Подвижный шлем Дарта Вейдера напечатанный на 3D-принтере [Инструкция + Чертежи]

Данный подвижный шлем Дарта Вейдера напечатан на 3D-принтере и станет хорошим подарком для фанатов «Звездных войн»! Это версия 3.0, которая включает в себя ESP32, драйверы шаговых двигателей и шаговые двигатели, чтобы обеспечить более сложную и программируемую последовательность движения.

Как и в предыдущей версии шлема, единственным контактом между каждым срезом должны быть штыри в пазах, поэтому для успешного выполнения требуются тщательная 3D-печать (без деформаций) и сборка. Распечатайте 3D файлы и соберите эту модель.

Примечание: данная статья является переводом.

Материалы:

• Плата Adafruit Feather ESP32.
• Комплект шагового двигателя 6PCS 28BYJ-48.
• Микропереключатели с двумя роликовыми рычагами (Cylewet, 20 шт., c мгновенным шарниром, с металлическими роликовыми рычагами, AC 5A, 125 250 В, SPDT, 3 контакта (упаковка из 20) CYT1096).
• Двадцать дюймов uxcell 6700-2RS шарикоподшипники с глубоким желобом Z2 10 мм x 15 мм x 4 мм с двойным уплотнением из хромированной стали.
• Четыре винта M2 на 20 мм.
• Четыре гайки М2.
• Блок питания USB с разъемом, совместимым с разъемом USB на плате ESP32.

Я напечатал все детали на 3D-принтере с толщиной слоя 0,1 мм с заполнением 20%. Я напечатал на 3D-принтере 4 Bolt, 4mm.stl, 4 Bolt, Base.stl, 15 Spacer.stl и по одной каждой из оставшихся частей.

Этот механизм представляет собой высокоточную печать и сборку с использованием порой очень маленьких точных 3D-печатных деталей в ограниченном пространстве с высокоточным выравниванием. Я напечатал все детали с использованием Ultimaker Cura 4.8.0 "Engineering Profile" на моем Ultimaker S5s, что обеспечивает высокоточные допуски, требующие минимальной обрезки, обработки напильником, сверления или шлифовки. Тем не менее, перед сборкой я все равно провожу пробную подгонку, обрезаю, опиливаю, сверлю и шлифую все детали, что необходимо для плавного перемещения подвижных поверхностей и плотного прилегания неподвижных частей. В зависимости от вашего принтера, настроек принтера и выбранных вами цветов, для успешного воссоздания этой модели может потребоваться больше или меньше обрезки, опиливания, сверления и/или шлифовки. Я тщательно обработал напильником все края, которые соприкасались со строительной пластиной, чтобы убедиться в том, что все "наплывы" строительной пластины удалены и что все края гладкие, используя маленькие ювелирные пилочки и много терпения.

В этом механизме также используется резьбовая сборка, поэтому я использовал набор метчиков и штампов (4 мм на 1 и 8 мм на 1,25 мм) в соответствии с требованиями для очистки резьбы.

Чтобы собрать нижнюю пластину  я выполнил следующие шаги:

• Прикрепил Slice01 Switch, Lever, Roller, Retainer.st» и один из микропереключателей с роликовым рычагом к Plate, Lower.stl с помощью двух болтов M2 на 20 мм и двух гаек M2.
• Прикрепите Slice18 Switch, Lever, Roller, Retainer.stl и оставшийся микровыключатель с роликовым рычагом к узлу пластины с помощью двух болтов M2 на 20 мм и двух гаек M2.
• Прикрепите шаговый двигатель Slice01 к узлу пластины с помощью двух болтов Bolt 4 mm. stl.
• Прикрепите шаговый двигатель Slice18 к пластине в сборе с помощью двух болтов Bolt, 4mm.stl.
• Соедините "Gear, Motor, Slice18.stl" к шаговому двигателю Slice18.
• Вращайте эту шестерню до тех пор, пока рычаг не окажется в центре микровыключателя роликового рычага Slice18, затем аккуратно установите переключатель и фиксатор так, чтобы переключатель активировался когда рычаг центрирован на ролике, деактивировался, когда рычаг был снят с ролика. После совмещения я затянул винты с головкой под ключ, чтобы удерживать переключатель и фиксатор в правильном положении.
• Соедините "Gear, Motor, Slice01, Arm.stl" к шаговому двигателю Slice01.
• Вращайте эту шестерню до тех пор, пока рычаг не окажется в центре микровыключателя роликового рычага Slice01, затем аккуратно установите переключатель и фиксатор так, чтобы переключатель активировался когда рычаг центрирован на ролике, деактивировался, когда рычаг был снят с ролика. После совмещения я затянул винты с головкой под ключ, чтобы удерживать переключатель и фиксатор в правильном положении.

Из перемычек ленточного кабеля, входящих в комплект шагового двигателя, я создал два ленточных кабеля, каждый из которых имел синий, зеленый, желтый и оранжевый цвета, и отрезал разъемы-розетки от каждого кабеля так, чтобы провод длиной 70 мм был прикреплен к разъему-розетке.

Чтобы подключить ESP32, необходимо выполнить следующие действия:

• Припаяйте один синий, зеленый, желтый и оранжевый штекерный узел с синим проводом к A0, зеленым проводом к A1, желтым проводом к A5 и оранжевым проводом к 21 на плате ESP32.
• Припаяйте оставшиеся синий, зеленый, желтый и оранжевый гнездовые разъемы в сборе: синий провод припаяйте к A6, зеленый - к A7, желтый - к A8 и оранжевый - к A9 на плате ESP32.
• Припаяйте черный провод длиной 80 мм к контакту GND на плате ESP32, а красный провод длиной 80 мм - к контакту USB на плате ESP32.
• Припаяйте желтый провод длиной 100 мм к контакту 13 на плате ESP32.
• Припаяйте зеленый провод длиной 100 мм к контакту 27 на плате ESP32.

Чтобы подключить драйвер двигателя Slice01, необходимо выполнить следующие шаги:

• Подключите синий штекер A0 к контакту IN1 на драйвере двигателя.
• Подключите зеленый штекер A1 к контакту IN2 драйвера двигателя.
• Подключите желтый штекер A5 к контакту IN3 драйвера двигателя.
• Подключите оранжевый штекер 21 к контакту IN4 на драйвере двигателя.
• Из оставшегося ленточного кабеля я удалил красную перемычку, разрезал перемычку так, чтобы 100 мм провода были присоединены к гнездовому разъему, затем подключил гнездовой разъем к контакту + на драйвере двигателя.
• Из оставшегося ленточного кабеля я удалил черную перемычку, разрезал перемычку так, чтобы 100 мм провода были прикреплены к гнезду, затем подключил гнездо к контакту "-" на драйвере двигателя.

Чтобы подключить драйвер двигателя Slice18, я выполнил следующие шаги:

• Подключил синий гнездовой разъем A6 к контакту IN1 на драйвере двигателя.
• Подключил зеленый гнездовой разъем A7 к контакту IN2 на драйвере двигателя.
• Подключил желтый гнездовой разъем A8 к контакту IN3 на драйвере двигателя.
• Подключил оранжевый гнездовой разъем A9 к контакту IN4 на драйвере двигателя.
• Из оставшегося ленточного кабеля я удалил красную перемычку, разрезал перемычку так, чтобы к разъему-розетке было прикреплено 100 мм провода, затем подключил разъем-розетку к контакту + на драйвере двигателя.
• Из оставшегося ленточного кабеля я удалил черную перемычку, разрезал перемычку так, чтобы к разъему-розетке было прикреплено 100 мм провода, затем подключил разъем-розетку к контакту - драйвера двигателя.

Для завершения разводки я выполнил следующие действия:

• Припаял черный провод длиной 140 мм от общей клеммы Switch01 к общей клемме Switch18.
• Припаял черный провод длиной 100 мм к общей клемме Switch01.
• Припаял желтый провод от контакта 13 на плате ESP32 к нормально разомкнутой клемме Switch01.
• Припаял зеленый провод от пина 27 на плате ESP32 к нормально разомкнутой клемме Switch18.
• Спаял свободные концы четырех черных проводов (один от switch01, по одному от каждого контроллера шагового двигателя и один от ESP32) вместе и покрыл паяное соединение термоусадочной трубкой.
• Спаял свободные концы трех красных проводов (по одному от каждого контроллера шагового двигателя и один от ESP32) вместе и накрыл паяное соединение термоусадочной трубкой.
• Вставил кабель шагового двигателя Slice01 в разъем на контроллере шагового двигателя slice01.
• Вставил кабель шагового двигателя Slice18 в разъем на контроллере шагового двигателя slice18.

Я написал программу "DarthThreePointZero.ino" для "Darth 3.0: 3D Printed Animated Darth Vader Helmet" в среде Arduino 1.8.13 на MacOS Big Sur. Я разработал программное обеспечение без внешних библиотек в надежде, что его будет проще скомпилировать и загрузить для всех.

Чтобы скомпилировать и загрузить программное обеспечение в ESP32, я подключил USB-кабель между моим компьютером и ESP32, загрузил «DarthThreePointZero.ino» в среду Arduino, затем нажал кнопку со стрелкой вправо, чтобы скомпилировать и загрузить программное обеспечение в ESP32.

Программное обеспечение разделено на несколько разделов, первый из которых - это раздел «Константы», в котором определены номера контактов, режимы и подрежимы таймера программ обслуживания прерываний, команды анимации и параметры шагового двигателя.

Второй раздел «Глобальные переменные» определяет глобальные переменные для прерываний и фрагментов.

Третий раздел «Прерывания» содержит процедуру обслуживания прерывания «onTimer». Эта процедура выполняет все аспекты определения местоположения фрагментов и выполнения пошаговых команд, полученных от функции «loop» Arduino.

Третий раздел «Arduino» содержит стандартные функции настройки и цикла Arduino. В функции настройки создаются назначения выводов, а также устанавливается и создается процедура обслуживания прерывания с семафором для функции цикла Arduino. Функция цикла Arduino предназначена для выполнения массива команд анимации. Она последовательно проходит через массив «AnimationCommands []» и выполняет каждую команду анимации последовательно после завершения предыдущей команды анимации, как определено путем приема семафора из подпрограммы обслуживания прерывания «onTimer».

Последний раздел "Utilities" содержит подпрограммы, предназначенные только для процедуры обслуживания прерываний, включая "MotorSlice01Off()", предназначенную для выключения двигателя Slice01, "MotorSlice01Step", предназначенную для шага двигателя Slice01 на один шаг, "MotorSlice18Off()", предназначенную для выключения двигателя Slice18, и, наконец, "MotorSlice18Step", предназначенную для шага двигателя Slice18 на один шаг.

Для окончательной сборки я выполнил следующие действия:

• Расположите три печатные платы в «Base.stl».
• Расположите обе моторные шестерни таким образом, чтобы рычаги были отцентрированы на соответствующих роликах микровыключателя.
• Расположите нижнюю пластину в сборе над базовой сборкой, как показано на рисунке.
• Соедините "Axle, Slice18.stl" в "Gear, Slice18 (1m24t, .5nl) .stl".
• Расположите узел оси Slice18 на узле основания, как показано, плоской стороной шестигранной оси, направленной прямо вперед.
• Поместите «Plate, Upper.stl» на базовой сборке, как показано на рисунке.
• Соедините "Gear, Motor, Slice01.stl" и "Gear, Motor, Slice01, Arm.stl".
• Наденьте "Gear, Slice18(1m 24t .5bl).stl" на верхнюю пластину опоры, как показано плоской стороной шестиугольника, обращенной прямо вперед.
• Поместите «Cover, Top.stl» или «Cover, Top and Sides.stl» над сборкой, как показано, затем закрепите на месте с помощью четырех «Bolt, Base.stl».
• Поместите Slice01.stl на шестеренку Slice18.
• Вставьте один подшипник в «Slice02.stl» через «Slice17.stl», убедившись, что подшипники находятся заподлицо со шлицами.
• Наденьте узел Slice02 на верхнюю опору пластины.
• Поместите один «Spacer.stl» на фрагмент.
• Повторите предыдущие два шага для сборок Slice03 - Slice16.
• Наденьте Slice17 на верхнюю опору.
• Прижмите "Slice18.stl" к вершине узла оси Slice18.

После завершения сборки я подключил USB-кабель к источнику питания ESP32 и USB, подключил источник питания к электросети, и все заработало!

Советуем вам прочитать статьи опубликованные в нашем блоге ранее: «‎Полное руководство по 3D-печати [часть 1]»‎ и «‎Подвижная фигурка штурмовика из Звездных Войн на 3D-принтере — файлы для печати прилагаются!»‎.

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!