Pasir Digital 3D: 11 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Proyek ini merupakan kelanjutan dari Kubus LED DotStar saya di mana saya menggunakan LED SMD yang terpasang pada PCB kaca. Tak lama setelah menyelesaikan proyek ini, saya menemukan pasir LED animasi oleh Adafruit yang menggunakan akselerometer dan matriks LED untuk mensimulasikan pergerakan butiran pasir. Saya pikir itu akan menjadi ide yang bagus untuk memperluas proyek ini ke dimensi ketiga hanya dengan membangun versi yang lebih besar dari kubus LED saya yang dipasangkan dengan akselerometer. Saya juga ingin mencoba casting kubus dalam resin epoksi.

Jika Anda ingin melihat kubus beraksi, gulir ke bawah hingga ke video.

Langkah 1: Daftar Bahan

Daftar berikut termasuk bahan-bahan yang dibutuhkan untuk membangun kubus seperti yang ditunjukkan pada gambar:

• 144 pcs SK6805-2427 LED (misalnya aliexpress)
• slide mikroskop (misalnya amazon.de)
• pita tembaga (0,035 x 30 mm) (mis. ebay.de)
• Kit dasar TinyDuino - versi lithium
• modul akselerometer (misalnya ASD2511-R-A TinyShield atau GY-521)
• prototipe PCB (30 x 70 mm) (mis. amazon.de)
• resin cor bening (misalnya conrad.de atau amazon.de)
• Perumahan cetak 3D

Bahan dan alat tambahan yang dibutuhkan untuk konstruksi

• Besi solder udara panas
• besi solder normal dengan ujung halus
• pencetak 3D
• printer laser
• konektor Dupont
• kawat tipis
• Pin header PCB
• pasta solder suhu rendah
• Etsa PCB (misalnya besi klorida)
• Lem pengawet UV untuk kaca logam (mis. NO61)
• lem serba guna (misalnya UHU Hart)
• segel silikon
• kertas transfer toner
• aseton

Langkah 2: Membuat PCB Kaca

Proses ini sudah dijelaskan secara rinci dalam instruksi saya sebelumnya dari Kubus LED DotStar saya, oleh karena itu, saya hanya akan membahas langkah-langkahnya secara singkat.

1. Potong slide mikroskop menjadi potongan-potongan dengan panjang 50,8 mm. Saya telah mencetak jig 3D untuk membantu saya mencapai panjang yang tepat (lihat file.stl terlampir). Anda akan membutuhkan 4 slide. Saya sarankan untuk membuat 6 hingga 8 buah.
2. Rekatkan foil tembaga ke substrat kaca. Saya menggunakan lem UV curing NO61.
3. Cetak pdf terlampir dengan desing PCB ke kertas transfer toner menggunakan printer laser. Setelah itu potong masing-masing bagian.
4. Pindahkan desain PCB ke lapisan tembaga. Saya menggunakan laminator untuk tujuan ini.
5. Etsa tembaga menggunakan mis. besi klorida
6. Hapus toner menggunakan aseton

Langkah 3: Solder LED

Dalam kubus LED DotStar saya menggunakan LED APA102-2020 dan rencananya akan menggunakan jenis LED yang sama dalam proyek ini. Namun, karena jarak yang kecil antara masing-masing bantalan LED, sangat mudah untuk membuat jembatan penyolderan. Ini memaksa saya untuk menyolder setiap LED dengan tangan dan saya benar-benar melakukan hal yang sama pada proyek ini. Sayangnya, ketika saya memiliki proyek yang hampir selesai tiba-tiba beberapa jembatan solder atau kontak yang buruk mulai muncul yang memaksa saya untuk membongkar semuanya lagi. Saya kemudian memutuskan untuk beralih ke LED SK6805-2427 yang sedikit lebih besar, yang memiliki tata letak pad berbeda yang membuatnya lebih mudah untuk disolder.

Saya menutupi semua bantalan dengan pasta solder leleh rendah dan kemudian menempatkan LED di atas. Perhatikan orientasi LED yang benar dengan mengacu pada skema terlampir. Setelah itu saya meletakkan PCB di atas hot plate di dapur kami dan memanaskannya dengan hati-hati sampai soldernya meleleh. Ini bekerja dengan baik dan saya hanya perlu melakukan sedikit pengerjaan ulang dengan besi solder udara panas saya. Untuk menguji matriks LED saya menggunakan Arduino Nano yang menjalankan contoh strandtest Adafruit NeoPixel dan menghubungkannya ke matriks menggunakan kabel Dupont.

Langkah 4: Siapkan PCB Bawah

Untuk PCB bawah saya memotong potongan 30 x 30 mm dari papan prototipe. Saya kemudian menyolder beberapa pin header ke sana di mana PCB kaca akan terhubung setelahnya. Pin VCC dan GND dihubungkan menggunakan sepotong kecil kawat tembaga perak. Kemudian saya menutup semua lubang yang tersisa dengan solder karena jika tidak, resin epoksi akan meresap selama proses pengecoran.

Langkah 5: Pasang PCB Kaca

Untuk menempelkan matriks LED ke bagian bawah PCB saya kembali menggunakan lem UV curing tetapi dengan viskositas yang lebih tinggi (NO68). Untuk penyelarasan yang tepat, saya menggunakan jig cetak 3D (lihat file.stl terlampir). Setelah direkatkan, PCB kaca masih agak goyang tetapi menjadi lebih kaku setelah disolder ke pin header. Untuk ini saya hanya menggunakan besi solder biasa dan solder biasa. Sekali lagi itu adalah ide yang baik untuk menguji setiap matriks setelah penyolderan. Koneksi antara Din dan Dout dari masing-masing matriks dibuat dengan kabel Dupont yang terhubung ke pin header di bagian bawah.

Langkah 6: Merakit Elektronik

Karena saya ingin membuat dimensi housing sekecil mungkin, saya tidak ingin menggunakan Arduino Nano atau Micro biasa. Kubus LED 1/2 per satu49 ini membuat saya sadar akan papan TinyDuino yang tampaknya sempurna untuk proyek ini. Saya mendapatkan kit dasar yang mencakup papan prosesor, pelindung USB untuk pemrograman, papan proto untuk koneksi eksternal serta baterai LiPo kecil yang dapat diisi ulang. Dalam retrospeksi saya seharusnya juga membeli pelindung akselerometer 3-sumbu yang mereka tawarkan daripada menggunakan modul GY-521 yang masih saya miliki. Ini akan membuat cicuit lebih kompak dan mengurangi dimensi yang diperlukan perumahan. Skema untuk build ini cukup mudah dan terlampir di bawah. Saya melakukan beberapa modifikasi pada papan prosesor TinyDuino, di mana saya menambahkan sakelar eksternal setelah baterai. Papan prosesor sudah memiliki sakelar tetapi hanya terlalu pendek untuk pas melalui rumahan. Sambungan ke papan proto dan modul GY-521 dilakukan dengan menggunakan pin header yang tidak memungkinkan desain yang paling ringkas tetapi menawarkan lebih banyak fleksibilitas daripada menyolder kabel secara langsung. T Panjang kabel/pin di bagian bawah papan proto harus sesingkat mungkin jika tidak, Anda tidak dapat menyambungkannya ke bagian atas papan prosesor lagi.

Langkah 7: Unggah Kode

Setelah Anda merakit elektronik, Anda dapat mengunggah kode terlampir dan menguji apakah semuanya berfungsi. Kode mencakup animasi berikut yang dapat diulang dengan menggoyangkan akselerometer.

• Rainbow: Animasi pelangi dari perpustakaan FastLED
• Pasir Digital: Ini adalah ekstensi kode pasir LED animasi Adafruits ke tiga dimensi. Piksel LED akan bergerak sesuai dengan nilai pembacaan dari akselerometer.
• Hujan: Piksel jatuh dari atas ke bawah sesuai kemiringan yang diukur dengan akselerometer
• Confetti: Bintik-bintik berwarna acak yang berkedip dan memudar dengan mulus dari perpustakaan FastLED

Langkah 8: Casting

Sekarang saatnya untuk casting matriks LED menjadi resin. Seperti yang disarankan dalam komentar di build saya sebelumnya, alangkah baiknya jika indeks bias resinf dan kaca cocok sehingga kaca tidak terlihat. Dilihat dari indeks bias kedua komponen resin, saya pikir ini mungkin dilakukan dengan sedikit memvariasikan rasio pencampuran keduanya. Namun, setelah melakukan beberapa tes, saya menemukan bahwa saya tidak dapat mengubah indeks bias secara nyata tanpa merusak kekerasan resin. Ini tidak terlalu buruk karena kaca hanya terlihat sedikit dan pada akhirnya saya memutuskan untuk membuat permukaan resin menjadi kasar. Penting juga untuk menemukan bahan yang tepat yang dapat digunakan sebagai cetakan. Saya membaca tentang kesulitan untuk menghilangkan cetakan setelah casting di proyek serupa seperti kubus resin lonesoulsurfer. Setelah beberapa percobaan saya sendiri yang gagal, saya menemukan bahwa cara terbaik adalah mencetak cetakan 3D dan kemudian dilapisi dengan sealant silikon. Saya baru saja mencetak satu lapis kotak berukuran 30 x 30 x 60 mm menggunakan pengaturan "spiralize outer contour" di Cura (file.stl terlampir). Melapisinya dengan lapisan tipis silikon di bagian dalam membuat cetakan sangat mudah dilepas setelahnya. Cetakan ditempelkan pada bagian bawah PCB juga menggunakan sealant silikon. Pastikan tidak ada lubang karena resin akan merembes dan juga gelembung udara akan terbentuk di dalam resin. Sayangnya, saya memiliki beberapa kebocoran kecil yang, saya percaya bertanggung jawab atas gelembung udara kecil yang terbentuk di dekat dinding cetakan.

Langkah 9: Poles

Setelah mengeluarkan cetakan, Anda dapat membuat kubus terlihat sangat jernih karena permukaan cetakan yang dilapisi silikon halus. Namun, ada beberapa penyimpangan karena variasi ketebalan lapisan silikon. Juga permukaan atas melengkung ke arah tepi karena adhesi. Oleh karena itu, saya menyempurnakan bentuknya dengan pengamplasan basah menggunakan kertas amplas 240 grit. Awalnya, rencana saya adalah untuk memoles ulang semuanya dengan pindah ke grit yang lebih halus, namun, pada akhirnya saya memutuskan bahwa kubus terlihat lebih bagus dengan permukaan yang kasar jadi saya selesai dengan 600 grit.

Langkah 10: Pasang Ke Perumahan

Perumahan untuk elektronik dirancang dengan Autodesk Fusion 360 dan kemudian dicetak 3D. Saya menambahkan lubang persegi panjang di dinding untuk sakelar dan beberapa lubang di bagian belakang untuk memasang modul GY-521 menggunakan sekrup M3. Papan prosesor TinyDuino dipasang ke pelat bawah yang kemudian dipasang ke rumah menggunakan sekrup M2.2. Mula-mula saya memasang saklar ke dalam housing menggunakan lem panas, lalu modul GY-521 dipasang, setelah itu protoboard dan baterai dimasukkan dengan hati-hati. Matriks LED dipasang ke papan proto menggunakan konektor Dupont dan papan prosesor dapat dicolokkan dari bawah. Akhirnya saya merekatkan PCB bawah matriks LED ke housing menggunakan perekat serba guna (UHU Hart).

Langkah 11: Kubus Selesai

Akhirnya kubus selesai dan Anda dapat menikmati pertunjukan cahaya. Lihat video animasi kubus.