FoldTronics: Membuat Objek 3D Dengan Elektronik Terintegrasi Menggunakan Struktur HoneyComb yang Dapat Dilipat: 11 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Dalam tutorial ini, kami menyajikan FoldTronics, teknik fabrikasi berbasis pemotongan 2D untuk mengintegrasikan elektronik ke dalam objek lipat 3D. Ide utamanya adalah untuk memotong dan melubangi lembaran 2D menggunakan plotter pemotongan untuk membuatnya dapat dilipat menjadi struktur sarang lebah 3D; sebelum melipat, pengguna menempatkan komponen elektronik dan sirkuit ke lembaran.

Proses fabrikasi hanya membutuhkan waktu beberapa menit yang memungkinkan pengguna untuk membuat prototipe perangkat interaktif fungsional dengan cepat. Objek yang dihasilkan ringan dan kaku, sehingga memungkinkan aplikasi yang peka terhadap berat dan gaya. Karena sifat sarang lebah, objek yang dibuat dapat dilipat rata sepanjang satu sumbu dan dengan demikian dapat diangkut secara efisien dalam faktor bentuk yang ringkas ini.

Selain mesin pemotong kertas, Anda membutuhkan bahan-bahan berikut:

• Lembaran plastik PET bening/film transparansi
• Lembar perekat tembaga/foil
• Lembar perekat dua sisi
• Pita konduktif perekat dua sisi
• Pita besar biasa atau vinil perekat

Langkah 1: Unduh Perangkat Lunak FoldTronics

Alat desain untuk FoldTronics diimplementasikan dalam editor 3D Rhino3D sebagai ekstensi Grasshopper. Grasshopper langsung mengekspor lapisan untuk lembaran sarang lebah, pita isolasi, dan perakitan gunung/lembah. Selain itu, untuk menghasilkan pengkabelan, kami menerapkan plugin ULP ke perangkat lunak desain elektronik EAGLE, yang mengekspor lapisan pengkabelan – membuat tumpukan lapisan menjadi lengkap.

Perangkat lunak untuk alat desain kami dapat ditemukan di GitHub:

Anda akan membutuhkan:

• Rhino5 WIP terbaru
• Belalang
• BURUNG RAJAWALI
• ilustrator
• Studio Siluet

Langkah 2: Desain Perangkat Menggunakan Perangkat Lunak

Untuk membuat sirkuit LED, kami mulai dengan membuat model 3D di editor 3D Rhino3D yang kami implementasikan plugin FoldTronics kami. Setelah membuat bentuk dasar model 3D, kita mengubahnya menjadi struktur sarang lebah dengan menekan tombol "convert". Segera setelah algoritma membagi model menjadi sel-sel sarang lebah, hasilnya ditampilkan dalam tampilan 3D.

Kami sekarang dapat memvariasikan resolusi sarang lebah menggunakan penggeser yang disediakan untuk menemukan pertukaran terbaik antara resolusi yang lebih tinggi dan memiliki cukup ruang di sel untuk menampung LED, baterai, dan konektor sirkuit sel silang.

Penggeser resolusi mengubah jumlah kolom dan jumlah sel secara bersamaan karena mengubah resolusi untuk kolom dan baris secara terpisah akan menyebabkan bentuk akhir berbeda dari bentuk aslinya.

Untuk menambahkan LED, baterai, dan konektor sirkuit sel silang, kami memilihnya dari daftar komponen dari menu dan menambahkannya dengan mengklik tombol masing-masing. Ini secara otomatis membuat model 3D kotak yang mewakili ukuran komponen elektronik yang dipilih. Kita sekarang dapat menyeret LED dan komponen elektronik lainnya ke lokasi dalam volume 3D. Jika kita secara tidak sengaja menempatkan komponen ke lipatan atau sel yang tidak valid, komponen tersebut secara otomatis dipindahkan ke sel valid berikutnya.

1. Impor model 3D di Rhinoceros.
2. Jalankan "Grasshopper" dan buka "HoneycombConvert_8.gh".
3. Pilih model di Rhinoceros dan klik kanan komponen brep dan "Set one brep" pada Grasshopper.
4. Buka "Remote Control Panel" dari View of Grasshopper.
5. Ubah lebar sel menggunakan penggeser.
6. Ubah model menjadi struktur sarang lebah dan data potongan 2D dengan mengklik "Konversikan Sarang Lebah."
7. Pindahkan komponen (warna biru) dan ubah ukurannya dengan "pilih komponen dari daftar ini." (masih konstruksi)
8. Membuat data komponen dengan mengklik "buat komponen".
9. Membuat data 2D dengan mengklik "buat data potong".
10. Ekspor garis potong dengan "objek yang dipilih" sebagai file AI.

Langkah 3: Ekspor Lapisan untuk Fabrikasi

Setelah kami selesai menempatkan komponen elektronik, kami menekan tombol "ekspor" untuk menghasilkan lapisan untuk fabrikasi. Saat ekspor, plugin editor 3D membuat semua lapisan tumpukan fabrikasi sebagai file gambar 2D (format file. DXF) kecuali lapisan yang berisi kabel, yang akan dibuat secara terpisah di langkah selanjutnya dalam proses.

Untuk menghasilkan lapisan kabel yang hilang, pengguna membuka file 2D dari struktur sarang lebah dalam perangkat lunak desain elektronik EAGLE dan menjalankan plugin EAGLE ULP kustom kami. Plugin menghasilkan papan sirkuit seukuran pola sarang lebah dan kemudian mengubah setiap kotak berwarna kembali menjadi komponen elektronik (yaitu LED, baterai, dan konektor sirkuit sel silang). Dengan komponen elektronik yang sudah ada di lembaran, pengguna sekarang dapat membuat skema. Terakhir, pengguna dapat menggunakan fungsi pengkabelan otomatis EAGLE untuk membuat sirkuit penuh pada lembaran yang menyelesaikan lapisan terakhir yang hilang untuk fabrikasi.

** Saat ini, plugin ULP sedang dibangun. Anda harus meletakkan komponen secara manual.

Langkah 4: Fabrikasi, Perakitan, dan Lipat

Sekarang kita dapat mulai menambahkan lapisan yang dihasilkan bersama-sama. Untuk membuat layer, kita hanya perlu memotong gambar 2D dari setiap layer (format file. DXF) dengan urutan yang benar menggunakan cutting plotter.

Langkah 5: Memotong dan Melubangi Lembar Dasar

Kami pertama-tama memasukkan lembaran dasar (plastik PET) ke dalam pemotong dan memotong dan melubanginya untuk membuat garis gunung, lembah, dan celah serta penanda untuk komponen elektronik. Proses FoldTronics hanya melubangi lembaran dari atas dan membedakan antara garis gunung dan lembah menggunakan notasi visual terpisah (garis putus-putus untuk pegunungan vs. garis putus-putus untuk lembah) karena nantinya akan diperlukan pelipatan ke arah yang berlawanan. Atau, proses FoldTronics juga dapat melubangi lembaran dari kedua sisi, yaitu melubangi pegunungan dari atas dan lembah dari bawah, namun, ini memerlukan memasukkan kembali lembaran ke dalam plotter pemotongan.

Sementara semua celah dipotong, garis luar sarang lebah hanya dilubangi agar tetap terhubung ke lembaran utama, yang memungkinkan kita untuk memproses lembaran lebih lanjut dengan plotter pemotongan di langkah selanjutnya. Terakhir, area tempat komponen elektronik akan disolder juga dilubangi untuk memudahkan mengetahui komponen mana yang akan disolder.

Untuk objek yang digunakan dalam makalah ini, kami menggunakan lembaran plastik PET, ketebalan 0.1mm dan memotong lembaran dengan cutting plotter (model: Silhouette Portrait, setting cutting: blade 0.2mm, speed 2cm/s, force 10, setting perforating: blade 0.2mm, kecepatan 2cm/s, gaya 6).

Langkah 6: Menempatkan Kabel Dengan Pita Tembaga

Selanjutnya, kami menempatkan lapisan pita tembaga satu sisi (ketebalan: 0,07mm) di seluruh lembaran. Kami menempatkan lembaran kembali ke plotter pemotongan dengan sisi tembaga menghadap ke atas, kemudian jalankan file untuk memotong bentuk kabel yang dikonfigurasi untuk memastikan tidak memotong lembaran dasar (pengaturan pemotongan: pisau 0.2mm, kecepatan 2cm /s, gaya 13). Setelah itu, kami melepas pita tembaga yang bukan bagian dari kabel.

Langkah 7: Lembar Isolasi

Untuk mencegah korsleting dari kabel yang bersentuhan setelah melipat lembaran dasar, selanjutnya kami menambahkan lapisan isolasi. Untuk ini, kami menempatkan lapisan pita non-konduktif biasa di seluruh lembar (ketebalan: 0,08mm). Kami menempatkan lembaran kembali ke plotter pemotongan, yang melepaskan pita isolasi hanya di area yang memiliki ujung kabel yang akan dihubungkan ke komponen elektronik atau yang menggunakan konektor sirkuit sel silang baru kami. Kami menggunakan pengaturan pemotongan: blade 0.1mm, kecepatan 2cm/s, force 4.

Langkah 8: Rekatkan Pegunungan/Lembah untuk Ditahan Setelah Dilipat

Pada langkah berikutnya, kami menerapkan lapisan selotip dua sisi biasa ke lembaran di bagian bawah dan atasnya. Pita dua sisi digunakan untuk menghubungkan lembah dan gunung yang menyatukan struktur sarang lebah setelah dilipat (gunung direkatkan dari atas lembaran sementara lembah direkatkan dari bawah). Setelah memasukkan lembaran ke dalam plotter pemotongan, selotip dua sisi dipotong di semua area yang tidak seharusnya direkatkan (pengaturan pemotongan: bilah 0.2mm, kecepatan 2cm/s, gaya 6). Selain itu, untuk lembah/pegunungan yang direkatkan yang juga membawa konektor sirkuit sel silang, plotter pemotongan memotong area yang diperlukan untuk sambungan elektronik. Setelah memotong kedua sisi, kami melepas selotip dua sisi yang tersisa.

Langkah 9: Menyolder

Pada langkah terakhir sebelum menyolder, kita sekarang memotong pola sarang lebah untuk melepaskannya dari lembaran. Selanjutnya, kami menyolder komponen elektronik (LED, baterai) ke kabel menggunakan besi solder. Jika komponennya kecil dan sulit disolder, kita juga bisa menggunakan pasta solder sebagai alternatif. Karena menyolder konektor sirkuit sel silang itu sulit, kami menggunakan pita konduktif dua sisi untuk membuat sambungan.

Langkah 10: Lipat

Kami sekarang melipat sarang lebah bersama-sama.

Langkah 11: Nyalakan

Sirkuit Anda sudah siap!