Sorra digital 3D: 11 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Aquest projecte és una mena de continuació del meu DotStar LED Cube on he utilitzat LED SMD connectats a PCB de vidre. Poc després d'acabar aquest projecte, em vaig trobar amb la sorra LED animada d'Adafruit que utilitza un acceleròmetre i una matriu de LED per simular el moviment dels grans de sorra. Vaig pensar que seria una bona idea ampliar aquest projecte a la tercera dimensió simplement construint una versió més gran del meu cub LED combinat amb un acceleròmetre. També volia provar de colar el cub en resina epoxi.

Si voleu veure el cub en acció, desplaceu-vos fins al vídeo.

Pas 1: llista de materials

La llista següent inclou els materials necessaris per construir el cub tal com es mostra a la imatge

• 144 LEDs SK6805-2427 LED (per exemple, aliexpress)
• làmines de microscopi (per exemple, amazon.de)
• cinta de coure (0,035 x 30 mm) (per exemple, ebay.de)
• Kit bàsic TinyDuino - versió de liti
• mòdul acceleròmetre (per exemple, ASD2511-R-A TinyShield o GY-521)
• prototip de PCB (30 x 70 mm) (per exemple, amazon.de)
• resina de fosa transparent (per exemple, conrad.de o amazon.de)
• Carcassa impresa en 3D

Material i eines addicionals necessaris per a la construcció

• Soldador d’aire calent
• soldador normal amb punta fina
• Impressora 3D
• impressora làser
• Connectors Dupont
• fil prim
• Pins de capçalera PCB
• pasta de soldadura a baixa temperatura
• PCB de substàncies químiques (per exemple, clorur fèrric)
• Cola de curat UV per a vidre metàl·lic (per exemple, NO61)
• cola per a usos generals (per exemple, UHU Hart)
• segellant de silicona
• paper de transferència de tòner
• acetona

Pas 2: fabricació de PCB de vidre

Aquest procés ja es descriu amb detall a la meva instrucció prèvia del meu DotStar LED Cube, per tant, repassaré breument els passos.

1. Talleu les diapositives del microsop en trossos de longitud de 50,8 mm. Tinc una plantilla impresa en 3D per ajudar-me a aconseguir la longitud adequada (vegeu el fitxer.stl adjunt). Necessitareu 4 diapositives que us recomano per fer de 6 a 8 peces.
2. Enganxeu la làmina de coure sobre el substrat de vidre. He utilitzat la cola de curat UV NO61.
3. Imprimiu el pdf adjunt amb el disseny de PCB al paper de transferència de tòner mitjançant una impressora làser. Després retalleu les peces individuals.
4. Transfereix el disseny del PCB al revestiment de coure. Vaig utilitzar un laminador per a aquest propòsit.
5. Graveu el coure utilitzant, per exemple, clorur fèrric
6. Traieu el tòner amb acetona

Pas 3: LED de soldadura

Al meu cub LED DotStar vaig utilitzar LED APA102-2020 i el pla era utilitzar el mateix tipus de LED en aquest projecte. No obstant això, a causa de la poca distància entre els coixinets individuals dels LED, és molt fàcil crear ponts de soldadura. Això em va obligar a soldar tots els LEDs a mà i en realitat vaig fer el mateix en aquest projecte. Malauradament, quan vaig tenir el projecte gairebé acabat de sobte, van començar a aparèixer alguns ponts de soldadura o malos contactes que em van obligar a desmuntar-ho tot de nou. Aleshores vaig decidir passar als LED SK6805-2427 una mica més grans, que tenen un disseny de coixinet diferent que els fa molt més fàcils de soldar.

Vaig cobrir totes les pastilles amb pasta de soldadura de baixa fusió i després vaig col·locar els LED a la part superior. Tingueu cura de l'orientació correcta dels LED fent referència a l'esquema adjunt. Després vaig posar el PCB a la placa calenta de la cuina i el vaig escalfar amb cura fins que la soldadura es fongués. Va funcionar bé en silenci i només vaig haver de fer poca reelaboració amb el soldador d’aire calent. Per provar la matriu LED, he utilitzat un Arduino Nano que executa l'exemple de prova de cadena Adafruit NeoPixel i l'he connectat a la matriu mitjançant cables Dupont.

Pas 4: prepareu el PCB inferior

Per al PCB inferior vaig tallar una peça de 30 x 30 mm d’un tauler prototip. Després hi he soldat algunes capçaleres de pins on es connectaran els PCB de vidre després. Els pins VCC i GND es van connectar mitjançant un petit tros de filferro de coure platejat. Llavors vaig segellar tots els forats restants amb soldadura perquè, en cas contrari, la resina epoxi es filtraria durant el procés de colada.

Pas 5: connecteu els PCB de vidre

Per fixar les matrius LED al PCB inferior vaig tornar a utilitzar una cola de curat UV però amb una viscositat més alta (NO68). Per obtenir una alineació adequada, he utilitzat una plantilla impresa en 3D (vegeu el fitxer.stl adjunt). Després d’enganxar, els PCB de vidre encara eren una mica oscil·lants, però es van tornar més rígids després de soldar-los a les capçaleres dels pins. Per a això, només he utilitzat el soldador normal i la soldadura normal. Una vegada més, és una bona idea provar totes les matrius després de soldar. Les connexions entre el Din i el Dout de les matrius individuals es van fer amb cables Dupont connectats a les capçaleres dels pins a la part inferior.

Pas 6: muntar electrònica

Com que volia fer que la dimensió de l'habitatge fos el més petita possible, no volia fer servir un Arduino Nano o Micro normal. Aquest cub LED de 1/2 per one49th em va donar a conèixer les taules TinyDuino que semblaven perfectes per a aquest projecte. Vaig obtenir el kit bàsic que inclou la placa del processador, un escut USB per a la programació, una placa proto per a connexions externes, així com un petita bateria recarregable LiPo. En retrospectiva també hauria d'haver comprat l'escut de l'acceleròmetre de 3 eixos que ofereixen en lloc d'utilitzar un mòdul GY-521 que encara tenia al voltant. Això hauria fet que el cicuit fos encara més compacte i reduís les dimensions necessàries de l’habitatge. L’esquema d’aquesta construcció és bastant fàcil i adjunt a continuació. Vaig fer alguna modificació a la placa de processador TinyDuino, on vaig afegir un commutador extern després de la bateria. La placa de processador ja té un commutador, però S'adapten a la carcassa. Les connexions a la placa proto i al mòdul GY-521 es realitzen mitjançant capçals de pin que no permeten el disseny més compacte, però ofereixen més flexibilitat que soldar els cables directament. T La longitud dels cables / pins de la part inferior de la placa proto ha de ser el més curta possible, en cas contrari, ja no es pot connectar a la part superior de la placa del processador.

Pas 7: pengeu el codi

Després d’haver muntat l’electrònica, podeu penjar el codi adjunt i comprovar que tot funciona. El codi inclou les animacions següents que es poden iterar sacsejant l’acceleròmetre.

• Rainbow: animació Rainbow de la biblioteca FastLED
• Digital Sand: és una extensió del codi de sorra LED animat per Adafruits a tres dimensions. Els píxels LED es mouran segons els valors de lectura de l’acceleròmetre.
• Pluja: píxels que cauen de dalt a baix segons la inclinació mesurada per acceleròmetre
• Confeti: taques de colors aleatoris que parpellegen i s’esvaeixen sense problemes de la biblioteca FastLED

Pas 8: emissió

Ara és hora de projectar la matriu LED en resina. Com suggerí en un comentari de la meva versió anterior, estaria bé que els índexs de refracció de la resinf i el vidre coincidissin de manera que el vidre fos invisible. A jutjar pels índexs de refracció d'ambdós components de la resina, vaig pensar que això podria ser possible variant una mica la ració de mescla dels dos. No obstant això, després de fer algunes proves, vaig trobar que no era capaç de canviar l'índex de refracció sensiblement sense arruïnar la duresa de la resina. Això no està gens malament, ja que el vidre només es veu poc a poc i, al final, vaig decidir desbastar la superfície de la resina de totes maneres. També era important trobar un material adequat que es pogués utilitzar com a motlle. Llegia sobre les dificultats per eliminar el motlle després de colar-lo en projectes similars com el cub de resina de lonesoulsurfer. Després d’uns assajos propis sense èxit, vaig trobar que la millor manera era imprimir un motlle en 3D i després recobrir-lo amb silicona. Acabo d'imprimir una sola capa d'una caixa de 30 x 30 x 60 mm mitjançant el paràmetre "contorn exterior en espiral" de Cura (fitxer.stl adjunt). Recobrir-lo amb una capa fina de silicona a l'interior fa que el motlle sigui molt fàcil de treure després. El motlle es va fixar al PCB inferior també mitjançant un segellant de silicona. Assegureu-vos que no hi hagi forats, ja que, per descomptat, la resina es filtrarà i també es formaran bombolles d’aire a la resina. Malauradament, vaig tenir una petita fuita que, crec, és responsable de petites bombolles d’aire que es van formar a prop de la paret del motlle.

Pas 9: polit

Després d’eliminar el motlle, es pot fer que el cub sembli molt clar a causa de la superfície llisa recoberta de silicona del motlle. No obstant això, hi va haver algunes irregularitats a causa de les variacions de gruix de la capa de silicona. També la superfície superior es va deformar cap a les vores a causa de l'adherència. Per tant, he refinat la forma mitjançant un poliment humit amb paper de polir de 240 gra. Originalment, el meu pla era repol·lar-ho tot passant a graons sempre més fins, però, al final, vaig decidir que el cub semblava més bonic amb una superfície rugosa, així que vaig acabar amb 600 gra.

Pas 10: muntar a l'habitatge

La carcassa de l'electrònica va ser dissenyada amb Autodesk Fusion 360 i després impresa en 3D. Vaig afegir un forat rectangular a la paret del commutador i alguns forats a la part posterior per muntar el mòdul GY-521 mitjançant cargols M3. La placa del processador TinyDuino es va fixar a la placa inferior que després es va fixar a la carcassa mitjançant cargols M2.2. Al principi vaig muntar l’interruptor a la carcassa amb cola calenta, i després es va muntar el mòdul GY-521, després es va inserir amb cura la protoborda i la bateria. La matriu LED es va connectar a la placa proto mitjançant connectors Dupont i la placa del processador només es pot connectar des de la part inferior. Finalment, vaig enganxar el PCB inferior de la matriu LED a la carcassa amb un adhesiu per a usos generals (UHU Hart).

Pas 11: Cub acabat

Finalment, el cub s'ha acabat i es pot gaudir de l'espectacle de llums. Consulteu el vídeo del cub animat.