[3D tlač] 30W ručná lampa s vysokým výkonom: 15 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Ak to čítate, pravdepodobne ste videli jedno z tých videí na YouTube, ktoré ukazujú extrémne silné svetelné zdroje s obrovskými chladičmi a batériami. Pravdepodobne to dokonca nazývajú „lampáše“, ale vždy som mal iný koncept lampáša: niečo prenosné a ľahko prenosné.

Preto na tomto projekte pracujem už mnoho mesiacov a rád by som sa tu podelil o výsledok mnohých rôznych iterácií dizajnu. Nie také výkonné ako 100 W, vodou chladené LED, ale oveľa prenosnejšie a použiteľnejšie!

Poznámka: Na videu nie je možné vidieť, aká silná je táto lampa, pretože je nahratá telefónom. Ver mi, je to naozaj silné.

Takže dosť rozprávania! Začnime s týmto projektom!

Čo potrebujeme?

1. 3D tlačiareň (funkčná, ak je to možné!) (Moja je na zozname dodávok, ak má niekto záujem. Super dobré výsledky a nízka cena)
2. Zoznam všetkých spotrebných materiálov
3. Trpezlivosť (vytlačenie všetkých dielov bude trvať asi 12 hodín)
4. Spájkovačka (nebojte sa, bude to celkom minimálne spájkovanie. Navrhol som ho tak, aby bol prístupný takmer každému) [Pridám odkaz v zásobách k cheatu, slušnému, ktorý to urobí pre tento projekt)
5. Multimetr
6. Základné znalosti používania Arduina
7. Základné znalosti elektroniky (základné obvody a používanie multimetra)

Zrieknutie sa zodpovednosti:

Práca s elektronikou a lítium-iónovými batériami vždy prináša súvisiace riziko. Ak neviete, čo robíte, prečítajte si o tom niečo predtým, ako budete pokračovať v tomto návode. Nezodpovedám za žiadne škody. A ako vždy, ak sa vám tieto projekty páčia a chcete prispieť, môžete prispieť malým darom na môj Paypal.me: https://paypal.me/sajunt4. Na to, aby sme vám priniesli tieto projekty, sú potrebné 3 až 4 -násobok ceny položky, takže by mi to mohlo pomôcť priniesť vám ďalšie projekty:)

Zásoby

Väčšina komponentov sa dodáva vo veľkých baleniach, takže priemerná cena lampáša v skutočnosti nie je taká vysoká, ~ 30 €. Väčšinu môžete znova použiť na iné projekty (vrátane mojich ďalších projektov, ktoré už čoskoro príde!)

Celosvetové odkazy na AliExpress (VYBERTE VŽDY NAJLACNEJŠÚ MOŽNOSŤ DOPRAVY PRE VŠETKY PRODUKTY, AK JE TO MOŽNÉ. UŠETRÍ VÁS VEĽA PENIAZOV):

Komponenty (priemerná cena 48 EUR, ak potrebujete všetky komponenty [závisí od nákladov na dopravu]):

1. 3x 10W LED (vyberte bielu meď, 10W, množstvo 3)
2. 4x batéria Li-io 18650 (vyberte 4 ks za lepšiu cenu)
3. 1x 1S BMS MicroUSB - Poslúži akákoľvek jednotlivá nabíjačka 18650
4. 1x 2S BMS s funkciou vyváženia (vyberte 2S Li-ion 15A zostatok)
5. 1x Rolka spájkovacích záložiek
6. 1x High Power Buck Converter (naddimenzovaný pre bezpečné dlhodobé používanie)
7. 1 x 8 mm tlačidlo
8. 3x 20Kohm odpory (Toto je najlacnejšie balenie, aké som našiel) - V miestnom obchode ich nájdete asi za cent. Poslúži akýkoľvek odpor pre PULL_DOWN
9. 8x skrutky M4x6mm (vyberte M4, 6 mm plný závit)
10. 7x Skrutky M3x14mm (vyberte M3 16 mm plný závit) - Toto sú tie, ktoré som použil, ale môžete skúsiť skrátiť dĺžku, ak sa niekde povaľujete.
11. 2x skrutky M5x12mm (vyberte M5 12mm plný závit) - Toto som použil, ale môžete skúsiť skrátiť dĺžku, ak sa niekde povaľujete.
12. 1x Arduino Nano (obsahuje kábel) - Poslúži akékoľvek malé Arduino
13. 2x konektor XT-60 (vyberte 5 párov muž + žena)
14. 1x spájkovacia doska plošných spojov
15. 1x Micro Voltage Booster 12V (na napájanie FAN a Arduino)
16. 3x MOSFET IRFZ44N (1 z nich je voliteľný, na účely účinnosti)
17. 1x chladič 50x56 mm (jedná sa o balenie 2x, ale najlacnejšie ako väčšina ostatných ponúk)
18. 1x 50x50x10mm 12V VENTILÁTOR
19. 1x rolka reflexnej pásky (našla som svoju v miestnom obchode, dúfam, že táto je dosť dobrá)
20. Nejaký brúsny papier, v závislosti od tolerancií vašej 3D tlačiarne (Všetko je navrhnuté tak, aby sa zmestilo, ale nikdy neviete) - Ale radšej si to kúpte v miestnom železiarstve, ak môžete)
21. 1x Fresnelov objektív (jediný, ktorý som našiel za slušnú cenu) (voliteľný, na zaostrenie svetla v menšom uhle)
22. 2S nabíjačka batérií (zvoľte 8,4V 2A) - Poslúži akákoľvek 8,4V nabíjačka
23. 2m x 14AWG drôt (vyberte 14AWG 1M čierny + 14AWG 1M červený)
24. 2m x 20AWG drôt (vyberte 20AWG 1M čierny + 20AWG 1M červený)
25. (Voliteľné) 3 -kolíkové skrutkové konektory
26. (Voliteľné) 2 -kolíkové pružinové konektory
27. 4x magnet 8x3 mm (vyberte minimálne dostupné množstvo)
28. 1x tepelná pasta

A samozrejme môžete najskôr skontrolovať celý Instructable a rozhodnúť sa, či chcete čokoľvek potlačiť alebo upraviť.

A zoznam lacných nástrojov (poslúži akýkoľvek iný s podobnými schopnosťami):

1. Spájkovačka (vyberte 0,6 mm, 100 g)
2. Spájkovačka
3. Multimeter
4. 3D tlačiareň Ender 3 (V čase, keď píšem tento dokument, je môj Ender 5 (môj) taký drahý, ale Ender 5 je tiež veľmi schopný)

Krok 1: S čím skončíte

To je všetko. „Celkom kompaktná“, ale výkonná lampa s vymeniteľnou batériou 2S2P (nebojte sa, ak neviete, čo je 2S2P, o tom neskôr), odnímateľnými šošovkami a konfigurovateľným výstupným výkonom, s približne 1 h batérie na maximálny plyn alebo 10 hodín pri minimálnom výkone, na jedno nabitie batérie. A to najlepšie zo všetkého: je to kompletne vyrobené vami. Pravdepodobne už viete, aké uspokojivé to je!

Krok 2: 3D tlač - globálny prehľad

Všetky súbory nájdete v Thingiverse:

Čo musíte vytlačiť:

1. MainBody.stl: Táto časť obsahuje LED diódy, chladič, ventilátor, svetelný kolimátor a držiak objektívu.
2. Handler.stl: Tu bude prichytené tlačidlo, do ktorého bude zaskrutkovaný držiak batérie a do ktorého sa zmestí elektronika. Je zaskrutkovaný do MainBody.stl.
3. BatteryHolder.stl: Táto časť slúži na rýchle pripojenie - vyberte batériu, aby sa dali ľahko vymeniť. Obsahuje dva magnety, ktoré udržujú batériu na mieste, a konektor XT-60 samec.
4. Collimator.stl: Toto má odrážať svetlo v určitom uzavretom uhle, pretože svetelný uhol 180 ° je pre lampu celkom zbytočný. Celé vnútro budete musieť zakryť reflexnou páskou.
5. LedsHolder.stl: Tenká 3D časť, ktorá drží diódy LED na mieste pod určitým uhlom.
6. HeatsinkSupport_1.stl: Účelom je držať chladič s určitým predstihom voči diódam LED, aby mohli chladiť. Budete potrebovať 2 z nich.
7. HeatsinkSupport_2.stl: Ako druhý HeatsinkSupport, ale pre druhú os. Potrebujete iba jeden z nich.
8. LensHolder.stl: Má držať šošovky na mieste.
9. BatteryBody.stl: Hlavné telo batérie. Pevne sa hodí do BatteryHolder.stl.
10. BatteryCap.stl: Horná časť batérie. Obsahuje dva magnety, ktoré držia batériu na mieste s magnetmi BatteryHolder, a ženský konektor XT-60.

A je to! Mohlo by sa zdať, že ide o veľa častí, ale väčšina z nich bude tlačiť menej ako hodinu.

Krok 3: Elektronika - globálny prehľad

Dobre, tak poďme teraz pracovať na mozgu a svaloch tohto projektu. Toto bolo navrhnuté tak, aby to zvládol ktokoľvek, dokonca aj s 0 znalosťami elektroniky, takže mi dovoľte vysvetliť všetko pre tých 0 znalostí ľudí. Ale samozrejme, čo najviac viete, najľahšie to bude. Čo potrebujeme? Keďže naše 3 12V LED diódy budú zapojené do série, potrebujeme napájací zdroj, ktorý dodáva 3*12V = 36V. Naša batéria však dodáva maximálne 8,4 V. Ako zvýšime toto napätie? Jednoduché: Použitie zosilňovača napätia. Ten, ktorý bol vybraný pre tento projekt, je regulovateľný zosilňovač napätia. Batériu zapojíte do konektorov IN a jednoducho nastavíte priložený potenciometer, kým na výstupe nebudete mať 36V. Celkom ľahké!

VENTILÁTOR a Arduino teraz potrebujú viac napätia, ako ponúka batéria, ale menšie, než aké ponúka náš hlavný zosilňovač napätia (približne 12 V). Riešenie? Ďalší zosilňovač napätia! (Ale tento, mikro)

Ďalej ovládanie výstupného výkonu + ovládanie ventilátora: Na to budeme používať Arduino Nano a jeho výstupné schopnosti PWM. (Neviete, čo je to PWM? Tu máte niekoľko informácií:) Ale pretože Arduino Nano zvládne iba 5 V max a my potrebujeme PWM 36 V, použijeme MOSFET. Ak neviete, ako tento komponent funguje, nebojte sa, postupujte podľa môjho krok za krokom a všetko bude fungovať dobre! A nakoniec, užívateľský vstup: Budeme používať 8 mm tlačidlo zapojené do nášho Arduina prostredníctvom interný pull up odpor na úpravu výstupného signálu PWM.

To je všetko:)

Krok 4: Elektronika - príprava všetkých káblov

Odrežte káble nasledujúcich veľkostí:

2x 15 cm tenký drôt (1 červený, 1 čierny) 2x 20 cm tenký drôt (1 červený, 1 čierny) 3x 2,5 cm hrubý drôt (1 červený, 1 čierny) 2x 5 cm tenký drôt (ľubovoľná farba) 2x 8 cm tenký drôt (ľubovoľná farba)

Pri každom z týchto káblov odlepte hroty (asi 5 mm) a predspájajte ich.

Krok 5: Elektronika - batéria

Najprv pre každú zo 4 batérií pomocou multimetra identifikujte kladnú a zápornú stranu (Viete, na jednu stranu dajte červený terminál, na druhú čierny a ak multimeter zobrazuje kladné číslo, červená strana je kladná, čierna negatívna. V opačnom prípade, ak multimeter zobrazuje záporné číslo, čierna je kladná, červená je záporná). (Pozri obrázky 2 a 3)

VŽDY buďte opatrní pri predaji na Li-Ion batériu. VYSKÚŠAJTE TO RÝCHLO A NEVEHREJTE BUNKU VEĽA, ALEBO BY STE MOHLI POŠKODIŤ.

Teraz musíte všetky batérie úplne nabiť pomocou akejkoľvek nabíjačky 18650. V našom prípade náš lacný TP4056. Pripojte červený vodič k BAT+ a čierny vodič k BAT- (tieto vodiče nie sú zahrnuté v predchádzajúcom kroku). (Pozri obrázok 4)

Potom spájajte tieto káble s malým hrotom cínu do každej z buniek (všetky, ale jednu po druhej), od červenej k pozitívnej, čiernej k negatívnej. Nechajte ich nabíjať, kým vám LED diódy nabíjačky nepovedia, že sú nabité. Odpojte káble, spájkujte s ďalším a opakujte. (V závislosti od vybitia môže trvať niekoľko hodín. Tento čas použite na prípravu ďalších krokov a 3D tlač všetkého!)

Teraz, keď sú všetky 4 batérie úplne nabité, zapojíme 2 po 2 paralelne a každé balenie 2 paralelne po sebe.

Ako ich zapojiť paralelne? Viď tretí obrázok. Vidíte, ako sú moje batérie zapojené? Pripojte 2 po 2, záporný k zápornému, kladný k kladnému pólu, s dvoma kusmi spájkovacích chlopní. Multimetrom zaistite, aby mal každý článok presne rovnaké napätie, aby ste predišli možnému poškodeniu článkov.

A teraz, podľa posledného obrázku, pripojte negatívnu stranu jedného z 2-paralelných balíkov k pozitívnej strane druhého. Len jedna strana! Druhého treba nechať voľný.

Krok 6: Elektronika - Batériové káble + BMS + 3D puzdro

Najprv spájajte 9 cm tenký drôt s kovovou doskou, ktorá spája dve batérie v sérii (obrázok 1).

Potom pripojte čierny 2 cm hrubý vodič k zápornému pólu na opačnej strane, jeden hrubý červený 2 cm vodič k kladnému pólu, ako na druhom obrázku.

Za tretím obrázkom pripojte červený hrubý vodič k terminálu B+ BMS, čierny hrubý vodič k terminálu B- a tenký vodič k stredovému terminálu BMS, ako na obrázku.

Teraz k svorkám P + a P- BMS znova pripojte 2 cm hrubé vodiče a tie k + a- konektora XT-60 (mužský, ten, ktorý je otvorom s dvoma zlatými kolíkmi vo vnútri), ako na obrázku 4. Použil som horúce lepidlo, aby bolo všetko bezpečné a izolované.

Je načase zaobstarať si naše puzdro na 3D tlačiareň a skontrolovať, či všetko sedí na svojom mieste. Konektor XT -60 sa musí zmestiť do koľajníc (možno budete potrebovať trochu piesku na konektore, aby ste odstránili vytláčané znamienka + a - a ponechali konektor plochý). (Obr. 5)

Keď všetko pekne zapadne, vložte dva magnety do uzáveru puzdra. Na polarite nezáleží. V držiaku batérie budete musieť zaistiť opačnú polaritu.

Potom držte všetko na mieste elektrickou páskou a pridajte k batériám dva tenké káble, ako na obrázkoch 9, 10 a 11. Tie nám pomôžu vybrať batériu po pripojení k držiaku batérie. Môžete použiť akýkoľvek kábel alebo materiál, ktorý sa vám páči. Ten svoj som omotal cez batériu, aby som sa vyvaroval vyvíjaniu veľkej sily na 3D časť.

Nakoniec zaskrutkujte 4 skrutky M3 a batéria je pripravená!

Moje konektory XT-60 boli tesné a zlatými kolíkmi som musel stlačiť kliešte, aby sa pár muž-žena zasunul dovnútra a von bez prílišnej sily

Krok 7: Zostavenie - batéria + držiak batérie

Toto je ľahký krok.

Vytlačte súbor BatteryHolder.stl a skontrolujte, či sa batéria ľahko zasúva. V opačnom prípade budete potrebovať nejaké brúsenie na vyhladenie stien vašich výtlačkov. (Ale nie príliš veľa, musia tesne priliehať)

Potom vložte dva magnety smerom k opačnej polarite batérie, aby sa pritiahli.

Zasuňte konektor XT-60 na svoje miesto (bude to tiež potrebovať trochu brúsenia. Musí to sedieť naozaj pevne), uistite sa, že sa batéria ľahko zasunie a drží na mieste pomocou lepidla. Čím menej zasuniete konektor, tým jednoduchšie bude vloženie a vybratie batérie.

A nakoniec spájkujte 2 hrubé 6 cm vodiče (červené + čierne) a 2 tenké 8 cm drôty (červené + čierne) na svorky XT-60 ako na obrázkoch. Červené na pozitívne, čierne na negatívne.

Krok 8: Elektronika - zosilňovače napätia

Keď je batéria a držiak batérie na svojom mieste, pripojte 2 hrubé vodiče k veľkému zosilňovaču napätia. Červená na IN+, čierna na IN-.

Potom zapojte batériu do držiaka batérie a pomocou multimetra nastavte skrutku zosilňovača napätia, kým napätie medzi OUT- a OUT+ nedosiahne presne 35,5V.

Získajte zosilňovač malého napätia a pripojte ho k výstupu veľkého. GND k veľkému OUT-, IN+ k veľkému OUT+. Potom zmerajte napätie medzi VO+ a GND malého pomocou multimetra. Otáčajte malou skrutkou, kým napätie nedosiahne približne 12V.

To je všetko! Vaše posilňovače máte pripravené na prácu!

Krok 9: Elektronika - príprava Arduina

Najprv pripojte Arduino k počítaču cez USB a zatlačte na priloženú skicu (LanternCode_8steps_fan_decay.ino).

Potom spájkujte 4 vodiče zobrazené na obrázku (každý asi 6 cm):

D11 bude ovládať intenzitu LED, D10 bude ovládať intenzitu ventilátora a D5 a GND budú slúžiť ako VSTUP pre tlačidlo.

Ak vás to zaujíma, kód, ktorý som napísal, je celkom jednoduchý:

Má 8 rôznych úrovní výkonu, ktoré je možné cyklicky prepínať z menšieho na väčší výkon stlačením vypínača. Ak podržíte a stlačíte viac ako 800 ms a potom uvoľníte, lampa začne blikať pri aktuálnom výkone.

Ventilátor začne pracovať pri ~ 1/3 maximálneho výkonu, ale pri proporcionálnych otáčkach, aby bol pri nižšom výkone menej hlučný. Potom, čo ho vypnete alebo znížite výkon na menej ako ~ 1/3 (prvé 3 kroky napájania), môže ventilátor chvíľu pokračovať v činnosti, aby chladič zostal chladný a pripravený na ďalšie vysoké využitie energie (používame celkom malý chladič pre napájanie, takže sa môže poriadne zahriať)

Krok 10: Elektronika - doska na distribúciu energie spájkovacej energie

Najprv umiestnite všetky komponenty ako na prvom obrázku. Budete musieť ohnúť nohy MOSFET. Je dôležité, aby hrubé čierne telo MOSFETU vyzeralo hore a aby bolo všetko malé.

Teraz rozrežte extra PCB nožom tak, ako je to možné. Označte ho nožom a jemne ho ohýbajte, kým sa neprelomí cez značku.

Skontrolujte, či je všetko opäť na svojom mieste, a pripravte sa na spájkovanie dosky ako na treťom obrázku. Skutočný schéma zapojenia je na štvrtom obrázku, v prípade, že nie je dostatočne jasný.

Je dôležité spájkovať zobrazené odpory medzi ľavou a pravou nohou MOSFETov. Použil som dva odpory 20Kohm, ale môžete použiť akúkoľvek hodnotu blízku.

TIP: Ak umiestnite dosku pod určitý uhol, ľahšie sa dostanete k cínu, aby tento uhol dodržal (použite gravitáciu vo svoj prospech)

Krok 11: Zostavenie - stavba zamerania

Najprv vytlačte Collimator.stl a vnútornosti reflexnou páskou. V skutočnosti neexistuje dobrý spôsob, ako to urobiť. Stačí pásku nastrihať na malé kúsky, aby to všetko pokrylo.

Potom vytlačte súbor LedsHolder.stl a pevne umiestnite diódy LED na vrch. Spájkujte káble podľa schémy, aby ste ich spojili do série, a nechajte 2 30 cm drôty spájkovať v jednej z diód LED. Zakryte svorky páskou, aby ste zabránili skratu v chladiči.

Vytlačte a pripojte súbor HeatsinkHolder_2.stl k chladiču. Malo by tesne priliehať.

Na diódy LED naneste tepelnú pastu a zatlačte ich na chladič tak, aby káble prechádzali otvorom v HeatsinkHolder_2.

Pripojte ďalšie dva držiaky HeatsinkHolder_1 k chladiču a všetky diely priskrutkujte k sebe pomocou 4 skrutiek M3.

Vytlačte súbor MainBody.stl a pripevnite ventilátor k spodnej časti pomocou skrutiek M3, ako je znázornené na obrázku 7.

Vytiahnite vodiče FAN + LED cez väčší otvor MainBody a vložte zaostrenie do tela, ako na poslednom obrázku.

Krok 12: Zostavenie - zostrojenie psovoda

Vytlačte súbor Handler.stl a pripravte si skrutky 1xM3 a 2xM5.

Potom zasuňte tlačidlo do jeho otvoru.

To je k tomuto kroku všetko. Jednoducho, áno?

Krok 13: Elektronika - dokončenie

Spájkujte ďalší hrubý 5 cm drôt k VÝSTUPU veľkého zosilňovača napätia, ako na prvom obrázku.

Potom pripojte tento vodič k pravému skrutkovaciemu terminálu dosky správy napájania podľa druhého obrázku.

Pripojte čierny vodič LED k strednému skrutkovaciemu terminálu a kladný vodič k OUT+ veľkého zosilňovača napätia, ako na obrázku 3.

Spájkujte Arduino VIN s veľkým ľavým vodičom pripojeným k Vout malého zosilňovača napätia a Arduino GND so zvyšným čiernym vodičom spájkovaným k XT-60, ako na obrázku 4.

Pripojte červený vodič FAN k VIN Arduino (= zosilňovač malého napätia Vout, oba káble dohromady k VIN) a čierny vodič FAN k ľavému skrutkovaciemu terminálu dosky správy napájania, ako na obrázku 5 (môj červený vodič ventilátora je v skutočnosti čierna, prepáč ^. ^)

Pripojte Arduino D10 k pružinovému terminálu úplne vľavo a D11 k úplne pružinovému terminálu úplne vpravo, ako na obrázku 6.

A nakoniec…

Vložte držiak batérie do držiaka tak, aby sa nezachytili žiadne káble a aby bola všetka elektronika vo vnútri umiestnená správne. Priestoru nie je príliš veľa, ale malo by to byť viac ako dostatočné, ak je všetko správne zorganizované. Každú odhalenú spájku alebo drôt by ste mali zalepiť páskou, aby ste predišli skratom.

Pripojte dva ľavé voľné vodiče Arduina k tlačidlu Handler. Nezáleží na tom, ktorý kábel ku ktorému terminálu tlačidla. Aj tak to bude fungovať.

A je to! Uistite sa, že sú káble vo vnútri zostávajúceho priestoru dobre uchytené, aby sa nikto nedotkol ventilátora!

Krok 14: Montáž - konečné pripojenie

Vo vnútri manipulátora by ste mali mať všetku elektroniku ako na prvom obrázku.

Otvorom nad tlačidlom prevlečte vodiče bez toho, aby ste sa dotkli ventilátora.

Vložte 3 skrutky, ktoré držia všetko pohromade (2x M5, 1x M3) ako na druhom obrázku.

Vložte horný držiak objektívu a pripevnite k nemu Fresnelovu šošovku (tá moja ešte neprišla. Po príchode sa aktualizuje obrázkom).

Zaskrutkujte 8 skrutiek M4, 4 hore, 4 dole a…

Projekt je dokončený! Gratulujem

Krok 15: Užite si svoju novú super výkonnú lampu

Cesta k tomuto prototypu svietidla bola skutočne dlhá, hľadanie komponentov a modelovanie všetkých 3D výtlačkov, úprava tolerancií atď.

Ak sa vám teda tento projekt páčil, neváhajte a komentujte svoje návrhy a pripomienky

Vidíme sa! =)