi kerana lekatan. Oleh itu, saya menyempurnakan bentuknya dengan pengamplasan basah menggunakan kertas pengamplasan 240 grit. Pada asalnya, rancangan saya adalah untuk menghapuskan segalanya dengan beralih ke bubur jagung yang lebih baik, namun pada akhirnya saya memutuskan bahawa kubus kelihatan lebih baik dengan permukaan kasar sehingga saya selesai dengan 600 grit.

Langkah 10: Pasang Ke Perumahan

Perumahan untuk elektronik direka dengan Autodesk Fusion 360 dan kemudian dicetak 3D. Saya menambah lubang segi empat di dinding untuk suis dan beberapa lubang di bahagian belakang untuk memasang modul GY-521 menggunakan skru M3. Papan pemproses TinyDuino dilekatkan pada plat bawah yang kemudian dilekatkan pada perumahan menggunakan skru M2.2. Pada mulanya saya memasang suis ke dalam perumahan menggunakan lem panas, kemudian modul GY-521 dipasang, setelah itu protoboard dan bateri dimasukkan dengan teliti. Matriks LED dilekatkan pada papan proto menggunakan penyambung Dupont dan papan pemproses hanya boleh dipasang dari bawah. Akhirnya saya melekatkan PCB bawah matriks LED ke perumahan menggunakan pelekat tujuan umum (UHU Hart).

Langkah 11: Kiub Selesai

Akhirnya kiub selesai dan anda dapat menikmati pertunjukan cahaya. Lihat video kiub animasi.