3D ψηφιακή άμμος: 11 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Αυτό το έργο είναι ένα είδος συνέχειας του DotStar LED Cube μου όπου χρησιμοποίησα SMD LED προσαρτημένα σε γυάλινα PCB. Λίγο μετά την ολοκλήρωση αυτού του έργου, συνάντησα την κινούμενη άμμο LED της Adafruit που χρησιμοποιεί επιταχυνσιόμετρο και μήτρα LED για να προσομοιώσει την κίνηση των κόκκων άμμου. Σκέφτηκα ότι θα ήταν μια ωραία ιδέα να επεκτείνω αυτό το έργο στην τρίτη διάσταση δημιουργώντας απλώς μια μεγαλύτερη έκδοση του κύβου LED μου σε συνδυασμό με ένα επιταχυνσιόμετρο. Wantedθελα επίσης να δοκιμάσω να ρίξω τον κύβο σε εποξειδική ρητίνη.

Αν θέλετε να δείτε τον κύβο σε δράση, μετακινηθείτε μέχρι το βίντεο.

Βήμα 1: Λογαριασμός Υλικών

Η παρακάτω λίστα περιλαμβάνει τα υλικά που χρειάζονται για την κατασκευή του κύβου όπως φαίνεται στην εικόνα

• 144 τεμάχια LED SK6805-2427 (π.χ. aliexpress)
• διαφάνειες μικροσκοπίου (π.χ. amazon.de)
• ταινία χαλκού (0,035 x 30 mm) (π.χ. ebay.de)
• Βασικό κιτ TinyDuino - έκδοση λιθίου
• μονάδα επιταχυνσιόμετρου (π.χ. ASD2511-R-A TinyShield ή GY-521)
• πρωτότυπο PCB (30 x 70 mm) (π.χ. amazon.de)
• διαφανής ρητίνη χύτευσης (π.χ. conrad.de ή amazon.de)
• Τρισδιάστατο περίβλημα

Επιπλέον υλικά και εργαλεία που απαιτούνται για την κατασκευή

• Συγκολλητικό σίδερο ζεστού αέρα
• κανονικό κολλητήρι με λεπτή μύτη
• Τρισδιάστατος εκτυπωτής
• εκτυπωτής με λέιζερ
• Συνδέσεις Dupont
• λεπτό σύρμα
• Καρφίτσες κεφαλίδας PCB
• κόλλα συγκόλλησης χαμηλής θερμοκρασίας
• Διαβρωτικό PCB (π.χ. χλωριούχο σίδηρο)
• Κόλλα σκλήρυνσης UV για μέταλλο-γυαλί (π.χ. NO61)
• κόλλα γενικής χρήσης (π.χ. UHU Hart)
• σιλικόνη στεγανή
• χαρτί μεταφοράς γραφίτη
• ακετόνη

Βήμα 2: Κατασκευή γυάλινων PCB

Αυτή η διαδικασία έχει ήδη περιγραφεί λεπτομερώς στο προηγούμενο οδηγό μου για το DotStar LED Cube, επομένως, θα περάσω εν συντομία τα βήματα.

1. Κόψτε τις πλάκες μικροσκοπίου σε κομμάτια μήκους 50,8 mm. Έχω εκτυπώσει τρισδιάστατα ένα jig για να με βοηθήσει να επιτύχω το σωστό μήκος (δείτε συνημμένο αρχείο.stl). Θα χρειαστείτε 4 διαφάνειες που προτείνω για να φτιάξετε 6 έως 8 κομμάτια.
2. Κολλήστε το φύλλο χαλκού στο γυάλινο υπόστρωμα. Χρησιμοποίησα την UV κόλλα σκλήρυνσης NO61.
3. Εκτυπώστε το συνημμένο pdf με το PCB στο χαρτί μεταφοράς γραφίτη χρησιμοποιώντας εκτυπωτή λέιζερ. Στη συνέχεια κόψτε τα μεμονωμένα κομμάτια.
4. Μεταφέρετε το σχέδιο του PCB στο χάλκινο ντύσιμο. Χρησιμοποίησα πλαστικοποιητή για αυτό το σκοπό.
5. Χαράξτε τον χαλκό χρησιμοποιώντας π.χ. χλωριούχος σίδηρος
6. Αφαιρέστε το γραφίτη χρησιμοποιώντας ακετόνη

Βήμα 3: LED συγκόλλησης

Στον κύβο LED DotStar χρησιμοποίησα LED APA102-2020 και το σχέδιο ήταν να χρησιμοποιήσω τον ίδιο τύπο LED σε αυτό το έργο. Ωστόσο, λόγω της μικρής απόστασης μεταξύ των μεμονωμένων μαξιλαριών των LED είναι πολύ εύκολο να δημιουργηθούν γέφυρες συγκόλλησης. Αυτό με ανάγκασε να κολλήσω κάθε LED με το χέρι και έκανα το ίδιο πράγμα σε αυτό το έργο. Δυστυχώς, όταν είχα σχεδόν τελειώσει το έργο ξαφνικά, άρχισαν να εμφανίζονται κάποιες γέφυρες ή κακές επαφές που με ανάγκασαν να τα αποσυναρμολογήσω ξανά. Στη συνέχεια, αποφάσισα να μεταβώ στα ελαφρώς μεγαλύτερα LED SK6805-2427, τα οποία έχουν διαφορετική διάταξη μαξιλαριού που τα καθιστά πολύ πιο εύκολα κολλητά.

Κάλυψα όλα τα τακάκια με κόλλα συγκόλλησης χαμηλής τήξης και έπειτα τοποθέτησα τα LED στην κορυφή. Φροντίστε για τον σωστό προσανατολισμό των LED ανατρέχοντας στο συνημμένο σχήμα. Μετά από αυτό, έβαλα το PCB στο καυτό πιάτο της κουζίνας μας και το ζέστανα προσεκτικά μέχρι να λιώσει η κόλλα. Αυτό λειτούργησε αθόρυβα καλά και έπρεπε να κάνω ελάχιστες εργασίες με το κολλητήρι ζεστού αέρα. Για να δοκιμάσω το πλέγμα LED χρησιμοποίησα ένα Arduino Nano που εκτελούσε το παράρτημα δοκιμής Adafruit NeoPixel και το συνέδεσα με τη μήτρα χρησιμοποιώντας καλώδια Dupont.

Βήμα 4: Προετοιμάστε το κάτω PCB

Για το κάτω PCB έκοψα ένα κομμάτι 30 x 30 mm από ένα πρωτότυπο χαρτόνι. Στη συνέχεια, κόλλησα μερικές κεφαλίδες καρφίτσας σε αυτό, όπου τα γυάλινα PCB θα συνδεθούν στη συνέχεια. Οι ακίδες VCC και GND συνδέθηκαν χρησιμοποιώντας ένα μικρό κομμάτι ασημένιου σύρματος χαλκού. Στη συνέχεια, σφράγισα όλα τα υπόλοιπα μέσα από τρύπες με κόλλα, γιατί αλλιώς η εποξειδική ρητίνη θα διαρρεύσει κατά τη διαδικασία χύτευσης.

Βήμα 5: Συνδέστε γυάλινα PCB

Για να στερεώσω τις μήτρες LED στο κάτω PCB χρησιμοποίησα ξανά μια κόλλα σκλήρυνσης UV αλλά με υψηλότερο ιξώδες (NO68). Για σωστή ευθυγράμμιση χρησιμοποίησα τρισδιάστατη εκτύπωση jig (δείτε συνημμένο αρχείο.stl). Μετά την κόλληση των γυάλινων PCB ήταν ακόμα λίγο σφιχτά, αλλά έγιναν πιο άκαμπτα αφού συγκολλήθηκαν στις κεφαλίδες των πείρων. Για αυτό απλώς χρησιμοποίησα το συνηθισμένο κολλητήρι μου και την κανονική συγκόλληση. Και πάλι είναι καλή ιδέα να δοκιμάσετε κάθε μήτρα μετά τη συγκόλληση. Οι συνδέσεις μεταξύ Din και Dout των επιμέρους πινάκων πραγματοποιήθηκαν με καλώδια Dupont συνδεδεμένα με τις επικεφαλίδες των ακίδων στο κάτω μέρος.

Βήμα 6: Συναρμολόγηση ηλεκτρονικών

Επειδή ήθελα να κάνω τη διάσταση του περιβλήματος όσο το δυνατόν μικρότερη δεν ήθελα να χρησιμοποιήσω ένα κανονικό Arduino Nano ή Micro. Αυτός ο κύβος LED 1/2 κατά ένα 49ο με ενημέρωσε για τις πλακέτες TinyDuino που φαίνονταν τέλειες για αυτό το έργο. Πήρα το βασικό κιτ που περιλαμβάνει την πλακέτα επεξεργαστή, μια ασπίδα USB για προγραμματισμό, μια πλακέτα πρωτο για εξωτερικές συνδέσεις καθώς και ένα μικροσκοπική επαναφορτιζόμενη μπαταρία LiPo. Εκ των υστέρων θα έπρεπε επίσης να είχα αγοράσει την ασπίδα επιταχυνσιόμετρου 3 αξόνων που προσφέρουν αντί να χρησιμοποιήσω μια μονάδα GY-521 την οποία είχα ακόμα ξαπλωμένη. Αυτό θα έκανε το cicuit ακόμα πιο συμπαγές και θα μείωνε τις απαραίτητες διαστάσεις Το σχήμα για αυτήν την κατασκευή είναι αρκετά εύκολο και επισυνάπτεται παρακάτω. Έκανα κάποια τροποποίηση στην πλακέτα επεξεργαστή TinyDuino, όπου πρόσθεσα έναν εξωτερικό διακόπτη μετά την μπαταρία. Η πλακέτα επεξεργαστή έχει ήδη έναν διακόπτη, αλλά ήταν πολύ σύντομος ταιριάζουν με το περίβλημα. Οι συνδέσεις με την πλακέτα πρωτότυπου και τη μονάδα GY-521 γίνονται με κεφαλίδες καρφιτσών που δεν επιτρέπουν τον πιο συμπαγή σχεδιασμό αλλά προσφέρει μεγαλύτερη ευελιξία από την απευθείας συγκόλληση των καλωδίων. Το μήκος των καλωδίων/ακίδων στο κάτω μέρος της πλακέτας πρωτότυπου πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερο, διαφορετικά δεν μπορείτε να το συνδέσετε πλέον στο πάνω μέρος της πλακέτας επεξεργαστή.

Βήμα 7: Ανεβάστε τον κώδικα

Αφού συναρμολογήσετε τα ηλεκτρονικά, μπορείτε να ανεβάσετε τον συνημμένο κώδικα και να ελέγξετε ότι όλα λειτουργούν. Ο κώδικας περιλαμβάνει τις ακόλουθες κινούμενες εικόνες που μπορούν να επαναληφθούν ανακινώντας το επιταχυνσιόμετρο.

• Rainbow: Rainbow animation από τη βιβλιοθήκη FastLED
• Sandηφιακή άμμος: Αυτή είναι μια επέκταση του κινούμενου κωδικού άμμου LED Adafruits σε τρεις διαστάσεις. Τα εικονοστοιχεία LED θα κινούνται σύμφωνα με τις τιμές ανάγνωσης από το επιταχυνσιόμετρο.
• Βροχή: Τα pixel πέφτουν από πάνω προς τα κάτω σύμφωνα με την κλίση που μετράται με επιταχυνσιόμετρο
• Κομφετί: Τυχαία χρωματισμένα στίγματα που αναβοσβήνουν και σβήνουν ομαλά από τη βιβλιοθήκη FastLED

Βήμα 8: Χύτευση

Τώρα είναι καιρός να ρίξουμε τη μήτρα LED σε ρητίνη. Όπως προτείνω σε ένα σχόλιο στην προηγούμενη κατασκευή μου, θα ήταν ωραίο οι δείκτες διάθλασης της ρητίνης και του γυαλιού να ταιριάζουν έτσι ώστε το γυαλί να είναι αόρατο. Κρίνοντας από τους δείκτες διάθλασης και των δύο συστατικών της ρητίνης, σκέφτηκα ότι αυτό θα μπορούσε να είναι εφικτό μεταβάλλοντας ελαφρώς την αναλογία ανάμιξης των δύο. Ωστόσο, μετά από κάποια δοκιμή διαπίστωσα ότι δεν ήμουν σε θέση να αλλάξω αισθητά τον δείκτη διάθλασης χωρίς να καταστρέψω τη σκληρότητα της ρητίνης. Αυτό δεν είναι πολύ κακό καθώς το γυαλί είναι μόνο ολισθηρό και στο τέλος αποφάσισα να τραχύσω την επιφάνεια της ρητίνης ούτως ή άλλως. Wasταν επίσης σημαντικό να βρεθεί ένα κατάλληλο υλικό που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως μούχλα. Διάβαζα για τις δυσκολίες αφαίρεσης του καλουπιού μετά τη χύτευση σε παρόμοια έργα όπως ο κύβος ρητίνης του lonesoulsurfer. Μετά από κάποιες δικές μου ανεπιτυχείς δοκιμές, διαπίστωσα ότι ο καλύτερος τρόπος ήταν να εκτυπώσω ένα καλούπι 3D και στη συνέχεια να το επικαλύψω με σιλικόνη. Μόλις εκτύπωσα ένα μόνο στρώμα κουτιού 30 x 30 x 60 mm χρησιμοποιώντας τη ρύθμιση "spiralize εξωτερικό περίγραμμα" στο Cura (συνημμένο αρχείο.stl). Η επένδυση του με ένα στρώμα σιλικόνης σε λεπτό στρώμα στο εσωτερικό καθιστά το καλούπι πολύ εύκολο να αφαιρεθεί στη συνέχεια. Το καλούπι προσαρτήθηκε στο κάτω PCB χρησιμοποιώντας επίσης σιλικόνη στεγανότητας. Βεβαιωθείτε ότι δεν υπάρχουν τρύπες καθώς φυσικά η ρητίνη θα διαπεράσει και επίσης θα δημιουργηθούν φυσαλίδες αέρα στη ρητίνη. Δυστυχώς, είχα κάποια μικρή διαρροή η οποία, πιστεύω ότι είναι υπεύθυνη για μικρές φυσαλίδες αέρα που σχηματίστηκαν κοντά στο τοίχωμα του καλουπιού.

Βήμα 9: Γυάλισμα

Αφού αφαιρέσετε το καλούπι, μπορείτε ο κύβος να φαίνεται πολύ καθαρός λόγω της λείας επιφάνειας του καλουπιού με επικάλυψη σιλικόνης. Ωστόσο, υπήρξαν κάποιες παρατυπίες λόγω διακυμάνσεων στο πάχος του στρώματος σιλικόνης. Επίσης η επάνω επιφάνεια ήταν στρεβλωμένη προς τις άκρες λόγω πρόσφυσης. Ως εκ τούτου, τελειοποίησα το σχήμα με υγρό τρίψιμο χρησιμοποιώντας 240 τρίψιμο χαρτιού λείανσης. Αρχικά, το σχέδιό μου ήταν να επανατοποθετήσω τα πάντα μετακινούμενος σε πιο λεπτόκοκκο χαλίκι, ωστόσο, τελικά αποφάσισα ότι ο κύβος φαίνεται ωραιότερος με μια τραχιά επιφάνεια, οπότε τελείωσα με 600 κόκκους.

Βήμα 10: Προσάρτηση σε κατοικία

Το περίβλημα για τα ηλεκτρονικά σχεδιάστηκε με το Autodesk Fusion 360 και στη συνέχεια εκτυπώθηκε 3D. Πρόσθεσα μια ορθογώνια τρύπα στον τοίχο για τον διακόπτη και μερικές οπές στο πίσω μέρος για να τοποθετήσουμε τη μονάδα GY-521 χρησιμοποιώντας βίδες M3. Η πλακέτα επεξεργαστή TinyDuino ήταν προσαρτημένη στην κάτω πλάκα η οποία στη συνέχεια προσαρτήθηκε στο περίβλημα χρησιμοποιώντας βίδες M2.2. Στην αρχή τοποθέτησα το διακόπτη στο περίβλημα χρησιμοποιώντας θερμή κόλλα, στη συνέχεια τοποθετήθηκε η μονάδα GY-521, μετά από την οποία ο πρωτοπόρος και η μπαταρία τοποθετήθηκαν προσεκτικά. Η μήτρα LED ήταν προσαρτημένη στην πλακέτα proto χρησιμοποιώντας συνδετήρες Dupont και η πλακέτα επεξεργαστή μπορεί απλώς να συνδεθεί από το κάτω μέρος. Τέλος κόλλησα το κάτω PCB της μήτρας LED στο περίβλημα χρησιμοποιώντας κόλλα γενικής χρήσης (UHU Hart).

Βήμα 11: Τελειωμένος κύβος

Τέλος ο κύβος έχει τελειώσει και μπορείτε να απολαύσετε το φως της παράστασης. Δείτε το βίντεο του κινούμενου κύβου.