FoldTronics: Δημιουργία τρισδιάστατων αντικειμένων με ενσωματωμένα ηλεκτρονικά με τη χρήση πτυσσόμενου μελιού Δομές κομπάζ: 11 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Σε αυτό το σεμινάριο, παρουσιάζουμε το FoldTronics, μια τεχνική κατασκευής βασισμένη σε κοπή 2D για την ενσωμάτωση ηλεκτρονικών σε τρισδιάστατα διπλωμένα αντικείμενα. Η βασική ιδέα είναι να κόψετε και να τρυπήσετε ένα φύλλο 2D χρησιμοποιώντας ένα πλότερ κοπής για να το αναδιπλώσετε σε μια τρισδιάστατη δομή κηρήθρας. πριν από την αναδίπλωση, οι χρήστες τοποθετούν τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα και κυκλώματα στο φύλλο.

Η διαδικασία κατασκευής διαρκεί μόνο λίγα λεπτά επιτρέποντας στους χρήστες να προτυποποιήσουν γρήγορα λειτουργικές διαδραστικές συσκευές. Τα αντικείμενα που προκύπτουν είναι ελαφριά και άκαμπτα, επιτρέποντας έτσι εφαρμογές ευαίσθητες στο βάρος και ευαίσθητες στη δύναμη. Λόγω της φύσης των κηρηθρών, τα δημιουργημένα αντικείμενα μπορούν να διπλωθούν σε έναν άξονα και έτσι να μεταφερθούν αποτελεσματικά σε αυτόν τον συμπαγή παράγοντα μορφής.

Εκτός από μια μηχανή κοπής χαρτιού, θα χρειαστείτε τα ακόλουθα υλικά:

• Διαφανές πλαστικό φύλλο PET/μεμβράνη διαφάνειας
• Κολλητικό φύλλο/φύλλο χαλκού
• Κολλητικό φύλλο διπλής όψης
• Αυτοκόλλητη κολλητική ταινία διπλής όψης
• Τακτική μεγάλη ταινία ή κολλητικό βινύλιο

Βήμα 1: Λήψη λογισμικού FoldTronics

Το εργαλείο σχεδίασης για το FoldTronics υλοποιείται στον επεξεργαστή 3D Rhino3D ως επέκταση Grasshopper. Το Grasshopper εξάγει απευθείας τα στρώματα για το φύλλο κηρήθρας, τη μονωτική ταινία και τη συναρμολόγηση βουνού/κοιλάδας. Επιπλέον, για τη δημιουργία της καλωδίωσης, εφαρμόσαμε ένα πρόσθετο ULP στο λογισμικό ηλεκτρονικού σχεδιασμού EAGLE, το οποίο εξάγει το στρώμα καλωδίωσης - καθιστώντας τη στοίβα των στρωμάτων πλήρη.

Το λογισμικό για το εργαλείο σχεδιασμού μας βρίσκεται στο GitHub:

Θα χρειαστείτε:

• Το πιο πρόσφατο Rhino5 WIP
• Ακρίδα
• ΑΕΤΟΣ
• Εικονογράφος
• Στούντιο Silhouette

Βήμα 2: Σχεδιασμός συσκευής χρησιμοποιώντας το λογισμικό

Για να δημιουργήσουμε το κύκλωμα LED, ξεκινάμε δημιουργώντας ένα τρισδιάστατο μοντέλο στον 3D επεξεργαστή Rhino3D για το οποίο εφαρμόσαμε το πρόσθετο FoldTronics. Αφού δημιουργήσουμε το βασικό σχήμα του τρισδιάστατου μοντέλου, το μετατρέπουμε σε δομή κηρήθρας πατώντας το κουμπί "μετατροπή". Μόλις ο αλγόριθμος διαχωρίσει το μοντέλο σε κελιά κηρήθρας, το αποτέλεσμα εμφανίζεται στην τρισδιάστατη προβολή.

Μπορούμε τώρα να αλλάξουμε την ανάλυση της κηρήθρας χρησιμοποιώντας το ρυθμιστικό που παρέχεται για να βρούμε την καλύτερη αντιστάθμιση μεταξύ υψηλότερης ανάλυσης και να έχουμε αρκετό χώρο στα κελιά για να τοποθετήσουμε το LED, την μπαταρία και το βύσμα κυκλώματος μεταξύ κυψελών.

Το ρυθμιστικό ανάλυσης αλλάζει τόσο τον αριθμό των στηλών όσο και τον αριθμό των κελιών ταυτόχρονα, επειδή η αλλαγή της ανάλυσης για τις στήλες και τις γραμμές ξεχωριστά θα έχει ως αποτέλεσμα τη διαφορά του τελικού σχήματος από το αρχικό σχήμα.

Για να προσθέσετε το LED, τη μπαταρία και το βύσμα κυκλώματος μεταξύ κυψελών, τα επιλέγουμε από τη λίστα των εξαρτημάτων από το μενού και τα προσθέτουμε κάνοντας κλικ στο αντίστοιχο κουμπί. Αυτό δημιουργεί αυτόματα ένα τρισδιάστατο μοντέλο ενός κουτιού που αντιπροσωπεύει το μέγεθος του επιλεγμένου ηλεκτρονικού εξαρτήματος. Τώρα μπορούμε να σύρουμε τη λυχνία LED και άλλα ηλεκτρονικά εξαρτήματα σε μια θέση στην ένταση 3D. Σε περίπτωση που τοποθετήσουμε κατά λάθος ένα στοιχείο σε μια πτυχή ή σε ένα μη έγκυρο κελί, αυτό μεταφέρεται αυτόματα στο επόμενο έγκυρο κελί.

1. Εισαγάγετε ένα τρισδιάστατο μοντέλο στο Rhinoceros.
2. Εκτελέστε το "Grasshopper" και ανοίξτε το "HoneycombConvert_8.gh".
3. Επιλέξτε το μοντέλο στο Rhinoceros και κάντε δεξί κλικ σε ένα συστατικό brep και "Set one brep" στο Grasshopper.
4. Ανοίξτε τον "Πίνακα τηλεχειριστηρίου" του View of Grasshopper.
5. Αλλάξτε το πλάτος του κελιού χρησιμοποιώντας το ρυθμιστικό.
6. Μετατρέψτε το μοντέλο σε δομή κηρήθρας και 2D δεδομένα κοπής κάνοντας κλικ στην επιλογή "Μετατροπή κηρήθρας".
7. Μετακινήστε το στοιχείο (μπλε χρώμα) και αλλάξτε το μέγεθος "επιλέξτε στοιχεία από αυτήν τη λίστα". (ακόμα κατασκευή)
8. Δημιουργία δεδομένων στοιχείων κάνοντας κλικ στην επιλογή "δημιουργία στοιχείων".
9. Δημιουργία των δεδομένων 2D κάνοντας κλικ στην επιλογή "δημιουργία κομμένων δεδομένων".
10. Εξαγωγή γραμμών κοπής με "επιλεγμένα αντικείμενα" ως αρχείο AI.

Βήμα 3: Εξαγωγή επιπέδων για κατασκευή

Μόλις τελειώσουμε με την τοποθέτηση των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, πατάμε το κουμπί "εξαγωγή" για να δημιουργήσουμε τα επίπεδα για κατασκευή. Κατά την εξαγωγή, το πρόσθετο επεξεργαστή 3D δημιουργεί όλα τα επίπεδα της στοίβας κατασκευής ως αρχεία σχεδίασης 2D (μορφή αρχείου. DXF) εκτός από το επίπεδο που περιέχει την καλωδίωση, το οποίο θα δημιουργηθεί ξεχωριστά σε μεταγενέστερο βήμα της διαδικασίας.

Για να δημιουργήσουν το στρώμα καλωδίωσης που λείπει, οι χρήστες ανοίγουν το 2D αρχείο της δομής κηρήθρας στο λογισμικό ηλεκτρονικού σχεδιασμού EAGLE και εκτελούν το προσαρμοσμένο μας πρόσθετο EAGLE ULP. Το πρόσθετο δημιουργεί μια πλακέτα κυκλώματος στο μέγεθος του μοτίβου κηρήθρας και στη συνέχεια μετατρέπει κάθε έγχρωμο τετράγωνο πίσω σε ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα (δηλαδή το LED, τη μπαταρία και το βύσμα κυκλώματος μεταξύ κυψελών). Με τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα που υπάρχουν ήδη στο φύλλο, οι χρήστες μπορούν τώρα να δημιουργήσουν το σχηματικό σχήμα. Τέλος, οι χρήστες μπορούν να χρησιμοποιήσουν τη λειτουργία αυτόματης καλωδίωσης του EAGLE για να δημιουργήσουν το πλήρες κύκλωμα στο φύλλο τελειώνοντας το τελευταίο στρώμα που λείπει για κατασκευή.

** Επί του παρόντος, το ULP plugin βρίσκεται υπό κατασκευή. Πρέπει να βάλετε χειροκίνητα τα εξαρτήματα.

Βήμα 4: Κατασκευή, συναρμολόγηση και αναδίπλωση

Τώρα μπορούμε να αρχίσουμε να προσθέτουμε τα δημιουργούμενα επίπεδα μαζί. Για να κατασκευάσουμε τα επίπεδα, πρέπει μόνο να κόψουμε το σχέδιο 2D κάθε στρώματος (μορφή αρχείου. DXF) με τη σωστή σειρά χρησιμοποιώντας το σχεδιαστή κοπής.

Βήμα 5: Κοπή και διάτρηση του φύλλου βάσης

Αρχικά εισάγουμε το φύλλο βάσης (πλαστικό PET) στον κόφτη και το κόβουμε και το τρυπάμε για να δημιουργήσουμε τις γραμμές βουνού, κοιλάδας και σχισμών καθώς και τους δείκτες για τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Η διαδικασία FoldTronics διατρυπά μόνο το φύλλο από την κορυφή και διαφοροποιεί τις γραμμές βουνού και κοιλάδας χρησιμοποιώντας ξεχωριστές οπτικές σημειώσεις (διακεκομμένες γραμμές για βουνά έναντι διακεκομμένες γραμμές για κοιλάδες), επειδή απαιτούν αναδίπλωση σε αντίθετες κατευθύνσεις αργότερα. Εναλλακτικά, η διαδικασία FoldTronics μπορεί επίσης να τρυπήσει το φύλλο και από τις δύο πλευρές, δηλαδή να τρυπήσει τα βουνά από την κορυφή και τις κοιλάδες από το κάτω μέρος, ωστόσο, αυτό απαιτεί την επανατοποθέτηση του φύλλου στο πλάντερ κοπής.

Ενώ όλες οι σχισμές κόβονται, το περίγραμμα της κηρήθρας είναι μόνο διάτρητο για να διατηρείται συνδεδεμένο με το κύριο φύλλο, πράγμα που μας επιτρέπει να επεξεργαζόμαστε περαιτέρω το φύλλο με το πλάντερ κοπής στα επόμενα βήματα. Τέλος, οι χώροι όπου θα συγκολληθούν ηλεκτρονικά εξαρτήματα είναι επίσης διάτρητοι για να είναι πιο εύκολο να μάθετε ποιο στοιχείο πηγαίνει πού.

Για τα αντικείμενα που χρησιμοποιούνται σε αυτό το χαρτί, χρησιμοποιούμε πλαστικά φύλλα PET, πάχους 0,1mm και κόβουμε τα φύλλα με ένα πλεκτό κοπής (μοντέλο: Silhouette Portrait, ρυθμίσεις κοπής: λεπίδα 0,2mm, ταχύτητα 2cm/s, δύναμη 10, ρυθμίσεις διάτρησης: λεπίδα 0,2mm, ταχύτητα 2cm/s, δύναμη 6).

Βήμα 6: Τοποθέτηση της καλωδίωσης με ταινία χαλκού

Στη συνέχεια, τοποθετούμε ένα στρώμα μονόπλευρης ταινίας χαλκού (πάχος: 0,07mm) σε όλο το φύλλο. Τοποθετούμε ξανά το φύλλο στο πλάντερ κοπής με την πλευρά του χαλκού προς τα πάνω, στη συνέχεια εκτελούμε το αρχείο για να κόψουμε το σχήμα των συρμάτων που έχει διαμορφωθεί ώστε να βεβαιωθούμε ότι δεν θα κοπεί στο φύλλο βάσης (ρυθμίσεις κοπής: λεπίδα 0,2mm, ταχύτητα 2cm /s, δύναμη 13). Στη συνέχεια, αφαιρούμε την ταινία χαλκού που δεν αποτελεί μέρος της καλωδίωσης.

Βήμα 7: Μονωτικό φύλλο

Προκειμένου να αποφευχθεί τυχόν βραχυκύκλωμα από την επαφή καλωδίων μετά την αναδίπλωση του φύλλου βάσης, προσθέτουμε στη συνέχεια ένα μονωτικό στρώμα. Για αυτό, τοποθετούμε ένα στρώμα κανονικής μη αγώγιμης ταινίας σε όλο το φύλλο (πάχος: 0,08mm). Τοποθετούμε ξανά το φύλλο στο πλότερ κοπής, το οποίο αφαιρεί τη μονωτική ταινία μόνο σε εκείνες τις περιοχές που έχουν άκρα σύρματος που είτε θα συνδεθούν με ηλεκτρονικά εξαρτήματα είτε χρησιμοποιούν το νέο μας συνδετήρα κυκλώματος εγκάρσιας κυψέλης. Χρησιμοποιούμε τις ρυθμίσεις κοπής: λεπίδα 0.1mm, ταχύτητα 2cm/s, δύναμη 4.

Βήμα 8: Κολλήστε βουνά/κοιλάδες για κράτηση μετά το δίπλωμα

Στο επόμενο βήμα, εφαρμόζουμε ένα στρώμα κανονικής ταινίας διπλής όψης στο φύλλο τόσο στο κάτω μέρος όσο και στην κορυφή του. Η ταινία διπλής όψης χρησιμοποιείται για τη σύνδεση των κοιλάδων και των βουνών που συγκρατούν τη δομή της κηρήθρας μετά την αναδίπλωση (τα βουνά κολλάνε από την κορυφή των φύλλων ενώ οι κοιλάδες κολλούνται από το κάτω μέρος). Μετά την τοποθέτηση του φύλλου στο πλότερ κοπής, η ταινία διπλής όψης κόβεται σε όλες τις περιοχές που δεν υποτίθεται ότι είναι κολλημένες μεταξύ τους (ρυθμίσεις κοπής: λεπίδα 0,2mm, ταχύτητα 2cm/s, δύναμη 6). Επιπλέον, για κολλημένες κοιλάδες/βουνά που φέρουν επίσης συνδετήρα κυκλώματος μεταξύ κυψελών, ο σχεδιαστής κοπής κόβει τις περιοχές που απαιτούνται για τις ηλεκτρονικές συνδέσεις. Αφού κόψουμε και τις δύο πλευρές, αφαιρούμε την υπόλοιπη ταινία διπλής όψης.

Βήμα 9: Συγκόλληση

Σε ένα τελευταίο βήμα πριν από τη συγκόλληση, τώρα κόβουμε το μοτίβο κηρήθρας για να το αποσυνδέσουμε από το φύλλο. Στη συνέχεια, κολλάμε τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα (LED, μπαταρία) στα καλώδια χρησιμοποιώντας ένα συγκολλητικό σίδερο. Εάν τα εξαρτήματα είναι μικρά και είναι δύσκολο να κολληθούν, μπορούμε επίσης να χρησιμοποιήσουμε πάστα συγκόλλησης ως εναλλακτική λύση. Δεδομένου ότι η συγκόλληση του συνδετήρα κυκλώματος μεταξύ κυψελών είναι δύσκολη, χρησιμοποιούμε αγώγιμη ταινία διπλής όψης για να δημιουργήσουμε τη σύνδεση.

Βήμα 10: Πτυσσόμενο

Τώρα διπλώνουμε την κηρήθρα μαζί.

Βήμα 11: Φωτίστε το

Το κύκλωμά σας είναι έτοιμο!