Cześć!
Chciałbym zaprezentować Wam projekt na którym siedziałem od pewnego już czasu i w końcu udało mi się go dopracować :) W życiu każdego elektronika-hobbysty przychodzi czas kiedy trzeba zabrać się za lutowanie SMD. Wiele prostych projektów, zwłaszcza przy zastosowaniu ‘większych’ elementów SMT, można zrealizować za pomocą odpowiednio dobranego grota i dobrej lutownicy. Ale te bardziej skomplikowane wymagają jednak wykorzystania pieca rozpływowego, które to niestety są praktycznie poza zasięgiem przeciętnego hobbysty. Stąd pomysł na zrealizowanie tego projektu – mały piec rozpływowy wykonany z… lampy halogenowej! Żarnik lampy, kontrolowany za pomocą układu opartego na Arduino Nano i termoparze (układ MAX6675), pozwala na stopniowe podnoszenie temperatury, utrzymywanie jej na odpowiednim poziomie oraz stopniowe chłodzenie – zupełnie jak w przemysłowych rozwiązaniach! Koszt takiego piecyka jest naprawdę niewielki, w dodatku jest bardzo kompaktowy – niewiele większy niż sama obudowa lampy halogenowej. Zainteresowani? Zapraszam!
UWAGA! Projekt zawiera bezpośrednie podłączenie do sieci elektrycznej 230V – jeżeli nie masz odpowiedniego doświadczenia, poproś kogoś kompetentnego o pomoc zanim zaczniesz uruchamiać projekt!
Pomysł zaczerpnięto ze wspaniałego opisu projektu Davida Sanza Kirbisa: nanoReflowController gdzie znajdziecie kompletny opis jak zbudować część elektroniczną projektu. W swoim artykule chciałbym bardziej skupić się na procesie projektowania obudowy w technologii druku 3D – informacje i rady które postaram się tu zawrzeć pomogą Wam projektować obudowy do dowolnych projektów :)
Do projektowania użyłem programu OnShape – i bardzo go polecam, można założyć zupełnie darmowe konto, które ma praktycznie pełną funkcjonalność i żadnych reklam, i jest dużo łatwiejszy do nauczenia się niż ‘standardowe’ programy CAD. Na koniec artykułu znajdziecie link do mojego projektu – można go sobie skopiować, podpatrzyć wszystko krok po kroku i też zmienić rozmiary, wartości, etc.
Lista materiałów:
- Elektronika: Link do BOM (bill-of-materials) – wszystkie elementy
- Przełącznik 230V jednopozycyjny
- Gniazdo zasilania 3-polowe (jak w zasilaczach komputerowych)
- Śruby M3x20mm
- Obudowa lampy typu halogen + żarnik max. 400W
- Zasilacz 5V (np. stara ładowarka od komórki)
- Drukarka 3D, filament PET-G (lub ABS, ew. PLA)
- Wtapialne gwinty mosiężne, M3x4mm
Na początek kilka zdjęć elementów elektronicznych i jak to wszystko wygląda:
Płytkę PCB przygotowałem sam na bazie pliku dostępnego w repozytorium projektu – jest prosta do wykonania nawet dla kogoś kto nigdy nie miał styczności z własnoręcznym wytrawianiem płytek – ja wykonałem ją metodą transferu tonera. Polutowanie elementów jest bardzo proste, po nawierceniu płytki złożenie całości zajmuje kilkanaście minut. Na płytce jest dużo konektorów, dlatego nie trzeba lutować wszystkich elementów na stałe.
Z termopary (MAX6675) należy usunąć metalowy kołnierz – jeśli go zostawimy to termopara będzie miała za dużą bezwładność cieplną dla tak szybkich zmian. Zależy nam na szybkiej odpowiedzi na zmiany temperatury. Końcówkę łatwo rozetniemy za pomocą cążek, uważajcie aby nie uszkodzić samej termopary!
Pozostaje nam jeszcze tylko wgrać kod na Arduino Nano (instrukcja jest od razu po wejściu na GitHub projektu), podłączyć zasilanie płytki (ja wybrałem opcję z zasilaczem od komórki – 5V zasila arduino przez gniazdo w górnej części płytki) i wytestować wszystko ‘na sucho’ – jeśli wszystko działa – czas zaprojektować, po czym wydrukować obudowę i złożyć wszystko w całość :)
Projekt obudowy krok po kroku:
1. Projektowanie obudowy zaczynam zawsze od oszacowania ile miejsca zajmą ‘bebechy’ całego projektu – mamy tutaj płytkę, ale też luźne elementy, więc trzeba zastanowić się i oszacować jak rozlokować je przestrzennie. Szkicuję zatem prostopadłościan o wymiarach, w których zakładam, że wszystkie elementu mi się zmieszczą:
2. Następnie używam funkcji “Shell” i wybieram jedną ze ścian, która ma być usunięta – program sam tworzy nam ‘skorupę’ dookoła stworzonego wcześniej obiektu (nie musi być to prostopadłościan – dowolny obiekt też się nada!) Ustawiam grubość ścianek na 2.4 mm – to odpowiednia grubość aby dać strukturalnie silny obiekt, i w dodatku jest wielokrotnością średnicy dyszy, którą używam (0.4 mm) – dzięki temu nie będzie ‘dziwnych’ przerw między ściankami i nasz slicer nie będzie musiał się męczyć przy generowaniu g-code dla drukarki!
3. Wycinam otwór na wyświetlacz LCD – dopasowuję go dokładnie do wymiarów mojego elementu, dzięki czemu pasuje on idealnie ‘na wcisk’, bez użycia kleju
4. Czas wykonać mocowanie dla płytki PCB! Mamy cztery otwory na śruby M3, potrzebne nam podpory na których oprze się płytka i zostawi miejsce na wyświetlacz który leży pod nią.
Niestety, takie podpory z racji orientacji, w jakiej drukujemy mają tendencję do łatwego odłamywania się. Możemy zdecydowanie zwiększyć ich wytrzymałość poszerzając ich podstawę – posłuży nam do tego funkcja “Chamfer”, a oto efekt, który dzięki niej uzyskamy:
5. Kolejnym krokiem jest wykonanie otworów na wszystkie zewnętrzne elementy – gniazdo zasilania wraz ze śrubami mocującymi, enkoder, przełącznik, kabel do lampy oraz czujnik termopary. Dobra praktyką przy takim projektowaniu jest wstawienie do obudowy modelu naszej płytki (żółty, semitransparentny prostopadłościan na zdjęciach) – pomaga to w zwizualizowaniu sobie, czy wszystkie elementy zmieszczą się dokładnie tak jak planowaliśmy. Wycięcie otworów to tylko kwestia zrobienia szkiców na odpowiednich ścianach, oraz wykorzystanie funkcji “Extrude” w trybie “Remove”, czyli usuwania materiału
6. Na tym etapie jak pewnie zauważyliście dodałem już zaokrąglenia rogów (zarówno zewnętrznych jak i wewnętrznych) – taki zabieg poprawia zazwyczaj jakość wydruku, bo drukarka nie musi tak gwałtownie zmieniać kierunku jak w przypadku kątów prostych. Ponadto wygląda to też bardziej estetycznie :) Dodamy teraz sposób na zamocowanie wieczka dla naszej obudowy.
7. To jedna z moich ulubionych sztuczek – genialna w swojej prostocie! Do zamocowania wieczka wykorzystamy śruby M3, natomiast muszą się one w coś wkręcać – w tym celu wykorzystamy wtapialne mosiężne gwinty, jednak potrzebują one odpowiedniej ilości plastiku dookoła, aby skutecznie się trzymać. Zaczynamy od naszkicowania ‘kieszonki’ w rogach naszej obudowy od strony wieczka:
Kłopotliwe jest jednak wydrukowanie takiej wstawki bez dodrukowywania wsporników – rozwiązaniem tego problemu jest użycie funkcji “Chamfer” i znalezienie odpowiedniej wartości aby uzyskać łagodne stopniowanie. Dzięki temu możemy wydrukować tą część bez użycia tzw. supports czyli podpór! Oczywiście wycinamy w elemencie dziurę, która pomieści późniejszą mosiężną wkładkę.
8. Aby dodać naszej obudowie trochę charakteru, zdecydowałem się na umieszczenie napisu na samym froncie – w OnShape możemy zrobić to bardzo prosto za pomocą ‘Text Tool’ i funkcji Extrude/Remove
9. Mamy również dwa wychodzące kable z boku obudowy, dlatego dobrym nawykiem jest wykonanie “kołnierza”, który uchroni nasze kable przed zbyt szybkim mechanicznym uszkodzeniem, oraz ułatwi ich zamocowanie. Wykorzystuję funkcję Extrude aby utworzyć walec wokół kanału dla kabla, a następnie używam funkcji “Chamfer” aby zredukować ostre krawędzie:
10. Pozostaje nam tylko przygotowanie wieczka, a możemy zrobić to z łatwością posiłkując się funkcją “Use/Project” aby zaznaczyć i wyekstrudować interesujące nas części obiektu, tworząc tym samym idealnie dopasowane wieczko
11. Dorobiłem jeszcze bardzo drobne elementy, które ułatwią nam zamocowanie obudowy do metalowego stelaża znajdującego się na lampie halogenowej. Elementem wykańczającym będzie wydrukowanie gałki do enkodera, którą akurat zaprojektowałem już po wykonaniu zdjęć projektu :) Do zrobienia takiej gałki najlepiej użyć funkcji “Radial Array”, dzięki której możemy w równej odległości rozstawić obiekty po okręgu, i za pomocą funkcji Boolean/Remove ‘odjąć’ je od prostego walca. Finalnie po złożeniu wszystkich elementów uzyskujemy taki efekt (kliknij w obrazek aby obejrzeć animację!):
Projektowanie zakończone – czas na drukowanie!
Po wyeksportowaniu plików .stl z OnShape wrzucam je do programu Slic3r – przetłumaczy on pliki na język zrozumiały dla drukarki. Ustawiam parametry zgodnie z dobranym materiałem, a będzie do PET-G. Dlaczego? Lubię ten materiał ze względu na jego wytrzymałość, i w dodatku oferuje on nieco lepszą odporność na temperaturę niż PLA. Ale po pierwszych testach widzę, że PLA zdałoby egzamin – okolice obudowy w zasadzie nigdy się nijak nie nagrzewają. Z racji sposobu w jaki zaprojektowaliśmy obudowę, do jej wydruku nie są potrzebne żadne podpory – czyli nic nie trzeba będzie usuwać po wydrukowaniu, super! Wydrukowałem całość z wypełnieniem 20%, 4 warstwy góra/dół, 6 warstw na ścianki – takie połączenie daje świetną wytrzymałość mechaniczną, a dzięki transparentnemu filamentowi wypełnienie honeycomb daje piękny efekt wizualny :)
Udało mi się zmieścić wszystkie elementy naraz na polu roboczym drukarki – tak więc startujemy z drukiem, i wracamy za kilka godzin aby obejrzeć efekty :)
Tak prezentują się wszystkie elementy razem – czas zacząć do wszystko składać w całość!
A tutaj moja ‘chałupnicza’ metoda wtapiania mosiężnych wstawek za pomocą lutownicy – warto ustawić lutownicę na stosunkowo niską temperaturę, i nie dociskać nic na siłę – temperatura zrobi wszystko za nas! Odpowiednio osadzone wstawki dają dużo lepsze i wytrzymałe łączenie niż wkręcanie śrub w plastik (tak, wiem, wszyscy tak czasem robimy :))
Napis wyszedł zdecydowanie lepiej niż się spodziewałem :)
Modyfikacje samej lampy są bardzo proste – nawiercamy mały otwór przez który umocujemy nasz czujnik temperatury (warto aby znalazł się w równej odległości od żarnika co płytki, które będziemy lutować), oraz owijamy szklaną szybkę grubą folią aluminiową. Ja dodatkowo dołożyłem fragment falistej blachy alu, którą przykleiłem za pomocą taśmy kaptonowej – ale ten element jest akurat zbędny, więc możecie go pominąć.
Nasz mini piec rozpływowy żyje!
A oto krótki gif pokazujący lampę w trakcie działania :) Ta dziura z przodu to wynik błędu – przewierciłem lampę ze złej strony – aktualnie dziura jest już zaślepiona, ale dzięki niej widać na filmiku jak pracuje nasza cała maszyneria :)
Bonusowe zdjęcie płytki którą polutowałem dla testów – egzamin zdany na 5+!
Projekt choć może wydawać się czasochłonny jest bardzo satysfakcjonujący, i co ważne – niezwykle przydatny jeśli myślicie czasem o płytkach w technologii SMD. Zdecydowanie polecam!
Obiecany link do mojego projektu na OnShape (trzeba posiadać konto aby obejrzeć): nanoReflow Controller Case
Miłego majsterkowania!
AABatteries
Nie sądzę żebym kiedyś miał zbudować taki piec, ale daję 5 za bardzo rzeczowy opis, szczególnie części o projektowaniu 3D. Dla świętego spokoju dodałbym uchwyt kabla 230V oraz ‘mechaniczny’ termostat lub bezpiecznik termiczny na wypadek omyłkowego włączenia lub niewyłączenia lampy.
Dzięki za cenne uwagi :) Przełącznik od góry odcina całkowicie zasilanie układu jak i lampy. Sama lampa jest włączana dopiero przez układ, i automatycznie wyłącza się po skończeniu cyklu lutowania (kilka minut zależnie od programu) , ale faktycznie dodanie bezpiecznika termicznego, zwłaszcza w okolicę triaka byłoby dobrym rozwiązaniem :)
Uchwyt kabla 230V – chodzi o zaczep do zamocowania kabla zasilającego na okres przechowywania czy pracy? Zazwyczaj po prostu odpinam kabel i chowa go do pudełka razem z lampą :)
Świetny projekt, 5+.
Super projekt ze świetnym opisem!
Dzięki, starałem się pokazać że projektowanie CAD wcale nie gryzie i jest super intuicyjne kiedy już opanujemy podstawy :)
W wakacje muszę zrobić z większym halogenem do pieczenia GPU :D Dzięki za poradnik !
Nie ma sprawy :) Ja sam zamierzam wykorzystać to do ożywienia mojego telefonu – Nexus 5X ma taką wadę fabryczną gdzie można go uruchomić i postawić z martwych przy użyciu właśnie pieca rozplywowego :)
Sprytny patent z tym halogenem!
Hej! Gdzie można zakupić te mosiężne gwinty? naprawdę fajny patent:)
Znajdziesz je na pewno na Aliexpress pod hasłem “brass heat inserts” :)
Jaki użyłeś encoder ? W spisie nie ma informacji co to za element. W twoim opisie też nic nie ma na ten temat.
Witam.
Czy możesz podesłać plik hex do tego projektu, nie mogę skompilować pliku INO
Jakie błędy Ci się wyświetlają?