GlassCube - 4x4x4 LED Cube sa Glass PCBs: 11 Hakbang (na may Mga Larawan)

2025 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2025-01-23 15:12

Ang aking kauna-unahang itinuro sa website na ito ay isang 4x4x4 LED Cube gamit ang mga salamin na PCB. Karaniwan, hindi ko nais na gawin ang parehong proyekto nang dalawang beses ngunit kamakailan lamang ay natagpuan ko ang video na ito ng french maker na Heliox na nagbigay inspirasyon sa akin na gumawa ng isang mas malaking bersyon ng aking orihinal na kubo. Sa kanyang video na Heliox ay mayroong isang mas simpleng proseso upang makagawa ng mga glass PCB na hindi kasangkot sa pag-ukit ngunit sa halip ay gumagamit siya ng isang plotter upang gupitin ang mga bakas mula sa isang self-adhesive copper foil na pagkatapos ay mailipat sa isang substrate ng baso. Dahil ang mga plotter ay hindi ganon kamahal at maaari ring magamit para sa iba pang mga proyekto nakuha ko lang ang isa upang subukan ang proseso para sa aking sarili.

Bukod sa pagiging isang mas malaking bersyon ng aking orihinal na cube ang bersyon na ito ay gumagamit din ng isang pasadyang PCB batay sa isang SAMD21 microcontroller at isang pabahay na ginawa mula sa lasercut acrylic. Ang cube ay maaaring mai-program sa Arduino IDE at katugma din sa CircuitPython.

Ang kit ng GlassCube ay magagamit na rin sa Tindie.

Kung sakaling binili mo ang kit kailangan mo lang maghinang ng mga LED (hakbang 5), tipunin ang pabahay (hakbang 8) at magkaugnay sa mga layer (hakbang 9)

Mga gamit

• 64 mga PC - WS2812B 5050 SMD LEDs (hal. Aliexpress)
• 4 na mga pcs - 100 x 100 x 2 mm na plate ng salamin (Natagpuan ko ang talagang murang tagapagtustos ng Aleman na sisingilin lamang ng 0.20 EUR / pc)
• 2 mga PC - A4 na sheet ng self-adhesive copper foil (hal. Amazon)
• 1 roll - plotter transfer paper (hal. Amazon)
• 1 set - lasercut acrylic (tingnan sa ibaba)
• 1 pasadyang PCB (tingnan sa ibaba)
• 4 na pcs M2x8 na mga tornilyo + mga mani

Ang kabuuang gastos ng lahat ng mga materyales kabilang ang serbisyo ng lasercut at pagmamanupaktura ng PCB ay halos 100 EUR.

Mga kasangkapan

• Silhouette Portrait 2 plotter (hal. Amazon)
• laser cutter o online lasercut service (gumagamit ako ng snijlab.nl)
• panghinang
• heat plate o reflow oven para sa SMD paghihinang (o mga advanced na kasanayan sa paghihinang ng kamay

Hakbang 1: Disenyo ng CAD

Ang mga sukat ng pabahay at PCB ng GlassCube ay dinisenyo sa Fusion360, ikinabit ko ang disenyo sa ibaba.

Ang mga haligi ng gilid at tuktok na plato ay ginawa mula sa 3 mm na makapal na transparent acrylic. Ang mga layer na may LEDs ay ginawa mula sa 2 mm makapal na float na baso. Ang ilalim na plato ay isang pasadyang ginawang PCB.

Hakbang 2: Disenyo ng PCB LED

Ginamit ko ang Eagle upang idisenyo ang layout ng mga baso PCB. Dahil ang pagputol ng mga bakas sa isang tagabalot ay hindi tumpak tulad ng pag-ukit sa kanila ng paraan ng paglipat ng toner ang limitadong minimal na lapad ng bakas ay limitado. Sinubukan ko ang iba't ibang mga lapad ng bakas at nalaman na 32 mil ang pinakamaliit na laki na magagamit ko bilang mas payat na mga bakas na madalas na balatan habang nagpaplano.

Upang ma-cut ang mga bakas mula sa tanso foil ang layout ng board ay kailangang i-convert sa dxf. Inabot ako ng ilang sandali upang malaman kung paano ito gawin nang tama kaya hayaan mo akong dumaan sa mga hakbang nang detalyado

1. buksan ang layout ng board sa Eagle
2. itago ang lahat ng mga layer maliban sa tuktok na layer
3. i-click ang File-> I-print pagkatapos ay piliin ang I-print sa File (pdf)
4. buksan ang pdf sa Inkscape
5. gamitin ang tool ng slection ng landas upang markahan ang isang solong bakas pagkatapos ay i-click ang E dit-> Piliin ang Parehong-> Stroke Style dapat itong markahan ang lahat ng mga bakas (ngunit hindi ang mga pad)
6. i-click ang P ath-> Stroke to Path na-convert nito ang mga balangkas ng landas sa mga bagong landas
7. markahan ang lahat ng mga landas (kasama ang mga pad) sa pamamagitan ng pagpili ng tool sa pagpili ng path at pagkatapos ay pagpindot sa ctrl + a
8. i-click ang P ath-> Union dapat itong pagsamahin ang lahat ng mga landas at alisin ang anumang mga cut-line sa loob ng mga "napunan" na lugar
9. i-click ang File-> I-save Bilang at piliin ang *.dxf bilang format ng file

Ang dxf file ay matatagpuan dito sa aking GitHub.

Hakbang 3: Pagputol ng Copper Foil

Ang file ng dxf ay pinutol mula sa A4 sheet ng self-adhesive copper foil na may Silhouette Portrait 2 plotter. Ang mga sheet na tanso ay unang nakakabit sa kasama na self-adhesive cutting mat. Ang mga setting ng software na ginamit ko para sa paggupit ay makikita sa kalakip na larawan.

Matapos i-cut ang labis na foil ay dapat na maingat na alisin. Upang hindi makapinsala sa cut foil iniwan ko ang buong A4 sheet sa cutting mat para sa mga sumusunod na hakbang.

Hakbang 4: Paglilipat ng Copper Foil

Ang cut foil ay inilipat papunta sa plate ng salamin gamit ang transfer paper na isa lamang ibang self-adhesive foil. Ang transfer paper ay nakakabit sa tanso foil at pagkatapos ay dahan-dahang alisan ng balat upang ang tanso foil ay patuloy na dumidikit sa transfer sheet. Pagkatapos ay nakakabit ito sa basstrate ng baso at ang transfer paper ay dahan-dahang naalis para sa oras na ito ang stick ng tanso ay dumidikit sa plato ng salamin.

Ang layout ng board ay may dalawang marker sa itaas na kaliwa at kanang sulok na makakatulong upang maiayos nang tama ang foil sa baso na plato. Matapos ang paglakip ng mga marker ay maaaring alisin muli mula sa basong plato.

Hakbang 5: Paghihinang ng mga LED

Ang mga SMD LED ay solder sa glass plate ng kamay. Sinubukan ko ring ilakip ang mga ito sa pamamagitan ng paggamit ng isang plate ng init (talaga ang aking kalan) ngunit tulad ng ipinapakita ng larawan na ito ay naging isang magandang ideya. Kung mayroon kang isang tamang oven ng reflow maaaring sulit subukang ngunit depende sa uri ng baso na ginamit mayroong isang seryosong peligro na masira ito sa panahon ng pag-init.

Tungkol sa oryentasyon ng mga LED mayroong dalawang magkakaibang mga layout. Para sa una at pangatlong layer ng kubo ang oryentasyon ay magkakaiba kaysa sa pangalawa at ikaapat na layer. Sa ganitong paraan mas madaling magkabit ang mga layer sa paglaon.

Hakbang 6: Microcontroller PCB

Sa halip na umasa sa isang pang-komersyo na board ng pag-unlad tulad ng Arduino Nano, nagdisenyo ako ng isang pasadyang PCB sa Eagle para sa pagkontrol sa mga LED. Ang adavantage ay maaari kong hugis ang board upang magkasya ito nang maayos sa kubo. Ang board ay batay sa isang ATSAMD21E18 microcontroller na pareho sa ginagamit sa Adafruit's Trinklet M0. Pinili ko ang MCU na ito sapagkat mayroon itong katutubong USB at hindi nangangailangan ng isang FTDI chip para sa pagprograma. Nagbibigay din ang Adafruit ng mga bootloader na katugma sa Arduino IDE pati na rin sa CircuitPython.

Ang isang tala tungkol sa board ay gumagana ito sa 3.3V lohika habang ang WS2812B ay dapat gamitin sa 5V, gayunpaman, maraming tao ang nagpakita na posible ang operasyon na may 3.3V.

Nakuha ko ang aking mga PCB mula sa PCBWay.com ang Gerber Files at BoM ay matatagpuan sa aking GitHub account.

Sa ilang mga kasanayan ang mga bahagi ng SMD sa PCB na ito ay maaaring solder sa pamamagitan ng kamay kahit na ang isang plato ng init o reflow oven ay syempre gagana nang mas mahusay.

Hakbang 7: Flashing ang Bootloader

Ginamit ko ang UF2 bootloader na ibinigay ng Adafruit para sa kanilang mga board ng Trinket M0. Ang MCU ay na-flash sa tulong ng isang tool na J-Link. Ang mga detalyadong tagubilin sa kung paano i-flash ang bootloader ay matatagpuan sa Adafruit website. Ang dakilang bagay tungkol sa Adafruits UF2-SAMD bootloader ay pagkatapos ng unang pag-install, lilitaw ang MCU bilang isang flash drive at maaari mo lamang i-drag ang isang UF2 file sa naaalis na drive upang muling i-flash ito. Napakadali nitong gawing hal. lumipat sa pagitan ng Arduino IDE at CircuitPython.

Hakbang 8: Pabahay sa Lasercut

Ang pabahay ng kubo ay pinutol mula sa 3 mm na makapal na transparent acrylic. Gumamit ako ng isang online na laser cutting service (snijlab.nl). Ang mga kaukulang dxf file ay maaari ding makita sa aking GitHub account. Ang pabahay ay binubuo ng 4 na mga post at isang nangungunang plate. Ang mga post ay nakakabit sa pangunahing PCB sa ibaba gamit ang 4 na mga PC ng M2x8 screws at nut.

Hakbang 9: Pagkonekta sa mga Layer

Matapos tipunin ang pabahay kinonekta ko ang mga layer sa pamamagitan ng mga paghihinang na mga wire sa mga pad sa mga basong PCB. Ito ay naging isang maselan na pamamaraan at may peligro na sunugin ang acrylic o pag-rip ng mga pad ng tanso. Tandaan na ang mga posisyon ng GND at VCC ay lumipat ng mga posisyon sa bawat layer upang ang mga wire ay kailangang tawirin. Upang maiwasan na hinawi ng mga wire ang mga pad ng tanso ayusin ko ang mga ito sa isang maliit na patak ng hotglue pagkatapos ng paghihinang. Ang unang layer ay konektado sa ilalim ng PCB na may isang konektor ng Dupont ngunit ang mga wire ay maaari ding direktang solder sa PCB.

Hakbang 10: Pag-upload ng Code

Gumamit ako ng CircuitPython (bersyon 4.x) upang mai-program ang cube. Kapag na-install mo na ang CircuitPython bootloader maaari mo lamang patakbuhin ang code sa pamamagitan ng direktang pag-save nito sa MCU flash drive. Walang kinakailangang pag-iipon na maaari mo ring hal. muling buksan ang code at i-edit ito.

Sa ngayon ay nakalikha lamang ako ng ilang pangunahing mga animasyon ngunit dapat ay madali para sa kahit na sino na pahabain ang code. Matatagpuan ang code sa aking GitHub, upang patakbuhin kailangan nito ang Adafruit Neopixel at mga magarbong aklatan na matatagpuan dito.

Hakbang 11: Tapos na Cube

Tuwang-tuwa ako sa hitsura ng kubo, ang mga baso PCB at acrylic na pabahay ay gumagana nang maayos. Nakatutuwa din na lumikha ng aking sariling MCU board sa kauna-unahang pagkakataon at halos magulat ako na nag-ehersisyo ito sa unang pagsubok. Dahil mayroon akong ilang ekstrang mga PCB at bahagi ng acrylic na nais kong gawing magagamit ang kubo na ito bilang isang DIY kit sa Tindie. Kaya't kung interesado kang patuloy na hanapin ito o sumulat lamang sa akin ng isang pribadong mensahe.

Gayundin kung gusto mo ang itinuro na ito mangyaring bumoto para sa akin sa Make It Glow Contest.

Runner Up sa Make it Glow Contest