Vad kan du skapa med 3D-utskrift och elektronik?

Att arbeta med 3D-utskrift öppnar en värld av möjligheter för både amatörer och professionella skapare. Även om du aldrig har använt en 3D-skrivare tidigare, kan dessa projekt inspirera dig att lära dig nya färdigheter, utöka dina nuvarande förmågor och väcka din kreativitet. Genom att kombinera elektronik, handmontage, skräddarsydda 3D-utskrivna delar och mjukvara, lär du dig inte bara att tänka igenom och genomföra dina egna idéer, utan också att ta dem från koncept till verklighet.

För den som vill ta sitt skapande ett steg längre, finns det projekt som involverar avancerad mekanik och automation, som att bygga livaktiga mekaniska ögon eller en Raspberry Pi-baserad robot som kör på en monorail, kan vända hörn, streama video och styras från din telefon. Det här är inte bara till för den som har en teknisk bakgrund, utan för alla som vill lära sig något nytt och omvandla sina idéer till verklighet genom att använda 3D-skrivare och elektronik.

Genom att arbeta med 3D-utskrivna delar kan du skapa helt anpassade lösningar för många olika behov. Det handlar om att förstå hur dessa delar fungerar i kombination med elektronik och programvara för att kunna skapa unika, funktionella och ofta roliga apparater. Det finns inget slut på vad du kan göra när du behärskar denna teknik och förstår hur du bäst kombinerar design med teknik.

Ett av de mest spännande aspekterna av 3D-utskrift är den möjlighet att personifiera och experimentera med olika material och tekniker. Med rätt verktyg och en vilja att lära sig, kan vem som helst skapa sin egen version av allt från en bubble-blowing robot till en avancerad kamerastabilisator. Genom att experimentera med olika prototyper kan du snabbt förbättra och anpassa dina kreationer efter egna behov och önskemål. Det handlar om att förstå de tekniska begränsningarna och möjligheterna, och att kunna tänka kreativt för att övervinna dem.

Förutom de grundläggande aspekterna av att skapa fysiska objekt och mekaniska system, handlar dessa projekt också om att förstå designprocessen och den iterativa utveckling som krävs för att skapa hållbara och funktionella objekt. Genom att modellera och testa dina idéer lär du dig att tänka på olika sätt, både rent tekniskt och kreativt. När du utvecklar dina projekt lär du dig också mycket om materialens egenskaper, och hur du kan manipulera dem för att uppnå önskade funktioner och resultat. Det här är en värdefull färdighet för alla som vill gå vidare inom teknik och design, och är en grundläggande aspekt av alla professionella skapandeprocesser.

För den som vill gå ännu längre i sin förståelse av 3D-utskrift och elektronik, finns det möjlighet att experimentera med mer komplexa system, som till exempel att använda programmering för att kontrollera och styra de skapelser du byggt. Genom att integrera mjukvara och hårdvara kan du skapa system som interagerar med omvärlden på sätt som var omöjliga för bara några år sedan. Den här kombinationen av teknik och kreativitet gör att varje nytt projekt är en chans att lära sig något nytt, och kanske skapa något helt oväntat.

Hur man förändrar LED-färg och animera NeoPixel-ringar i Raygun Pen-projektet

Först och främst, för att ändra färgen på NeoPixel-ringens lysdioder, används hexadecimala färgkoder. Färgerna definieras med 24-bitars RGB-format, där varje färgkomponent (röd, grön, blå) representeras med två hexadecimala siffror. Till exempel, för att ställa in en röd färg används koden 0xFF0000, blått definieras med 0x0000FF och grönt med 0x00FF00. För att byta färg i din kod, kan du helt enkelt ersätta raden som definierar färgen med en annan hexkod.

Här är en kodbit som styr färgen på LED-ringen:

cpp
Copy code
uint32_t color = 0x0000FF; // Start blått

Om du till exempel vill ändra färgen till röd, kan du byta ut ovanstående rad till:

cpp
Copy code
uint32_t color = 0xFF0000; // Röd färg

För att implementera denna funktion i ditt projekt, se till att koden för NeoPixel-ringens animation är korrekt inställd och att färgbyte sker vid rätt tidpunkt i din loop. I projektet nedan styrs NeoPixel-ringens animation genom att ändra vilket segment som är tänt och vilken färg som visas.

cpp
Copy code
#include <Adafruit_NeoPixel.h>

#define PIN 0
Adafruit_NeoPixel pixels = Adafruit_NeoPixel(32, PIN);
uint8_t mode = 0, offset = 0;
uint32_t color = 0x0000FF; // Start blått
uint32_t prevTime;
void setup() {
  pixels.begin();
  pixels.setBrightness(85); // 1/3 ljusstyrka
  prevTime = millis();
}
void loop() {
  uint8_t i;
  uint32_t t;
  for (i = 0; i < 16; i++) {
    uint32_t c = 0;
    if (((offset + i) & 7) < 2) c = color;
    pixels.setPixelColor(i, c); // NeoPixel i Skalet
  }
  pixels.show();
  offset++;
  delay(50);
}

När du kör detta program kommer de första 16 LED-dioderna på ringen att tändas i den definierade färgen. Animationen kan justeras genom att förändra hur offset och andra parametrar uppdateras.

Koppla NeoPixel-ringen

För att testa animationerna på din NeoPixel-ring, behöver du först koppla din Trinket (mikrokontroller) till din dator via USB. Sedan ansluter du NeoPixel-ringen till Trinket med hjälp av jumperkablar enligt följande schema:

• Trinket pin #0 → NeoPixel Data Input

• Trinket pin BAT → NeoPixel Power 5V DC

• Trinket pin GND → NeoPixel Ground Signal

När du laddar upp koden via Arduino IDE, kommer LED-ringens animation att aktiveras, men kom ihåg att din dator inte kan driva NeoPixel-ringen direkt. Du måste ansluta en separat batteripack för att tillhandahålla den nödvändiga strömförsörjningen.

Bygg kretsen på ett brödbräde

När du har konfigurerat koden, bör du skapa en fungerande prototyp på ett brödbräde. För att göra detta behöver du en batteribox för att koppla ihop de nödvändiga strömkablarna mellan Trinket, NeoPixel-ringen och batteriet. En bra metod är att använda jumperkablar som gör det lätt att ansluta och koppla från komponenterna under testning.

För att underlätta anslutningarna kan du använda kvinnliga-til-kvinnliga jumperkablar och löda på en batteribox så att den kan kopplas enkelt till ditt brödbräde. Här är några grundläggande steg för att koppla ihop dessa komponenter:

1. Koppla den röda batterikabeln till 5V på NeoPixel-ringen och till Trinket's BAT pin.

2. Koppla den svarta batterikabeln till GND på både NeoPixel-ringen och Trinket.

3. Anslut den dataingången från Trinket till NeoPixel-ringen för att styra LED-dioderna.

Testa och justera

Nu är det dags att testa din uppställning. För att göra detta, använd en penna för att stänga kretsen och aktivera NeoPixel-ringens belysning. Om ringen inte tänds omedelbart, kontrollera alla anslutningar noggrant för att säkerställa att inga kablar är lösa.

När din krets fungerar korrekt och din NeoPixel-ring lyser, kan du fortsätta med att överföra den fungerande kretsen till ett slutligt hölje för projektet.

Bygg slutliga kopplingar och förbered för montering

För att göra kapslingen smidigare kan du måla och förbereda höljet (till exempel en liten plåtburk) innan du monterar alla komponenter på plats.

Vad är viktigt att förstå utöver den här beskrivningen?

För att lyckas med detta projekt är det viktigt att förstå de grundläggande elektriska kopplingarna och säkerställa att alla komponenter är korrekt anslutna för att förhindra skador på NeoPixel-ringen eller mikrokontrollern. Strömförsörjningen är också en viktig aspekt – om din NeoPixel-ring inte får tillräcklig spänning (ofta 5V) kommer den inte att fungera som förväntat.

Dessutom är det viktigt att ha en tydlig uppfattning om hur koden påverkar animationerna. Genom att manipulera tidsfördröjningar och färgändringar i koden kan du skapa mycket mer komplexa effekter än bara en enkel färgväxling.

Hur monteras och förbereds en avancerad 3D-utskriven robot

Hur man sammanställer hårdvara för robotprojekt

När programvaran är färdig och du har en tydlig uppfattning om hur roboten ska fungera, är det dags att sammanställa hårdvaran. Det finns två huvudsakliga sätt att ansluta elektroniska komponenter:

1. Koppla alla komponenter direkt till en ScrewShield eller ett prototypkort.

2. Löd ihop förbindelser mellan komponenternas ledningar och andra matchade ledningar på ScrewShield eller prototypkortet.

Den andra metoden, där interconnects används, gör det enklare att koppla bort eller byta ut delar, men det är ett helt valfritt steg som inte påverkar robotens funktionalitet. För att börja, koppla ScrewShield eller prototypkortet till din Arduino.

För LED-lampor krävs noggrannhet för att säkerställa att strömmen som skickas genom dem inte skadar komponenterna. Till exempel ska en 10K motstånd lödas till den korta benet (jordbenet) på den gröna 10 mm LED-lampan för att dämpa strömmen till en acceptabel nivå. Om detta inte görs kan den direkt kopplade strömmen från Arduino-pinnen skada LED:en. Den röda LED-lampan kräver ett lägre motstånd än den gröna. När du har lödat motståndet på plats, anslut en bit svart ledning till motståndet och använd värmesköld för att förhindra kortslutning vid lödfogar.

För den röda LED-lampan upprepas samma steg, men med en 220 ohms resistor och en orange ledning för det positiva benet. Även här kan du välja att löda interconnects om du önskar. Den röda LED-lampans svarta jordledning kopplas till GND-terminalen på ScrewShield eller prototypkortet, och den orange ledningen till digital PIN 9.

När det gäller fuktighetsmätningen är sensorerna två metallprober som mäter motståndet mellan varandra. Detta motstånd ändras beroende på hur mycket fukt det finns i jorden. För att mätningen ska bli konsekvent, måste proberna hållas på ett konstant avstånd från varandra. Här används en 3D-utskriven distanskloss för att säkra detta avstånd. Om du vill kan du använda mässingrör för att forma proberna, men det är ett estetiskt val och påverkar inte robotens funktion. Du kan också använda rostfria stålspikar istället för rör, vilket är en enklare lösning.

När kablarna är lödda, byggs en Y-adapter för att koppla in fuktighetsmätningen till Arduino. En av proberna ansluts till 5V, medan den andra går till analog PIN 0 via en resistor. Y-adaptern gör det möjligt för Arduino att läsa av variationer i motståndet mellan proberna, vilket gör att den kan avgöra jordens fuktighetsnivå.

För att styra motorn behövs en motor shield, eftersom Arduino inte har kapacitet att direkt kontrollera starka motorer. Motor Shield gör det möjligt för Arduino att använda en extern strömkälla, vilket gör att den kan styra motorer som kräver mer ström än vad Arduino kan ge. När du placerar Motor Shield ovanpå ScrewShield på Arduino, kan motorerna kopplas in i M3-terminalerna på motor-shieldet. Kom ihåg att koppla bort eventuella ström-jumpern på Motor Shield, så att den enbart får ström från den externa källan.

Utöver de här stegen är det viktigt att tänka på att noggrant planera för framtida felsökning och uppgraderingar. Använd gärna interconnects om du tror att du kan behöva byta komponenter eller modifiera uppställningen i framtiden. Att använda värmesköld runt lödningar och kablar ger inte bara ökad säkerhet, utan skyddar också mot potentiella kortslutningar som kan uppstå under drift. Vid användning av externa strömförsörjningar för motorer och andra komponenter, kontrollera att dessa är kompatibla med de enheter du använder, särskilt om du har specifika strömkrav för din motor.

Hur man skapar en 1950-tals Raygun Pen med hjälp av 3D-utskrift och elektronik

Att kombinera retro estetik med modern teknik har blivit en populär trend bland både hobbyister och tekniska entusiaster. I detta projekt visar jag hur jag skapade en Raygun Pen inspirerad av science fiction från 1950-talet, med hjälp av en 3D-skrivare och några elektroniska komponenter. Detta var inte bara en möjlighet att skapa något visuellt tilltalande, utan också ett sätt att utmana och utveckla mina prototypkunskaper.

För att börja, behövde jag en penna som skulle kunna fungera som basen för min Raygun Pen. Efter att ha letat genom olika alternativ, valde jag en Cross Edge Nitro Blue penna, som jag hittade på rea. Pens design påminde om de klassiska rayguns från gamla filmer – en perfekt kandidat. Det är viktigt att välja en penna med en metallklämma eller metallhölje, eftersom det gör det lättare att skapa en elektrisk krets. Metall används för att sluta kretsen som styr de LED-lampor som jag skulle installera i basen och handtaget.

När jag hade valt min penna, var nästa steg att skapa ett grepp som skulle hålla pennan på basen. För detta användes en 3D-skrivare, där jag först skissade ett grepp på papper, vilket gav mig en bra startpunkt. Jag använde Tinkercad, ett användarvänligt CAD-program, för att skapa en mer detaljerad 3D-modell av greppet. För att få den unika formen från min pappersskiss, använde jag en online-konverterare för att omvandla min handritade form till en SVG-fil som kunde importeras till Tinkercad.

För att skapa de elektriska effekterna på min Raygun Pen använde jag en liten mikrocontroller, en så kallad Trinket, som styrde en NeoPixel-ring – en rad med RGB-LED-lampor som jag ville använda för att skapa ett färgstarkt ljusmönster. För att driva all elektronik, behövdes en liten batteribox som skulle hålla tre AAA-batterier och ge den 5V ström som behövdes. Jag ville att pennan skulle tända LED-lamporna när den lades på basen och släcka dem när den lyftes, vilket skapade en interaktiv och rolig upplevelse.

För att sammanställa allt detta, behövde jag några andra verktyg och material: en lödkolv för att koppla ihop ledningar, en borrmaskin eller Dremel-verktyg för att göra hål, och såklart en 3D-skrivare för att skapa alla delar. När alla delar var på plats och jag hade monterat elektroniken, var jag äntligen redo att testa min Raygun Pen. Det var en fantastisk känsla att se hur en enkel idé blev till något funktionellt och visuellt imponerande.

När du själv planerar att bygga något liknande, tänk på att alltid börja med att välja rätt basmaterial och verktyg. Det är också viktigt att ta sig tid för att noggrant designa och testa varje del av din prototyp. Även om processen kan vara lång och ibland frustrerande, finns det få saker som är mer tillfredsställande än att skapa något helt eget från grunden.

Det är också viktigt att förstå att det här projektet, trots att det är inspirerat av en retrodesign, kan anpassas och utvecklas för att passa olika personliga behov och preferenser. Du kan lägga till fler elektroniska effekter, ändra utseendet på greppet, eller till och med skapa helt nya funktioner beroende på vad du vill uppnå med ditt egna skapande.