LED立方體的制作教程

第1步：物料清單

以下列表包括構(gòu)建立方體所需的材料，如圖所示

144個SK6805-2427 LED

顯微鏡載玻片

銅帶（0.035 x 30 mm）

TinyDuino基本套件 - 鋰版本

加速度計模塊

原型PCB（30 x 70 mm）

透明澆注樹脂

3D打印外殼

施工所需的其他材料和工具

熱風(fēng)烙鐵

帶尖端的普通烙鐵

3D打印機(jī)

激光打印機(jī)

杜邦連接器

細(xì)線

li》

PCB插頭

低溫焊膏

PCB蝕刻劑（例如氯化鐵）

用于金屬玻璃的UV固化

通用膠（例如UHU Hart）

硅氧烷

墨粉轉(zhuǎn)印紙

丙酮

第2步：制作玻璃PCB

此過程已在我之前的DotStar LED Cube指南中詳細(xì)介紹，因此，我將簡要介紹一下這些步驟。

將顯微鏡載玻片切成50.8毫米長的片。我有3D打印夾具，以幫助我達(dá)到正確的長度（見附件.stl文件）。您需要4張幻燈片，我建議制作6到8張。

將銅箔粘在玻璃基板上。我用的是UV固化膠NO61。

使用激光打印機(jī)將帶有PCB設(shè)計的附件pdf打印到墨粉轉(zhuǎn)印紙上。然后切掉各個部分。

將PCB設(shè)計轉(zhuǎn)移到銅包層上。我為此目的使用了層壓機(jī)。

使用例如蝕刻銅去除銅。氯化鐵

使用丙酮去除碳粉

步驟3：焊接LED

在我的DotStar LED立方體中，我使用了APA102-2020 LED，計劃是使用相同類型的LED這個項目。然而，由于LED的各個焊盤之間的距離很小，因此很容易形成焊接橋。這迫使我用手焊接每一個LED，我實際上在這個項目上做了同樣的事情。不幸的是，當(dāng)我的項目幾乎完成時，一些焊接橋或不良接觸開始出現(xiàn)，這迫使我再次拆卸所有東西。然后我決定轉(zhuǎn)向尺寸稍大的SK6805-2427 LED，這種LED具有不同的焊盤布局，使得它們更容易焊接。

我用低熔點焊膏覆蓋所有焊盤然后放置LED頂部。請參閱附圖，注意LED的正確方向。之后，我將PCB放在廚房的熱板上，小心加熱，直到焊料熔化。這很安靜，我只需要用熱風(fēng)烙鐵進(jìn)行少量返工。為了測試LED矩陣，我使用Arduino Nano運行Adafruit NeoPixel strandtest示例，并使用Dupont線將其連接到矩陣。

步驟4：準(zhǔn)備底部PCB

對于底部PCB，我從原型板上切下30 x 30 mm的片。然后我焊接了一些引腳頭，然后將玻璃PCB連接起來。 VCC和GND引腳使用一小段鍍銀銅線連接。然后我用焊料密封所有剩余的通孔，否則環(huán)氧樹脂會在鑄造過程中滲透。

步驟5：連接玻璃PCB

要將LED矩陣連接到底部PCB，我再次使用了UV固化膠，但是粘度較高（NO68）。為了正確對齊，我使用了3D打印夾具（參見附件.stl文件）。膠合玻璃后，PCB仍然有點搖擺，但在焊接到針頭后變得更加堅硬。為此我只使用普通的烙鐵和普通焊料。再次焊接后測試每個矩陣是個好主意。各個矩陣的Din和Dout之間的連接是用連接到底部引腳頭的Dupont線進(jìn)行的。

步驟6：組裝電子設(shè)備

因為我想讓外殼的尺寸盡可能小，所以我不想使用常規(guī)的Arduino Nano或Micro。這個1/2英寸的LED立方體讓我意識到了TinyDuino板，它看起來非常適合這個項目。我得到的基本套件包括處理器板，用于編程的USB屏蔽，用于外部連接的原型板以及微小的可充電LiPo電池?；叵肫饋砦覒?yīng)該購買他們提供的3軸加速度計屏蔽，而不是使用我仍然躺著的GY-521模塊。這樣可以使電路更加緊湊并減少必要的尺寸這個版本的原理圖非常容易并且附在下面。我對TinyDuino處理器板進(jìn)行了一些修改，我在電池后面添加了一個外部開關(guān)。處理器板已經(jīng)有一個開關(guān)，但它只是為了縮短到通過外殼安裝。原型板和GY-521模塊的連接使用引腳接頭完成，不允許最緊湊的設(shè)計，但比直接焊接電線提供更大的靈活性。原型板底部的電線/引腳長度應(yīng)盡可能短，否則無法將其插入處理器板的頂部。

步驟7：上傳代碼

組裝完電子元件后，您可以上傳附帶的代碼并測試一切正常。該代碼包括以下動畫，可通過搖動加速度計進(jìn)行迭代。

彩虹：來自FastLED庫的彩虹動畫

Digital Sand：這是Adafruits動畫LED的擴(kuò)展沙碼到三維。 LED像素將根據(jù)加速度計的讀數(shù)值移動。

雨：根據(jù)加速度計測量的傾斜度從上到下落下的像素

五彩紙屑：隨機(jī)上色的斑點，從FastLED庫中順利褪色和淡出

第8步：施放

現(xiàn)在是時候?qū)ED矩陣鑄造成樹脂了。正如我之前構(gòu)建的評論中所建議的那樣，如果樹脂和玻璃的折射率匹配，那么玻璃將是不可見的，這將是很好的。從樹脂的兩種組分的折射率來看，我認(rèn)為通過稍微改變兩者的混合比可能是可能的。然而，經(jīng)過一些測試后，我發(fā)現(xiàn)在不破壞樹脂硬度的情況下，我無法明顯改變折射率。這不是太糟糕，因為玻璃只是可見的，最后我決定粗糙地樹脂表面。找到一種可以用作模具的合適材料也很重要。我正在閱讀在lonesoulsurfer樹脂立方體等類似項目中鑄造后拆除模具的困難。在我自己進(jìn)行了一些不成功的試驗之后，我發(fā)現(xiàn)最好的方法是先用3D模具打印，然后涂上硅膠。我剛剛使用Cura中的“螺旋形外輪廓”設(shè)置打印了一層30 x 30 x 60 mm的盒子（附帶.stl文件）。在內(nèi)部涂上薄薄的硅樹脂層使得模具之后很容易去除。使用硅氧烷化合物將模具連接到底部PCB。確保沒有孔，當(dāng)然樹脂會滲透，樹脂中也會形成氣泡。不幸的是，我有一些微小的泄漏，我認(rèn)為這是造成模具壁附近形成的小氣泡的原因。

步驟9：拋光

取出模具后，由于模具的硅膠涂層表面光滑，立方體看起來非常清晰。然而，由于硅氧烷層的厚度變化，存在一些不規(guī)則性。此外，頂部表面由于粘附而朝向邊緣翹曲。因此，我使用240粒度砂紙通過濕法打磨來改善形狀。最初，我的計劃是通過移動到更好的磨粒來重新拋棄所有東西，然而，最后我認(rèn)為立方體看起來更好，表面粗糙，所以我完成了600砂礫。

第10步：裝入住房

電子設(shè)備的外殼采用Autodesk Fusion 360設(shè)計，然后進(jìn)行3D打印。我在墻上添加了一個矩形孔用于開關(guān)，后面有一些孔用于安裝GY-521模塊，使用M3螺絲。將TinyDuino處理器板連接到底板上，然后使用M2.2螺釘將其連接到外殼上。首先，我使用熱膠將開關(guān)安裝到外殼中，然后安裝GY-521模塊，之后小心地插入了原型板和電池。使用Dupont連接器將LED矩陣連接到原型板上，處理器板可以從底部插入。最后，我使用通用粘合劑（UHU Hart）將LED矩陣的底部PCB粘貼到外殼上。

步驟11：完成立方體

最后，立方體完成，你可以享受燈光秀。