رمال رقمية ثلاثية الأبعاد: 11 خطوة (مع صور)

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

هذا المشروع هو نوع من استمرار لمكعب DotStar LED الخاص بي حيث استخدمت SMD LEDs ملحقة بثنائي الفينيل متعدد الكلور الزجاجي. بعد فترة وجيزة من الانتهاء من هذا المشروع ، صادفت رمال LED المتحركة من Adafruit والتي تستخدم مقياس التسارع ومصفوفة LED لمحاكاة حركة حبيبات الرمل. اعتقدت أنه سيكون من الجيد توسيع هذا المشروع إلى البعد الثالث من خلال بناء نسخة أكبر من مكعب LED الخاص بي مقترنًا بمقياس تسارع. أردت أيضًا تجربة صب المكعب في راتنجات الايبوكسي.

إذا كنت تريد أن ترى المكعب وهو يعمل ، فقم بالتمرير لأسفل وصولاً إلى الفيديو.

الخطوة 1: فاتورة المواد

تتضمن القائمة التالية المواد اللازمة لبناء المكعب كما هو موضح في الصورة

• 144 قطعة SK6805-2427 المصابيح (على سبيل المثال AliExpress)
• شرائح المجهر (مثل amazon.de)
• شريط نحاسي (0.035 × 30 مم) (مثل ebay.de)
• مجموعة TinyDuino الأساسية - نسخة الليثيوم
• وحدة مقياس التسارع (مثل ASD2511-R-A TinyShield أو GY-521)
• النموذج الأولي ثنائي الفينيل متعدد الكلور (30 × 70 مم) (على سبيل المثال amazon.de)
• راتنج الصب الشفاف (مثل conrad.de أو amazon.de)
• غلاف مطبوع ثلاثي الأبعاد

المواد والأدوات الإضافية اللازمة للبناء

• حديد لحام بالهواء الساخن
• مكواة لحام عادية مع طرف ناعم
• طابعة 3D
• طابعة ليزرية
• موصلات دوبونت
• سلك رفيع
• دبابيس رأس ثنائي الفينيل متعدد الكلور
• معجون لحام بدرجة حرارة منخفضة
• خانت ثنائي الفينيل متعدد الكلور (مثل كلوريد الحديديك)
• غراء المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية للزجاج المعدني (على سبيل المثال NO61)
• غراء للأغراض العامة (مثل UHU Hart)
• سيليكون مانع للتسرب
• ورق نقل الحبر
• الأسيتون

الخطوة الثانية: صنع زجاج ثنائي الفينيل متعدد الكلور

تم وصف هذه العملية بالفعل بالتفصيل في التعليمات السابقة الخاصة بي من DotStar LED Cube ، لذلك ، سأنتقل بإيجاز إلى الخطوات.

1. قص الشرائح المجهرية في قطع بطول 50.8 مم. لقد قمت بطباعة رقصة ثلاثية الأبعاد لمساعدتي في تحقيق الطول المناسب (انظر ملف stl المرفق). ستحتاج إلى 4 شرائح أوصي بها لعمل 6 إلى 8 قطع.
2. ألصق رقائق النحاس بالغراء على الركيزة الزجاجية. لقد استخدمت غراء المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية NO61.
3. اطبع ملف pdf المرفق مع تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور على ورق نقل الحبر باستخدام طابعة ليزر. بعد ذلك اقطع القطع الفردية.
4. انقل تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى الكسوة النحاسية. لقد استخدمت آلة تغليف لهذا الغرض.
5. حفر النحاس بعيدًا باستخدام على سبيل المثال كلوريد الحديديك
6. قم بإزالة الحبر باستخدام الأسيتون

الخطوة 3: مصابيح LED للحام

في مكعب DotStar LED الخاص بي ، استخدمت مصابيح LED APA102-2020 وكانت الخطة هي استخدام نفس النوع من مصابيح LED في هذا المشروع. ومع ذلك ، نظرًا للمسافة الصغيرة بين الوسادات الفردية لمصابيح LED ، فمن السهل جدًا إنشاء جسور لحام. أجبرني هذا على لحام كل مصباح LED يدويًا وفعلت الشيء نفسه في هذا المشروع. لسوء الحظ ، عندما أنهيت المشروع تقريبًا فجأة ، بدأت تظهر بعض جسور اللحام أو جهات الاتصال السيئة مما أجبرني على تفكيك كل شيء مرة أخرى. قررت بعد ذلك الانتقال إلى مصابيح LED SK6805-2427 الأكبر قليلاً ، والتي تتميز بتخطيط مختلف للوسادة مما يجعلها أكثر سهولة في اللحام.

غطيت جميع الفوط مع معجون لحام منخفض الذوبان ثم وضعت مصابيح LED في الأعلى. اعتني بالاتجاه الصحيح لمصابيح LED من خلال الرجوع إلى التخطيطي المرفق. بعد ذلك أضع PCB على الصفيحة الساخنة في مطبخنا وقمت بتسخينه بعناية حتى يذوب اللحام. لقد نجح هذا بشكل جيد وكان علي أن أقوم بإعادة القليل من العمل باستخدام مكواة اللحام بالهواء الساخن. لاختبار مصفوفة LED ، استخدمت Arduino Nano يعمل على مثال اختبار Adafruit NeoPixel وقم بتوصيله بالمصفوفة باستخدام أسلاك Dupont.

الخطوة 4: تحضير قاع ثنائي الفينيل متعدد الكلور

بالنسبة إلى ثنائي الفينيل متعدد الكلور السفلي ، قمت بقص قطعة 30 × 30 مم من لوحة نموذج أولي. ثم قمت بعد ذلك بلحام بعض رؤوس الدبوس حيث سيتم توصيل ثنائي الفينيل متعدد الكلور الزجاجي بعد ذلك. تم توصيل دبابيس VCC و GND باستخدام قطعة صغيرة من الأسلاك النحاسية الفضية. ثم قمت بإغلاق كل ما تبقى من خلال الثقوب باستخدام اللحام وإلا فإن راتنجات الايبوكسي سوف تتسرب خلال عملية الصب.

الخطوة 5: إرفاق زجاج ثنائي الفينيل متعدد الكلور

لإرفاق مصفوفات LED بالجزء السفلي من ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، استخدمت مرة أخرى غراء معالجة بالأشعة فوق البنفسجية ولكن بلزوجة أعلى (NO68). من أجل المحاذاة الصحيحة ، استخدمت رقصة مطبوعة ثلاثية الأبعاد (انظر ملف stl المرفق). بعد لصق الزجاج ، كانت مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور لا تزال متذبذبة بعض الشيء ولكنها أصبحت أكثر صلابة بعد أن تم لحامها برؤوس الدبوس. لهذا استخدمت للتو مكواة اللحام العادية واللحام العادي. مرة أخرى ، من الجيد اختبار كل مصفوفة بعد اللحام. تم إجراء التوصيلات بين Din و Dout للمصفوفات الفردية باستخدام أسلاك Dupont المتصلة برؤوس الدبوس الموجودة في الأسفل.

الخطوة 6: تجميع الإلكترونيات

لأنني أردت أن أجعل أبعاد السكن صغيرة بقدر الإمكان ، لم أرغب في استخدام Arduino Nano أو Micro العادي. جعلني هذا المكعب 1/2 بوصة LED في واحد 49 على دراية بلوحات TinyDuino التي بدت مثالية لهذا المشروع. حصلت على المجموعة الأساسية التي تتضمن لوحة المعالج ، ودرع USB للبرمجة ، ولوحة أولية للاتصالات الخارجية بالإضافة إلى بطارية LiPo صغيرة قابلة لإعادة الشحن. في الماضي ، كان يجب أن أشتري أيضًا درع مقياس التسارع ثلاثي المحاور الذي يقدمونه بدلاً من استخدام وحدة GY-521 التي ما زلت أضعها في الجوار. وهذا من شأنه أن يجعل البدلة أكثر إحكاما وتقليل الأبعاد الضرورية من السكن. التخطيطي لهذا التصميم سهل للغاية ومرفق أدناه. لقد أجريت بعض التعديلات على لوحة معالج TinyDuino ، حيث أضفت مفتاحًا خارجيًا بعد البطارية. تحتوي لوحة المعالج بالفعل على مفتاح ولكنه كان قصيرًا تتلاءم مع الغلاف.التوصيلات باللوحة الأولية ووحدة GY-521 حيث يتم ذلك باستخدام رؤوس الدبوس التي لا تسمح بالتصميم الأكثر إحكاما ولكنها توفر مرونة أكبر من لحام الأسلاك مباشرة. T يجب أن يكون طول الأسلاك / المسامير في الجزء السفلي من اللوحة الأولية أقصر ما يمكن وإلا فلن تتمكن من توصيله بأعلى لوحة المعالج بعد الآن.

الخطوة السابعة: قم بتحميل الكود

بعد تجميع الإلكترونيات ، يمكنك تحميل الكود المرفق واختبار أن كل شيء يعمل. يشتمل الكود على الرسوم المتحركة التالية التي يمكن تكرارها عن طريق هز مقياس التسارع.

• قوس قزح: رسوم متحركة بألوان قوس قزح من مكتبة FastLED
• الرمال الرقمية: هذا امتداد لكود رملي LED المتحرك من Adafruits إلى ثلاثة أبعاد. ستتحرك وحدات البكسل LED وفقًا لقيم القراءة من مقياس التسارع.
• المطر: تسقط وحدات البكسل من أعلى إلى أسفل وفقًا للإمالة التي يتم قياسها بواسطة مقياس التسارع
• قصاصات الورق: بقع ملونة بشكل عشوائي تومض وتتلاشى بسلاسة من مكتبة FastLED

الخطوة 8: الصب

حان الوقت الآن لصب مصفوفة LED في الراتنج. كما هو مقترح في تعليق في بنائي السابق ، سيكون من الجيد أن تتطابق مؤشرات الانكسار الخاصة بالراتنج والزجاج بحيث يكون الزجاج غير مرئي. انطلاقا من مؤشرات الانكسار لكلا المكونين من الراتينج اعتقدت أن هذا قد يكون ممكنًا من خلال تغيير طفيف في نسبة الخلط بين الاثنين. ومع ذلك ، بعد إجراء بعض الاختبارات ، وجدت أنني لم أتمكن من تغيير معامل الانكسار بشكل ملحوظ دون إتلاف صلابة الراتينج. هذا ليس سيئًا للغاية لأن الزجاج مرئي بشكل ضعيف وفي النهاية قررت أن أخشن سطح الراتنج على أي حال. كان من المهم أيضًا العثور على مادة مناسبة يمكن استخدامها كقالب. كنت أقرأ عن الصعوبات في إزالة القالب بعد الصب في مشاريع مماثلة مثل مكعب راتينج lonesoulsurfer. بعد بعض التجارب غير الناجحة التي أجريتها ، وجدت أن أفضل طريقة هي الحصول على قالب مطبوع ثلاثي الأبعاد ثم تغليفه بمادة مانعة للتسرب من السيليكون. لقد قمت للتو بطباعة طبقة واحدة من مربع مقاس 30 × 30 × 60 مم باستخدام إعداد "الكفاف الخارجي الحلزوني" في Cura (مرفق ملف stl.). إن طلاءه بطبقة رقيقة من السيليكون من الداخل يجعل من السهل جدًا إزالة القالب بعد ذلك. تم إرفاق القالب بالجزء السفلي من ثنائي الفينيل متعدد الكلور أيضًا باستخدام مادة مانعة للتسرب من السيليكون. تأكد من عدم وجود ثقوب لأن الراتينج سوف يتسرب من خلالها وكذلك تتشكل فقاعات الهواء في الراتينج. لسوء الحظ ، كان لدي بعض التسرب الصغير الذي أعتقد أنه مسؤول عن فقاعات الهواء الصغيرة التي تشكلت بالقرب من جدار القالب.

الخطوة 9: التلميع

بعد إزالة القالب ، يمكنك أن يبدو المكعب واضحًا جدًا نظرًا لسطح القالب الناعم المطلي بالسيليكون. ومع ذلك ، كانت هناك بعض المخالفات بسبب الاختلافات في سمك طبقة السيليكون. كما أن السطح العلوي ملتوي باتجاه الحواف بسبب الالتصاق. لذلك ، قمت بتحسين الشكل عن طريق الصنفرة الرطبة باستخدام ورق صنفرة 240 حبيبة رملية. في الأصل ، كانت خطتي هي إعادة صقل كل شيء عن طريق الانتقال إلى فريك دقيق دائمًا ، ومع ذلك ، في النهاية ، قررت أن المكعب يبدو أجمل مع سطح خشن ، لذلك انتهيت من 600 حصى.

الخطوة 10: التركيب في الغلاف

تم تصميم غلاف الأجهزة الإلكترونية باستخدام Autodesk Fusion 360 ثم الطباعة ثلاثية الأبعاد. أضفت فتحة مستطيلة في الحائط للمفتاح وبعض الثقوب في الخلف لتركيب وحدة GY-521 باستخدام مسامير M3. تم توصيل لوحة المعالج TinyDuino باللوحة السفلية والتي تم توصيلها بعد ذلك بالمبيت باستخدام مسامير M2.2. في البداية ، قمت بتثبيت المفتاح في السكن باستخدام الغراء الساخن ، ثم تم تركيب وحدة GY-521 ، وبعد ذلك تم إدخال اللوحة الأولية والبطارية بعناية. تم إرفاق مصفوفة LED باللوحة الأولية باستخدام موصلات Dupont ويمكن فقط توصيل لوحة المعالج من الأسفل. أخيرًا ، قمت بلصق PCB السفلي لمصفوفة LED على الغلاف باستخدام مادة لاصقة للأغراض العامة (UHU Hart).

الخطوة 11: المكعب النهائي

أخيرًا تم الانتهاء من المكعب ويمكنك الاستمتاع بعرض الضوء. تحقق من فيديو المكعب المتحرك.