FoldTronics: 3D -objektide loomine integreeritud elektroonikaga, kasutades kokkupandavaid HoneyComb struktuure: 11 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Selles õpetuses tutvustame FoldTronicsit, 2D-lõikel põhinevat valmistamistehnikat elektroonika integreerimiseks 3D-volditud objektidesse. Põhiidee on lõigata ja perforeerida 2D -lehte lõikamisplotteri abil, et muuta see 3D -kärgstruktuuriks kokkupandavaks; enne voltimist panevad kasutajad elektroonilised komponendid ja vooluringi lehele.

Tootmisprotsess võtab vaid paar minutit, võimaldades kasutajatel kiiresti funktsionaalsete interaktiivsete seadmete prototüüpe luua. Saadud esemed on kerged ja jäigad, võimaldades seega kaalutundlikke ja jõutundlikke rakendusi. Kärgstruktuuri olemuse tõttu saab loodud esemeid piki üht telge kokku voltida ja seega kompaktses vormis tõhusalt transportida.

Lisaks paberilõikamismasinale vajate järgmisi materjale:

• Läbipaistev PET -kile/läbipaistv kile
• Vase liimleht/foolium
• Kahepoolne liimileht
• Kahepoolne juhtiv kleeplint
• Tavaline suur lint või kleepuv vinüül

Samm: laadige alla FoldTronics tarkvara

FoldTronics'i kujundustööriist on rakendatud 3D -redaktoris Rhino3D Grasshopperi laiendina. Rohutirts ekspordib otse kärgstruktuuri lehe, isoleerlindi ja mäe/oru komplekti kihte. Lisaks rakendasime juhtmestiku loomiseks elektroonilise projekteerimistarkvara EAGLE juurde ULP -pistikprogrammi, mis ekspordib juhtmestiku kihi, muutes kihtide virna täielikuks.

Meie disainitööriista tarkvara leiate GitHubist:

Teil on vaja:

• Uusim Rhino5 WIP
• Rohutirts
• KOTK
• Illustraator
• Silhouette stuudio

2. samm: seadme disainimine tarkvara abil

LED -ahela loomiseks alustame 3D -mudeli loomisega 3D -redaktoris Rhino3D, mille jaoks me rakendasime oma FoldTronics pistikprogrammi. Pärast 3D -mudeli põhikuju loomist teisendame selle kärgstruktuuriks, vajutades nuppu "teisenda". Niipea, kui algoritm jagas mudeli kärgstruktuuri rakkudeks, kuvatakse tulemus 3D -vaates.

Nüüd saame kärgstruktuuri eraldusvõimet kaasasoleva liuguri abil muuta, et leida parim kompromiss kõrgema eraldusvõime ja selle vahel, et lahtrites on piisavalt ruumi LED-i, aku ja ristlülitusahela ühendamiseks.

Eraldusvõime liugur muudab samaaegselt nii veergude arvu kui ka lahtrite arvu, kuna veergude ja ridade eraldusvõime muutmine muudaks lõpliku kuju algkujust erinevaks.

Valgusdioodi, aku ja ristlülitusahela pistiku lisamiseks valime need menüü komponentide loendist ja lisame need vastavale nupule klõpsates. See loob automaatselt kasti 3D -mudeli, mis näitab valitud elektroonilise komponendi suurust. Nüüd saame LED -i ja muid elektroonilisi komponente lohistada 3D -helitugevuse kohta. Juhul, kui paigutame komponendi juhuslikult voldile või sobimatule lahtrile, paigutatakse see automaatselt järgmisesse kehtivasse lahtrisse.

1. Importige 3D -mudel Rhinocerosesse.
2. Käivitage "Rohutirts" ja avage "HoneycombConvert_8.gh".
3. Valige Rhinoceros mudel ja paremklõpsake brep -komponendil ja Grasshopperil "Set one brep".
4. Avage Grasshopperi vaate "Kaugjuhtimispaneel".
5. Muutke lahtri laiust liuguri abil.
6. Teisendage mudel kärgstruktuuriks ja 2D lõigatud andmed, klõpsates nuppu "Teisenda kärgstruktuur".
7. Liigutage komponent (sinine värv) ja muutke suurust, valides komponendid sellest loendist. (alles ehitamisel)
8. Komponendi andmete loomine, klõpsates nuppu "Loo komponendid".
9. 2D -andmete loomine, klõpsates nupul "Loo lõigatud andmed".
10. Ekspordi lõikejooned koos "valitud objektidega" AI -failina.

3. samm: kihtide eksport eksportimiseks

Kui oleme elektroonikakomponentide paigutamise lõpetanud, klõpsame tootmiseks vajalike kihtide loomiseks nuppu „Ekspordi”. Ekspordi korral loob 3D -redaktori pistikprogramm kõik tootmispinu kihid 2D -joonistusfailidena (. DXF -failivormingus), välja arvatud juhtmestikku sisaldav kiht, mis luuakse eraldi protsessi hilisemas etapis.

Puuduva juhtmestikukihi loomiseks avavad kasutajad kärgstruktuuri 2D -faili elektroonilises disainitarkvaras EAGLE ja käivitavad meie kohandatud EAGLE ULP -i pistikprogrammi. Pistikprogramm genereerib kärgstruktuuri suuruse trükkplaadi ja teisendab seejärel iga värvilise ruudu tagasi elektrooniliseks komponendiks (st LED-i, aku ja ristsuunalise ahela pistiku). Kui elektroonilised komponendid on juba lehel, saavad kasutajad nüüd skeemi koostada. Lõpuks saavad kasutajad kasutada EAGLE'i automaatse juhtmestiku funktsiooni, et luua lehele täielik vooluring, mis viimistleb valmistamiseks viimast puuduvat kihti.

** Praegu on ULP -i pistikprogramm ehitamisel. Peate komponendid käsitsi panema.

Samm: valmistamine, kokkupanek ja voltimine

Nüüd saame alustada loodud kihtide lisamist. Kihtide valmistamiseks peame lõikamisplotteri abil lõikama ainult iga kihi 2D joonise (. DXF -failivorming) õiges järjekorras.

Samm: aluslehe lõikamine ja perforeerimine

Esmalt sisestame alusplaadi (PET -plastik) lõikurisse ning lõikame ja perforeerime selle, et luua mäe-, oru- ja piluliinid ning elektroonikakomponentide markerid. FoldTronics protsess perforeerib lehte ainult ülalt ja eristab mägede ja orgude jooni, kasutades eraldi visuaalseid märkeid (punktiirjooned mägede ja katkendjoonte puhul orgude puhul), kuna need nõuavad hiljem vastassuundade voltimist. Teise võimalusena võib FoldTronics protsessil lehe perforeerida ka mõlemalt poolt, st perforeerida mäed ülevalt ja orud altpoolt, kuid see nõuab lehe uuesti sisestamist lõikeplotterisse.

Kuigi kõik pilud on läbi lõigatud, on kärgstruktuuri kontuur ainult perforeeritud, et see oleks ühendatud põhilehega, mis võimaldab järgmistel etappidel lehte lõikamisplotteriga edasi töödelda. Lõpuks on perforeeritud ka alad, kus elektroonikakomponente joodetakse, et oleks lihtsam teada saada, milline komponent kuhu läheb.

Selles paberis kasutatavate objektide jaoks kasutame PET -plastlehti, paksus 0,1 mm ja lõikame lehed lõikeplotteriga (mudel: siluettportree, seadete lõikamine: tera 0,2 mm, kiirus 2 cm/s, jõud 10, seaded perforeerivad: tera 0,2 mm, kiirus 2 cm/s, jõud 6).

6. samm: juhtmestiku paigaldamine vaskteibiga

Järgmisena asetame ühele poolele vasest lindi (paksus: 0,07 mm) kihi kogu lehele. Asetame lehe vase poolega ülespoole lõikeplotterisse, seejärel käivitame faili, et lõigata välja juhtmete kuju, mis on konfigureeritud nii, et see ei lõikuks aluslehte (lõikeseaded: tera 0,2 mm, kiirus 2 cm /s, jõud 13). Hiljem koorime maha vasest lindi, mis ei kuulu juhtmestikku.

Samm 7: isolatsioonileht

Selleks, et vältida juhtmete lühise tekkimist pärast aluslehe voltimist, lisame järgmisena isoleerkihi. Selleks asetame kogu lehele kihi tavalist mittejuhtivat linti (paksus: 0,08 mm). Panime lehe tagasi lõikamisplotterisse, mis eemaldab isoleerlindi ainult nendest piirkondadest, millel on traadiotsad, mis ühendatakse elektroonikakomponentidega või mis kasutavad meie uut ristkontuuriga konnektorit. Kasutame lõikamise seadeid: tera 0,1 mm, kiirus 2 cm/s, jõud 4.

8. samm: liimige mäed/orud pärast voltimist kinni

Järgmises etapis rakendame lehele nii alumise kui ka ülaosa kihi tavalist kahepoolset teipi. Kahepoolset teipi kasutatakse orgude ja mägede ühendamiseks, mis hoiavad kärgstruktuuri pärast voltimist kokku (mäed liimitakse lehtede ülaosast, orud aga altpoolt). Pärast lehe lõikamisplotterisse sisestamist lõigatakse kahepoolne teip välja kõigist piirkondadest, mida ei tohiks kokku kleepida (lõikeseaded: tera 0,2 mm, kiirus 2 cm/s, jõud 6). Lisaks lõikab teibitud orud/mäed, millel on ka ristlülitusahela pistik, lõikamisplotter välja elektrooniliste ühenduste jaoks vajalikud alad. Pärast mõlema poole lõikamist koorime järelejäänud kahepoolse teibi maha.

9. samm: jootmine

Viimases etapis enne jootmist katkestasime nüüd kärgstruktuuri, et see lehest lahti ühendada. Seejärel jootame jootekolvi abil elektroonikakomponendid (LED, aku) juhtmete külge. Kui komponendid on väikesed ja neid on raske joota, võime alternatiivina kasutada ka jootepastat. Kuna elementidevahelise vooluahela pistiku jootmine on keeruline, kasutame ühenduse loomiseks kahepoolset juhtivat linti.

10. samm: voltimine

Nüüd voldime kärje kokku.

11. samm: süttige

Teie ring on valmis!