FoldTronics: Criando objetos 3D com eletrônicos integrados usando estruturas HoneyComb dobráveis: 11 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Neste tutorial, apresentamos FoldTronics, uma técnica de fabricação baseada em corte 2D para integrar eletrônicos em objetos dobrados 3D. A ideia principal é cortar e perfurar uma folha 2D usando uma plotadora de corte para torná-la dobrável em uma estrutura em favo de mel 3D; antes de dobrar, os usuários colocam os componentes eletrônicos e os circuitos na folha.

O processo de fabricação leva apenas alguns minutos, permitindo que os usuários desenvolvam rapidamente protótipos de dispositivos interativos funcionais. Os objetos resultantes são leves e rígidos, permitindo, assim, aplicações sensíveis ao peso e à força. Devido à natureza dos favos de mel, os objetos criados podem ser dobrados ao longo de um eixo e, portanto, podem ser transportados com eficiência neste formato compacto.

Além de uma máquina de corte de papel, você precisará dos seguintes materiais:

• Folha de plástico PET transparente / filme de transparência
• Folha adesiva / folha de cobre
• Folha adesiva dupla-face
• Fita adesiva dupla face condutora
• Fita grande regular ou vinil adesivo

Etapa 1: Baixe o software FoldTronics

A ferramenta de design para FoldTronics é implementada no editor 3D Rhino3D como uma extensão Grasshopper. O Grasshopper exporta diretamente as camadas para a folha de favo de mel, fita isolante e montagem montanha / vale. Além disso, para gerar a fiação, implementamos um plugin ULP para o software de design eletrônico EAGLE, que exporta a camada de fiação - completando a pilha de camadas.

O software para nossa ferramenta de design pode ser encontrado no GitHub:

Você vai precisar de:

• O mais recente Rhino5 WIP
• gafanhoto
• ÁGUIA
• Ilustrador
• Estúdio Silhouette

Etapa 2: Projeto do dispositivo usando o software

Para criar o circuito de LED, começamos criando um modelo 3D no editor 3D Rhino3D para o qual implementamos nosso plugin FoldTronics. Depois de criar a forma básica do modelo 3D, nós o convertemos em uma estrutura de favo de mel pressionando o botão "converter". Assim que o algoritmo divide o modelo nas células do favo de mel, o resultado é exibido na visualização 3D.

Agora podemos variar a resolução do favo de mel usando o controle deslizante fornecido para encontrar a melhor compensação entre resolução mais alta e ter espaço suficiente nas células para abrigar o LED, a bateria e o conector do circuito de célula cruzada.

O controle deslizante de resolução altera o número de colunas e o número de células simultaneamente porque alterar a resolução de colunas e linhas separadamente faria com que a forma final fosse diferente da forma original.

Para adicionar o LED, a bateria e o conector do circuito de célula cruzada, nós os selecionamos da lista de componentes do menu e os adicionamos clicando no botão respectivo. Isso cria automaticamente um modelo 3D de uma caixa que representa o tamanho do componente eletrônico selecionado. Agora podemos arrastar o LED e outros componentes eletrônicos para um local no volume 3D. No caso de colocarmos acidentalmente um componente em uma dobra ou em uma célula inválida, ele será automaticamente realocado para a próxima célula válida.

1. Importe um modelo 3D no Rhinoceros.
2. Execute o "Grasshopper" e abra "HoneycombConvert_8.gh".
3. Selecione o modelo em Rhinoceros e clique com o botão direito em um componente brep e "Definir um brep" em Grasshopper.
4. Abra o "Painel de controle remoto" do modo de exibição do Grasshopper.
5. Altere a largura da célula usando o controle deslizante.
6. Converta o modelo em uma estrutura em favo de mel e dados de corte 2D clicando em "Converter em favo de mel".
7. Mova o componente (cor azul) e altere o tamanho "selecione os componentes desta lista". (ainda em construção)
8. Criar os dados do componente clicando em "criar componentes".
9. Criar os dados 2D clicando em "criar dados de corte".
10. Exporte linhas de corte com "objetos selecionados" como arquivo AI.

Etapa 3: Exportar Camadas para Fabricação

Assim que terminarmos de colocar os componentes eletrônicos, clicamos no botão "exportar" para gerar as camadas para a fabricação. Na exportação, o plugin do editor 3D cria todas as camadas da pilha de fabricação como arquivos de desenho 2D (formato de arquivo. DXF), exceto a camada que contém a fiação, que será criada separadamente em uma etapa posterior do processo.

Para gerar a camada de fiação ausente, os usuários abrem o arquivo 2D da estrutura do favo de mel no software de design eletrônico EAGLE e executam nosso plugin EAGLE ULP personalizado. O plug-in gera uma placa de circuito do tamanho do padrão de favo de mel e, em seguida, converte cada quadrado colorido de volta em um componente eletrônico (ou seja, o LED, bateria e conector de circuito de célula cruzada). Com os componentes eletrônicos já na folha, os usuários agora podem construir o esquema. Finalmente, os usuários podem usar a função de fiação automática de EAGLE para criar o circuito completo na folha, terminando a última camada que falta para a fabricação.

** Atualmente, o plugin ULP está em construção. Você precisa colocar os componentes manualmente.

Etapa 4: Fabricação, montagem e dobragem

Agora podemos começar a adicionar as camadas geradas juntas. Para fabricar as camadas, só precisamos cortar o desenho 2D de cada camada (formato de arquivo. DXF) na ordem certa usando a plotter de corte.

Etapa 5: Cortar e perfurar a folha base

Primeiro, inserimos a folha de base (plástico PET) no cortador e cortamos e perfuramos para criar a montanha, o vale e as linhas de fenda, bem como os marcadores para os componentes eletrônicos. O processo FoldTronics apenas perfura a folha a partir do topo e diferencia as linhas da montanha e do vale usando notações visuais separadas (linhas pontilhadas para montanhas vs. linhas tracejadas para vales), uma vez que requerem dobragem em direções opostas posteriormente. Alternativamente, o processo FoldTronics também pode perfurar a folha de ambos os lados, ou seja, perfurar as montanhas do topo e os vales da parte inferior, no entanto, isso requer a reinserção da folha no plotter de corte.

Enquanto todas as fendas são cortadas, o contorno do favo de mel só é perfurado para mantê-lo conectado à folha principal, o que nos permite processar a folha com a plotter de corte nas próximas etapas. Finalmente, as áreas onde os componentes eletrônicos serão soldados também são perfuradas para tornar mais fácil descobrir qual componente vai para onde.

Para os objetos utilizados neste trabalho, usamos folhas de plástico PET, espessura de 0,1 mm e cortamos as folhas com plotter de corte (modelo: Silhouette Portrait, configurações de corte: lâmina 0,2 mm, velocidade 2cm / s, força 10, configurações de perfuração: lâmina 0,2 mm, velocidade 2cm / s, força 6).

Etapa 6: Colocando a fiação com fita de cobre

Em seguida, colocamos uma camada de fita de cobre unilateral (espessura: 0,07 mm) em toda a folha. Colocamos a folha de volta na plotter de corte com o lado do cobre para cima, em seguida, executamos o arquivo para cortar a forma dos fios que está configurada para ter certeza de não cortar a folha de base (configurações de corte: lâmina de 0,2 mm, velocidade de 2 cm / s, força 13). Depois, retiramos a fita de cobre que não faz parte da fiação.

Etapa 7: folha isolante

Para evitar qualquer curto-circuito causado pelo contato dos fios após dobrar a folha de base, adicionamos a seguir uma camada isolante. Para isso, colocamos uma camada de fita não condutora regular em toda a folha (espessura: 0,08 mm). Colocamos a folha de volta na plotadora de corte, que remove a fita isolante apenas nas áreas que possuem extremidades de fio que serão conectadas a componentes eletrônicos ou que usam nosso novo conector de circuito de célula cruzada. Usamos as configurações de corte: lâmina 0,1 mm, velocidade 2 cm / s, força 4.

Etapa 8: cole montanhas / vales para segurar após dobrar

Na próxima etapa, aplicamos uma camada de fita dupla-face regular à folha em sua parte inferior e superior. A fita dupla-face é usada para conectar os vales e as montanhas que mantêm a estrutura em favo de mel depois de dobrada (as montanhas são coladas do topo das folhas enquanto os vales são colados na parte inferior). Após inserir a folha na plotter de corte, a fita dupla-face é cortada em todas as áreas que não deveriam ser coladas (configurações de corte: lâmina 0,2 mm, velocidade 2 cm / s, força 6). Além disso, para vales / montanhas gravados que também possuem um conector de circuito de célula cruzada, o plotter de corte corta as áreas necessárias para as conexões eletrônicas. Depois de cortar os dois lados, retiramos a fita dupla-face restante.

Etapa 9: Solda

Em uma etapa final antes da soldagem, agora cortamos o padrão de favo de mel para desconectá-lo da folha. Em seguida, soldamos os componentes eletrônicos (LED, bateria) nos fios usando um ferro de solda. Se os componentes forem pequenos e difíceis de soldar, também podemos usar pasta de solda como alternativa. Visto que soldar o conector do circuito de célula cruzada é difícil, usamos fita condutora de dupla face para criar a conexão.

Etapa 10: dobrar

Agora dobramos o favo de mel.

Etapa 11: Ilumine

Seu circuito está pronto!