GlassCube - 4x4x4 LED -kuup klaasplaatidel: 11 sammu (koos piltidega)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2025-01-23 14:40

Minu esimene juhendatav sellel veebisaidil oli klaasist trükkplaate kasutav 4x4x4 LED -kuup. Tavaliselt ei meeldi mulle sama projekti kaks korda teha, kuid hiljuti sattusin prantsuse tegija Helioxi video juurde, mis inspireeris mind tegema oma esialgsest kuubikust suuremat versiooni. Oma videos pakub Heliox välja palju lihtsama protsessi klaasist PCBde valmistamiseks, mis ei hõlma söövitamist, vaid kasutab selle asemel joonistajat, et lõigata jäljed isekleepuvast vaskfooliumist, mis seejärel kantakse klaasist aluspinnale. Kuna plotterid ei ole nii kallid ja võivad tulla kasuks ka teiste projektide puhul, siis sain just ühe, et seda protsessi ise proovida.

Lisaks sellele, et see versioon on minu esialgse kuubi suurem versioon, kasutab see ka kohandatud PCB -d, mis põhinevad SAMD21 mikrokontrolleril ja laserlõigatud akrüülist. Kuubikut saab programmeerida Arduino IDE -ga ja see ühildub ka CircuitPythoniga.

GlassCube komplekt on nüüd saadaval ka Tindies.

Kui ostsite komplekti, peate LED -id jootma (samm 5), korpuse kokkupanek (samm 8) ja kihtide ühendamine (samm 9)

Tarvikud

• 64 tk - WS2812B 5050 SMD LED -id (nt aliexpress)
• 4 tk - 100 x 100 x 2 mm klaasplaat (leidsin selle tõeliselt odava Saksa tarnija, kes maksab ainult 0,20 EUR/tk)
• 2 tk - A4 lehed isekleepuvat vaskfooliumi (nt amazon)
• 1 rull - plotteri ülekandepaber (nt amazon)
• 1 komplekt - lasercut akrüül (vt allpool)
• 1 kohandatud trükkplaat (vt allpool)
• 4 tk M2x8 kruvid + mutrid

Kõikide materjalide, sealhulgas laserlõikusteenuse ja trükkplaatide tootmise kogukulud on umbes 100 eurot.

Tööriistad

• Silhouette Portrait 2 plotter (nt amazon)
• laserlõikur või veebipõhine lasercuti teenus (kasutan snijlab.nl)
• jootekolb
• kuumutusplaat või tagasivooluahi SMD jootmiseks (või käsitsi jootmise oskus

1. samm: CAD -disain

GlassCube'i korpuse ja trükkplaadi mõõtmed on kavandatud Fusion360 -s, olen lisanud kujunduse allpool.

Servasambad ja ülemine plaat on valmistatud 3 mm paksusest läbipaistvast akrüülist. LEDidega kihid on valmistatud 2 mm paksusest floatklaasist. Alumine plaat on eritellimusel valmistatud PCB.

2. samm: LED -trükkplaatide disain

Klaasist trükkplaatide paigutuse kujundamiseks kasutasin Eagle'i. Kuna jälgede lõikamine plotteriga pole nii täpne kui nende söövitamine tooneri ülekandemeetodiga, on minimaalne jäljelaius piiratud. Proovisin erinevaid jäljelaiused ja leidsin, et 32 mill oli minimaalne suurus, mida võisin kasutada, kuna joonistamise ajal kooruvad sageli õhemad jäljed.

Vaskfooliumist jälgede lõikamiseks tuli plaadi kujundus teisendada dxf -ks. Võtsin aega, et aru saada, kuidas seda õigesti teha, nii et lubage mul sammud üksikasjalikult läbi viia

1. avatud tahvli paigutus Eagle'is
2. peida kõik kihid peale pealmise kihi
3. klõpsake nuppu Fail-> Prindi, seejärel valige Prindi faili (pdf)
4. ava pdf Inkscape'is
5. kasutage tee jälgimise tööriista, et märkida üks jälg, seejärel klõpsake nuppu E dit-> Select Same-> Stroke Style, see peaks märkima kõik jäljed (kuid mitte padjad)
6. klõpsa P Ath-> Stroke to Path see teisendab teejooned uuteks radadeks
7. märkige kõik teed (sh padjad), valides tee valimise tööriista ja vajutades seejärel klahve ctrl+a
8. klõpsake nuppu P Ath-> Union, see peaks ühendama kõik teed ja eemaldama kõik lõikejooned "täidetud" aladelt
9. klõpsake File-> Save As ja valige failivorminguks *.dxf

Dxf -faili leiate siit minu GitHubist.

3. samm: vaskfooliumi lõikamine

Dxf-fail lõigati A4-formaadis isekleepuvast vaskfooliumist Silhouette Portrait 2 plotteriga. Vaseplekid kinnitati esmalt kaasasoleva isekleepuva lõikamismati külge. Tarkvara seadeid, mida lõikamiseks kasutasin, näete lisatud pildil.

Pärast lõikamist tuleb liigne foolium hoolikalt eemaldada. Et mitte kahjustada lõigatud fooliumi, jätsin terve A4 lehe järgmiste sammude lõikamismatile.

4. samm: vaskfooliumi ülekandmine

Lõigatud foolium kanti klaasplaadile ülekandepaberi abil, mis on veel üks isekleepuv kile. Ülekandepaber kinnitatakse vaskfooliumile ja kooritakse seejärel aeglaselt maha, nii et vaskfoolium jääb ülekandelehe külge. Seejärel kinnitatakse see klaasist aluspinnale ja ülekandepaber kooritakse aeglaselt maha, nii et seekord kleepub vaskfoolium klaasplaadile.

Plaadi paigutusel on vasakus ülanurgas ja paremas nurgas kaks markerit, mis aitavad klaasplaadil asuvat fooliumi õigesti joondada. Pärast kinnitamist saab markerid klaasplaadilt uuesti eemaldada.

Samm: LED -ide jootmine

SMD LED -id joodeti klaasplaadile käsitsi. Proovisin neid ka kuumutusplaadi (tegelikult minu pliidi) abil kinnitada, kuid nagu pildilt näha, ei osutunud see heaks ideeks. Kui teil on korralik tagasivooluahi, võib seda proovida proovida, kuid sõltuvalt kasutatava klaasi tüübist on tõsine oht, et see puruneb kuumutamise ajal.

Valgusdioodide orientatsiooni osas on kaks erinevat paigutust. Kuubi esimese ja kolmanda kihi orientatsioon on erinev kui teise ja neljanda kihi puhul. Nii on kihte hiljem lihtsam omavahel ühendada.

Samm: mikrokontrolleri trükkplaat

Selle asemel, et tugineda kaubanduslikule arendusplaadile nagu Arduino Nano, kujundasin Eagle'is kohandatud PCB -d LED -ide juhtimiseks. Eeliseks on see, et saaksin tahvli kujundada nii, et see kenasti kuubikusse sobiks. Tahvel põhineb ATSAMD21E18 mikrokontrolleril, mis on sama, mida kasutatakse Adafruit'i Trinklet M0 -s. Valisin selle MCU, kuna sellel on oma USB ja see ei vaja programmeerimiseks FTDI kiipi. Samuti pakub Adafruit alglaadureid, mis ühilduvad nii Arduino IDE kui ka CircuitPythoniga.

Üks märkus tahvli kohta on see, et see töötab 3,3 V loogikaga, samas kui WS2812B tuleks kasutada 5 V pingega, kuid paljud inimesed on näidanud, et ka 3.3 V töötamine on võimalik.

PCB -d sain saidilt PCBWay.com, Gerberi failid ja BoM -i leiate minu GitHubi kontolt.

Teatud oskustega saab selle trükkplaadi SMD komponente käsitsi jootma hakata, kuigi kuumutusplaat või tagasivooluahi töötavad loomulikult paremini.

Samm: alglaaduri vilkumine

Kasutasin nende Trinket M0 tahvlite jaoks Adafruuti pakutavat alglaadurit UF2. MCU-d vilgutati J-Linki tööriista abil. Üksikasjalikud juhised alglaaduri välgutamiseks leiate Adafruit'i veebisaidilt. Adafruits UF2-SAMD alglaaduri suurepärane asi on see, et pärast esimest installimist kuvatakse MCU mälupulgana ja saate lihtsalt UF2-faili teisaldatavale draivile lohistada, et see uuesti käivitada. See teeb väga lihtsaks nt. vahetada Arduino IDE ja CircuitPython vahel.

8. samm: Lasercuti korpus

Kuubi korpus lõigati 3 mm paksusest läbipaistvast akrüülist. Kasutasin veebipõhist laserlõikamisteenust (snijlab.nl). Vastavad dxf -failid leiate ka minu GitHubi kontolt. Korpus koosneb 4 postist ja ülemisest plaadist. Postid kinnitatakse põhiplaadi külge, kasutades 4 tk M2x8 kruvisid ja mutreid.

9. samm: kihtide ühendamine

Pärast korpuse kokkupanekut ühendasin kihid jootmisel juhtmetega klaasplaatide plaatidele. See osutus üsna delikaatseks protseduuriks ja on oht akrüüli põletada või vaskpadjad ära rebida. Pange tähele, et GND ja VCC tihvtid vahetavad positsioone igal kihil, nii et juhtmed tuleb ületada. Vältimaks juhtmete vasest padjadelt rebimist, kinnitasin need pärast jootmist väikese tilga kuumliimiga. Esimene kiht ühendati alumise trükkplaadiga Duponti pistikuga, kuid juhtmeid saab joota ka otse trükkplaadile.

Samm: koodi üleslaadimine

Kuubi programmeerimiseks kasutasin CircuitPythonit (versioon 4.x). Kui olete CircuitPythoni alglaaduri installinud, saate koodi käivitada, salvestades selle otse MCU mälupulgale. Kompileerimist pole vaja, samuti saate nt. avage kood uuesti ja muutke seda.

Siiani olen lihtsalt loonud mõned põhianimatsioonid, kuid koodi laiendamine peaks olema suhteliselt lihtne. Koodi leiate minu GitHubist, selle käivitamiseks on vaja Adafruit Neopixeli ja siit leitud fancyLED raamatukogusid.

11. samm: valmis kuubik

Olen kuubi väljanägemisega üsna rahul, klaasist trükkplaadid ja akrüülist korpus töötavad kenasti koos. Samuti oli lõbus esmakordselt oma MCU -plaadi loomine ja olen peaaegu üllatunud, et see esimesel katsel õnnestus. Kuna mul on mõned varu -PCB -d ja akrüülosad, tahaksin selle kuubi Tindie DIY komplektina kättesaadavaks teha. Nii et kui olete huvitatud, otsige seda või kirjutage mulle privaatsõnum.

Kui teile meeldib see juhend, palun hääletage minu poolt konkursil Make It Glow.

Võistluse Make it Glow teine koht