FoldTronics: การสร้างวัตถุ 3 มิติด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบบูรณาการโดยใช้โครงสร้างรังผึ้งแบบพับได้: 11 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

ในบทช่วยสอนนี้ เรานำเสนอ FoldTronics ซึ่งเป็นเทคนิคการผลิตแบบ 2D-cutting เพื่อรวมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เข้ากับวัตถุพับ 3 มิติ แนวคิดหลักคือการตัดและเจาะแผ่นงาน 2 มิติโดยใช้พลอตเตอร์ตัดเพื่อให้พับเป็นโครงสร้างรังผึ้ง 3 มิติ ก่อนพับ ผู้ใช้วางชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และวงจรบนแผ่น

กระบวนการผลิตใช้เวลาเพียงไม่กี่นาทีทำให้ผู้ใช้สามารถสร้างต้นแบบอุปกรณ์โต้ตอบการทำงานได้อย่างรวดเร็ว วัตถุที่ได้จะมีน้ำหนักเบาและแข็ง จึงช่วยให้ใช้งานที่ไวต่อน้ำหนักและไวต่อแรงกดได้ เนื่องจากธรรมชาติของรวงผึ้ง วัตถุที่สร้างขึ้นสามารถพับให้เป็นแนวราบตามแกนเดียว จึงสามารถเคลื่อนย้ายได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยรูปทรงกะทัดรัดนี้

นอกจากเครื่องตัดกระดาษแล้ว คุณจะต้องมีวัสดุดังต่อไปนี้:

• แผ่นพลาสติก PET ใส/ฟิล์มใส
• แผ่นกาวทองแดง/ฟอยล์
• แผ่นกาวสองหน้า
• เทปกาวสองหน้านำไฟฟ้า
• เทปกาวหรือไวนิลขนาดใหญ่ทั่วไป

ขั้นตอนที่ 1: ดาวน์โหลดซอฟต์แวร์ FoldTronics

เครื่องมือออกแบบสำหรับ FoldTronics ถูกนำมาใช้ในโปรแกรมแก้ไข 3D Rhino3D เป็นส่วนขยาย Grasshopper ตั๊กแตนส่งออกชั้นโดยตรงสำหรับแผ่นรังผึ้ง เทปฉนวน และการประกอบภูเขา/หุบเขา นอกจากนี้ เพื่อสร้างการเดินสาย เราใช้ปลั๊กอิน ULP กับซอฟต์แวร์การออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ EAGLE ซึ่งส่งออกเลเยอร์การเดินสาย - ทำให้สแต็กของเลเยอร์สมบูรณ์

ซอฟต์แวร์สำหรับเครื่องมือออกแบบของเรามีอยู่ใน GitHub:

คุณจะต้องการ:

• Rhino5 WIP. ล่าสุด
• ตั๊กแตน
• นกอินทรี
• นักวาดภาพประกอบ
• Silhouette Studio

ขั้นตอนที่ 2: การออกแบบอุปกรณ์โดยใช้ซอฟต์แวร์

ในการสร้างวงจร LED เราเริ่มต้นด้วยการสร้างโมเดล 3 มิติในโปรแกรมแก้ไข 3 มิติ Rhino3D ซึ่งเราใช้ปลั๊กอิน FoldTronics ของเรา หลังจากสร้างรูปร่างพื้นฐานของโมเดล 3 มิติแล้ว เราจะแปลงเป็นโครงสร้างรังผึ้งโดยกดปุ่ม "แปลง" ทันทีที่อัลกอริทึมแบ่งแบบจำลองออกเป็นเซลล์รังผึ้ง ผลลัพธ์จะแสดงในมุมมอง 3 มิติ

ตอนนี้ เราสามารถปรับเปลี่ยนความละเอียดของรังผึ้งได้โดยใช้แถบเลื่อนที่ให้มาเพื่อค้นหาจุดตัดที่ดีที่สุดระหว่างความละเอียดสูงกว่าและการมีพื้นที่ในเซลล์เพียงพอสำหรับใส่ LED, แบตเตอรี่ และขั้วต่อวงจรข้ามเซลล์

แถบเลื่อนความละเอียดจะเปลี่ยนทั้งจำนวนคอลัมน์และจำนวนเซลล์พร้อมกัน เนื่องจากการเปลี่ยนความละเอียดสำหรับคอลัมน์และแถวแยกกันจะทำให้รูปร่างสุดท้ายแตกต่างจากรูปร่างเดิม

ในการเพิ่มขั้วต่อ LED, แบตเตอรี่ และวงจรข้ามเซลล์ เราเลือกจากรายการส่วนประกอบจากเมนูและเพิ่มโดยคลิกปุ่มที่เกี่ยวข้อง สิ่งนี้จะสร้างแบบจำลอง 3 มิติของกล่องที่แสดงขนาดของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่เลือกโดยอัตโนมัติ ตอนนี้เราสามารถลาก LED และส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ไปยังตำแหน่งในโวลุ่ม 3 มิติได้แล้ว ในกรณีที่เราวางส่วนประกอบลงบนรอยพับหรือเซลล์ที่ไม่ถูกต้องโดยไม่ได้ตั้งใจ ส่วนประกอบนั้นจะถูกย้ายไปยังเซลล์ที่ถูกต้องถัดไปโดยอัตโนมัติ

1. นำเข้าโมเดล 3 มิติในแรด
2. เรียกใช้ "ตั๊กแตน" และเปิด "HoneycombConvert_8.gh"
3. เลือกโมเดลใน Rhinoceros และคลิกขวาที่ส่วนประกอบ brep และ "Set one brep" บน Grasshopper
4. เปิด "แผงควบคุมระยะไกล" ของมุมมองของตั๊กแตน
5. เปลี่ยนความกว้างของเซลล์โดยใช้แถบเลื่อน
6. แปลงโมเดลเป็นโครงสร้างรังผึ้งและข้อมูลการตัด 2 มิติโดยคลิก "แปลงรังผึ้ง"
7. ย้ายส่วนประกอบ (สีน้ำเงิน) และเปลี่ยนขนาดโดย "เลือกส่วนประกอบจากรายการนี้" (กำลังก่อสร้าง)
8. การสร้างข้อมูลส่วนประกอบโดยคลิก "สร้างส่วนประกอบ"
9. การสร้างข้อมูล 2D โดยคลิก "สร้างข้อมูลการตัด"
10. ส่งออกเส้นตัดด้วย "วัตถุที่เลือก" เป็นไฟล์ AI

ขั้นตอนที่ 3: ส่งออกเลเยอร์สำหรับการผลิต

เมื่อเราวางชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เสร็จแล้ว เราก็กดปุ่ม "ส่งออก" เพื่อสร้างเลเยอร์สำหรับการผลิต ในการส่งออก ปลั๊กอินตัวแก้ไข 3D จะสร้างเลเยอร์ทั้งหมดของกองการประดิษฐ์เป็นไฟล์ภาพวาด 2 มิติ (รูปแบบไฟล์. DXF) ยกเว้นเลเยอร์ที่มีการเดินสาย ซึ่งจะถูกสร้างขึ้นแยกต่างหากในขั้นตอนต่อมาของกระบวนการ

ในการสร้างเลเยอร์การเดินสายที่ขาดหายไป ผู้ใช้เปิดไฟล์ 2D ของโครงสร้างรังผึ้งในซอฟต์แวร์การออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ EAGLE และเรียกใช้ปลั๊กอิน EAGLE ULP ที่กำหนดเองของเรา ปลั๊กอินจะสร้างแผงวงจรขนาดเท่ารูปแบบรังผึ้ง แล้วแปลงสี่เหลี่ยมสีแต่ละอันกลับเป็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ (เช่น LED, แบตเตอรี่ และขั้วต่อวงจรข้ามเซลล์) ด้วยส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่มีอยู่แล้วบนแผ่นงาน ผู้ใช้จึงสามารถสร้างแผนผังได้ สุดท้ายนี้ ผู้ใช้สามารถใช้ฟังก์ชันเดินสายอัตโนมัติของ EAGLE เพื่อสร้างวงจรเต็มรูปแบบบนแผ่นงานจนเสร็จสิ้นชั้นสุดท้ายที่ขาดหายไปสำหรับการผลิต

** ปัจจุบันปลั๊กอิน ULP อยู่ระหว่างการก่อสร้าง คุณต้องใส่ส่วนประกอบด้วยตนเอง

ขั้นตอนที่ 4: การแปรรูป การประกอบ และการพับ

ตอนนี้ เราสามารถเริ่มเพิ่มเลเยอร์ที่สร้างขึ้นพร้อมกันได้ ในการสร้างเลเยอร์ เราต้องตัดภาพวาด 2 มิติของแต่ละเลเยอร์ (รูปแบบไฟล์. DXF) ตามลำดับที่ถูกต้องโดยใช้เครื่องตัดล็อตเตอร์

ขั้นตอนที่ 5: การตัดและเจาะแผ่นฐาน

ขั้นแรกเราจะใส่แผ่นฐาน (พลาสติก PET) ลงในเครื่องตัดแล้วตัดและเจาะรูเพื่อสร้างเส้นภูเขา หุบเขา และรอยผ่า รวมทั้งเครื่องหมายสำหรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ กระบวนการ FoldTronics เจาะแผ่นจากด้านบนเท่านั้น และแยกความแตกต่างระหว่างเส้นภูเขาและหุบเขาโดยใช้สัญลักษณ์ภาพแยกกัน (เส้นประสำหรับภูเขา กับ เส้นประสำหรับหุบเขา) เนื่องจากต้องพับไปในทิศทางตรงกันข้ามในภายหลัง อีกทางหนึ่ง กระบวนการ FoldTronics ยังสามารถเจาะแผ่นจากทั้งสองด้าน เช่น เจาะภูเขาจากด้านบนและหุบเขาจากด้านล่าง อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องใส่แผ่นกระดาษเข้าไปในเครื่องตัดล็อตเตอร์อีกครั้ง

ในขณะที่กรีดทั้งหมดถูกตัดผ่าน โครงร่างของรวงผึ้งนั้นเจาะรูเพียงเพื่อให้เชื่อมต่อกับแผ่นหลัก ซึ่งช่วยให้เราสามารถประมวลผลแผ่นต่อไปด้วยเครื่องตัดล็อตเตอร์ในขั้นตอนต่อไป สุดท้าย พื้นที่ที่จะบัดกรีชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์นั้นจะถูกเจาะรูเพื่อให้ง่ายต่อการค้นหาว่าส่วนประกอบใดจะไปที่ใด

สำหรับวัตถุที่ใช้ในบทความนี้ เราใช้แผ่นพลาสติก PET ความหนา 0.1 มม. และตัดแผ่นด้วยเครื่องตัด (รุ่น: Silhouette Portrait, การตั้งค่าตัด: ใบมีด 0.2mm, ความเร็ว 2cm/s, แรง 10, การตั้งค่าการเจาะ: ใบมีด 0.2 มม. ความเร็ว 2 ซม./วินาที แรง 6)

ขั้นตอนที่ 6: การวางสายไฟด้วยเทปทองแดง

ต่อไป เราวางชั้นเทปทองแดงด้านเดียว (ความหนา: 0.07 มม.) ให้ทั่วทั้งแผ่น เราใส่แผ่นกลับเข้าไปในเครื่องตัดล็อตเตอร์โดยให้ด้านทองแดงหงายขึ้น จากนั้นดำเนินการไฟล์เพื่อตัดรูปร่างของสายไฟที่กำหนดค่าไว้เพื่อให้แน่ใจว่าไม่ได้ตัดเข้าไปในแผ่นฐาน (การตั้งค่าการตัด: ใบมีด 0.2 มม. ความเร็ว 2 ซม. /s, แรง 13). หลังจากนั้นเราลอกเทปทองแดงที่ไม่ใช่ส่วนของสายไฟออก

ขั้นตอนที่ 7: แผ่นฉนวน

เพื่อป้องกันการลัดวงจรจากสายไฟที่สัมผัสหลังจากพับแผ่นฐาน ต่อไปเราจะเพิ่มชั้นฉนวน สำหรับสิ่งนี้ เราวางชั้นของเทปธรรมดาที่ไม่นำไฟฟ้าทั่วทั้งแผ่น (ความหนา: 0.08 มม.) เราใส่แผ่นกลับเข้าไปในเครื่องตัดล็อตเตอร์ ซึ่งจะเอาเทปฉนวนออกเฉพาะในบริเวณที่มีปลายสายที่จะเชื่อมต่อกับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์หรือใช้ขั้วต่อวงจรข้ามเซลล์แบบใหม่ของเรา เราใช้การตั้งค่าการตัด: ใบมีด 0.1 มม. ความเร็ว 2 ซม./วินาที แรง 4

ขั้นตอนที่ 8: กาวภูเขา / หุบเขาที่จะถือหลังจากพับ

ในขั้นตอนต่อไป เราจะติดเทปกาวสองหน้าธรรมดาหนึ่งชั้นกับแผ่นงานทั้งด้านล่างและด้านบน เทปกาวสองหน้าใช้เชื่อมต่อหุบเขาและภูเขาที่ยึดโครงสร้างรังผึ้งไว้ด้วยกันหลังจากพับแล้ว (ภูเขาจะติดกาวจากด้านบนของแผ่น ในขณะที่หุบเขาติดกาวจากด้านล่าง) หลังจากใส่แผ่นลงในล็อตเตอร์ตัดแล้ว เทปสองหน้าจะถูกตัดออกในทุกพื้นที่ที่ไม่ควรติดเทปเข้าด้วยกัน (การตั้งค่าการตัด: ใบมีด 0.2 มม. ความเร็ว 2 ซม./วินาที แรง 6) นอกจากนี้ สำหรับหุบเขา/ภูเขาที่มีเทปกาวซึ่งมีขั้วต่อวงจรข้ามเซลล์ด้วย เครื่องตัดล็อตเตอร์จะตัดพื้นที่ที่จำเป็นสำหรับการเชื่อมต่อทางอิเล็กทรอนิกส์ออก หลังจากตัดทั้งสองด้านแล้ว เราก็ลอกเทปกาวสองหน้าที่เหลือออก

ขั้นตอนที่ 9: การบัดกรี

ในขั้นตอนสุดท้ายก่อนการบัดกรี ตอนนี้เราตัดลวดลายรังผึ้งเพื่อปลดออกจากแผ่น ต่อไป เราประสานชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ (LED, แบตเตอรี่) เข้ากับสายไฟโดยใช้หัวแร้ง หากส่วนประกอบมีขนาดเล็กและบัดกรียาก เราก็สามารถใช้สารบัดกรีแทนได้ เนื่องจากการบัดกรีขั้วต่อวงจรไฟฟ้าไขว้นั้นทำได้ยาก เราจึงใช้เทปนำไฟฟ้าสองหน้าเพื่อสร้างการเชื่อมต่อ

ขั้นตอนที่ 10: พับ

ตอนนี้เราพับรวงผึ้งเข้าด้วยกัน

ขั้นตอนที่ 11: สว่างขึ้น

วงจรของคุณพร้อมแล้ว!