3D Dijital Kum: 11 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Bu proje, cam PCB'lere bağlı SMD LED'leri kullandığım DotStar LED Cube'umun bir nevi devamı. Bu projeyi bitirdikten kısa bir süre sonra, kum tanelerinin hareketini simüle etmek için bir ivmeölçer ve bir LED matrisi kullanan Adafruit'in animasyonlu LED kumu ile karşılaştım. Bir ivmeölçerle eşleştirilmiş LED küpümün daha büyük bir versiyonunu oluşturarak bu projeyi üçüncü boyuta genişletmenin iyi bir fikir olacağını düşündüm. Küpü epoksi reçineye dökmeyi de denemek istedim.

Küpü çalışırken görmek istiyorsanız, videoya kadar aşağı kaydırın.

Adım 1: Malzeme Listesi

Aşağıdaki liste, resimde gösterildiği gibi küpü oluşturmak için gerekli malzemeleri içerir.

• 144 adet SK6805-2427 LED (örn. aliexpress)
• mikroskop slaytları (ör. amazon.de)
• bakır bant (0.035 x 30 mm) (ör. ebay.de)
• TinyDuino temel kiti - lityum versiyonu
• ivmeölçer modülü (ör. ASD2511-R-A TinyShield veya GY-521)
• prototip PCB (30 x 70 mm) (ör. amazon.de)
• şeffaf döküm reçinesi (örn. conrad.de veya amazon.de)
• 3D baskılı muhafaza

İnşaat için gerekli ek malzemeler ve araçlar

• Sıcak hava havya
• ince uçlu normal havya
• 3 boyutlu yazıcı
• lazer yazıcı
• Dupont konektörleri
• ince tel
• PCB başlık pimleri
• düşük sıcaklık lehim pastası
• PCB aşındırıcı (örneğin, demir klorür)
• Metal-cam için UV ile sertleşen yapıştırıcı (örn. NO61)
• genel amaçlı yapıştırıcı (örn. UHU Hart)
• silikon dolgu
• toner transfer kağıdı
• aseton

Adım 2: Cam PCB Yapımı

Bu süreç, DotStar LED Küp'imle ilgili önceki talimatımda ayrıntılı olarak açıklanmıştır, bu nedenle, adımları kısaca gözden geçireceğim.

1. Mikrosop slaytlarını 50,8 mm uzunluğunda parçalar halinde kesin. Doğru uzunluğu elde etmeme yardımcı olmak için 3D baskılı bir aparata sahibim (ekli.stl dosyasına bakın). 6 ila 8 parça yapmanızı önerdiğim 4 slayda ihtiyacınız olacak.
2. Bakır folyoyu cam alt tabakaya yapıştırın. UV kürleme yapıştırıcısı NO61 kullandım.
3. Ekli pdf'yi PCB tasarımı ile bir lazer yazıcı kullanarak toner transfer kağıdına yazdırın. Daha sonra tek tek parçaları kesin.
4. PCB tasarımını bakır kaplı üzerine aktarın. Bu amaçla bir laminatör kullandım.
5. Bakırı örn. Demir klorür
6. Aseton kullanarak toneri çıkarın

Adım 3: Lehim LED'leri

DotStar LED küpümde APA102-2020 LED'leri kullandım ve bu projede de aynı tip LED'leri kullanmayı planladım. Bununla birlikte, LED'lerin bireysel pedleri arasındaki küçük mesafe nedeniyle lehim köprüleri oluşturmak çok kolaydır. Bu beni her bir LED'i elle lehimlemeye zorladı ve aslında bu projede de aynı şeyi yaptım. Ne yazık ki, projeyi neredeyse bitirmek üzereyken aniden bazı lehim köprüleri veya kötü temaslar ortaya çıkmaya başladı ve bu da beni her şeyi tekrar sökmeye zorladı. Daha sonra, lehimlemeyi çok daha kolay hale getiren farklı bir ped düzenine sahip olan biraz daha büyük SK6805-2427 LED'lere geçmeye karar verdim.

Tüm pedleri düşük erime noktalı lehim pastası ile kapladım ve ardından LED'leri üstüne yerleştirdim. Ekteki şemaya bakarak LED'lerin doğru yönüne dikkat edin. Daha sonra PCB'yi mutfağımızdaki ocak gözüne koydum ve lehim eriyene kadar dikkatlice ısıttım. Bu sessizce iyi çalıştı ve sıcak hava havyamla çok az yeniden çalışma yapmak zorunda kaldım. LED matrisini test etmek için Adafruit NeoPixel en telli test örneğini çalıştıran bir Arduino Nano kullandım ve Dupont kablolarını kullanarak matrise bağladım.

Adım 4: Alt PCB'yi Hazırlayın

Alt PCB için bir prototip panosundan 30 x 30 mm'lik bir parça kestim. Daha sonra, daha sonra cam PCB'lerin bağlanacağı bazı pin başlıklarını lehimledim. VCC ve GND pinleri, küçük bir gümüş bakır tel parçası kullanılarak bağlandı. Sonra kalan tüm delikleri lehimle kapattım çünkü aksi takdirde epoksi reçine döküm işlemi sırasında sızacaktı.

Adım 5: Cam PCB'leri Takın

LED matrislerini alt PCB'ye tutturmak için tekrar UV kürleme yapıştırıcısı kullandım ancak daha yüksek viskoziteli (NO68). Doğru hizalama için 3B baskılı bir aparat kullandım (ekli.stl dosyasına bakın). Cam PCB'ler yapıştırıldıktan sonra hala biraz kıpır kıpırdı ancak pin başlıklarına lehimlendikten sonra daha sert hale geldi. Bunun için normal havyamı ve normal lehimi kullandım. Yine lehimlemeden sonra her matrisi test etmek iyi bir fikirdir. Bireysel matrislerin Din ve Dout arasındaki bağlantılar, alttaki pin başlıklarına bağlanan Dupont telleri ile yapılmıştır.

Adım 6: Elektroniği Birleştirin

Kasanın boyutunu olabildiğince küçük yapmak istediğim için normal bir Arduino Nano veya Micro kullanmak istemedim. Bu 1/2 LED küp, bu proje için mükemmel görünen TinyDuino kartlarından haberdar olmamı sağladı. İşlemci kartını, programlama için bir USB kalkanını, harici bağlantılar için bir proto kartını ve ayrıca bir küçücük şarj edilebilir LiPo pil. Geçmişe baktığımda, hala etrafta yattığım bir GY-521 modülünü kullanmak yerine sundukları 3 eksenli ivmeölçer kalkanını da satın almalıydım. Bu, devreyi daha da kompakt hale getirecek ve gerekli boyutları küçültecekti. Bu yapının şeması oldukça kolay ve aşağıda ekli. TinyDuino işlemci kartında pilden sonra harici bir anahtar eklediğim bazı değişiklikler yaptım. İşlemci kartında zaten bir anahtar var ama sadece kısaydı Muhafazanın içine sığar. Proto kartına ve GY-521 modülüne bağlantılar, en kompakt tasarıma izin vermeyen ancak kabloları doğrudan lehimlemekten daha fazla esneklik sunan pin başlıkları kullanılarak yapılır. proto kartın altındaki tellerin/pimlerin uzunluğu mümkün olduğunca kısa olmalıdır, aksi takdirde artık onu işlemci kartının üstüne takamazsınız.

7. Adım: Kodu Yükleyin

Elektroniği monte ettikten sonra ekli kodu yükleyebilir ve her şeyin çalıştığını test edebilirsiniz. Kod, ivmeölçer sallanarak yinelenebilen aşağıdaki animasyonları içerir.

• Rainbow: FastLED kitaplığından gökkuşağı animasyonu
• Dijital Kum: Bu, Adafruits animasyonlu LED kum kodunun üç boyutlu bir uzantısıdır. LED pikseller, ivmeölçerden alınan okuma değerlerine göre hareket edecektir.
• Yağmur: İvmeölçer tarafından ölçülen eğime göre yukarıdan aşağıya düşen pikseller
• Konfeti: FastLED kitaplığından düzgün bir şekilde yanıp sönen ve solan rastgele renkli benekler

Adım 8: Döküm

Şimdi LED matrisini reçineye dökme zamanı. Önceki yapımda bir yorumda önerildiği gibi, reçinenin ve camın kırılma indislerinin camın görünmez olması için eşleşmesi güzel olurdu. Reçinenin her iki bileşeninin kırılma indislerinden yola çıkarak, ikisinin karışım oranını biraz değiştirerek bunun mümkün olabileceğini düşündüm. Ancak, bazı testler yaptıktan sonra, reçinenin sertliğini bozmadan kırılma indisini fark edilir şekilde değiştiremediğimi fark ettim. Bu çok da kötü değil çünkü cam çok az görülüyor ve sonunda reçinenin yüzeyini yine de pürüzlendirmeye karar verdim. Kalıp olarak kullanılabilecek uygun bir malzeme bulmak da önemliydi. Lonesoulsurfer'ın reçine küpü gibi benzer projelerde döküm yaptıktan sonra kalıbı çıkarmanın zorluklarını okuyordum. Kendi başıma yaptığım bazı başarısız denemelerden sonra, en iyi yolun bir kalıbın 3D yazdırılması ve ardından silikon dolgu macunu ile kaplanması olduğunu buldum. Cura'da (.stl dosyası ekli) "dış konturu spiralleştir" ayarını kullanarak 30 x 30 x 60 mm'lik bir kutunun tek katmanını yazdırdım. İçinin ince bir silikon tabakası ile kaplanması, kalıbın daha sonra çıkarılmasını çok kolaylaştırır. Kalıp ayrıca silikon sızdırmazlık maddesi kullanılarak alt PCB'ye bağlanmıştır. Reçine sızacağından ve reçinede hava kabarcıkları oluşacağından kesinlikle delik olmadığından emin olun. Ne yazık ki, kalıbın duvarının yakınında oluşan küçük hava kabarcıklarından sorumlu olduğuna inandığım küçük bir sızıntı oldu.

Adım 9: Parlatma

Kalıbı çıkardıktan sonra, kalıbın pürüzsüz silikon kaplı yüzeyi sayesinde küpün çok net görünmesini sağlayabilirsiniz. Ancak silikon tabakasının kalınlığındaki farklılıklardan dolayı bazı düzensizlikler vardı. Ayrıca üst yüzey yapışma nedeniyle kenarlara doğru eğilmiştir. Bu nedenle 240 kumlu zımpara kağıdı ile ıslak zımpara yaparak şekli düzelttim. Başlangıçta, planım her şeyi daha ince tanelere geçerek yeniden cilalamaktı, ancak sonunda küpün pürüzlü bir yüzeyle daha güzel göründüğüne karar verdim ve 600 kumla bitirdim.

Adım 10: Muhafazaya Monte Edin

Elektronik aksamın muhafazası Autodesk Fusion 360 ile tasarlandı ve ardından 3D yazdırıldı. Anahtar için duvara dikdörtgen bir delik ve M3 vidaları kullanarak GY-521 modülünü monte etmek için arkaya bazı delikler ekledim. TinyDuino işlemci kartı, daha sonra M2.2 vidalar kullanılarak muhafazaya bağlanan alt plakaya takıldı. Önce anahtarı sıcak tutkal kullanarak muhafazaya monte ettim, ardından GY-521 modülü monte edildi, ardından protoboard ve pil dikkatlice yerleştirildi. LED matrisi, Dupont konektörleri kullanılarak proto kartına bağlandı ve işlemci kartı sadece alttan takılabilir. Son olarak, genel amaçlı bir yapıştırıcı (UHU Hart) kullanarak LED matrisinin alt PCB'sini muhafazaya yapıştırdım.

Adım 11: Bitmiş Küp

Sonunda küp bitti ve ışık gösterisinin tadını çıkarabilirsiniz. Animasyonlu küpün videosunu izleyin.