[Impressió 3D] Llanterna portàtil d'alta potència de 30W: 15 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Si esteu llegint això, probablement hàgiu vist un d'aquests vídeos de Youtube que mostren fonts de llum extremadament potents de bricolatge amb enormes dissipadors de calor i bateries. Probablement fins i tot en diuen "Llanternes", però sempre tenia un concepte diferent de llanterna: quelcom portàtil i fàcil de portar.

És per això que fa molts mesos que treballo en aquest projecte i m’agradaria compartir aquí el resultat de moltes iteracions de disseny diferents. No és tan potent com el LED refredat per aigua de 100 W, però és molt més portàtil i útil.

Nota: Al vídeo no es pot veure la potència d'aquesta llanterna perquè està gravada amb un telèfon. Creieu-me, és molt potent.

Així que prou parlant! Comencem aquest projecte!

Què necessitem?

1. Una impressora 3D (funcionant, si és possible!) (La meva és a la llista de subministraments, si hi està interessat. Són bons resultats i un preu econòmic)
2. Tots els subministraments a la llista de subministraments
3. Paciència (trigarà unes 12 hores a imprimir totes les parts)
4. Un soldador (no us preocupeu, serà una soldadura mínima. L’he dissenyat perquè sigui accessible per a gairebé tothom) [afegiré un enllaç de subministraments a un trampós i decent que ho farà per a aquest projecte)
5. Un multímetre
6. Coneixements bàsics d’ús d’Arduino
7. Coneixements bàsics d'electrònica (circuits bàsics i com utilitzar un multímetre)

Exempció de responsabilitat:

Treballar amb aparells electrònics i amb bateries d’ió Li sempre té un risc associat. Si no sabeu què esteu fent, apreneu-ne una mica abans de continuar aquest tutorial. No sóc responsable de cap dany. I com sempre, si us agrada aquest projecte i voleu contribuir, podeu fer una petita donació al meu Paypal.me: https://paypal.me/sajunt4. Per acostar-vos a aquests projectes calen de tres a quatre vegades el preu de l’article, de manera que això m’ajudaria a portar-vos més projectes:)

Subministraments

La majoria de components es presentaven en paquets grans, de manera que el preu mitjà de la llanterna no és tan alt, ~ 30 €. Podeu reutilitzar la majoria per a altres projectes (inclosos els meus altres projectes properament)

Enllaços a AliExpress a tot el món (SELECCIONAR SEMPRE L'OPCIÓ D'ENVIAMENT MILLOR PER A TOTS ELS PRODUCTES, SI ÉS POSSIBLE. ESTALVIARÀ MOLTS DINERS):

Components (Preu mitjà 48 € si necessiteu tots els components [Depèn del cost de l'enviament]):

1. 3x LED de 10W (seleccioneu coure blanc, 10W, quantitat 3)
2. 4x bateries Li-io 18650 (seleccioneu 4 unitats per obtenir un millor preu)
3. 1x 1S BMS MicroUSB: servirà qualsevol carregador 18650 individual
4. 1x 2S BMS amb funció d'equilibri (Seleccioneu 2S Li-ion 15A Balance)
5. 1x rotlle de pestanyes de soldadura
6. 1x convertidor de gran potència (sobredimensionat per a un ús segur a llarg termini)
7. 1 polsador de 8 mm
8. Resistències de 3x 20Kohm (aquest és el paquet més barat que he trobat): les podreu trobar en una botiga local per uns centaus. Qualsevol resistència per a PULL_DOWN servirà
9. Cargols de 8x M4x6mm (seleccioneu M4, fil complet de 6mm)
10. Cargols de 7x M3x14mm (seleccioneu rosca completa M3 16mm): són els que he fet servir, però podeu provar una longitud més curta si teniu algun recorregut.
11. 2 cargols M5x12mm (seleccioneu rosca completa M5 12mm): són els que he utilitzat, però podeu provar una longitud més curta si teniu alguna cosa a la vora.
12. 1x Arduino Nano (inclou cable): servirà qualsevol Arduino petit
13. 2x connector XT-60 (seleccioneu 5 parells mascle + femella)
14. 1x PCB de soldadura
15. 1 amplificador de micro tensió 12V (per alimentació FAN i Arduino)
16. 3x MOSFET IRFZ44N (1 d'ells és opcional, a efectes d'eficiència)
17. Dissipador de calor 1x 50x56mm (es tracta d’un paquet de 2x, però més barat que la majoria d’altres ofertes)
18. 1x 50x50x10mm VENTILADOR 12V
19. 1 rotlle de cinta reflectant (he trobat el meu en una botiga local, espero que sigui prou bo)
20. Alguns papers de vidre, segons les toleràncies de la impressora 3D (tot està dissenyat per adaptar-se, però mai se sap)
21. 1x Fresnel Lens (l'únic que he trobat amb un preu decent) (opcional, per enfocar la llum en angle més reduït)
22. Carregador de bateria 2S (seleccioneu 8.4V 2A): servirà qualsevol carregador de 8.4V
23. 2m x 14AWG cable (Seleccioneu 14AWG 1M negre + 14AWG 1M vermell)
24. 2m x 20AWG cable (Seleccioneu 20AWG 1M negre + 20AWG 1M vermell)
25. (Opcional) Connectors de cargol de 3 pins
26. (Opcional) Connectors de molla de 2 pins
27. Imant 4x 8x3mm (seleccioneu la quantitat mínima disponible)
28. 1x pasta tèrmica

I, per descomptat, primer podeu consultar tot l’instructible i decidir si voleu suprimir o modificar alguna cosa.

I la llista d'eines econòmiques (qualsevol altra amb funcions similars servirà):

1. Llauna de soldar (seleccioneu 0,6 mm, 100 g)
2. Soldadura de ferro
3. Multímetre
4. Impressora 3D Ender 3 (en el moment que escric aquest Ender 5 (el meu) és molt car, però Ender 5 també és molt capaç)

Pas 1: amb què acabareu

Això és. Una llanterna "bastant compacta" però potent amb bateria 2S2P extraïble (no us preocupeu si no sabeu què és 2S2P, més sobre això més endavant), lents extraïbles i potència de sortida configurable, amb aproximadament 1h de bateria a l'accelerador màxim o 10h a una potència mínima, amb una sola càrrega de la bateria. I el millor de tot: l’heu fet completament. Probablement ja sabeu el satisfactori que és.

Pas 2: impressió 3D: visió general global

Trobareu tots els fitxers a Thingiverse:

Què heu d'imprimir:

1. MainBody.stl: aquesta part conté els LEDs, el dissipador de calor, el ventilador, el colimador de llum i el portaobjectius.
2. Handler.stl: és aquí on s’enganxarà el botó de pulsació, es fixarà el suport de la bateria i s’adaptarà l’electrònica. Està cargolat a MainBody.stl.
3. BatteryHolder.stl: aquesta part serveix per connectar ràpidament: desconnecteu la bateria perquè es pugui canviar fàcilment. Conté dos imants per mantenir la bateria al seu lloc i el connector mascle XT-60.
4. Collimator.stl: es vol reflectir la llum en un cert angle contingut, només perquè un angle de llum de 180º és força inútil per a una llanterna. Haureu de cobrir tot l’interior amb cinta reflectant.
5. LedsHolder.stl: una part fina 3D que manté els LED al seu lloc, en un angle determinat.
6. HeatsinkSupport_1.stl: es vol contenir el dissipador de calor amb certes prestacions als LED, de manera que es puguin refrigerar. En necessitareu 2.
7. HeatsinkSupport_2.stl: com l’altre HeatsinkSupport, però per a l’altre eix. Només en necessiteu un.
8. LensHolder.stl: significava mantenir les lents al seu lloc.
9. BatteryBody.stl: cos principal de la bateria. S'adapta perfectament a BatteryHolder.stl.
10. BatteryCap.stl: la part superior de la bateria. Conté dos imants que mantenen la bateria al seu lloc amb els imants BatteryHolder i el connector femella XT-60.

I ja està! Podria semblar un munt de peces, però la majoria d’elles trigaran menys d’una hora a imprimir-se.

Pas 3: electrònica: visió global

Vaja, doncs, ara treballem el cervell i el múscul d’aquest projecte. Va ser dissenyat per a qualsevol persona, fins i tot amb 0 coneixements d’electrònica. Però, per descomptat, com més coneixeu, més fàcil serà. Què necessitem? Com que els nostres LED de 3 12V es connectaran en sèrie, necessitem una font d'alimentació que proporcioni 3 * 12V = 36V. La nostra bateria, però, només proporciona un màxim de 8,4 V. Com augmentem aquest voltatge? Senzill: utilitzar un augmentador de tensió. El seleccionat per a aquest projecte és un augmentador de tensió regulable. Connecteu la bateria als terminals IN i simplement ajusteu el potenciòmetre inclòs fins que obtingueu 36V a la sortida. Molt fàcil!

Ara, el FAN i l’Arduino necessiten més voltatge que el que ofereix la bateria, però menys del que proporciona el nostre Voltage Booster principal (al voltant dels 12V). Solució? Un altre augment de la tensió! (Però aquest, micro)

A continuació, control de potència de sortida + control de ventilador: per a això utilitzarem un Arduino Nano i les seves capacitats de sortida PWM. (No sé què és PWM? Aquí teniu informació:) Però com que Arduino Nano només pot gestionar 5V màx. I necessitem PWM 36V, farem servir un MOSFET. Si no sabeu com funciona aquest component, no us preocupeu, seguiu el meu pas a pas i tot funcionarà bé! I finalment, l’entrada de l’usuari: utilitzarem un polsador de 8 mm connectat al nostre Arduino mitjançant Resistència interna d'arrencada per modificar el senyal PWM de sortida.

Això és:)

Pas 4: Electrònica: preparació de tots els cables

Tallar els cables de les mides següents:

2x 15cm filferro prim (1 vermell, 1 negre) 2x 20cm filferro prim (1 vermell, 1 negre) 3x 2,5cm filferro de gruix (1 vermell, 1 negre) 2x 5cm filferro fi (qualsevol color) 2x 8cm filferro fi (qualsevol color)

Per a cadascun d’aquests cables, peleu les puntes (aproximadament 5 mm) i revendreu-les.

Pas 5: electrònica: bateria

En primer lloc, per a cadascuna de les 4 bateries, identifiqueu el costat positiu i el negatiu amb el multímetre (ja sabeu, poseu un terminal vermell per un costat, negre per l’altre costat i, si el multímetre mostra un número positiu, el costat vermell és positiu, negatiu negatiu. En cas contrari, si el multímetre mostra un número negatiu, el negre és positiu i el vermell negatiu). (Veure fotos 2 i 3)

TINGUEU SEMPRE ATENCIÓ AL SOLDAR A UNA BATERIA DE LIT-IÓ. PROVEU DE FER-LO RÀPID I NO ESCALFEM LA CÈL·LULA MOLT O PODREU DANYAR-LO.

Ara, heu de carregar completament totes les bateries mitjançant qualsevol carregador 18650. En el nostre cas, el nostre TP4056 barat. Connecteu un cable vermell a BAT + i un cable negre a BAT- (aquests cables no es contemplen al pas anterior). (Veure foto 4)

Després, soldeu aquests cables amb una petita punta d’estany a cadascuna de les cel·les (totes, però una per una), de vermell a positiu, negre a negatiu. Deixeu que es carreguin fins que el LED del carregador us indiqui que està ple. Torneu a dessoldar els cables, soldeu-los al següent i repetiu. (Pot trigar unes hores en funció de la descàrrega que tingueu. Utilitzeu aquest temps per preparar els passos següents i imprimir-ho tot en 3D).

Ara, amb les 4 bateries completament carregades, connectarem 2 per 2 en paral·lel i cada paquet de 2 paral·lels en sèrie amb l’altre.

Com connectar-los en paral·lel? Vegeu la tercera imatge. Veieu com estan connectades les meves bateries? Connecteu 2 per 2, negatiu a negatiu, positiu a positiu, amb dues pestanyes de soldadura. Assegureu-vos, amb el multímetre, que cada cel·la té el mateix voltatge, per evitar possibles danys a les cel·les.

I ara, seguint l’última imatge, connecteu el costat negatiu d’un dels paquets de 2 paral·lels al costat positiu de l’altre. Només un costat! L’altre s’ha de deixar lliure.

Pas 6: electrònica: cables de bateria + caixa BMS + caixa 3D

En primer lloc, soldeu un fil de 9 cm prim a la placa metàl·lica que connecta les dues bateries en sèrie (imatge 1).

A continuació, connecteu un cable negre de 2 cm de gruix al terminal negatiu del costat oposat, un cable vermell de 2 cm de gruix al terminal positiu, com a la segona imatge.

Després de la tercera imatge, connecteu el cable gruixut vermell al terminal B + del BMS, el cable negre gruixut al terminal B- i el fil prim al terminal central del BMS, com a la imatge.

Ara, als terminals P + i P- del BMS, torneu a connectar els cables de 2 cm de gruix i els connectors + i - del connector XT-60 (el masculí, el que és un forat amb dos passadors daurats a l’interior), com a la imatge 4. He utilitzat una mica de cola calenta per mantenir tot allò segur i aïllat.

És hora d’obtenir la funda de la impressora 3D i comprovar si tot s’ajusta al seu lloc. El connector XT-60 ha d’adaptar-se a l’interior dels rails (potser necessiteu una mica de poliment al connector per eliminar els signes + i - extrudits i mantenir el connector pla). (Imatge 5)

Quan tot quedi bé, poseu dos imants a la tapa de la caixa. La polaritat no importa. Simplement haurà de coincidir amb la polaritat oposada del suport de la bateria.

A continuació, manteniu-ho tot al seu lloc amb cinta elèctrica i afegiu dos cordons fins a les bateries, com a les imatges 9, 10 i 11. Ens ajudaran a treure la bateria quan estigueu connectada al suport de la bateria. Podeu utilitzar el cable o el material que vulgueu. Vaig embolicar la meva a través de la bateria per evitar exercir amb molta força la part 3D.

Finalment, poseu els 4 cargols M3 i la bateria ja està a punt.

Els meus connectors XT-60 estaven ben ajustats i vaig haver de prémer els passadors daurats amb unes alicates perquè el parell home-femella llisqués cap a dins i cap a fora sense massa força

Pas 7: Muntatge: bateria + suport per a bateria

Aquest és un pas fàcil.

Imprimiu el fitxer BatteryHolder.stl i comproveu que la bateria llisqui fàcilment. En cas contrari, necessitareu una mica de poliment per suavitzar les parets dels vostres gravats. (Però no massa, han d’encaixar bé)

A continuació, introduïu els dos imants cap a la polaritat oposada de la bateria perquè els atraguin.

Introduïu el connector femella XT-60 al seu lloc (també pot necessitar una mica de poliment. Ha de quedar molt ajustat), assegureu-vos que la bateria llisqui fàcilment i manteniu-la al seu lloc amb una mica de cola. Com menys profund col·loqueu el connector, més fàcil serà posar i treure la bateria.

I, finalment, soldeu 2 cables de 6cm de gruix (vermell + negre) i 2 cables de 8cm prims (vermell + negre) als terminals XT-60, com a les imatges. Vermells a positius, negres a negatius.

Pas 8: Electrònica: impulsors de tensió

Amb la bateria i el suport de la bateria al seu lloc, connecteu els 2 cables de gruix al reforç de gran voltatge. Vermell a IN +, Negre a IN-.

A continuació, connecteu la bateria dins del suport de la bateria i, amb l'ajuda del multímetre, ajusteu el cargol del Voltage Booster fins que la tensió entre OUT- i OUT + arribi exactament a 35,5V.

Obteniu el reforç de voltatge petit i connecteu-lo a la sortida del gran. GND al gran OUT-, IN + al gran OUT +. A continuació, mida el voltatge entre VO + i GND del petit mitjançant el multímetre. Gireu el cargol petit fins que la tensió arribi a uns 12V.

Això és! Ja teniu els vostres boosters a punt per treballar!

Pas 9: electrònica: preparació d'Arduino

Primer, connecteu l'Arduino a l'ordinador mitjançant l'USB i premeu l'esbós adjunt (LanternCode_8steps_fan_decay.ino).

A continuació, soldeu els 4 cables que es mostren a la imatge (uns 6cm cadascun):

D11 controlarà la intensitat del LED, D10 controlarà la intensitat del FAN i D5 i GND serviran d’ENTRADA per al polsador.

Si és curiós, el codi que he escrit és bastant senzill:

Té vuit nivells de potència diferents, commutables cíclicament de menys a més potència prement el commutador. Si manteniu premut durant més de 800 ms i després deixeu anar, el fanal començarà a parpellejar a la potència actual.

El ventilador començarà a funcionar a ~ 1/3 de la potència màxima, però a una velocitat proporcional per fer-lo menys sorollós a una potència inferior. Després d’apagar-lo o reduir l’energia a menys d’1 / 3 (primers 3 passos d’alimentació), el ventilador pot continuar treballant durant un temps per mantenir el dissipador de calor fred i llest per al següent alt consum d’energia (estem utilitzant petit dissipador de calor per poder alimentar-lo, de manera que pot fer força calor)

Pas 10: Electrònica: placa de distribució d'energia Soledering

En primer lloc, col·loqueu tots els components com a la primera imatge. Haureu de doblar les cames MOSFET. És important que el gruixut cos negre del MOSFET sembli cap amunt i que tot quedi petit.

Ara, talleu el PCB addicional amb un ganivet, el més ajustat possible. Marqueu-lo amb el ganivet i doblegueu-lo suaument fins a trencar-lo.

Comproveu que tot estigui al seu lloc i prepareu-vos per soldar el tauler com a la tercera imatge. El diagrama real del circuit es troba a la quarta imatge, per si no és prou clar.

És important soldar les resistències mostrades entre les potes esquerra i dreta dels MOSFET. He utilitzat dues resistències de 20 Kohm, però podeu fer servir qualsevol valor proper.

CONSELL: si col·loqueu el tauler en un angle determinat és més fàcil aconseguir estany per seguir aquest angle (utilitzeu la gravetat al vostre favor)

Pas 11: Muntatge: construir el focus

En primer lloc, imprimiu Collimator.stl i les parts interiors amb cinta reflectant. En realitat, no hi ha una bona manera de fer-ho. Només heu de tallar la cinta en trossos petits per cobrir-ho tot.

A continuació, imprimiu el LedsHolder.stl i poseu els LED a la part superior, fermament. Soldeu els cables com a l’esquema per connectar-los tots en sèrie i deixeu que es soldin 2 cables de 30 cm en un dels LED. Cobriu els terminals amb cinta adhesiva per evitar un curtcircuit al dissipador de calor.

Imprimiu i connecteu el HeatsinkHolder_2.stl al Heatsink. Ha d’encaixar bé.

Apliqueu pasta tèrmica als LEDs i empenyeu-los fins al dissipador de calor, passant els cables pel forat del HeatsinkHolder_2.

Connecteu els altres dos HeatsinkHolder_1 al dissipador de calor i cargoleu totes les peces amb 4 cargols M3.

Imprimiu MainBody.stl i fixeu el ventilador a la part inferior mitjançant cargols M3, tal com es mostra a la imatge 7.

Estireu els cables LED FAN + pel forat més gran de MainBody i introduïu el focus dins del cos, com a la darrera imatge.

Pas 12: Muntatge: construcció del controlador

Imprimiu el fitxer Handler.stl i prepareu cargols 1xM3 i cargols 2xM5.

A continuació, introduïu el polsador al forat.

Això és tot per a aquest pas. Simplement, sí?

Pas 13: electrònica: acabat

Soldeu un altre fil gruixut de 5 cm a la sortida de l’amplificador de gran voltatge, com a la primera imatge.

A continuació, connecteu aquest cable al terminal de cargol més dret de la placa de gestió d'energia, tal com es mostra a la segona imatge.

Connecteu el cable negre del LED al terminal de cargol central i el positiu al OUT + del reforç de gran voltatge, com a la foto 3.

Soldeu Arduino VIN al filferro esquerre esquerre connectat a Vout del reforç de voltatge petit i Arduino GND al filferro negre restant soldat al XT-60, com a la foto 4.

Connecteu el cable vermell FAN a l’Arduino VIN (= Vout de reforç de voltatge petit, ambdós cables junts a VIN) i el cable negre FAN al terminal de cargol més esquerre de la placa de gestió d’alimentació, com a la imatge 5 (el meu cable de ventilador vermell és en realitat negre, ho sento ^. ^)

Connecteu Arduino D10 al terminal de molla més a l’esquerra i D11 al terminal de molla més a la dreta, com a la imatge 6.

I finalment…

Introduïu el BatteryHolder a l'interior del controlador assegurant-vos que no quedin cables atrapats i que tots els aparells electrònics estiguin ben posicionats a l'interior. No hi ha massa espai, però hauria de ser més que suficient si tot està correctament organitzat. Haureu de gravar totes les soldadures o filferros exposats per evitar curtcircuits.

Soldeu els dos cables lliures esquerres de l’Arduino al polsador Handler. No importa quin cable a quin terminal del botó. Funcionarà igualment.

I ja està! Assegureu-vos que els cables estiguin ben ajustats dins de l’espai restant perquè ningú toqui el ventilador.

Pas 14: Muntatge: adjunt final

Hauríeu de tenir instal·lats tots els aparells electrònics dins del controlador, com a la primera imatge.

Utilitzeu el forat que hi ha a sobre del polsador per embolicar el pas dels cables sense tocar el ventilador.

Col·loqueu els 3 cargols que ho subjecten tot (2x M5, 1x M3) com a la segona imatge.

Introduïu el portaobjectius superior i poseu-hi la lent Fresnel (la meva encara no ha arribat. S'actualitzarà amb una imatge quan arribi).

Poseu els 8 cargols M4, 4 a la part superior, 4 a la part inferior i …

El projecte està acabat! Felicitats

Pas 15: gaudiu de la vostra nova llanterna súper potent

Va ser un viatge molt llarg fins a aquest prototip de llanterna, buscant components i modelant totes les impressions 3D, ajustant les toleràncies, etc.

Per tant, si us ha agradat aquest projecte, no dubteu a fer comentaris amb els vostres suggeriments i comentaris

Ens veiem! =)