[3D tisk] 30W ruční lampa s vysokým výkonem: 15 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Pokud to čtete, pravděpodobně jste viděli jedno z videí na YouTube, které ukazuje extrémně silné světelné zdroje s obrovskými chladiči a bateriemi. Pravděpodobně tomu dokonce říkají „Lucerny“, ale vždy jsem měl jiný koncept lucerny: něco přenosného a snadno přenosného.

Proto na tomto projektu pracuji již mnoho měsíců a rád bych se zde podělil o výsledek mnoha různých designových iterací. Ne tak výkonná jako 100W, vodou chlazená LED, ale mnohem přenosnější a použitelnější!

Poznámka: Ve videu není možné vidět, jak silná je tato lampa, protože je nahrána v telefonu. Věřte mi, je to opravdu silné.

Takže dost povídání! Začněme s tímto projektem!

Co potřebujeme?

1. 3D tiskárna (funkční, pokud je to možné!) (Moje je na seznamu spotřebního materiálu, pokud má někdo zájem. Super dobré výsledky a nízká cena)
2. Seznam všech spotřebních materiálů
3. Trpělivost (Vytištění všech částí bude trvat přibližně 12 hodin)
4. Páječka (nebojte se, bude to docela minimální pájení. Navrhl jsem, aby byla přístupná téměř každému) [Přidám odkaz v zásobách na cheat, slušný, který to udělá pro tento projekt)
5. Multimetr
6. Základní znalosti používání Arduina
7. Základní znalosti elektroniky (základní obvody a jak používat multimetr)

Prohlášení:

Práce s elektronikou a lithium-iontovými bateriemi má vždy související riziko. Pokud nevíte, co děláte, přečtěte si prosím něco o tom, než budete pokračovat v tomto tutoriálu. Nezodpovídám za žádné škody. A jako vždy, pokud se vám tyto projekty líbí a chcete přispět, můžete přispět malým darem na můj Paypal.me: https://paypal.me/sajunt4. Přinášení těchto projektů k vám vyžaduje 3 až 4násobek ceny položky, takže mi to může pomoci přinést další projekty:)

Zásoby

Většina komponentů byla dodávána ve velkých baleních, takže průměrná cena lucerny ve skutečnosti není tak vysoká, ~ 30 EUR. Většinu můžete znovu použít pro jiné projekty (včetně mých dalších připravovaných projektů!)

Celosvětové odkazy na AliExpress (VYBRAT VŽDY NEJLACNĚJŠÍ MOŽNOST DOPRAVY PRO VŠECHNY PRODUKTY, POKUD JE TO MOŽNÉ. UŠETŘÍ VÁS VELKÉ PENÍZE):

Komponenty (průměrná cena 48 EUR, pokud potřebujete všechny komponenty [Závisí na přepravních nákladech]):

1. 3x 10W LED (vyberte Bílou měď, 10W, množství 3)
2. 4x baterie Li-io 18650 (vyberte 4PCS za lepší cenu)
3. 1x 1S BMS MicroUSB - Poslouží jakákoli jednotlivá nabíječka 18650
4. 1x 2S BMS s funkcí vyvážení (vyberte 2S Li-ion 15A Balance)
5. 1x role pájecích poutek
6. 1x High Power Buck Converter (naddimenzovaný pro bezpečné dlouhodobé použití)
7. 1x 8mm tlačítko
8. 3x 20Kohm odpory (Toto je nejlevnější balení, jaké jsem našel) - V místním obchodě je najdete asi za nějaké centy. Poslouží jakýkoli odpor pro PULL_DOWN
9. 8x šrouby M4x6mm (vyberte M4, 6mm plný závit)
10. 7x M3x14mm šrouby (Select M3 16mm Full Thread) - To jsou ty, které jsem použil, ale můžete zkusit kratší délku, pokud máte nějaké pokládání.
11. 2x šrouby M5x12mm (Select M5 12mm Full Thread) - To jsou ty, které jsem použil, ale můžete zkusit kratší délku, pokud máte nějaké pokládání.
12. 1x Arduino Nano (včetně kabelu) - Poslouží jakékoli malé Arduino
13. 2x konektor XT-60 (vyberte 5 párů muž + žena)
14. 1x pájecí DPS
15. 1x Micro Voltage Booster 12V (pro napájení FAN a Arduino)
16. 3x MOSFET IRFZ44N (1 z nich je volitelný, pro účely efektivity)
17. 1x chladič 50x56mm (to je 2x balení, ale nejlevnější než většina ostatních nabídek)
18. 1x 50x50x10mm 12V VENTILÁTOR
19. 1x role reflexní pásky (našel jsem tu svoji v místním obchodě, doufám, že tato je dost dobrá)
20. Nějaký brusný papír, v závislosti na tolerancích vaší 3D tiskárny (Vše je navrženo tak, aby pasovalo, ale nikdy nevíte) - Ale raději si to kupte v místním železářství, pokud můžete)
21. 1x Fresnelova čočka (jediná, kterou jsem našel za slušnou cenu) (volitelná, pro zaostření světla v menším úhlu)
22. 2S nabíječka baterií (vyberte 8,4 V 2 A) - Poslouží jakákoli 8,4 V nabíječka
23. 2m x 14AWG drát (vyberte 14AWG 1M černý + 14AWG 1M červený)
24. 2m x 20AWG drát (vyberte 20AWG 1M černý + 20AWG 1M červený)
25. (Volitelné) 3pinové šroubové konektory
26. (Volitelné) 2pinové pružinové konektory
27. 4x magnet 8x3 mm (vyberte minimální dostupné množství)
28. 1x tepelná pasta

A samozřejmě můžete nejprve zkontrolovat celý Instructable a rozhodnout se, zda chcete cokoli potlačit nebo upravit.

A seznam levných nástrojů (Poslouží jakýkoli jiný s podobnými schopnostmi):

1. Pájecí cín (vyberte 0,6 mm, 100 g)
2. Páječka
3. Multimetr
4. 3D tiskárna Ender 3 (V době, kdy píšu tento Ender 5 (můj) je tak drahý, ale Ender 5 je také velmi schopný)

Krok 1: S čím skončíte

A je to. „Docela kompaktní“, ale výkonná lampa s vyjímatelnou baterií 2S2P (nebojte se, pokud nevíte, co je 2S2P, o tom později), odnímatelnými čočkami a konfigurovatelným výstupním výkonem, s přibližně 1 h baterie při maximálním plynu nebo 10 h při minimálním výkonu, na jedno nabití baterie. A to nejlepší ze všeho: je to zcela vyrobeno vámi. Pravděpodobně už víte, jak je to uspokojivé!

Krok 2: 3D tisk - globální přehled

Všechny soubory najdete v Thingiverse:

Co musíte vytisknout:

1. MainBody.stl: Tato část obsahuje LED diody, chladič, ventilátor, kolimátor světla a držák objektivu.
2. Handler.stl: Zde bude připojeno tlačítko, držák baterie bude našroubován a elektronika se vejde. Je to zašroubované do MainBody.stl.
3. BatteryHolder.stl: Tato část slouží k rychlému připojení - vyjměte baterii, aby se dala snadno vyměnit. Obsahuje dva magnety, které drží baterii na místě, a konektor XT-60 male.
4. Collimator.stl: Toto má odrážet světlo v určitém uzavřeném úhlu, protože světelný úhel 180 ° je pro lucernu zcela zbytečný. Celý vnitřek budete muset zakrýt reflexní páskou.
5. LedsHolder.stl: Tenká 3D část, která drží diody LED na místě v určitém úhlu.
6. HeatsinkSupport_1.stl: Slouží k uchování chladiče s určitým předstihem vůči LED diodám, aby mohly chladit. Budete potřebovat 2 z nich.
7. HeatsinkSupport_2.stl: Jako druhý HeatsinkSupport, ale pro druhou osu. Potřebujete jen jeden z nich.
8. LensHolder.stl: Má držet čočky na místě.
9. BatteryBody.stl: Hlavní tělo baterie. Těsně zapadá do BatteryHolder.stl.
10. BatteryCap.stl: Horní část baterie. Obsahuje dva magnety, které drží baterii na místě pomocí magnetů BatteryHolder, a samičí konektor XT-60.

A to je vše! Mohlo by se zdát mnoho dílů, ale většina z nich bude tisknout méně než hodinu.

Krok 3: Elektronika - globální přehled

Dobře, pojďme tedy pracovat na mozku a svalech tohoto projektu. Byl navržen tak, aby ho zvládl kdokoli, dokonce i bez znalosti elektroniky, takže mi dovolte vysvětlit vše pro lidi s 0 znalostmi. Ale samozřejmě, nejvíce víte, nejjednodušší to bude. Co potřebujeme? Protože naše 3 12V LED budou zapojeny do série, potřebujeme napájecí zdroj, který dodává 3*12V = 36V. Naše baterie však dodává maximálně 8,4 V. Jak toto napětí zvýšíme? Jednoduché: Použití zesilovače napětí. Ten, který byl vybrán pro tento projekt, je regulovatelný zesilovač napětí. Svou baterii zapojíte do vstupních svorek IN a jednoduše nastavíte přiložený potenciometr, dokud na výstupu nebudete mít 36V. Docela snadné!

FAN a Arduino nyní potřebují více napětí, než nabízí baterie, ale méně, než jaké poskytuje náš hlavní zesilovač napětí (přibližně 12 V). Řešení? Další posilovač napětí! (Ale tenhle, mikro)

Dále ovládání výstupního výkonu + ovládání ventilátoru: k tomu budeme používat Arduino Nano a jeho výstupní schopnosti PWM. (Nevíte, co je PWM? Tady máte nějaké informace:) Ale protože Arduino Nano zvládne pouze 5V max a potřebujeme PWM 36V, použijeme MOSFET. Pokud nevíte, jak tato komponenta funguje, nebojte se, postupujte podle mých pokynů krok za krokem a vše bude fungovat dobře! A konečně, uživatelský vstup: Budeme používat 8 mm tlačítko zapojené do našeho Arduina prostřednictvím interní pull up odpor pro úpravu výstupního PWM signálu.

A je to:)

Krok 4: Elektronika - příprava všech vodičů

Odřízněte kabely následujících velikostí:

2x 15 cm tenký drát (1 červený, 1 černý) 2x 20 cm tenký drát (1 červený, 1 černý) 3x 2,5 cm silný drát (1 červený, 1 černý) 2x 5 cm tenký drát (libovolná barva) 2x 8 cm tenký drát (libovolná barva)

U každého z těchto kabelů odloupněte špičky (asi 5 mm) a předpájejte je.

Krok 5: Elektronika - baterie

Nejprve pro každou ze 4 baterií identifikujte pomocí multimetru kladnou a zápornou stranu (víte, na jednu stranu vložte červený terminál, na druhou stranu černý, a pokud multimetr zobrazuje kladné číslo, červená strana je kladná, černý negativní. Jinak pokud multimetr zobrazí záporné číslo, černá je kladná, červená je záporná). (Viz obrázky 2 a 3)

VŽDY BUĎTE OPATRNÍ PŘI PRODEJI S Li-Ion BATERII. VYZKOUŠEJTE TO UDĚLAT RYCHLE A NEHŘEJTE BUNKU MNOHO, NEBO MŮŽETE TO POŠKODIT.

Nyní musíte plně nabít všechny baterie pomocí jakékoli nabíječky 18650. V našem případě náš levný TP4056. Připojte červený vodič k BAT+ a černý vodič k BAT- (tyto vodiče nejsou v předchozím kroku uvažovány). (Viz obrázek 4)

Poté připájejte kabely malým hrotem cínu do každé z buněk (všechny, ale jednu po druhé), červenou na kladnou, černou na zápornou. Nechte je nabíjet, dokud vám LED diody nabíječky neřeknou, že jsou plné. Odpojte kabely, připájejte k dalšímu a opakujte. (Může to trvat několik hodin, podle toho, jak jsou vybití. Tento čas použijte k přípravě dalších kroků a 3D tisku všeho!)

Nyní, když jsou všechny 4 baterie plně nabité, propojíme 2 po 2 paralelně a každé balení po 2 paralelních v sérii s druhým.

Jak je zapojit paralelně? Viz třetí obrázek. Vidíte, jak jsou připojeny moje baterie? Spojte 2 na 2, záporný na záporný, kladný na kladný, se dvěma kusy pájecích jazýčků. S multimetrem zajistěte, aby každý článek měl přesně stejné napětí, aby nedošlo k žádnému poškození článků.

A teď, po posledním obrázku, připojte negativní stranu jednoho ze 2 paralelních balíčků k pozitivní straně druhého. Jen jedna strana! Ten druhý musí zůstat volný.

Krok 6: Elektronika - kabely k bateriím + BMS + 3D pouzdro

Nejprve připájejte 9 cm tenký drát k kovové desce, která spojuje obě baterie v sérii (obrázek 1).

Poté připojte černý 2 cm silný vodič k zápornému pólu na opačné straně, jeden tlustý červený 2 cm vodič ke kladnému pólu, jako na druhém obrázku.

Podle třetího obrázku připojte červený tlustý vodič ke svorce B+ BMS, černý tlustý vodič ke svorce B- a tenký vodič ke středové svorce BMS, jako na obrázku.

Nyní ke svorkám P + a P- BMS znovu připojte 2 cm silné vodiče a ty k + a- konektoru XT-60 (mužský, ten, který je otvorem se dvěma zlatými kolíky uvnitř), jako na obrázku 4. Použil jsem nějaké horké lepidlo, aby bylo vše v bezpečí a izolováno.

Je na čase pořídit si kufřík pro 3D tiskárnu a zkontrolovat, zda vše sedí na svém místě. Konektor XT -60 se musí vejít do kolejnic (možná budete potřebovat trochu pískování na konektoru, abyste odstranili vytlačené značky + a - a ponechali konektor plochý). (Obrázek 5)

Když vše krásně sedí, vložte dva magnety do víčka pouzdra. Na polaritě nezáleží. Jen budete muset v držáku baterie nastavit opačnou polaritu.

Poté držte vše na svém místě elektrickou páskou a přidejte k bateriím dva tenké kabely jako na obrázcích 9, 10 a 11. Ty nám pomohou vyjmout baterii po připojení k držáku baterie. Můžete použít jakýkoli kabel nebo materiál, který se vám líbí. Zabalil jsem svůj přes baterii, abych se vyhnul vyvíjení velké síly na 3D část.

Nakonec zašroubujte 4 šrouby M3 a baterie je připravena k provozu!

Moje konektory XT-60 byly těsné a zlaté kleště jsem musel stisknout kleštěmi, aby se pár muž-žena zasunul dovnitř a ven bez přílišné síly

Krok 7: Sestavení - baterie + držák baterie

To je snadný krok.

Vytiskněte soubor BatteryHolder.stl a zkontrolujte, zda se baterie snadno zasouvá. V opačném případě budete potřebovat nějaké broušení k vyhlazení stěn vašich výtisků. (Ale ne příliš, musí těsně přiléhat)

Poté vložte dva magnety s opačnou polaritou baterie, aby se přitáhly.

Zasuňte konektor XT-60 na místo (mohlo by to také vyžadovat trochu broušení. Musí to být opravdu těsné), ujistěte se, že se baterie snadno zasune a drží ji na místě lepidlem. Čím méně zasunete konektor, tím snazší bude vložení a vyjmutí baterie.

A nakonec připájejte 2 silné 6cm dráty (červená + černá) a 2 tenké 8cm dráty (červená + černá) ke svorkám XT-60 jako na obrázcích. Červená na pozitivní, černá na negativní.

Krok 8: Elektronika - zesilovače napětí

Když je baterie a držák baterie na místě, připojte 2 silné vodiče k velkému zesilovači napětí. Červená na IN+, černá na IN-.

Poté zapojte baterii do držáku baterie a pomocí multimetru seřiďte šroub posilovače napětí, dokud napětí mezi OUT- a OUT+ nedosáhne přesně 35,5V.

Získejte malý zesilovač napětí a připojte jej k výstupu velkého. GND do velkého OUT-, IN+ do velkého OUT+. Poté změřte napětí mezi VO+ a GND malého pomocí multimetru. Otáčejte malým šroubem, dokud napětí nedosáhne přibližně 12V.

A je to! Máte posilovače připravené k práci!

Krok 9: Elektronika - Příprava Arduina

Nejprve připojte Arduino k počítači přes USB a zatlačte na připojenou skicu (LanternCode_8steps_fan_decay.ino).

Poté pájejte 4 vodiče zobrazené na obrázku (každý asi 6 cm):

D11 bude ovládat intenzitu LED, D10 bude ovládat intenzitu VENTILÁTORU a D5 a GND budou sloužit jako VSTUP pro tlačítko.

Pokud vás to zajímá, kód, který jsem napsal, je docela jednoduchý:

Má 8 různých úrovní výkonu, cyklicky přepínatelné z menšího na větší výkon stisknutím spínače. Pokud podržíte a stisknete déle než 800 ms a poté uvolníte, lampa začne blikat při aktuálním výkonu.

Ventilátor začne pracovat při ~ 1/3 maximálního výkonu, ale při proporcionálních otáčkách, aby byl při nižším výkonu méně hlučný. Poté, co jej vypnete nebo snížíte výkon na méně než ~ 1/3 (první 3 kroky napájení), může ventilátor ještě nějakou dobu pracovat, aby chladič zůstal chladný a připraven na další vysoké využití energie (používáme malý chladič pro napájení, takže se může docela zahřát)

Krok 10: Elektronika - deska pro distribuci energie solederingu

Nejprve umístěte všechny komponenty jako na prvním obrázku. Budete muset ohnout nohy MOSFETU. Je důležité, aby tlusté černé tělo MOSFETu směřovalo vzhůru a aby vše zůstalo malé.

Nyní rozřízněte extra desku plošných spojů nožem, jak je to jen možné. Označte ho nožem a jemně jej ohýbejte, dokud neprorazí značku.

Zkontrolujte, zda je vše opět na svém místě, a připravte se na pájení desky jako na třetím obrázku. Skutečné schéma zapojení je na čtvrtém obrázku, v případě, že není dostatečně jasné.

Je důležité pájet zobrazené odpory mezi levou a pravou nohou MOSFETů. Použil jsem dva 20Kohm rezistor, ale můžete použít jakoukoli blízkou hodnotu.

TIP: pokud umístíte desku pod určitým úhlem, bude snazší získat cín, aby tento úhel sledoval (použijte gravitaci ve svůj prospěch)

Krok 11: Sestavení - stavba ohniska

Nejprve vytiskněte Collimator.stl a vnitřky reflexní páskou. Ve skutečnosti neexistuje žádný dobrý způsob, jak to udělat. Stačí pásku nastříhat na malé kousky, aby vše pokryla.

Poté vytiskněte soubor LedsHolder.stl a pevně umístěte diody LED nahoru. Pájením kabelů podle schématu je spojte do série a nechte 2 30 cm dráty pájet v jedné z LED diod. Zakryjte svorky páskou, aby nedošlo ke zkratu v chladiči.

Vytiskněte a připojte HeatsinkHolder_2.stl k chladiči. Mělo by těsně přiléhat.

Naneste tepelnou pastu na LED diody a zatlačte je na chladič, protáhněte kabely otvorem v HeatsinkHolder_2.

Připojte další dva HeatsinkHolder_1 k chladiči a přišroubujte všechny kusy dohromady pomocí 4 šroubů M3.

Vytiskněte MainBody.stl a připevněte ventilátor ke dnu pomocí šroubů M3, jak je znázorněno na obrázku 7.

Vytáhněte vodiče FAN + LED přes větší otvor MainBody a vložte zaostření do těla, jako na posledním obrázku.

Krok 12: Montáž - Sestavení psovoda

Vytiskněte soubor Handler.stl a připravte si šroub 1xM3 a 2xM5.

Poté zasuňte tlačítko do jeho otvoru.

To je pro tento krok vše. Jednoduše, ano?

Krok 13: Elektronika - dokončení

Pájejte další silný 5cm vodič na OUT- velkého zesilovače napětí, jako na prvním obrázku.

Poté připojte tento vodič k pravému šroubovému terminálu desky pro správu napájení, jako na druhém obrázku.

Připojte černý vodič LED ke střednímu šroubovému terminálu a kladný vodič k OUT+ velkého zesilovače napětí, jako na obrázku 3.

Pájejte Arduino VIN na velký levý vodič připojený k Vout malého zesilovače napětí a Arduino GND na zbývající černý vodič připájený k XT-60, jako na obrázku 4.

Připojte červený vodič FAN k VIN Arduino (= zesilovač malého napětí Vout, oba kabely dohromady k VIN) a černý vodič FAN k levému šroubovému terminálu desky pro správu napájení, jako na obrázku 5 (můj červený vodič ventilátoru je ve skutečnosti černý, promiň ^. ^)

Připojte Arduino D10 k nejvíce pružinovému terminálu nejvíce vlevo a D11 k nejvíce pružinovému terminálu zcela vpravo, jako na obrázku 6.

A nakonec…

Vložte držák baterie do držáku tak, aby nedošlo k zachycení kabelů a aby byla veškerá elektronika uvnitř dobře umístěna. Místa není příliš mnoho, ale mělo by být více než dost, pokud je vše správně organizováno. Abyste se vyhnuli zkratům, měli byste pásku nebo pásku obnažit.

Připájejte dva levé volné vodiče Arduina k tlačítku Handler. Nezáleží na tom, který kabel ke kterému terminálu tlačítka. Stejně to bude fungovat.

A to je vše! Ujistěte se, že jsou kabely dobře zapojeny do zbývajícího prostoru, aby se nikdo nedotkl ventilátoru!

Krok 14: Montáž - závěrečné připojení

Měli byste mít uvnitř Handleru veškerou elektroniku jako na prvním obrázku.

Pomocí otvoru nad tlačítkem omotejte průchod drátů, aniž byste se dotkli ventilátoru.

Vložte 3 šrouby, které drží vše pohromadě (2x M5, 1x M3) jako na druhém obrázku.

Vložte horní držák objektivu a připevněte do něj Fresnelovu čočku (moje ještě nedorazila. Aktualizuje se obrázkem, když dorazí).

Zašroubujte 8 šroubů M4, 4 nahoře, 4 dole a…

Projekt je dokončen! Gratuluji

Krok 15: Užijte si svou novou super výkonnou lampu

Byla to opravdu dlouhá cesta k tomuto prototypu lucerny, hledání komponent a modelování všech 3D tisků, úprava tolerancí atd.

Pokud se vám tedy tento projekt líbil, neváhejte komentovat své návrhy a komentáře

Uvidíme se! =)