Jump to content
Sign in to follow this  
l1l1

Кольцо с подсветкой. Светодиодные кольца своими руками

Recommended Posts

light_DSC_7725_f.jpg3d_printing_light_DSC_7751_f.jpg3d_printing_light_DSC_7712_f.jpg

Удивительное LED кольцо имеет источник питания LiPo, 3 NeoPixel LED, и возможность подзарядки при помощи USB. Компоненты кольца создаются на 3D принтере, как и сами силиконовые кристаллы украшающие его. Украшение создано в виде объемного аксессуара надевающегося сразу на два пальца. Это связано с необходимостью вместить внутрь миниатюрного устройства все необходимые детали.

Кольцо укладывается как бутерброд, все компоненты устанавливаются слоями. Чтобы уложить провода правильно, необходимо вначале собрать всю цепь и проверить правильность ее выполнения, а уже после, обрезать лишние части проводов для компактного размещения под крышку светодиодного кольца. Если вы запутались в процессе сборки, обратитесь к этой диаграмме. Она поможет новичкам в электронике собрать и припаять правильно все детали.

light_crystal_knuckle_exploded2a.png3d_printing_circuitdiagram.png
Для того чтобы получить максимально качественный продукт, после сборки будет необходимо спиливать лишний материал на стыках. Он был специально оставлен в качестве допусков. Чтобы кольцо смотрелось изящно и аккуратно, его непременно нужно будет доработать. В итоге, вы получите очень интересное и необычное кольцо со светодиодными кристаллами.
Источник: adafruit

Share this post


Link to post
Share on other sites

Обручальное LED кольцо с подсветкой

led кольцо с подсветкой_1.jpg

Это замечательное светящееся кольцо изготовлено из титана и 23 камней установленных по внешнему периметру кольца. Под камнями установлены крошечные светодиоды. Особенностью кольца является то, что оно начинает светиться только тогда, когда влюбленная пара держится за руки.

Изначально была выполнена металлообрабатывающая часть сборки, она настолько проста, насколько это можно ожидать от металла – титана. Затем при помощи сверлильного станка, были проделаны 23 отверстия для каждого из камней. Камни были  закреплены на кольцо при помощи ювелирной эпоксидной смолы, после чего кольцо было отполировано до удивительного блеска.

Установить батарею и конденсаторы для питания светодиодов в само кольцо было не возможно, поэтому было решено использовать индуктивную цепь питания для светодиодов. Катушка из тонкой проволоки намотана на внутренней части кольца из каптоновой ленты, которая служит индуктором для питания крошечных SMD  светодиодов.

Само индуктивное питающее устройство является шедевром технической мысли. Так как идея была в том, чтобы кольцо загоралось каждый раз, когда влюбленная пара держится за руки, требовалось индуктивное зарядное устройство, которое также можно было носить с собой.  Решением этого стала большая катушка с трансформатором, которая надевается на запястье молодого человека. Вся эта конструкция  очень легко скрывается под рукавом пиджака, куртки или свитера, заставляя кольцо,  магически светится при приближении.

Посмотрев видео ниже, вы сможете подробно ознакомиться с процессом изготовления, после чего будет подробно рассмотрен каждый этап изготовления кольца:

Изготовление металлической части кольца

Сначала, геометрия кольца была разработана в  чертежной программе Autodesk Inventor. Размер кольца составил 15.72 мм.

led кольцо с подсветкой_3.jpgled кольцо с подсветкой_4.jpgled кольцо с подсветкой_5.jpg

Работа с титаном оказалась не такой уж простой, намного сложнее, чем с алюминием или сталью. Для выполнения всех резов, требуется инструмент с добавлением карбида. Можно использовать быстрорежущие инструменты для стали, но они очень быстро изнашиваются, что может вызвать проблемы при выполнении однопроходных резов.

led кольцо с подсветкой_6.jpg

Для изготовления кольца, был выбран прут диаметром 2.2225 см из металла Титан AL6V4. Затем на токарном станке, его диаметр уменьшается до 19,8 мм

led кольцо с подсветкой_7.jpg

После, по центру заготовки, делается отверстие при помощи сверла меньшего диаметра, чтобы предотвратить смещение сверла с большим диаметром.

led кольцо с подсветкой_8.jpg

Важно предпринять все возможные меры, чтобы не перегреть сверло (или любой другой инструмент для этого проекта). Титан не проводит тепло, так что оно будет распределяться по режущим кромкам вашего инструмента. Это подвергает инструмент большой опасности выгорания, в результате перегрева, и соответственно расплавления режущей части (такое сверло показано на рисунке ниже). Для работы с титаном, желательно использовать инструмент с добавление карбида в его режущие кромки.

led кольцо с подсветкой_9.jpg

Затем, при помощи расточной оправки, делается конечное отверстие сверлом диаметром 15,8мм. Это немного больше чем требуемый размер 15,72мм, но это необходимо для установки электронных компонентов.

led кольцо с подсветкой_10.jpg

После, согласно индексной таблице состоящей из трех этапов, делается 23 отверстия под установку ювелирных камней. Первая этап, заключается в том, что надо просверлить все отверстия сверлом диаметром 0,8мм.

led кольцо с подсветкой_11.jpg

На втором этапе, все отверстия просверливаются сверлом с диаметром 2 мм.

led кольцо с подсветкой_12.jpg

На третьем этапе, сверлом диаметром 2,3 мм, на всех отверстиях снимается фаска снаружи, это нужно для последующей установки ювелирных камней (посадочные места для камней).

led кольцо с подсветкой_13.jpg

После завершения сверления отверстий, надо отделить кольцо от прутка – заготовки. В конце, у вас получится отрезанное кольцо с небольшим остатком от заготовки. Будьте осторожны, этот остаток (тоненькое колечко) очень тонкий и острый, так что это не самый лучший подарок для детей!

led кольцо с подсветкой_14.jpgled кольцо с подсветкой_15.jpg

Теперь необходимо сформировать внутренне пространство для установки пакета электроники. Для этого используется цанговый патрон токарного станка и подходящая оправка, для удержания кольца на краю.

led кольцо с подсветкой_16.jpg

Используя инструмент для создания канавок под уплотнительные кольца, была вырезана канавка внутри кольца размером 2 мм х 1 мм.  В канавке будет содержаться слой пермаллоя (будет рассмотрен позже), а также индуктивная катушка и светодиодные сборки.

led кольцо с подсветкой_17.jpg

По причинам, о которых будет рассказано позже, на кольце необходимо сделать поперечную прорезь. Ее рекомендуется делать посередине отверстия для установки камня, это позволит сохранить геометрию кольца и предотвратит его от изгиба. Если сделать прорезь между посадочными местами для камней, то это может привести в дальнейшем к защемлению кожи. Для выполнения реза, используется пила с толщиной диска 0,15 мм. Не забывайте использовать охлаждающие жидкости при выполнении реза.

led кольцо с подсветкой_18.jpg

Последний этап обработки металла включает в себя базовую полировку, которая выполнялась в три этапа и контролировалась под микроскопом. Так как на токарных станках использовались очень острые инструменты, то остаточных царапин было немного. Для удаления царапин, которые казались большими, использовалась наждачная бумага с фракцией 1200. Затем на полировочном станке с применением сначала желтой, а потом белой полировочной пасты (на разных полировочных кругах), была выполнена окончательная полировка. Для конечной чистки металла, была использована специальная жидкость Ryobi Hard (артикул A04HM01). Тщательная промывка этой жидкостью, выполняется для хорошего сцепления металла с эпоксидной смолой в дальнейшем.

led кольцо с подсветкой_19.jpg

Испробовав множество способов крепления камней, был найден подходящий вариант. Все остальные приводили к повреждению камней или самого кольца. Поскольку диаметр отверстий был очень близок к диаметру камней, было решено использовать эпоксидную смолу,  используемую в ювелирных изделиях (Epoxy 330, изготовитель  Hughes Associates). К тому же, для точности был изготовлен специальный держатель.

led кольцо с подсветкой_20.jpg

Камни устанавливались по восемь штук одновременно, позволяя эпоксидной смоле протечь во все места посадочных мест. Затем кольцо поворачивалось, и процесс повторялся. После высыхания смолы, была выполнена дополнительная полировка с белой полировочной пастой (быстрыми и легкими касаниями кольца к полировочному кругу). На этом работа с металлической частью кольца была завершена. Всего, в кольце содержится 13 белых и 10 синих камней. 

led кольцо с подсветкой_21.jpgled кольцо с подсветкой_22.jpg

Изготовление электронной части кольца

Создание электронной части было довольно просто в теории, нужно было сделать моток проволоки – индуктивная катушка, добавить конденсаторы и светодиоды, соединенные параллельно, и ву-а-ля – индуктивный приемник готов! Но на практике все оказалось немного сложнее… 

led кольцо с подсветкой_23.jpg

Обмотка была намотана на верхнюю часть каптоновой ленты, которая обеспечивает липкую поверхность для приклеивания эмалированных проводов 40 AWG, а также создает изолирующий слой с поверхностью кольца.

led кольцо с подсветкой_24.jpg

Катушка имеет индуктивность около 13мкГн (микрогенри). К ней добавлен конденсатор емкостью 820pF (пикофарад), который в паре с катушкой создает резонансную частоту 1,5МГц. В качестве светодиодов, были выбраны ультратонкие светодиоды ROHMs из серии PicoLED из-за их подходящего размера и небольшого потребления энергии. Для приклеивания светодиодов и конденсатора к каптоновой ленте поверх проволоки, был использован термостойкий эпоксидный клей.

led кольцо с подсветкой_25.jpg

Индуктивный передатчик, был построен на основании схемы Марко Бакула с небольшими модификациями под этот проект. Были увеличены номиналы нескольких резисторов, но в основном схема сохранилась. С его расчетами и схемой, можно ознакомиться по ссылке:

http://markobakula.wordpress.com/wireless-power/miniature-wireless-power-demonstrator/

Принципиальная схема индуктивного передатчика выглядит следующим образом:

led кольцо с подсветкой_26.jpg

Для изготовления индуктивного передатчика, было решено использовать одну общую монтажную плату с возможностью ее расширения.

led кольцо с подсветкой_27.jpg

Для индуктивной катушки передатчика, необходимо было использовать жесткий и толстый провод, чтобы она могла выдержать высокое напряжение переменного тока (80 Вольт), и могла держать форму. Для намотки катушки, использовалась круглая огранка размером 10 х 10 см, с применением мягкой проволоки для сохранения интервала. После того, как катушки была намотана и выровнена, она была покрыта эпоксидной смолой прямо на огранке и обернута лентой для сохранения формы смолы во время высыхания.   

led кольцо с подсветкой_28.jpg

Снять катушку с огранки после высыхания смолы, оказалось не так-то просто. Пришлось просверлить много отверстий в деревянной огранке и просто разломать ее на отдельные части, и затем их аккуратно выбить из центра катушки.

led кольцо с подсветкой_29.jpg

Для пайки катушки в индуктивную цепь передатчика, требуется мощный паяльник, выделяющий много тепла, но при этом надо быть осторожным, чтобы не повредить соседние компоненты.  Плата передатчика была прикреплена, к своего рода повязке, которую можно прикрепить к предплечью.

led кольцо с подсветкой_30.jpg

Затем был проведен тест, чтобы определить, насколько хорошо передатчик скрывается под рукавом куртки.

led кольцо с подсветкой_31.jpg

Монтаж электронной части в кольцо

Первоначальные тесты (без установки катушки в кольцо) помогают определить эффективность магнитного поля и определить расстояние, на котором светодиоды начинают светиться. Сердечник из пермаллоя помогает сфокусировать магнитное поле в катушке кольца.

led кольцо с подсветкой_32.jpg

Перед тем, как начать монтировать катушку в кольцо, должны быть предприняты меры по предотвращению возникновения тока внутри кольца. Дело в том, что магнитное поле вызывает вихревые токи в самом кольце, что мешает самой индукционной катушке правильно воспринимать внешнее магнитное поле. Именно поэтому была сделана поперечная прорезь в кольце, она нарушает замкнутый контур.

led кольцо с подсветкой_33.png

Вырезать пермаллоевую полоску  точно по размеру было достаточно трудно, поэтому после того как она была вставлена в прорезь и приклеена эпоксидной смолой, была выполнена дополнительная чистка. Она выполняется при помощи скальпеля или подходящего очень острого ножа. Просто подрезается все лишнее во внутреннем пространстве кольца.

led кольцо с подсветкой_35.jpg

Кольцо в действии!

Проблемы дизайна и недочеты конструкции

Из всех проблем, возникших при изготовлении кольца, самой большой проблемой,  стало  найти метод установки камней. Традиционно, камни крепятся с помощью механических средств – зубцами или защелками. Эпоксидная смола будет расслаиваться на поверхности крепления из-за возникающего микронапряжения, термо расширения и других неупомянутых движений. В настоящее время камень крепится именно этим способом, но со временем он все равно выпадет. Это лишь вопрос времени.

Также были испробованы и другие методы крепления камней – термическое расширение отверстий, деформация отверстий, деформация отдельных точек. Но все же по тем или иным причинам была выбрана эпоксидная смола.

Например, при попытке закрепит камень, используя способ термического расширения, кольцо нагревалось до большой температуры, и в горячий металл укладывался камень. При охлаждении металла он сжимался и таким образом фиксировал камень. Но дело в том, что когда металл сжимается, он также сжимает и установленный камень, в результате чего он трескается.

led кольцо с подсветкой_37.jpg

В следующем варианте были попытки зафиксировать камень путем деформации краев посадочного места.  Это может быть достигнуто, используя дырокол с отрицательным углом, изготовленный из инструментальной стали. Он чем-то похож на дырокол для кожаных изделий.

led кольцо с подсветкой_38.jpg

Но проблемой этого метода оказалось то, что он превращает края камня в каменную пыль, после чего они просто выпадают из отверстия.

led кольцо с подсветкой_39.jpg

При третьем способе, были попытки зафиксировать камень путем деформации четырех отдельных дискретных точек по периметру посадочного места.

led кольцо с подсветкой_40.jpg

Поскольку титановое кольцо не хотело быть заколото таким способом, он просто переломилось по своей оси.

led кольцо с подсветкой_41.jpg

На этом собственно все! В итоге было изготовлено вот такое кольцо…

led кольцо с подсветкой_42.jpg

Источник: kokes

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Restore formatting

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this  

×
×
  • Create New...