3D Digital Sand: 11 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Det här projektet är en slags fortsättning på min DotStar LED Cube där jag använde SMD -lysdioder fästa på glas PCB. Strax efter att ha avslutat detta projekt stötte jag på den animerade LED -sanden från Adafruit som använder en accelerometer och en LED -matris för att simulera rörelsen av sandkorn. Jag tyckte att det skulle vara en bra idé att utvidga detta projekt till den tredje dimensionen genom att bara bygga en större version av min LED -kub i kombination med en accelerometer. Jag ville också testa att gjuta kuben i epoxiharts.

Om du vill se kuben i aktion rullar du hela vägen ner till videon.

Steg 1: Materialförteckning

Följande lista innehåller det material som behövs för att konstruera kuben enligt bilden

• 144 st SK6805-2427 lysdioder (t.ex. aliexpress)
• mikroskopglas (t.ex. amazon.de)
• koppartape (0,035 x 30 mm) (t.ex. ebay.de)
• TinyDuino grundsats - litiumversion
• accelerometermodul (t.ex. ASD2511-R-A TinyShield eller GY-521)
• prototyp PCB (30 x 70 mm) (t.ex. amazon.de)
• klart gjutharts (t.ex. conrad.de eller amazon.de)
• 3D -tryckt hus

Ytterligare material och verktyg som behövs för konstruktion

• Varmluftslödkolv
• normalt lödkolv med fin spets
• 3d skrivare
• laserskrivare
• Dupont -kontakter
• tunn tråd
• PCB -huvudstift
• Lödpasta med låg temperatur
• PCB -etsmedel (t.ex. järnklorid)
• UV-härdande lim för metallglas (t.ex. NO61)
• lim för allmänna ändamål (t.ex. UHU Hart)
• silikon tätningsmedel
• toneröverföringspapper
• aceton

Steg 2: Tillverkning av glas -PCB

Denna process beskrivs redan i detalj i min tidigare instruktion av min DotStar LED Cube, därför kommer jag bara att kort gå igenom stegen.

1. Skär objektglasen i bitar med en längd på 50,8 mm. Jag har 3D -skrivit ut en jigg för att hjälpa mig att uppnå rätt längd (se bifogad.stl -fil). Du behöver 4 diabilder som jag rekommenderar för att göra 6 till 8 bitar.
2. Limma kopparfolien på glasunderlaget. Jag använde UV -härdande lim NO61.
3. Skriv ut den bifogade pdf -filen med kretskortet på toneröverföringspapper med en laserskrivare. Skär sedan ut de enskilda bitarna.
4. Överför PCB -designen på kopparklädda. Jag använde en laminator för detta ändamål.
5. Ets bort koppar med t.ex. järnklorid
6. Ta bort tonern med aceton

Steg 3: Löd -lysdioder

I min DotStar LED-kub använde jag APA102-2020 lysdioder och planen var att använda samma typ av lysdioder i detta projekt. På grund av det lilla avståndet mellan lysdiodernas individuella kuddar är det dock mycket enkelt att skapa lödbroar. Detta tvingade mig att löda varje LED för hand och jag gjorde faktiskt samma sak på detta projekt. Tyvärr, när jag hade projektet nästan helt plötsligt började några lödbroar eller dåliga kontakter dyka upp som tvingade mig att demontera allt igen. Jag bestämde mig sedan för att flytta till de lite större SK6805-2427 lysdioderna, som har en annan pad-layout som gör dem mycket lättare att lödda.

Jag täckte alla dynorna med lågsmältande lödpasta och placerade sedan lysdioderna ovanpå. Var noga med att rikta in lysdioderna genom att hänvisa till den bifogade schemat. Efter det lade jag kretskortet på kokplattan i vårt kök och värmde det försiktigt tills lödet smälte. Detta fungerade lugnt och jag var tvungen att göra lite omarbetningar med mitt varmluftslödkolv. För att testa LED -matrisen använde jag en Arduino Nano som kör Adafruit NeoPixel -testet och kopplade den till matrisen med hjälp av Dupont -trådar.

Steg 4: Förbered nedre PCB

För den nedre kretskortet skär jag en 30 x 30 mm bit från en prototypplatta. Jag lödde sedan några stifthuvuden till den där glas -kretskortet kommer att anslutas efteråt. VCC- och GND -stiften var anslutna med en liten bit av silverad koppartråd. Sedan förseglade jag alla återstående genomgående hål med lödet, eftersom epoxihartset annars skulle sippra igenom under gjutningsprocessen.

Steg 5: Fäst glas -kretskort

För att fästa LED -matriserna på det nedre kretskortet använde jag igen ett UV -härdande lim men med högre viskositet (NO68). För korrekt inriktning använde jag en 3D -tryckt jigg (se bifogad.stl -fil). Efter limning var PCB -glasen fortfarande lite krångliga men blev mer styva efter att de lödts fast på stifthuvudena. För detta använde jag bara mitt vanliga lödkolv och vanliga lödmedel. Återigen är det en bra idé att testa varje matris efter lödning. Anslutningarna mellan Din och Dout för de enskilda matriserna gjordes med Dupont -trådar anslutna till stifthuvudena på botten.

Steg 6: Montera elektronik

Eftersom jag ville göra husets dimension så liten som möjligt ville jag inte använda en vanlig Arduino Nano eller Micro. Denna 1/2 LED -kub av en49: e gjorde mig medveten om TinyDuino -korten som verkade perfekta för det här projektet. Jag fick grundpaketet som innehåller processorkortet, en USB -skärm för programmering, ett proto -kort för externa anslutningar samt en litet uppladdningsbart LiPo-batteri. I efterhand borde jag också ha köpt den 3-axliga accelerometerskärmen som de erbjuder istället för att använda en GY-521-modul som jag fortfarande hade liggande. Detta skulle ha gjort cykeln ännu mer kompakt och minskat de nödvändiga dimensionerna av höljet. Schemat för denna konstruktion är ganska enkelt och bifogas nedan. Jag gjorde några ändringar på TinyDuino -processorkortet, där jag lade till en extern switch efter batteriet. Processorkortet har redan en switch, men det var bara för kort för att Anslutningarna till proto-kortet och GY-521-modulen gjordes med hjälp av stifthuvuden som inte möjliggör den mest kompakta designen men erbjuder mer flexibilitet än att lödda trådarna direkt. längden på trådarna/stiften längst ner på proto -kortet bör vara så korta som möjligt annars kan du inte ansluta den till toppen av processorkortet längre.

Steg 7: Ladda upp koden

När du har monterat elektroniken kan du ladda upp den bifogade koden och testa att allt fungerar. Koden innehåller följande animationer som kan itereras genom att skaka accelerometern.

• Rainbow: Rainbow -animering från FastLED -biblioteket
• Digital Sand: Detta är en förlängning av Adafruits animerade LED -sandkod till tre dimensioner. LED -pixlarna rör sig enligt avläsningsvärdena från accelerometern.
• Regn: Pixlar som faller ner från topp till botten enligt lutning mätt med accelerometer
• Konfetti: Slumpmässigt färgade fläckar som blinkar in och bleknar smidigt från FastLED -biblioteket

Steg 8: Gjutning

Nu är det dags att gjuta LED -matrisen i harts. Som föreslår i en kommentar i min tidigare byggnad skulle det vara trevligt om brytningsindex för resinf och glas skulle matcha så att glaset skulle vara osynligt. Att döma av brytningsindex för båda komponenterna i hartset trodde jag att detta kan vara möjligt genom att något variera blandningsraten mellan de två. Men efter att ha gjort några tester fann jag att jag inte kunde ändra brytningsindexet märkbart utan att förstöra hartskets hårdhet. Det här är inte så illa eftersom glaset bara är skymt synligt och till slut bestämde jag mig för att grova upp ytan på hartset ändå. Det var också viktigt att hitta ett ordentligt material som kunde användas som mögel. Jag läste om svårigheterna att ta bort formen efter gjutning i liknande projekt som lonesoulsurfer's hartskub. Efter några egna misslyckade försök fann jag att det bästa sättet var att få en form 3D -tryckt och sedan belagd med silikontätningsmedel. Jag har precis skrivit ut ett enda lager av en 30 x 30 x 60 mm låda med inställningen "spiralize yttre kontur" i Cura (.stl -fil bifogad). Beläggningen med ett tunt lager silikon på insidan gör formen mycket lätt att ta bort efteråt. Formen fästes på det nedre kretskortet med hjälp av silikontätningsmedel. Se till att det inte finns några hål eftersom naturligtvis kommer hartset att sippra igenom och även luftbubblor kommer att bildas i hartset. Tyvärr hade jag en liten läcka som jag tror är ansvarig för små luftbubblor som bildades nära formens vägg.

Steg 9: Polering

Efter att du har tagit bort formen kan du se att kuben ser väldigt tydlig ut på grund av formens mjuka silikonbelagda yta. Det fanns dock vissa oegentligheter på grund av variationer i tjockleken på silikonskiktet. Även den övre ytan var snedställd mot kanterna på grund av vidhäftning. Därför förfinade jag formen genom att våtslipa med 240 slippapper. Ursprungligen var min plan att repolera allt genom att flytta till allt finare gryn, men i slutändan bestämde jag mig för att kuben ser snyggare ut med en grov yta så jag slutade med 600 korn.

Steg 10: Montera i höljet

Höljet för elektroniken designades med Autodesk Fusion 360 och sedan 3D -printat. Jag lade till ett rektangulärt hål i väggen för omkopplaren och några hål på baksidan för att montera GY-521-modulen med M3-skruvar. TinyDuino -processorkortet fästes på bottenplattan som sedan fästes på huset med M2.2 -skruvar. Först monterade jag omkopplaren i huset med varmt lim, sedan monterades GY-521-modulen, därefter monterades protoboardet och batteriet försiktigt. LED -matrisen fästes på proto -kortet med hjälp av Dupont -kontakter och processorkortet kan bara anslutas från botten. Slutligen limmade jag den nedre PCB: n på LED -matrisen på huset med hjälp av ett allmänt lim (UHU Hart).

Steg 11: Färdig kub

Slutligen är kuben klar och du kan njuta av ljusshowen. Kolla in videon av den animerade kuben.