FoldTronics: إنشاء كائنات ثلاثية الأبعاد باستخدام إلكترونيات متكاملة باستخدام هياكل HoneyComb قابلة للطي: 11 خطوة

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

في هذا البرنامج التعليمي ، نقدم FoldTronics ، وهي تقنية تصنيع تعتمد على القطع ثنائي الأبعاد لدمج الإلكترونيات في كائنات مطوية ثلاثية الأبعاد. الفكرة الأساسية هي قطع وثقب ورقة ثنائية الأبعاد باستخدام راسمة قطع لجعلها قابلة للطي إلى هيكل ثلاثي الأبعاد على شكل قرص العسل ؛ قبل الطي ، يضع المستخدمون المكونات الإلكترونية والدوائر على الصفيحة.

تستغرق عملية التصنيع بضع دقائق فقط لتمكين المستخدمين من وضع نماذج أولية للأجهزة التفاعلية الوظيفية بسرعة. الأجسام الناتجة خفيفة الوزن وصلبة ، مما يسمح بالتطبيقات الحساسة للوزن والقوة. نظرًا لطبيعة أقراص العسل ، يمكن طي الأشياء التي تم إنشاؤها بشكل مسطح على طول محور واحد وبالتالي يمكن نقلها بكفاءة في عامل الشكل المضغوط هذا.

بالإضافة إلى آلة قص الورق ، سوف تحتاج إلى المواد التالية:

• مسح ورقة بلاستيكية PET / فيلم شفاف
• ورقة لاصقة / رقائق النحاس
• ورقة لاصقة على الوجهين
• شريط لاصق على الوجهين
• شريط عادي كبير أو لاصق فينيل

الخطوة 1: قم بتنزيل برنامج FoldTronics

يتم تنفيذ أداة التصميم الخاصة بـ FoldTronics في محرر ثلاثي الأبعاد Rhino3D باعتباره امتدادًا لـ Grasshopper. يقوم Grasshopper بتصدير طبقات ورق العسل والشريط العازل وتجميع الجبال / الوادي مباشرة. بالإضافة إلى ذلك ، لتوليد الأسلاك ، قمنا بتطبيق ملحق ULP لبرنامج التصميم الإلكتروني EAGLE ، الذي يصدر طبقة الأسلاك - مما يجعل كومة الطبقات مكتملة.

يمكن العثور على برنامج أداة التصميم الخاصة بنا على GitHub:

سوف تحتاج:

• أحدث Rhino5 WIP
• الجراد
• نسر
• المصور
• استوديو خيال

الخطوة 2: تصميم الجهاز باستخدام البرنامج

لإنشاء دائرة LED ، نبدأ بإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد في المحرر ثلاثي الأبعاد Rhino3D الذي قمنا بتطبيق ملحق FoldTronics الخاص به. بعد إنشاء الشكل الأساسي للنموذج ثلاثي الأبعاد ، نقوم بتحويله إلى بنية قرص العسل بالضغط على الزر "تحويل". بمجرد تقسيم الخوارزمية للنموذج إلى خلايا قرص العسل ، يتم عرض النتيجة في العرض ثلاثي الأبعاد.

يمكننا الآن تغيير دقة قرص العسل باستخدام شريط التمرير المتوفر للعثور على أفضل مقايضة بين دقة أعلى ووجود مساحة كافية في الخلايا لإيواء مؤشر LED والبطارية وموصل الدائرة عبر الخلايا.

يغير منزلق الدقة كلاً من عدد الأعمدة وعدد الخلايا في وقت واحد لأن تغيير دقة الأعمدة والصفوف بشكل منفصل قد يتسبب في اختلاف الشكل النهائي عن الشكل الأصلي.

لإضافة موصل LED والبطارية والدائرة عبر الخلايا ، نختارها من قائمة المكونات من القائمة ونضيفها بالنقر فوق الزر المعني. يؤدي هذا تلقائيًا إلى إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد لمربع يمثل حجم المكون الإلكتروني المحدد. يمكننا الآن سحب مؤشر LED والمكونات الإلكترونية الأخرى إلى موقع في الحجم ثلاثي الأبعاد. في حالة وضع مكون بطريق الخطأ في حظيرة أو خلية غير صالحة ، يتم نقله تلقائيًا إلى الخلية الصالحة التالية.

1. استيراد نموذج ثلاثي الأبعاد في وحيد القرن.
2. قم بتشغيل "Grasshopper" وافتح "HoneycombConvert_8.gh".
3. حدد النموذج في Rhinoceros وانقر بزر الماوس الأيمن على مكون brep و "Set one brep" على Grasshopper.
4. افتح "لوحة التحكم عن بعد" لمنظر الجندب.
5. قم بتغيير عرض الخلية باستخدام شريط التمرير.
6. تحويل النموذج إلى بنية قرص العسل و 2D قص البيانات بالنقر فوق "تحويل قرص العسل".
7. انقل المكون (اللون الأزرق) وقم بتغيير الحجم عن طريق "تحديد المكونات من هذه القائمة". (لا يزال البناء)
8. إنشاء بيانات المكون بالنقر فوق "إنشاء المكونات".
9. إنشاء بيانات ثنائية الأبعاد بالنقر على "إنشاء بيانات مقطوعة".
10. تصدير خطوط القطع مع "الكائنات المحددة" كملف AI.

الخطوة 3: تصدير الطبقات للتصنيع

بمجرد أن ننتهي من وضع المكونات الإلكترونية ، نضغط على زر "تصدير" لإنشاء طبقات التصنيع. عند التصدير ، ينشئ المكون الإضافي للمحرر ثلاثي الأبعاد جميع طبقات مكدس التصنيع كملفات رسم ثنائية الأبعاد (تنسيق ملف. DXF) باستثناء الطبقة التي تحتوي على الأسلاك ، والتي سيتم إنشاؤها بشكل منفصل في خطوة لاحقة في العملية.

لإنشاء طبقة الأسلاك المفقودة ، يقوم المستخدمون بفتح ملف ثنائي الأبعاد لهيكل قرص العسل في برنامج التصميم الإلكتروني EAGLE وتنفيذ المكون الإضافي EAGLE ULP المخصص الخاص بنا. ينشئ المكون الإضافي لوحة دوائر بحجم نمط قرص العسل ثم يحول كل مربع ملون مرة أخرى إلى مكون إلكتروني (أي مؤشر LED والبطارية وموصل الدائرة عبر الخلايا). مع وجود المكونات الإلكترونية الموجودة بالفعل على الورقة ، يمكن للمستخدمين الآن إنشاء المخطط. أخيرًا ، يمكن للمستخدمين استخدام وظيفة الأسلاك التلقائية من EAGLE لإنشاء دائرة كاملة على الورقة لإنهاء آخر طبقة مفقودة للتصنيع.

** حاليًا ، البرنامج المساعد ULP قيد الإنشاء. تحتاج إلى وضع المكونات يدويًا.

الخطوة 4: التصنيع والتجميع والطي

الآن يمكننا البدء في إضافة الطبقات التي تم إنشاؤها معًا. لتصنيع الطبقات ، علينا فقط قص الرسم ثنائي الأبعاد لكل طبقة (تنسيق ملف. DXF) بالترتيب الصحيح باستخدام مخطط القطع.

الخطوة 5: قص وتثقيب الصفيحة الأساسية

نقوم أولاً بإدخال الصفيحة الأساسية (بلاستيك PET) في القاطع ونقطعها ونثقبها لإنشاء خطوط الجبال والوادي والشق بالإضافة إلى علامات المكونات الإلكترونية. تثقب عملية FoldTronics الورقة من الأعلى فقط وتميز بين خطوط الجبال والوادي باستخدام رموز مرئية منفصلة (الخطوط المنقطة للجبال مقابل الخطوط المتقطعة للوديان) لأنها تتطلب الطي في اتجاهات متعارضة لاحقًا. بدلاً من ذلك ، يمكن أن تثقب عملية FoldTronics أيضًا اللوح من كلا الجانبين ، أي تثقيب الجبال من الأعلى والوديان من الأسفل ، ومع ذلك ، يتطلب ذلك إعادة إدخال الصفيحة في مخطط القطع.

بينما يتم قطع جميع الشقوق ، فإن مخطط قرص العسل يكون مثقوبًا فقط لإبقائه متصلاً بالصفيحة الرئيسية ، مما يسمح لنا بمعالجة الورقة باستخدام مخطط القطع في الخطوات التالية. أخيرًا ، فإن المناطق التي سيتم فيها لحام المكونات الإلكترونية تكون مثقبة أيضًا لتسهيل معرفة المكون الذي يذهب إلى حيث.

بالنسبة للأشياء المستخدمة في هذا الورق ، نستخدم صفائح بلاستيكية من مادة البولي إيثيلين تريفثالات ، بسمك 0.1 مم ونقطع الألواح بآلة قطع (الطراز: صورة ظلية ، إعدادات القطع: شفرة 0.2 مم ، سرعة 2 سم / ثانية ، القوة 10 ، إعدادات تثقيب: شفرة 0.2 مم ، السرعة 2 سم / ثانية ، القوة 6).

الخطوة 6: وضع الأسلاك بشريط نحاسي

بعد ذلك ، نضع طبقة من الشريط النحاسي أحادي الجانب (السماكة: 0.07 مم) عبر الصفيحة بأكملها. نعيد الورقة إلى راسمة القطع مع الجانب النحاسي لأعلى ، ثم ننفذ الملف لقطع شكل الأسلاك التي تم تكوينها للتأكد من عدم قطعها في الصفيحة الأساسية (إعدادات القطع: الشفرة 0.2 مم ، السرعة 2 سم / ق ، القوة 13). بعد ذلك ، نقوم بإزالة الشريط النحاسي الذي ليس جزءًا من الأسلاك.

الخطوة 7: ورقة عازلة

من أجل منع أي ماس كهربائي من تلامس الأسلاك بعد طي الصفيحة الأساسية ، نضيف بعد ذلك طبقة عازلة. لهذا ، نضع طبقة من الشريط العادي غير الموصّل عبر الصفيحة بأكملها (السماكة: 0.08 مم). نعيد اللوح إلى مخطط القطع ، والذي يزيل الشريط العازل فقط في تلك المناطق التي تحتوي على نهايات سلكية إما سيتم توصيلها بالمكونات الإلكترونية أو التي تستخدم موصل الدائرة المتقاطعة الجديد الخاص بنا. نستخدم إعدادات القطع: الشفرة 0.1 مم ، السرعة 2 سم / ثانية ، القوة 4.

الخطوة 8: غراء الجبال / الوديان بالثبات بعد الطي

في الخطوة التالية ، نضع طبقة من الشريط اللاصق ذي الوجهين العاديين على الورقة في أسفلها وأعلىها. يتم استخدام الشريط على الوجهين لربط الوديان والجبال التي تربط بنية قرص العسل معًا بعد الطي (يتم لصق الجبال من أعلى الصفائح بينما يتم لصق الوديان من الأسفل). بعد إدخال الورقة في مخطط القطع ، يتم قطع الشريط على الوجهين في جميع المناطق التي لا يُفترض أن يتم لصقها معًا (إعدادات القطع: الشفرة 0.2 مم ، السرعة 2 سم / ثانية ، القوة 6). بالإضافة إلى ذلك ، بالنسبة للوديان / الجبال المسجلة التي تحمل أيضًا موصل دائرة عبر الخلايا ، فإن مخطط القطع يقطع المناطق اللازمة للتوصيلات الإلكترونية. بعد قطع كلا الجانبين ، نقشر الشريط المتبقي على الوجهين.

الخطوة 9: اللحام

في خطوة أخيرة قبل اللحام ، قمنا الآن بقطع نمط قرص العسل لفصله عن الورقة. بعد ذلك ، نقوم بلحام المكونات الإلكترونية (LED ، البطارية) على الأسلاك باستخدام مكواة لحام. إذا كانت المكونات صغيرة ويصعب لحامها ، فيمكننا أيضًا استخدام معجون اللحام كبديل. نظرًا لأنه من الصعب لحام موصل الدائرة عبر الخلايا ، فإننا نستخدم شريطًا موصلًا على الوجهين لإنشاء الاتصال.

الخطوة 10: الطي

نطوي الآن قرص العسل معًا.

الخطوة 11: أشعلها

دائرتك جاهزة!