ماسه دیجیتال سه بعدی: 11 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

این پروژه به نوعی ادامه LED DotStar Cube من است که در آن از LED های SMD متصل به PCB های شیشه ای استفاده کردم. مدت کوتاهی پس از اتمام این پروژه ، با شن و ماسه LED متحرک Adafruit برخورد کردم که از شتاب سنج و ماتریس LED برای شبیه سازی حرکت دانه های ماسه استفاده می کند. من فکر کردم این ایده خوبی خواهد بود که این پروژه را به ابعاد سوم بسازیم و فقط نسخه بزرگتری از مکعب LED خود را با شتاب سنج ایجاد کنم. من همچنین می خواستم مکعب را در رزین اپوکسی ریخته کنم.

اگر می خواهید مکعب را در عمل ببینید تا انتهای ویدیو حرکت کنید.

مرحله 1: صورتحساب مواد

لیست زیر شامل مواد مورد نیاز برای ساخت مکعب است که در تصویر نشان داده شده است

• 144 عدد LED SK6805-2427 (به عنوان مثال aliexpress)
• اسلایدهای میکروسکوپ (به عنوان مثال amazon.de)
• نوار مسی (0.035 30 30 میلی متر) (به عنوان مثال ebay.de)
• کیت اصلی TinyDuino - نسخه لیتیوم
• ماژول شتاب سنج (به عنوان مثال ASD2511-R-A TinyShield یا GY-521)
• نمونه اولیه PCB (30 70 70 میلی متر) (به عنوان مثال amazon.de)
• رزین ریخته گری شفاف (به عنوان مثال conrad.de یا amazon.de)
• محفظه چاپ سه بعدی

مواد و ابزار اضافی مورد نیاز برای ساخت و ساز

• آهن لحیم کاری هوای گرم
• لحیم کاری معمولی با نوک ریز
• چاپگر سه بعدی
• پرینتر لیزری
• کانکتورهای Dupont
• سیم نازک
• پین هدر PCB
• خمیر لحیم کاری در دمای پایین
• اچنت PCB (به عنوان مثال کلرید فریک)
• چسب سفت کننده UV برای شیشه فلزی (به عنوان مثال NO61)
• چسب عمومی (به عنوان مثال UHU Hart)
• سیلیکون مهر و موم شده
• کاغذ انتقال تونر
• استون

مرحله 2: ساخت PCB های شیشه ای

این فرآیند قبلاً به طور مفصل در دستورالعمل قبلی من در مورد DotStar LED Cube توضیح داده شده است ، بنابراین ، من فقط مراحل را به طور مختصر مرور می کنم.

1. اسلاید های میکروسکوپ را به قطعات 50.8 میلی متر طول ببرید. من یک چاپگر سه بعدی برای کمک به رسیدن به طول مناسب چاپ کرده ام (به فایل.stl ضمیمه شده مراجعه کنید). برای ساختن 6 تا 8 قطعه به 4 اسلاید نیاز دارید.
2. فویل مسی را روی بستر شیشه ای بچسبانید. من از چسب UV UV NO61 استفاده کردم.
3. pdf پیوست شده را با PCB روی کاغذ انتقال تونر با استفاده از چاپگر لیزری چاپ کنید. سپس قطعات جداگانه را برش دهید.
4. طرح PCB را روی روکش مسی منتقل کنید. من برای این منظور از لمینیتور استفاده کردم.
5. مس را با استفاده از مثال جدا کنید کلرید آهن
6. تونر را با استفاده از استون بردارید

مرحله 3: LED های لحیم کاری

در مکعب LED DotStar من از LED های APA102-2020 استفاده کردم و برنامه این بود که از همان نوع LED ها در این پروژه استفاده کنم. با این حال ، به دلیل فاصله کم بین لنت های جداگانه LED ها ، ایجاد پل های لحیم کاری بسیار آسان است. این امر مجبورم کرد هر LED را با دست لحیم کنم و در واقع همین کار را در این پروژه انجام دادم. متأسفانه ، هنگامی که من تقریباً پروژه را به پایان رساندم ، ناگهان برخی از پل های لحیم کاری یا تماس های نامناسب ظاهر شد که مجبورم کرد همه چیز را دوباره جدا کنم. سپس تصمیم گرفتم به سراغ LED های کمی بزرگتر SK6805-2427 برویم ، که دارای طرح بندی پد متفاوتی هستند که لحیم کاری آنها را بسیار آسان می کند.

تمام لنت ها را با خمیر لحیم کاری کم ذوب کردم و سپس LED ها را در بالا قرار دادم. با مراجعه به شماتیک پیوست ، از جهت گیری درست LED ها مراقبت کنید. پس از آن من PCB را روی صفحه داغ آشپزخانه قرار دادم و آن را با دقت گرم کردم تا لحیم آب شود. این به خوبی کار می کرد و من مجبور بودم فقط کمی با آهن لحیم کاری هوای گرمم کار کنم. برای آزمایش ماتریس LED ، از آردوینو نانو استفاده کردم که از نمونه اصلی Stadtest Adafruit NeoPixel استفاده می کرد و آن را با استفاده از سیمهای Dupont به ماتریس متصل کردم.

مرحله 4: PCB پایین را آماده کنید

برای PCB پایین ، من یک قطعه 30 30 30 میلی متر را از یک تخته نمونه بریدم. سپس برخی از سرصفحه های پین را به آن لحیم کردم ، جایی که بعد از آن PCB های شیشه ای متصل می شوند. پین های VCC و GND با استفاده از یک قطعه کوچک سیم مسی نقره ای به هم متصل شدند. سپس تمام سوراخ های باقی مانده را با لحیم مهر و موم کردم زیرا در غیر این صورت رزین اپوکسی در حین فرآیند ریخته گری نفوذ می کند.

مرحله 5: PCB های شیشه ای را وصل کنید

برای اتصال ماتریس های LED به PCB پایین ، من مجدداً از چسب سفت کننده UV اما با ویسکوزیته بالاتر (NO68) استفاده کردم. برای هم ترازی مناسب ، من از یک دستگاه چاپ سه بعدی استفاده کردم (به فایل.stl پیوست مراجعه کنید). بعد از چسباندن PCB های شیشه ای هنوز کمی سفت بود اما پس از لحیم شدن به سربرگ ها سفت تر شد. برای این کار من فقط از لحیم کاری معمولی و لحیم معمولی استفاده کردم. باز هم ایده خوبی است که هر ماتریس را پس از لحیم کاری آزمایش کنید. اتصالات بین Din و Dout ماتریس های جداگانه با سیم های Dupont متصل به سربرگ های پین در پایین ایجاد شد.

مرحله ششم: مونتاژ قطعات الکترونیکی

از آنجا که می خواستم ابعاد مسکن را تا حد ممکن کوچک کنم ، نمی خواهم از آردوینو نانو یا میکرو معمولی استفاده کنم. این مکعب 1/2 اینچی LED تا 4949 مرا از تخته های TinyDuino که برای این پروژه عالی به نظر می رسید آگاه کرد. من کیت اصلی را که شامل برد پردازنده ، یک محافظ USB برای برنامه نویسی ، یک برد اولیه برای اتصالات خارجی و همچنین باتری کوچک LiPo قابل شارژ. در گذشته من باید سپر شتاب سنج 3 محور را خریداری می کردم که آنها به جای استفاده از ماژول GY-521 که هنوز در اطراف آن قرار داشتم ، خریداری می کردم. این باعث می شد تا cicuit فشرده تر شود و ابعاد لازم را کاهش دهد شماتیک این ساخت بسیار آسان است و در زیر ضمیمه شده است. من تعدادی تغییر در برد پردازنده TinyDuino انجام دادم ، جایی که بعد از باتری یک سوئیچ خارجی اضافه کردم. برد پردازنده قبلاً یک سوئیچ دارد اما فقط کوتاه بود اتصالات به صفحه اولیه و ماژول GY-521 با استفاده از هدرهای پین انجام می شود که امکان جمع و جورترین طراحی را ندارد اما انعطاف پذیری بیشتری نسبت به لحیم کاری مستقیم سیم ها دارد. طول سیم ها/پین ها در پایین برد اولیه باید تا حد ممکن کوتاه باشد در غیر این صورت دیگر نمی توانید آن را به بالای برد پردازنده وصل کنید.

مرحله 7: کد را بارگذاری کنید

پس از مونتاژ لوازم الکترونیکی ، می توانید کد پیوست را بارگذاری کرده و آزمایش کنید که همه چیز در حال کار است. کد شامل انیمیشن های زیر است که می توان آنها را با تکان دادن شتاب سنج تکرار کرد.

• Rainbow: انیمیشن Rainbow از کتابخانه FastLED
• شن و ماسه دیجیتال: این یک افزودنی از کد ماسه LED متحرک Adafruits به سه بعد است. پیکسل های LED با توجه به مقادیر بازخوانی شتاب سنج حرکت می کنند.
• باران: پیکسل ها با توجه به شیب اندازه گیری شده توسط شتاب سنج از بالا به پایین می افتند
• Confetti: لکه های رنگی تصادفی که در کتابخانه FastLED چشمک می زنند و به آرامی محو می شوند

مرحله 8: ریخته گری

اکنون زمان ریخته گری ماتریس LED به رزین فرا رسیده است. همانطور که در نظر من در ساخت قبلی من پیشنهاد شد ، خوب است که ضریب شکست رزین و شیشه با هم مطابقت داشته باشند تا شیشه نامرئی باشد. با توجه به ضریب شکست هر دو جزء رزین ، من فکر کردم که این امر ممکن است با کمی تغییر نسبت اختلاط این دو امکان پذیر باشد. با این حال ، پس از انجام برخی آزمایش ها ، متوجه شدم که نمی توانم ضریب شکست را بطور قابل ملاحظه ای بدون خراب شدن سختی رزین تغییر دهم. این خیلی بد نیست زیرا شیشه فقط به صورت باریک قابل مشاهده است و در نهایت تصمیم گرفتم به هر حال سطح رزین را خشن کنم. همچنین یافتن یک ماده مناسب که می تواند به عنوان قالب استفاده شود بسیار مهم بود. من در مورد مشکلات حذف قالب پس از ریخته گری در پروژه های مشابه مانند مکعب رزین lonesoulsurfer می خواندم. پس از آزمایشات ناموفق خودم ، متوجه شدم که بهترین راه این است که یک قالب را به صورت سه بعدی چاپ کرده و سپس با سیلیکون سیلنت بپوشانم. من به تازگی یک لایه از جعبه 30 30 30 60 60 میلی متر را با استفاده از تنظیمات "spiralize արտաքին خط" در Cura (فایل.stl پیوست شده است) چاپ کردم. پوشاندن آن با یک لایه نازک از سیلیکون در داخل باعث می شود قالب پس از آن بسیار آسان برداشته شود. قالب با استفاده از سیالکون سیلانت به PCB پایین متصل شد. اطمینان حاصل کنید که هیچ سوراخی وجود ندارد ، زیرا رزین نفوذ می کند و همچنین حباب های هوا در رزین ایجاد می شود. متأسفانه ، من نشت کوچکی داشتم که به نظر من مسئول حباب های کوچک هوا است که در نزدیکی دیواره قالب ایجاد شده است.

مرحله 9: پرداخت

پس از برداشتن قالب ، می توانید مکعب را به دلیل سطح صاف و روکش سیلیکونی قالب ، بسیار شفاف نشان دهید. با این حال ، برخی از بی نظمی ها به دلیل تغییرات در ضخامت لایه سیلیکون وجود دارد. همچنین سطح بالای آن به دلیل چسبندگی به طرف لبه ها پیچ خورده است. بنابراین ، من با سنباده مرطوب با استفاده از کاغذ سنباده 240 سنگی ، شکل را اصلاح کردم. در ابتدا ، برنامه من این بود که همه چیز را با استفاده از شن و ماسه های ریزتر از بین ببرم ، با این حال ، در نهایت تصمیم گرفتم که مکعب با سطح خشن زیباتر به نظر می رسد ، بنابراین من با 600 دانه تمام کردم.

مرحله 10: سوار شدن به مسکن

بدنه دستگاه های الکترونیکی با Autodesk Fusion 360 طراحی و سپس به صورت سه بعدی چاپ شد. من یک سوراخ مستطیلی در دیوار برای سوئیچ و چند سوراخ در پشت برای نصب ماژول GY-521 با استفاده از پیچ M3 اضافه کردم. برد پردازنده TinyDuino به صفحه پایینی متصل شده بود که سپس با استفاده از پیچ M2.2 به محفظه وصل شد. ابتدا سوئیچ را با استفاده از چسب حرارتی به داخل محفظه نصب کردم ، سپس ماژول GY-521 نصب شد ، پس از آن صفحه اصلی و باتری با دقت وارد شد. ماتریس LED با استفاده از اتصالات Dupont به برد اولیه متصل شد و برد پردازنده را می توان از پایین به برق متصل کرد. در نهایت من با استفاده از یک چسب عمومی (UHU Hart) ، PCB زیر ماتریس LED را به محفظه چسباندم.

مرحله 11: مکعب تمام شده

در نهایت مکعب به پایان رسید و می توانید از نمایش نور لذت ببرید. ویدیوی مکعب متحرک را مشاهده کنید.