[3D-печать] Ручной фонарь высокой мощности 30 Вт: 15 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Если вы читаете это, возможно, вы видели одно из тех видеороликов на Youtube, в которых демонстрируются чрезвычайно мощные источники света своими руками с огромными радиаторами и батареями. Возможно, они даже называют это «Фонари», но у меня всегда была другая концепция фонаря: что-то портативное и удобное для переноски.

Вот почему я работаю над этим проектом уже много месяцев, и я хотел бы поделиться здесь результатом множества различных итераций дизайна. Не такой мощный, как светодиод с водяным охлаждением мощностью 100 Вт, но гораздо более портативный и удобный!

Примечание: на видео невозможно увидеть, насколько мощный этот фонарь, потому что он записан с помощью телефона. Поверьте, это действительно мощно.

Так хватит разговоров! Начнем этот проект!

Что нам нужно?

1. 3D-принтер (рабочий, если возможно!) (Мой есть в списке расходных материалов, если кому-то интересно. Супер хорошие результаты и дешевая цена)
2. Все расходные материалы в списке расходных материалов
3. Терпение (на печать всех частей уйдет около 12 часов)
4. Паяльник (не волнуйтесь, это будет довольно минимальная пайка. Я разработал его, чтобы он был доступен почти каждому) [я добавлю ссылку в расходных материалах на чит, приличный, который сделает это для этого проекта)
5. Мультиметр
6. Базовые знания об использовании Arduino
7. Базовые знания электроники (основные схемы и использование мультиметра)

Заявление об ограничении ответственности:

Работа с электроникой и литий-ионными аккумуляторами всегда сопряжена с риском. Если вы не знаете, что делаете, узнайте немного об этом, прежде чем продолжить это руководство. Я не несу ответственности за любой ущерб. И, как всегда, если вам нравятся эти проекты и вы хотите внести свой вклад, вы можете сделать небольшое пожертвование на мой Paypal.me: https://paypal.me/sajunt4. Чтобы принести вам эти проекты, потребуется в 3-4 раза дороже, так что это может помочь мне принести вам больше проектов:)

Запасы

Большинство компонентов поставлялось в больших упаковках, поэтому средняя цена фонаря на самом деле не так высока, ~ 30 евро. Вы можете повторно использовать большую часть для других проектов (включая мои другие проекты, которые скоро появятся!)

Ссылки AliExpress по всему миру (ВСЕГДА ВЫБИРАЙТЕ САМЫЙ ДЕШЕВЫЙ ВАРИАНТ ДОСТАВКИ ДЛЯ ВСЕХ ТОВАРОВ, ЕСЛИ ВОЗМОЖНО. ЭКОНОМИЯ ВАМ МНОГО ДЕНЕГ):

Компоненты (средняя цена 48 евро, если вам нужны все компоненты [зависит от стоимости доставки]):

1. 3x 10 Вт светодиода (выберите White Copper, 10 Вт, количество 3)
2. 4 аккумулятора Li-io 18650 (выберите 4 шт. По лучшей цене)
3. 1x 1S BMS MicroUSB - подойдет любое индивидуальное зарядное устройство 18650
4. 1x 2S BMS с функцией балансировки (выберите 2S Li-ion 15A Balance)
5. 1x рулон паяльных вкладок
6. 1x понижающий преобразователь высокой мощности (увеличенный для безопасного длительного использования)
7. 1x 8-миллиметровая кнопка
8. 3 резистора по 20 кОм (это самый дешевый комплект, который я нашел) - вы можете найти их в местном магазине примерно за несколько центов. Подойдет любой резистор для PULL_DOWN
9. 8 винтов M4x6 мм (выберите M4, полная резьба 6 мм)
10. 7 винтов M3x14 мм (выберите M3 16 мм с полной резьбой) - это те, которые я использовал, но вы можете попробовать более короткие, если у вас есть какие-то лежащие.
11. 2 винта M5x12 мм (выберите M5 с полной резьбой 12 мм) - это те, которые я использовал, но вы можете попробовать меньшую длину, если у вас есть какие-то лежащие.
12. 1x Arduino Nano (с кабелем) - подойдет любой маленький Arduino
13. 2x разъема XT-60 (выберите 5 пар штекер + гнездо)
14. 1x пайка печатной платы
15. 1x Micro Voltage Booster 12 В (для питания вентиляторов и Arduino)
16. 3x полевых МОП-транзистора IRFZ44N (1 из них является дополнительным для повышения эффективности)
17. 1x радиатор 50x56 мм (это 2x упаковка, но дешевле, чем в большинстве других предложений)
18. 1x 50x50x10 мм ВЕНТИЛЯТОР 12 В
19. 1x рулон световозвращающей ленты (я нашел свой в местном магазине, надеюсь, этот достаточно хорош)
20. Некоторая наждачная бумага, в зависимости от допусков вашего 3D-принтера (все рассчитано на то, чтобы соответствовать, но вы никогда не знаете) - но вы лучше купите ее в местном хозяйственном магазине, если сможете)
21. 1x линза Френеля (единственная, которую я нашел по приличной цене) (опционально, для фокусировки света под меньшим углом)
22. Зарядное устройство 2S (выберите 8,4 В 2 А) - подойдет любое зарядное устройство на 8,4 В
23. Провод 2 м x 14AWG (выберите 14AWG 1M Black + 14AWG 1M Red)
24. Провод 2 м x 20AWG (выберите 20AWG 1M черный + 20AWG 1M красный)
25. (Необязательно) 3-контактные винтовые разъемы
26. (Необязательно) 2-контактные пружинные разъемы
27. Магнит 4x 8x3 мм (выберите минимальное количество)
28. 1x термопаста

И, конечно же, вы можете сначала проверить всю Instructable и решить, хотите ли вы что-либо подавить или изменить.

И список дешевых инструментов (подойдет любой другой с аналогичными возможностями):

1. Олово для припоя (выберите 0,6 мм, 100 г)
2. Припой
3. Мультиметр
4. 3D-принтер Ender 3 (в то время, когда я пишу этот Ender 5 (мой), очень дорогой, но Ender 5 тоже очень способный)

Шаг 1. Что у вас получится

Вот и все. «Довольно компактный», но мощный фонарь со съемной батареей 2S2P (не волнуйтесь, если вы не знаете, что такое 2S2P, подробнее об этом позже), съемными линзами и настраиваемой выходной мощностью, с батареей около 1 часа при максимальном газе или 10 часами при минимальной мощности, с одной зарядкой аккумулятора. И самое главное: он полностью сделан вами. Вы, наверное, уже знаете, насколько это удовлетворительно!

Шаг 2: 3D-печать - общий обзор

Вы найдете все файлы в Thingiverse:

Что вам нужно напечатать:

1. MainBody.stl: Эта часть содержит светодиоды, радиатор, вентилятор, коллиматор света и держатель линзы.
2. Handler.stl: здесь будет прикреплена кнопка, в нее будет вкручен держатель батареи, и в него войдет электроника. Он ввинчен в MainBody.stl.
3. BatteryHolder.stl: Эта часть служит для быстрого присоединения - отсоединения батареи, чтобы их можно было легко заменить. Он содержит два магнита, удерживающих аккумулятор на месте, и штекерный разъем XT-60.
4. Collimator.stl: Он предназначен для отражения света под определенным углом, потому что угол света 180 ° совершенно бесполезен для фонаря. Придется покрыть все изнутри светоотражающей лентой.
5. LedsHolder.stl: Тонкая трехмерная деталь, которая удерживает светодиоды на месте под определенным углом.
6. HeatsinkSupport_1.stl: Предназначен для удержания радиатора с определенным упором на светодиоды, чтобы они могли охлаждаться. Вам понадобится 2 штуки.
7. HeatsinkSupport_2.stl: Как и другой HeatsinkSupport, но для другой оси. Вам нужен только один из них.
8. LensHolder.stl: Предназначен для удержания линз на месте.
9. BatteryBody.stl: основной корпус батареи. Плотно помещается в BatteryHolder.stl.
10. BatteryCap.stl: Верхняя часть батареи. Содержит два магнита, которые удерживают аккумулятор на месте с помощью магнитов BatteryHolder, и гнездовой разъем XT-60.

Вот и все! Может показаться, что деталей много, но на печать большинства из них уйдет меньше часа.

Шаг 3. Электроника - общий обзор

Хорошо, а теперь давайте поработаем мозгом и мускулами этого проекта. Он был разработан, чтобы сделать его любой, даже с нулевым знанием электроники, поэтому позвольте мне объяснить все для этого 0 знающих людей. Но, конечно, самое простое, что вы знаете. Что нам нужно? Поскольку наши 3 светодиода 12 В будут подключены последовательно, нам понадобится источник питания, который обеспечивает 3 * 12 В = 36 В. Наша батарея, однако, выдает максимум 8,4 В. Как нам поднять это напряжение? Просто: использование усилителя напряжения. Для этого проекта выбран регулируемый усилитель напряжения. Вы подключаете батарею к клеммам IN и просто регулируете прилагаемый потенциометр, пока не получите 36V на выходе. Довольно легко!

Теперь для вентилятора и Arduino требуется больше напряжения, чем то, что предлагает батарея, но меньше, чем обеспечивает наш основной усилитель напряжения (около 12 В). Решение? Еще один усилитель напряжения! (Но этот, микро)

Далее, управление выходной мощностью + управление вентилятором: для этого мы будем использовать Arduino Nano и его возможности вывода ШИМ. (Не знаю, что такое ШИМ? Вот вам некоторая информация:) Но поскольку Arduino Nano может обрабатывать максимум 5 В, а нам нужно ШИМ 36 В, мы будем использовать полевой МОП-транзистор. Если вы не знаете, как работает этот компонент, не волнуйтесь, просто следуйте моим пошаговым инструкциям, и все будет работать нормально! И, наконец, пользовательский ввод: мы будем использовать 8-миллиметровую кнопку, подключенную к нашему Arduino через внутренний подтягивающий резистор для изменения выходного сигнала ШИМ.

Вот и все:)

Шаг 4: Электроника - подготовка всех проводов

Отрежьте кабели следующих размеров:

2 тонких провода 15 см (1 красный, 1 черный) 2 тонких провода 20 см (1 красный, 1 черный) 3 провода толщиной 2,5 см (1 красный, 1 черный) 2 тонких провода 5 см (любого цвета) 2 тонких провода 8 см (любого цвета)

Для каждого из этих кабелей снимите кончики (около 5 мм) и припаяйте их.

Шаг 5: Электроника - аккумулятор

Прежде всего, для каждой из 4 батарей определите положительную и отрицательную стороны с помощью мультиметра (вы знаете, поместите красный контакт с одной стороны, черный с другой стороны, и если мультиметр отображает положительное число, красная сторона положительная, черный отрицательный (в противном случае, если мультиметр показывает отрицательное число, черный - положительный, красный - отрицательный). (См. Рис. 2 и 3)

ВСЕГДА БУДЬТЕ ОСТОРОЖНЫ ПРИ ПАЙКЕ К Li-Ion АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ. ПОПЫТАЙТЕСЬ СДЕЛАТЬ ЭТО БЫСТРО И НЕ НАГРЕВАТЬ ЯЧЕЙКУ, ИЛИ ВЫ МОЖЕТЕ ЕЕ ПОВРЕДИТЬ.

Теперь вам нужно полностью зарядить все батареи с помощью любого зарядного устройства 18650. В нашем случае наш дешевый TP4056. Подключите красный провод к BAT +, а черный провод к BAT- (эти провода не рассматривались на предыдущем шаге). (См. Рис. 4)

Затем припаяйте эти кабели с крошечным наконечником олова в каждую из ячеек (все, кроме одной), красный к положительному, черный к отрицательному. Дайте им зарядиться, пока светодиодный индикатор зарядного устройства не покажет, что он полностью заряжен. Отпаяйте кабели, припаяйте к следующему и повторите. (Это может занять несколько часов в зависимости от того, насколько они разряжены. Используйте это время, чтобы подготовить следующие шаги и напечатать все на 3D-принтере!)

Теперь, когда все 4 батареи полностью заряжены, мы подключим 2 на 2 параллельно, и каждый блок из 2-х параллельно последовательно с другим.

Как их соединить параллельно? Смотрите третью картинку. Вы видите, как подключены мои батарейки? Подключите 2х2, отрицательный к отрицательному, положительный к положительному, с двумя частями паяльных контактов. Убедитесь с помощью мультиметра, что каждая ячейка имеет одинаковое напряжение, чтобы избежать любого возможного повреждения ячеек.

А теперь, следуя последней картинке, соедините отрицательную сторону одной из двух параллельных батарей с положительной стороной другой. Только с одной стороны! Другой нужно оставить свободным.

Шаг 6: Электроника - кабели для батарей + BMS + 3D чехол

Сначала припаяйте тонкий провод 9 см к металлической пластине, которая соединяет две батареи последовательно (Рисунок 1).

Затем подключите черный провод толщиной 2 см к отрицательной клемме противоположной стороны, а один толстый красный провод толщиной 2 см к положительной клемме, как на втором рисунке.

Следуя третьему рисунку, подключите красный толстый провод к клемме B + BMS, черный толстый провод к клемме B- и тонкий провод к центральной клемме BMS, как на изображении.

Теперь, к клеммам P + и P- BMS, снова подключите провода толщиной 2 см и те, к + и - разъема XT-60 (штыревой, тот, который представляет собой отверстие с двумя золотыми контактами внутри), как на картинке 4. Я использовал горячий клей, чтобы сохранить все в безопасности и изолировать.

Пришло время достать кейс для нашего 3D-принтера и проверить, все ли встает на свои места. Разъем XT-60 должен входить в направляющие (возможно, вам нужно немного отшлифовать разъем, чтобы удалить выдавленные знаки + и - и сохранить разъем в плоском состоянии). (Рис 5)

Когда все будет хорошо подогнано, поместите два магнита в колпачок футляра. Полярность значения не имеет. Вам просто нужно будет соблюсти противоположную полярность в держателе батареи.

Затем закрепите все на месте изолентой и присоедините к батареям два тонких шнура, как на рисунках 9, 10 и 11. Это поможет нам извлечь батарею при подключении к держателю батареи. Вы можете использовать любой шнур или материал, который вам нравится. Я намотал свой на батарею, чтобы не прилагать больших усилий к 3D-детали.

Наконец, вставьте 4 винта M3, и аккумулятор готов к работе!

Мои разъемы XT-60 были слишком тугими, и мне пришлось прижать золотые штифты плоскогубцами, чтобы пара штекер-гнездо скользила внутрь и наружу без особых усилий

Шаг 7: Сборка - батарея + держатель батареи

Это простой шаг.

Распечатайте файл BatteryHolder.stl и убедитесь, что аккумулятор легко вставляется. В противном случае вам понадобится шлифовка, чтобы сгладить стены отпечатков. (Но не слишком много, они должны плотно прилегать)

Затем вставьте два магнита, обращенных противоположной полярности батареи, так, чтобы они притягивались.

Вставьте гнездовой разъем XT-60 на место (возможно, его тоже нужно немного отшлифовать. Он должен плотно прилегать), убедитесь, что аккумулятор легко вставляется, и удерживайте его на месте с помощью небольшого количества клея. Чем менее глубоко вы вставите разъем, тем легче будет вставлять и вынимать аккумулятор.

И наконец, припаяйте 2 толстых провода по 6 см (красный + черный) и 2 тонких провода по 8 см (красный + черный) к клеммам XT-60, как на картинках. От красного к положительному, от черного к отрицательному.

Шаг 8: Электроника - Бустеры напряжения

Установив аккумулятор и держатель аккумулятора на место, подключите 2 толстых провода к большому усилителю напряжения. Красный к IN +, черный к IN-.

Затем вставьте аккумулятор внутрь держателя аккумулятора и с помощью мультиметра отрегулируйте винт усилителя напряжения до тех пор, пока напряжение между OUT- и OUT + не достигнет ровно 35,5 В.

Возьмите небольшой усилитель напряжения и подключите его к выходу большого. GND к большому OUT-, IN + к большому OUT +. Затем измерьте напряжение между VO + и GND маленького с помощью мультиметра. Поворачивайте маленький винт, пока напряжение не достигнет примерно 12 В.

Вот и все! У вас есть бустеры, готовые к работе!

Шаг 9: Электроника - Подготовка Arduino

Сначала подключите Arduino к компьютеру через USB и вставьте прикрепленный эскиз (LanternCode_8steps_fan_decay.ino).

Затем припаяйте 4 провода, показанные на картинке (около 6 см каждый):

D11 будет контролировать яркость светодиода, D10 будет контролировать интенсивность ВЕНТИЛЯТОРА, а D5 и GND будут служить ВХОДОМ для кнопки.

Если интересно, код, который я написал, довольно прост:

Он имеет 8 различных уровней мощности, переключаемых циклически с меньшей мощности на большую, нажимая переключатель. Если вы удерживаете и нажимаете более 800 мс, а затем отпустите, фонарь начнет мигать при текущей мощности.

Вентилятор начнет работать на ~ 1/3 максимальной мощности, но с пропорциональной скоростью, чтобы сделать его менее шумным при более низкой мощности. После того, как вы выключите его или уменьшите мощность до менее ~ 1/3 (первые 3 ступени мощности), вентилятор может продолжать работать некоторое время, чтобы радиатор оставался холодным и был готов к следующему использованию высокой мощности (мы используем довольно небольшой радиатор для питания, поэтому он может сильно нагреваться)

Шаг 10: Электроника - Распределительный щит Soledering

Сначала разместите все компоненты, как на первом рисунке. Вам придется согнуть ноги MOSFET. Важно, чтобы толстый черный корпус полевого МОП-транзистора смотрел вверх, и чтобы все оставалось маленьким.

Теперь отрежьте лишнюю печатную плату ножом, насколько это возможно. Отметьте его ножом и осторожно согните, пока он не сломается через отметку.

Убедитесь, что все снова на месте, и приготовьтесь к пайке платы, как на третьем изображении. Фактическая принципиальная схема представлена на четвертом изображении, если она недостаточно ясна.

Важно припаять показанные резисторы между левой и правой ногами полевых МОП-транзисторов. Я использовал два резистора 20 кОм, но вы можете использовать любое близкое значение.

СОВЕТ: если вы поместите доску под определенным углом, олово будет легче следовать под этим углом (используйте гравитацию в свою пользу).

Шаг 11: Сборка - создание фокуса

Сначала напечатайте Collimator.stl и внутреннюю часть с помощью светоотражающей ленты. На самом деле нет хорошего способа сделать это. Просто разрежьте ленту на небольшие кусочки, чтобы покрыть все это.

Затем распечатайте LedsHolder.stl и плотно установите светодиоды сверху. Припаяйте кабели, как показано на схеме, чтобы соединить их все последовательно, и впаяйте 2 провода по 30 см в один из светодиодов. Заклейте клеммы изолентой, чтобы избежать короткого замыкания в радиаторе.

Распечатайте и прикрепите HeatsinkHolder_2.stl к радиатору. Он должен плотно прилегать.

Нанесите термопасту на светодиоды и протолкните их к радиатору, пропустив кабели через отверстие в HeatsinkHolder_2.

Присоедините два других радиатора HeatsinkHolder_1 к радиатору и прикрутите все детали вместе 4 винтами M3.

Распечатайте MainBody.stl и прикрепите вентилятор к нижней части с помощью винтов M3, как показано на рис.7.

Протяните провода FAN + LED через большее отверстие MainBody и вставьте фокус внутрь корпуса, как на последней картинке.

Шаг 12: Сборка - Сборка обработчика

Распечатайте файл Handler.stl и предварительно установите винт 1xM3 и 2xM5.

Затем вставьте кнопку в отверстие.

Вот и все на этом этапе. Просто да?

Шаг 13: Электроника - Завершение

Припаяйте еще один толстый 5-сантиметровый провод к ВЫХОДУ большого усилителя напряжения, как на первом изображении.

Затем подключите этот провод к самой правой винтовой клемме платы управления питанием, как показано на втором рисунке.

Подключите черный провод светодиода к средней винтовой клемме, а положительный - к OUT + большого усилителя напряжения, как на рис. 3.

Припаяйте VIN Arduino к большому левому проводу, подключенному к Vout небольшого усилителя напряжения, и GND Arduino к оставшемуся черному проводу, припаянному к XT-60, как на рис. 4.

Подключите красный провод FAN к VIN Arduino (= выход небольшого усилителя напряжения, оба кабеля вместе с VIN), а черный провод FAN к самому левому винтовому зажиму платы управления питанием, как на рисунке 5 (мой красный провод вентилятора на самом деле черный, извините ^. ^)

Подключите Arduino D10 к крайнему левому зажиму пружины, а D11 - к крайнему правому зажиму пружины, как на рис.6.

И наконец…

Вставьте держатель батареи внутрь держателя, убедившись, что провода не зажаты, а вся электроника правильно расположена внутри. Места не слишком много, но при правильной организации его должно хватить с лихвой. Вы должны заклеить каждый оголенный припой или провод, чтобы избежать короткого замыкания.

Припаяйте два левых свободных провода Arduino к кнопке Handler. Неважно, какой кабель к какому выводу кнопки. Это все равно будет работать.

Вот и все! Убедитесь, что кабели хорошо проложены внутри оставшегося пространства, чтобы никто не прикасался к вентилятору!

Шаг 14: Сборка - окончательное присоединение

У вас должна быть вся электроника внутри Handler, как на первом изображении.

Используйте отверстие над кнопкой, чтобы пропустить провода, не касаясь вентилятора.

Вставьте 3 винта, которые скрепляют все вместе (2x M5, 1x M3), как на втором рисунке.

Вставьте верхний держатель линзы и прикрепите к нему линзу Френеля (моя еще не пришла. Будет обновляться изображением, когда оно поступит).

Вставьте 8 винтов M4, 4 сверху, 4 снизу и…

Проект завершен! Поздравляю

Шаг 15: Наслаждайтесь своим новым сверхмощным фонарем

Это был действительно долгий путь к прототипу этого фонаря, поиск компонентов и моделирование всех 3D-отпечатков, корректировка допусков и т. Д.

Итак, если вам понравился этот проект, не стесняйтесь комментировать свои предложения и комментарии

Увидимся! знак равно