FoldTronics: Creació d'objectes 3D amb electrònica integrada mitjançant estructures plegables de HoneyComb: 11 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

En aquest tutorial, presentem FoldTronics, una tècnica de fabricació basada en el tall en 2D per integrar l’electrònica en objectes plegats en 3D. La idea clau és tallar i perforar una làmina 2D mitjançant un traçador de tall per fer-la plegable en una estructura de panal 3D; abans de plegar, els usuaris col·loquen els components electrònics i els circuits a la fulla.

El procés de fabricació només triga uns minuts i permet als usuaris prototipar ràpidament dispositius interactius funcionals. Els objectes resultants són lleugers i rígids, permetent així aplicacions sensibles al pes i sensibles a la força. A causa de la naturalesa dels bresques, els objectes creats es poden plegar de manera plana al llarg d’un eix i, per tant, es poden transportar de manera eficient en aquest format de forma compacte.

A part d’una màquina de tallar paper, necessitareu els materials següents:

• Làmina de plàstic PET transparent / pel·lícula de transparència
• Full / làmina adhesiva de coure
• Full adhesiu de doble cara
• Cinta adhesiva adhesiva de doble cara
• Cinta gran regular o vinil adhesiu

Pas 1: descarregueu el programari FoldTronics

L’eina de disseny de FoldTronics s’implementa a l’editor 3D Rhino3D com a extensió Grasshopper. Grasshopper exporta directament les capes del full de bresca, cinta aïllant i muntatge de muntanya / vall. A més, per generar el cablejat, vam implementar un connector ULP al programari de disseny electrònic EAGLE, que exporta la capa de cablejat, cosa que fa que la pila de capes sigui completa.

El programari de la nostra eina de disseny es troba a GitHub:

Necessitareu:

• L'últim Rhino5 WIP
• Llagosta
• ÀGUILA
• Il·lustrador
• Silhouette Studio

Pas 2: Disseny de dispositius mitjançant el programari

Per crear el circuit LED, comencem creant un model 3D a l’editor 3D Rhino3D per al qual hem implementat el nostre connector FoldTronics. Després de crear la forma bàsica del model 3D, el convertim en una estructura de bresca prement el botó "convertir". Tan bon punt l'algorisme divideix el model en cel·les de bresca, el resultat es mostra a la vista 3D.

Ara podem variar la resolució del panal amb el control lliscant proporcionat per trobar el millor compromís entre una resolució més alta i tenir prou espai a les cel·les per allotjar el LED, la bateria i el connector del circuit de cel·les creuades.

El control lliscant de resolució canvia tant el nombre de columnes com el nombre de cel·les simultàniament, ja que si canvieu la resolució per a columnes i files per separat, la forma final difereix de la forma original.

Per afegir el LED, la bateria i el connector del circuit de cel·les creuades, els seleccionem a la llista de components del menú i els afegim fent clic al botó corresponent. Això crea automàticament un model 3D d’una caixa que representa la mida del component electrònic seleccionat. Ara podem arrossegar el LED i altres components electrònics a una ubicació del volum 3D. En cas que col·loquem accidentalment un component en una cel·la o una cel·la no vàlida, es traslladarà automàticament a la següent cel·la vàlida.

1. Importeu un model 3D a Rhinoceros.
2. Executeu el "Grasshopper" i obriu "HoneycombConvert_8.gh".
3. Seleccioneu el model a Rhinoceros i feu clic amb el botó dret del ratolí sobre un component brep i "Estableix un brep" a Grasshopper.
4. Obriu el "Tauler de control remot" de Vista de Grasshopper.
5. Canvieu l’amplada de la cel·la mitjançant el control lliscant.
6. Feu clic a "Converteix panal" per convertir el model en una estructura de panal i dades de tall 2D.
7. Mou el component (color blau) i canvia la mida per "seleccionar components d'aquesta llista". (construcció encara)
8. Per crear les dades del component, feu clic a "crea components".
9. Per crear les dades 2D, feu clic a "crea dades de tall".
10. Exporteu línies de tall amb "objectes seleccionats" com a fitxer AI.

Pas 3: exporteu capes per a la fabricació

Un cop hem acabat de col·locar els components electrònics, premem el botó "exportar" per generar les capes de fabricació. En exportar-lo, el connector de l’editor 3D crea totes les capes de la pila de fabricació com a fitxers de dibuix 2D (format de fitxer. DXF) excepte la capa que conté el cablejat, que es crearà per separat en un pas posterior del procés.

Per generar la capa de cablejat que falta, els usuaris obren el fitxer 2D de l’estructura de panal al programari de disseny electrònic EAGLE i executen el nostre connector EAGLE ULP personalitzat. El connector genera una placa de circuit de la mida del patró de niu d'abella i després converteix cada quadrat de color en un component electrònic (és a dir, el LED, la bateria i el connector del circuit de cel·les creuades). Amb els components electrònics que ja apareixen al full, els usuaris ara poden construir l’esquema. Finalment, els usuaris poden utilitzar la funció de cablejat automàtic d’EAGLE per crear el circuit complet a la làmina que acaba l’última capa que falta per a la fabricació.

** Actualment, el connector ULP està en construcció. Cal posar els components manualment.

Pas 4: fabricació, muntatge i plegat

Ara podem començar a afegir les capes generades juntes. Per fabricar les capes, només hem de tallar el dibuix 2D de cada capa (format de fitxer. DXF) en l'ordre correcte mitjançant el traçador de tall.

Pas 5: tallar i perforar el full base

Primer inserim la làmina base (plàstic PET) a la talladora i la tallem i perforem per crear les línies de muntanya, vall i escletxa, així com els marcadors dels components electrònics. El procés FoldTronics només perfora la làmina des de la part superior i diferencia entre línies de muntanya i vall mitjançant notacions visuals separades (línies de punts per a muntanyes vs. línies discontínues per a valls), ja que requereixen plegar-se en direccions oposades més endavant. Com a alternativa, el procés FoldTronics també pot perforar la làmina des dels dos costats, és a dir, perforar les muntanyes des de la part superior i les valls des de la part inferior, però, això requereix tornar a inserir la làmina al traçador de tall.

Tot i que es tallen totes les escletxes, el contorn del panal només es perfora per mantenir-lo connectat a la làmina principal, cosa que ens permet processar la làmina amb el traçador de tall en els següents passos. Finalment, les zones on es soldaran els components electrònics també es perforen per facilitar la cerca de quin component va cap a on.

Per als objectes que s’utilitzen en aquest paper, fem servir fulls de plàstic PET de 0,1 mm de gruix i tallem els fulls amb un traçador de tall (model: Silhouette Portrait, ajust de tall: fulla de 0,2 mm, velocitat 2cm / s, força 10, ajust de perforació: fulla 0,2 mm, velocitat 2 cm / s, força 6).

Pas 6: col·locació del cablejat amb cinta de coure

A continuació, col·loquem una capa de cinta de coure d’una cara (gruix: 0,07 mm) a tota la làmina. Tornem a col·locar la làmina al traçador de tall amb la cara de coure cap amunt i, a continuació, executem el fitxer per retallar la forma dels cables que està configurada per assegurar-nos que no es talli a la làmina base (paràmetres de tall: fulla 0,2 mm, velocitat 2 cm) / s, força 13). Després, traiem la cinta de coure que no forma part del cablejat.

Pas 7: full aïllant

Per tal d’evitar que es produeixi un curtcircuit que toqui els cables després de plegar la làmina base, afegim una capa aïllant. Per a això, col·loquem una capa de cinta no conductora regular a tota la làmina (gruix: 0,08 mm). Tornem a col·locar la fulla al traçador de tall, que elimina la cinta aïllant només en aquelles zones que tinguin extrems de cable que es connectin a components electrònics o que utilitzin el nou connector de circuit de cèl·lules creuades. Utilitzem els paràmetres de tall: fulla de 0,1 mm, velocitat 2 cm / s, força 4.

Pas 8: Enganxeu les muntanyes / valls que cal mantenir després de plegar-les

Al següent pas, aplicarem una capa de cinta de doble cara regular al full tant a la part inferior com a la part superior. La cinta de doble cara s’utilitza per connectar les valls i les muntanyes que mantenen l’estructura de bresca unida després de plegar-se (les muntanyes s’enganxen des de la part superior dels fulls mentre que les valls s’enganxen des del fons). Després d’inserir la làmina al traçador de tall, la cinta de doble cara es retalla en totes les zones que no s’han de gravar (configuració de tall: fulla 0,2 mm, velocitat 2 cm / s, força 6). A més, per a valls / muntanyes gravades que també porten un connector de circuit de cèl·lules creuades, el traçador de tall retalla les zones necessàries per a les connexions electròniques. Després de tallar les dues cares, pelem la cinta de doble cara que queda.

Pas 9: soldar

En un últim pas abans de soldar, ara tallem el patró de bresca per desconnectar-lo del full. A continuació, soldem els components electrònics (LED, bateria) als cables mitjançant un soldador. Si els components són petits i difícils de soldar, també podem utilitzar la pasta de soldar com a alternativa. Com que és difícil soldar el connector del circuit de cel·les creuades, utilitzem cinta conductora de doble cara per crear la connexió.

Pas 10: plegar

Ara doblegem el panal junts.

Pas 11: enceneu-lo

El vostre circuit està a punt!