3D Digital Sand: 11 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Этот проект является своего рода продолжением моего DotStar LED Cube, где я использовал светодиоды SMD, прикрепленные к стеклянным печатным платам. Вскоре после завершения этого проекта я наткнулся на анимированный светодиодный песок от Adafruit, который использует акселерометр и светодиодную матрицу для имитации движения песчинок. Я подумал, что было бы неплохо расширить этот проект до третьего измерения, просто построив увеличенную версию моего светодиодного куба в паре с акселерометром. Еще я хотел попробовать отлить кубик в эпоксидной смоле.

Если вы хотите увидеть куб в действии, прокрутите вниз до видео.

Шаг 1. Спецификация материалов

В следующем списке представлены материалы, необходимые для создания куба, как показано на рисунке.

• 144 светодиода SK6805-2427 (например, aliexpress)
• предметные стекла микроскопа (например, amazon.de)
• медная лента (0,035 x 30 мм) (например, ebay.de)
• Базовый комплект TinyDuino - литиевая версия
• модуль акселерометра (например, ASD2511-R-A TinyShield или GY-521)
• прототип печатной платы (30 x 70 мм) (например, amazon.de)
• прозрачная литьевая смола (например, conrad.de или amazon.de)
• 3D-печатный корпус

Дополнительные материалы и инструменты, необходимые для строительства

• Паяльник с горячим воздухом
• обычный паяльник с тонким наконечником
• 3д принтер
• лазерный принтер
• Разъемы Dupont
• тонкая проволока
• Контакты заголовка печатной платы
• низкотемпературная паяльная паста
• Травитель для печатных плат (например, хлорид железа)
• УФ-отверждаемый клей для металла и стекла (например, NO61)
• клей общего назначения (например, UHU Hart)
• силиконовый герметик
• бумага для переноса тонера
• ацетон

Шаг 2: изготовление стеклянных печатных плат

Этот процесс уже подробно описан в моем предыдущем руководстве по моему DotStar LED Cube, поэтому я просто кратко опишу шаги.

1. Разрежьте слайды Microsope на куски длиной 50,8 мм. Я напечатал на 3D-принтере приспособление, чтобы добиться нужной длины (см. Прикрепленный файл.stl). Вам понадобится 4 слайда, которые я рекомендую сделать от 6 до 8 штук.
2. Приклейте медную фольгу к стеклянной подложке. Я использовал УФ-клей NO61.
3. Распечатайте прилагаемый PDF-файл с дизайном печатной платы на бумаге для переноса тонера с помощью лазерного принтера. Затем вырежьте отдельные части.
4. Перенесите дизайн печатной платы на медное покрытие. Я использовал для этого ламинатор.
5. Протравите медь, например, хлорид железа
6. Удалите тонер ацетоном.

Шаг 3: припаять светодиоды

В своем светодиодном кубе DotStar я использовал светодиоды APA102-2020, и в этом проекте планировалось использовать светодиоды того же типа. Однако из-за небольшого расстояния между отдельными контактными площадками светодиодов очень легко создавать паяльные перемычки. Это заставило меня спаять каждый светодиод вручную, и я сделал то же самое в этом проекте. К сожалению, когда проект был почти завершен, внезапно начали обнаруживаться перемычки или плохие контакты, что заставило меня снова все разобрать. Затем я решил перейти к немного более крупным светодиодам SK6805-2427, у которых другая компоновка контактных площадок, что значительно упрощает их пайку.

Я покрыл все контактные площадки легкоплавкой паяльной пастой, а затем поместил сверху светодиоды. Позаботьтесь о правильной ориентации светодиодов, руководствуясь прилагаемой схемой. После этого я поставил печатную плату на плиту у нас на кухне и осторожно нагрел ее, пока припой не расплавился. Это работало тихо, и мне пришлось лишь немного переделать термовоздушный паяльник. Для тестирования светодиодной матрицы я использовал Arduino Nano, на котором был запущен пример Strandtest Adafruit NeoPixel, и подключил его к матрице с помощью проводов Dupont.

Шаг 4: Подготовьте нижнюю плату

Для нижней платы я вырезал кусок 30 x 30 мм из прототипа платы. Затем я припаял к нему несколько контактных разъемов, где впоследствии будут подключаться стеклянные печатные платы. Контакты VCC и GND были подключены с помощью небольшого отрезка посеребренного медного провода. Затем я заделал все оставшиеся сквозные отверстия припоем, потому что в противном случае эпоксидная смола просочилась бы во время процесса литья.

Шаг 5: прикрепите стеклянные печатные платы

Чтобы прикрепить светодиодные матрицы к нижней плате, я снова использовал клей для УФ-отверждения, но с более высокой вязкостью (NO68). Для правильного выравнивания я использовал приспособление для 3D-печати (см. Прикрепленный файл.stl). После приклеивания стеклянные печатные платы все еще были немного шаткими, но стали более жесткими после того, как их припаяли к контактным разъемам. Для этого я просто использовал свой обычный паяльник и обычный припой. Опять же, рекомендуется проверить каждую матрицу после пайки. Соединения между Din и Dout отдельных матриц были выполнены с помощью проводов Dupont, подключенных к контактным разъемам внизу.

Шаг 6: соберите электронику

Поскольку я хотел сделать корпус как можно меньше, я не хотел использовать обычные Arduino Nano или Micro. Этот 1/2-дюймовый светодиодный куб от one49th познакомил меня с платами TinyDuino, которые казались идеальными для этого проекта. Я получил базовый комплект, который включает в себя плату процессора, экран USB для программирования, прототипную плату для внешних подключений, а также крошечный перезаряжаемый LiPo аккумулятор. Оглядываясь назад, я должен был также приобрести трехосевой экран акселерометра, который они предлагают, вместо использования модуля GY-521, который у меня все еще валялся. Это сделало бы cicuit еще более компактным и уменьшило бы необходимые размеры Схема для этой сборки довольно проста и прилагается ниже. Я внес некоторые изменения в плату процессора TinyDuino, где я добавил внешний переключатель после батареи. На плате процессора уже есть переключатель, но он был слишком коротким. Соединения с макетной платой и модулем GY-521 выполнялись с помощью штыревых разъемов, что не позволяет получить наиболее компактную конструкцию, но обеспечивает большую гибкость, чем непосредственная пайка проводов. T. Длина проводов / контактов в нижней части макетной платы должна быть как можно короче, иначе вы больше не сможете подключить ее к верхней части процессорной платы.

Шаг 7. Загрузите код

После того, как вы собрали электронику, вы можете загрузить прикрепленный код и проверить, что все работает. Код включает следующие анимации, которые можно повторить, встряхивая акселерометр.

• Радуга: анимация радуги из библиотеки FastLED
• Digital Sand: это расширение трехмерного анимированного светодиодного кода Adafruits. Пиксели светодиода будут перемещаться в соответствии со значениями, считываемыми акселерометром.
• Дождь: пиксели падают сверху вниз в соответствии с наклоном, измеренным акселерометром.
• Конфетти: крапинки случайного цвета, которые мигают и плавно исчезают из библиотеки FastLED.

Шаг 8: кастинг

Пришло время отлить светодиодную матрицу в смолу. Как было сказано в комментарии к моей предыдущей сборке, было бы неплохо, если бы показатели преломления смолы и стекла совпадали, так что стекло было бы невидимым. Судя по показателям преломления обоих компонентов смолы, я подумал, что это возможно, если немного изменить соотношение компонентов в смеси. Однако после проведения некоторых тестов я обнаружил, что не могу заметно изменить показатель преломления без ухудшения твердости смолы. Это не так уж и плохо, так как стекло едва видно, и в конце концов я решил сделать поверхность смолы шероховатой. Также было важно найти подходящий материал, который можно было бы использовать в качестве формы. Я читал о трудностях удаления формы после отливки в подобных проектах, таких как куб из смолы lonesoulsurfer. После нескольких безуспешных испытаний я обнаружил, что лучший способ - это напечатать форму на 3D-принтере, а затем покрыть ее силиконовым герметиком. Я только что напечатал один слой коробки размером 30 x 30 x 60 мм, используя настройку «Спирализацию внешнего контура» в Cura (файл.stl прилагается). Покрытие его тонким слоем силикона с внутренней стороны позволяет легко удалить форму впоследствии. Форма была прикреплена к нижней плате также с помощью силиконового герметика. Убедитесь, что нет отверстий, так как, конечно, смола будет просачиваться через нее, а также в ней образуются пузырьки воздуха. К сожалению, у меня была небольшая утечка, которая, как я полагаю, ответственна за маленькие пузырьки воздуха, образовавшиеся у стенок формы.

Шаг 9: полировка

После снятия формы вы можете увидеть, что куб выглядит очень четким из-за гладкой поверхности формы, покрытой силиконом. Однако были некоторые неровности из-за разной толщины силиконового слоя. Также верхняя поверхность была деформирована по направлению к краям из-за прилипания. Поэтому я улучшил форму путем влажного шлифования наждачной бумагой с зернистостью 240. Первоначально мой план состоял в том, чтобы отшлифовать все, перейдя к более мелкой зернистости, однако в конце концов я решил, что куб выглядит лучше с шероховатой поверхностью, поэтому закончил с зернистостью 600.

Шаг 10: Установите в корпус

Корпус для электроники был разработан с помощью Autodesk Fusion 360, а затем напечатан на 3D-принтере. Я добавил прямоугольное отверстие в стене для переключателя и несколько отверстий сзади для крепления модуля GY-521 с помощью винтов M3. Плата процессора TinyDuino была прикреплена к нижней пластине, которая затем была прикреплена к корпусу с помощью винтов M2.2. Сначала я установил переключатель в корпус с помощью горячего клея, затем смонтировал модуль GY-521, после чего аккуратно вставил макетную плату и аккумулятор. Светодиодная матрица была прикреплена к макетной плате с помощью разъемов Dupont, а плату процессора можно просто вставить снизу. Наконец, я приклеил нижнюю плату светодиодной матрицы к корпусу с помощью универсального клея (UHU Hart).

Шаг 11: Готовый куб

Наконец куб готов, и вы можете наслаждаться световым шоу. Посмотрите видео анимированного куба.