GlassCube - مكعب LED 4x4x4 على زجاج ثنائي الفينيل متعدد الكلور: 11 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

كان أول تدريب لي على هذا الموقع هو مكعب LED 4x4x4 باستخدام زجاج ثنائي الفينيل متعدد الكلور. في العادة ، لا أحب أن أقوم بنفس المشروع مرتين ، لكنني عثرت مؤخرًا على هذا الفيديو الخاص بالمصنع الفرنسي Heliox والذي ألهمني لصنع نسخة أكبر من المكعب الأصلي الخاص بي. في مقطع الفيديو الخاص بها ، توصلت هيليوكس إلى عملية أبسط بكثير لتصنيع مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الزجاجية التي لا تنطوي على النقش ولكنها بدلاً من ذلك تستخدم رسامًا لقطع الآثار من رقائق نحاسية ذاتية اللصق يتم نقلها بعد ذلك إلى طبقة سفلية زجاجية. نظرًا لأن المتآمرين ليست باهظة الثمن ويمكن أن تكون مفيدة أيضًا لمشاريع أخرى ، فقد حصلت للتو على واحدة لتجربة العملية بنفسي.

بصرف النظر عن كونه نسخة أكبر من المكعب الأصلي الخاص بي ، يستخدم هذا الإصدار أيضًا ثنائي الفينيل متعدد الكلور مخصصًا يعتمد على متحكم SAMD21 وإسكان مصنوع من أكريليك الليزر. يمكن برمجة المكعب باستخدام Arduino IDE وهو متوافق أيضًا مع CircuitPython.

مجموعة GlassCube متاحة الآن أيضًا على Tindie.

في حالة شراء المجموعة ، ما عليك سوى القيام بلحام مصابيح LED (الخطوة 5) ، وتجميع السكن (الخطوة 8) وربط الطبقات (الخطوة 9)

اللوازم

• 64 قطعة - WS2812B 5050 SMD LEDs (على سبيل المثال AliExpress)
• 4 قطع - لوح زجاجي 100 × 100 × 2 مم (لقد وجدت هذا المورد الألماني الرخيص حقًا والذي يتقاضى 0.20 يورو / كمبيوتر فقط)
• قطعتان - صفائح A4 من رقائق النحاس ذاتية اللصق (مثل أمازون)
• لفة واحدة - ورق نقل الراسمة (مثل أمازون)
• مجموعة واحدة - أكريليك ليزركوت (انظر أدناه)
• 1 ثنائي الفينيل متعدد الكلور مخصص (انظر أدناه)
• 4 قطع مسامير M2x8 + صواميل

تبلغ التكلفة الإجمالية لجميع المواد بما في ذلك خدمة الليزر وتصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور حوالي 100 يورو.

أدوات

• رسام صورة Silhouette Portrait 2 (مثل amazon)
• أداة القطع بالليزر أو خدمة الليزر عبر الإنترنت (أنا أستخدم snijlab.nl)
• لحام حديد
• لوحة تسخين أو فرن إنحسر لحام SMD (أو مهارات لحام يدوية متقدمة

الخطوة 1: تصميم CAD

تم تصميم أبعاد الغلاف وثنائي الفينيل متعدد الكلور لـ GlassCube في Fusion360 ، وقد أرفقت التصميم أدناه.

أعمدة الحافة والصفيحة العلوية مصنوعة من أكريليك شفاف بسمك 3 مم. الطبقات التي تحتوي على مصابيح LED مصنوعة من زجاج عائم بسمك 2 مم. اللوحة السفلية عبارة عن لوحة مصنوعة خصيصًا من ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

الخطوة 2: تصميم LED ثنائي الفينيل متعدد الكلور

لقد استخدمت Eagle لتصميم تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور الزجاجي. نظرًا لأن قطع الآثار باستخدام الراسمة ليس دقيقًا مثل نقشها باستخدام طريقة نقل الحبر ، فإن الحد الأدنى من عرض التتبع يكون محدودًا. لقد جربت عروض تتبع مختلفة ووجدت أن 32 مل هو الحد الأدنى للحجم الذي يمكنني استخدامه كآثار أرق غالبًا ما تقشر أثناء التخطيط.

لكي تكون قادرًا على قطع الآثار من رقائق النحاس ، يجب تحويل تخطيط اللوحة إلى dxf. لقد استغرقت بعض الوقت لمعرفة كيفية القيام بذلك بشكل صحيح ، لذا دعني أتابع الخطوات بالتفصيل

1. تخطيط لوحة مفتوحة في Eagle
2. إخفاء كل الطبقات ما عدا الطبقة العليا
3. انقر فوق ملف-> طباعة ثم حدد طباعة إلى ملف (pdf)
4. افتح ملف pdf في إنكسكيب
5. استخدم أداة تحديد المسار لوضع علامة على أثر واحد ثم انقر فوق E dit-> Select Same-> Stroke Style وهذا يجب أن يحدد جميع الآثار (ولكن ليس الفوط)
6. انقر فوق P ath-> Stroke to Path وهذا يحول الخطوط الخارجية للمسار إلى مسارات جديدة
7. قم بتمييز جميع المسارات (بما في ذلك اللوحات) عن طريق تحديد أداة تحديد المسار ثم الضغط على ctrl + a
8. انقر فوق P ath-> Union وهذا يجب أن يجمع كل المسارات ويزيل أي خطوط مقطوعة داخل المناطق "المملوءة"
9. انقر فوق ملف-> حفظ باسم وحدد *.dxf كتنسيق ملف

يمكن العثور على ملف dxf هنا على GitHub الخاص بي.

الخطوة الثالثة: قطع رقائق النحاس

تم قطع ملف dxf من أوراق A4 من رقائق النحاس ذاتية اللصق باستخدام مخطط Silhouette Portrait 2. تم إرفاق الألواح النحاسية أولاً بساط القطع ذاتية اللصق المضمنة. يمكن رؤية إعدادات البرنامج التي استخدمتها للقطع في الصورة المرفقة.

بعد قطع الرقائق الزائدة يجب إزالتها بعناية. لكي لا أتلف الرقائق المقطوعة ، تركت ورقة A4 بأكملها على حصيرة القطع للخطوات التالية.

الخطوة 4: نقل رقائق النحاس

تم نقل الرقائق المقطوعة على اللوح الزجاجي باستخدام ورق النقل وهو مجرد ورق آخر ذاتي اللصق. يتم إرفاق ورقة النقل على ورق النحاس ثم يتم تقشيرها ببطء بحيث تظل الرقائق النحاسية ملتصقة بورقة النقل. ثم يتم توصيله بالركيزة الزجاجية ويتم تقشير ورقة النقل ببطء بحيث تلتصق هذه المرة بالرقائق النحاسية على اللوح الزجاجي.

يحتوي تخطيط اللوحة على علامتين في الزاويتين العلويتين اليسرى واليمنى والتي تساعد على محاذاة الرقاقة بشكل صحيح على اللوحة الزجاجية. بعد إرفاق علامات يمكن إزالتها مرة أخرى من اللوحة الزجاجية.

الخطوة 5: لحام المصابيح

تم لحام مصابيح SMD LED على اللوحة الزجاجية يدويًا. حاولت أيضًا إرفاقها باستخدام لوحة تسخين (في الواقع موقدتي) ولكن كما تظهر الصورة ، اتضح أن هذا ليس فكرة جيدة. إذا كان لديك فرن إعادة تدفق مناسب ، فقد يكون الأمر يستحق المحاولة ولكن اعتمادًا على نوع الزجاج المستخدم ، فهناك خطر كبير يتمثل في تعرضه للكسر أثناء التسخين.

فيما يتعلق بتوجيه المصابيح ، هناك تخطيطان مختلفان. بالنسبة للطبقة الأولى والثالثة من المكعب ، سيكون الاتجاه مختلفًا عن الطبقة الثانية والرابعة. بهذه الطريقة يكون من الأسهل ربط الطبقات لاحقًا.

الخطوة 6: متحكم ثنائي الفينيل متعدد الكلور

بدلاً من الاعتماد على لوحة تطوير تجارية مثل Arduino Nano ، قمت بتصميم PCB مخصص في Eagle للتحكم في مصابيح LED. الميزة هي أنه يمكنني تشكيل اللوحة بحيث تتناسب بشكل جيد مع المكعب. تعتمد اللوحة على متحكم ATSAMD21E18 وهو نفسه المستخدم في Trinklet M0 من Adafruit. لقد اخترت MCU هذا لأنه يحتوي على USB أصلي ولا يتطلب شريحة FTDI للبرمجة. كما يوفر Adafruit محمل الإقلاع المتوافق مع Arduino IDE وكذلك CircuitPython.

ملاحظة واحدة حول اللوحة هي أنها تعمل بمنطق 3.3 فولت بينما يجب استخدام WS2812B مع 5 فولت ، ومع ذلك ، فقد أظهر العديد من الأشخاص أن العملية مع 3.3 فولت ممكنة أيضًا.

حصلت على PCBs من PCBWay.com ، ويمكن العثور على ملفات Gerber و BoM على حسابي على GitHub.

مع بعض المهارات ، يمكن لحام مكونات SMD الموجودة على PCB يدويًا على الرغم من أن لوحة التسخين أو فرن إعادة التدفق سيعملان بشكل أفضل بالطبع.

الخطوة 7: تفليش Bootloader

لقد استخدمت محمل الإقلاع UF2 المقدم من Adafruit للوحات Trinket M0. تم وميض MCU بمساعدة أداة J-Link. يمكن العثور على إرشادات مفصلة حول كيفية فلاش أداة تحميل التشغيل على موقع Adafruit على الويب. إن الشيء العظيم في محمل الإقلاع Adafruits UF2-SAMD هو أنه بعد التثبيت الأول ، تظهر MCU كمحرك أقراص محمول ويمكنك فقط سحب ملف UF2 إلى محرك الأقراص القابل للإزالة لفلاشها مرة أخرى. هذا يجعل من السهل جدًا على سبيل المثال التبديل بين Arduino IDE و CircuitPython.

الخطوة 8: الإسكان Lasercut

تم قطع غلاف المكعب من الأكريليك الشفاف بسمك 3 مم. لقد استخدمت خدمة القطع بالليزر عبر الإنترنت (snijlab.nl). يمكن أيضًا العثور على ملفات dxf المقابلة على حساب GitHub الخاص بي. يتكون السكن من 4 أعمدة ولوحة علوية. يتم توصيل الدعامات بلوحة الدوائر المطبوعة الرئيسية في الجزء السفلي باستخدام 4 قطع من البراغي والصواميل M2x8.

الخطوة 9: توصيل الطبقات

بعد تجميع الغلاف ، قمت بتوصيل الطبقات عن طريق لحام الأسلاك على الوسادات الموجودة على زجاج ثنائي الفينيل متعدد الكلور. اتضح أن هذا إجراء دقيق للغاية وهناك خطر حرق الأكريليك أو تمزيق الوسادات النحاسية. لاحظ أن دبابيس GND و VCC تقوم بتبديل المواضع على كل طبقة بحيث يجب تقاطع الأسلاك. لتجنب تمزق الأسلاك من الوسادات النحاسية ، قمت بتثبيتها بقطرة صغيرة من الغراء الساخن بعد اللحام. تم توصيل الطبقة الأولى بطبقة PCB السفلية بموصل Dupont ولكن يمكن أيضًا لحام الأسلاك مباشرة بـ PCB.

الخطوة العاشرة: تحميل الكود

لقد استخدمت CircuitPython (الإصدار 4.x) لبرمجة المكعب. بمجرد تثبيت أداة تحميل التشغيل CircuitPython ، يمكنك فقط تشغيل التعليمات البرمجية عن طريق حفظها مباشرة في محرك أقراص فلاش MCU. لا يوجد تجميع ضروري كما يمكنك على سبيل المثال أعد فتح الكود وقم بتحريره.

لقد قمت للتو بإنشاء بعض الرسوم المتحركة الأساسية حتى الآن ولكن يجب أن يكون من السهل نسبيًا على أي شخص تمديد الكود. يمكن العثور على الكود على GitHub الخاص بي ، لتشغيله يحتاج إلى مكتبات Adafruit Neopixel و fancyLED الموجودة هنا.

الخطوة 11: المكعب النهائي

أنا سعيد جدًا بمظهر المكعب ، تعمل مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الزجاجية والإسكان الأكريليكي بشكل جيد معًا. كان من الممتع أيضًا إنشاء لوحة MCU الخاصة بي لأول مرة وأنا مندهش تقريبًا من أنها نجحت في المحاولة الأولى. نظرًا لأن لدي بعض قطع غيار ثنائي الفينيل متعدد الكلور وأجزاء الأكريليك ، أود أن أجعل هذا المكعب متاحًا كمجموعة DIY على Tindie. لذلك إذا كنت مهتمًا ، استمر في البحث عنه أو اكتب لي رسالة خاصة.

أيضًا إذا كنت تحب هذه التعليمات ، فالرجاء التصويت لي في مسابقة Make It Glow.

المركز الثاني في مسابقة Make it Glow