[3D-afdruk] 30W krachtige draagbare lantaarn - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Als je dit leest, heb je waarschijnlijk een van die YouTube-video's gezien met zelfgemaakte extreem krachtige lichtbronnen met enorme koellichamen en batterijen. Waarschijnlijk noemen ze dit zelfs "Lantaarns", maar ik had altijd een ander concept van lantaarn: iets draagbaars en gemakkelijks om mee te nemen.

Dit is de reden waarom ik nu al vele maanden aan dit project werk en ik zou graag het resultaat van veel verschillende ontwerpiteraties hier willen delen. Niet zo krachtig als 100W, watergekoelde LED, maar veel draagbaarder en bruikbaarder!

Let op: In de video is niet te zien hoe krachtig deze lantaarn is omdat deze is opgenomen met een telefoon. Geloof me, het is echt krachtig.

Genoeg gepraat dus! Laten we beginnen met dit project!

Wat hebben we nodig?

1. Een 3D-printer (werkende, indien mogelijk!) (De mijne staat op de lijst met benodigdheden, als iemand geïnteresseerd is. Super goede resultaten en goedkope prijs)
2. Alle benodigdheden in de benodigdhedenlijst
3. Geduld (het duurt ongeveer 12 uur om alle onderdelen af te drukken)
4. Een soldeerbout (maak je geen zorgen, het zal vrij minimaal solderen zijn. Ik heb het ontworpen om voor bijna iedereen toegankelijk te zijn) [Ik zal een link in de benodigdheden toevoegen aan een cheat, fatsoenlijke die het voor dit project zal doen)
5. een multimeter
6. Basiskennis van Arduino-gebruik
7. Basiskennis elektronica (basisschakelingen en het gebruik van een multimeter)

Vrijwaring:

Het werken met elektronica en met Li-ion batterijen brengt altijd een risico met zich mee. Als je niet weet wat je doet, leer er dan iets over voordat je verder gaat met deze tutorial. Ik ben niet verantwoordelijk voor eventuele schade. En zoals altijd, als je deze projecten leuk vindt en wilt bijdragen, kun je een kleine donatie doen op mijn Paypal.me: https://paypal.me/sajunt4. Om die projecten naar je toe te brengen, is 3 tot 4 keer de artikelprijs vereist, dus dit zou me kunnen helpen om je meer projecten te bieden:)

Benodigdheden

De meeste componenten kwamen in grote pakketten, dus de gemiddelde prijs van de lantaarn is eigenlijk niet zo hoog, ~30 €. Je kunt de meeste hergebruiken voor andere projecten (inclusief mijn andere binnenkort verschijnende projecten!)

Wereldwijde AliExpress-links (SELECTEER ALTIJD DE GOEDKOOPSTE VERZENDOPTIE VOOR ALLE PRODUCTEN, INDIEN MOGELIJK. BESPAART U VEEL GELD):

Componenten (gemiddelde prijs € 48 als u alle componenten nodig heeft [afhankelijk van de verzendkosten]):

1. 3x 10W LED (selecteer Wit Koper, 10W, aantal 3)
2. 4x Li-io 18650 batterijen (selecteer 4PCS voor een betere prijs)
3. 1x 1S BMS MicroUSB - Elke individuele 18650-oplader is geschikt
4. 1x 2S BMS met balanceerfunctie (Selecteer 2S Li-ion 15A Balance)
5. 1x Rol soldeerlippen
6. 1x High Power Buck Converter (overgedimensioneerd voor veilig langdurig gebruik)
7. 1x 8 mm drukknop
8. 3x 20Kohm-weerstanden (Dit is het goedkoopste pakket dat ik heb gevonden) - Je zou ze voor ongeveer een paar cent in een plaatselijke winkel kunnen vinden. Elke weerstand voor PULL_DOWN zal dienen
9. 8x M4x6mm schroeven (Selecteer M4, 6mm volledige schroefdraad)
10. 7x M3x14mm schroeven (Selecteer M3 16mm Full Thread) - Dit zijn degene die ik heb gebruikt, maar je zou een kortere lengte kunnen proberen als je wat rondslingert.
11. 2x M5x12mm schroeven (Selecteer M5 12mm Full Thread) - Dit zijn degene die ik heb gebruikt, maar je zou een kortere lengte kunnen proberen als je wat rondslingert.
12. 1x Arduino Nano (inclusief kabel) - Elke kleine Arduino zal dienen
13. 2x XT-60-connector (Selecteer 5 paar mannelijk + vrouwelijk)
14. 1x Soldeer PCB
15. 1x Micro Voltage Booster 12V (voor FAN- en Arduino-voeding)
16. 3x MOSFET IRFZ44N (1 daarvan is optioneel, voor efficiëntiedoeleinden)
17. 1x 50x56mm Heatsink (dit is een 2x pack, maar goedkoper dan de meeste andere aanbiedingen)
18. 1x 50x50x10mm 12V VENTILATOR
19. 1x rol reflecterende tape (ik vond de mijne in een plaatselijke winkel, ik hoop dat deze goed genoeg is)
20. Wat schuurpapier, afhankelijk van de toleranties van je 3D-printer (alles is ontworpen om te passen, maar je weet maar nooit) - maar je kunt dit beter in een plaatselijke ijzerhandel kopen, als je kunt)
21. 1x Fresnel-lens (de enige die ik heb gevonden met een fatsoenlijke prijs) (optioneel, om licht in een kleinere hoek te focussen)
22. 2S batterijlader (selecteer 8,4V 2A) - Elke 8,4V-oplader is geschikt
23. 2m x 14AWG draad (Selecteer 14AWG 1M Zwart + 14AWG 1M Rood)
24. 2m x 20AWG draad (Selecteer 20AWG 1M Zwart + 20AWG 1M Rood)
25. (Optioneel) 3-pins schroefconnectoren
26. (Optioneel) 2-pins veerconnectoren
27. 4x 8x3mm magneet (selecteer het minimaal beschikbare aantal)
28. 1x Koelpasta

En natuurlijk kunt u eerst de hele Instructable controleren en beslissen of u iets wilt onderdrukken of wijzigen.

En de lijst met goedkope tools (elke andere met vergelijkbare mogelijkheden zal dienen):

1. Soldeertin (selecteer 0,6 mm, 100 g)
2. Soldeerbout
3. Multimeter
4. Ender 3 3D-printer (op het moment dat ik deze Ender 5 (de mijne) schrijf is zo duur, maar Ender 5 is ook zeer capabel)

Stap 1: Wat u zult eindigen met?

Dat is het. Een "vrij compacte" maar krachtige lantaarn met verwijderbare 2S2P-batterij (maak je geen zorgen als je niet weet wat 2S2P is, daarover later meer), verwijderbare lenzen en configureerbaar uitgangsvermogen, met ongeveer 1 uur batterij bij maximaal gas of 10 uur op minimaal vermogen, met een enkele batterijlading. En het beste van alles: het is volledig door jou gemaakt. Je weet waarschijnlijk al hoe bevredigend dat is!

Stap 2: 3D-printen - Globaal overzicht

U vindt alle bestanden in Thingiverse:

Wat je moet printen:

1. MainBody.stl: Dit onderdeel bevat de LED's, koellichaam, ventilator, de lichtcollimator en de lenshouder.
2. Handler.stl: Hier wordt de drukknop bevestigd, wordt de batterijhouder geschroefd en past de elektronica erin. Het is in MainBody.stl geschroefd.
3. BatteryHolder.stl: Dit onderdeel dient voor snelle bevestiging - maak de batterij los, zodat ze gemakkelijk kunnen worden verwisseld. Het bevat twee magneten om de batterij op zijn plaats te houden en de XT-60 mannelijke connector.
4. Collimator.stl: Dit is bedoeld om het licht in een bepaalde hoek te reflecteren, alleen omdat een lichthoek van 180º vrij nutteloos is voor een lantaarn. Je zult de hele binnenkant moeten bedekken met reflecterende tape.
5. LedsHolder.stl: Een dun 3D onderdeel dat de LED's onder een bepaalde hoek op hun plaats houdt.
6. HeatsinkSupport_1.stl: Bedoeld om de heatsink met een zekere druk tegen de LED's te houden, zodat ze kunnen worden gekoeld. Je hebt er 2 nodig.
7. HeatsinkSupport_2.stl: Zoals de andere HeatsinkSupport, maar voor de andere as. Daar heb je er maar één van nodig.
8. LensHolder.stl: Bedoeld om de lenzen op hun plaats te houden.
9. BatteryBody.stl: Het hoofdgedeelte van de batterij. Past goed in BatteryHolder.stl.
10. BatteryCap.stl: Het bovenste deel van de batterij. Bevat twee magneten die de batterij op zijn plaats houden met de BatteryHolder-magneten en de vrouwelijke XT-60-connector.

En dat is het! Het lijken misschien veel onderdelen, maar de meeste zullen minder dan een uur in beslag nemen om af te drukken.

Stap 3: Elektronica - Wereldwijd overzicht

Oké, laten we nu werken aan het brein en de spieren van dit project. Dit is ontworpen om door iedereen te worden gedaan, zelfs met 0 elektronica kennis, dus laat me alles uitleggen voor die 0 kennis mensen. Maar natuurlijk, het meeste dat je weet, is het gemakkelijkste. Wat hebben we nodig? Omdat onze 3 12V LED's in serie worden geschakeld, hebben we een voeding nodig die 3*12V = 36V levert. Onze accu levert echter maar maximaal 8,4V. Hoe verhogen we die spanning? Eenvoudig: een spanningsverhoger gebruiken. De voor dit project geselecteerde spanningsverhoger is een regelbare spanningsverhoger. Je steekt je batterij in de IN-aansluitingen en stelt eenvoudig de meegeleverde potentiometer in tot je 36V op de uitgang krijgt. Redelijk makkelijk!

Nu hebben de FAN en de Arduino meer spanning nodig dan de batterij biedt, maar minder dan wat onze hoofdspanningsbooster levert (ongeveer 12V). Oplossing? Nog een spanningsverhoger! (Maar deze, micro)

Vervolgens uitgangsvermogenregeling + ventilatorregeling: hiervoor gebruiken we een Arduino Nano en zijn PWM-uitgangsmogelijkheden. (Weet niet wat PWM is? Hier heb je wat info:) Maar aangezien Arduino Nano maar 5V max aankan en we PWM 36V nodig hebben, gaan we een MOSFET gebruiken. Als je niet weet hoe dit onderdeel werkt, maak je geen zorgen, volg gewoon mijn stap-voor-stap en alles zal prima werken! En tot slot, gebruikersinvoer: we zullen een 8 mm-drukknop gebruiken die op onze Arduino is aangesloten via interne pull-up weerstand om het PWM-uitgangssignaal te wijzigen.

Dat is het:)

Stap 4: Elektronica - Alle draden voorbereiden

Knip kabels in de volgende maten:

2x 15 cm dunne draad (1 rode, 1 zwarte) 2x 20 cm dunne draad (1 rode, 1 zwarte) 3x 2,5 cm dikke draad (1 rode, 1 zwarte) 2 x 5 cm dunne draad (elke kleur) 2 x 8 cm dunne draad (elke kleur)

Trek voor elk van deze kabels de uiteinden (ongeveer 5 mm) los en soldeer ze voor.

Stap 5: Elektronica - Batterijpakket

Allereerst, voor elk van de 4 batterijen, identificeer de positieve en negatieve kant met behulp van de multimeter (je weet wel, plaats de rode terminal aan de ene kant, de zwarte aan de andere kant, en als de multimeter een positief getal weergeeft, is de rode kant positief, zwart negatief. Anders, als de multimeter een negatief getal weergeeft, is zwart positief, rood is negatief). (Zie foto 2 & 3)

WEES ALTIJD VOORZICHTIG BIJ HET SOLDEREN OP EEN Li-Ion BATTERIJ. PROBEER HET SNEL TE DOEN EN DE CEL NIET TE VEEL TE VERWARMEN OF U KAN DEZE BESCHADIGEN.

Nu moet u alle batterijen volledig opladen met een 18650-oplader. In ons geval onze goedkope TP4056. Sluit een rode draad aan op BAT+ en een zwarte draad op BAT- (deze draden zijn niet overwogen in de vorige stap). (Zie foto 4)

Soldeer vervolgens deze kabels met een klein puntje van tin in elk van de cellen (allemaal, maar één voor één), rood naar positief, zwart naar negatief. Laat ze opladen totdat de led's van de oplader aangeven dat hij vol is. Desoldeer de kabels, soldeer in de volgende en herhaal. (Het kan enkele uren duren, afhankelijk van hoe ontladen ze zijn. Gebruik deze tijd om de volgende stappen voor te bereiden en alles in 3D te printen!)

Nu, met alle 4 de batterijen volledig opgeladen, zullen we 2-bij-2 parallel aansluiten, en elk pakket van 2 parallel in serie met de andere.

Hoe sluit je ze parallel aan? Zie derde foto. Zie je hoe mijn batterijen zijn aangesloten? Verbind 2-bij-2, negatief op negatief, positief op positief, met twee stukken soldeerlipjes. Zorg er met de multimeter voor dat elke cel exact dezelfde spanning heeft, om eventuele schade aan de cellen te voorkomen.

En nu, na de laatste foto, sluit u de negatieve kant van een van de 2-parallelle packs aan op de positieve kant van de andere. Slechts één kant! De ander moet vrij blijven.

Stap 6: Elektronica - Batterijkabels + BMS + 3D-behuizing

Soldeer eerst een 9 cm dunne draad aan de metalen plaat die de twee batterijen in serie verbindt (Afbeelding 1).

Sluit vervolgens een zwarte draad van 2 cm dik aan op de negatieve pool van de andere kant, en een dikke rode draad van 2 cm op de positieve pool, zoals op de tweede afbeelding.

Sluit na de derde afbeelding de rode dikke draad aan op de B+-aansluiting van het GBS, de zwarte dikke draad op de B-aansluiting en de dunne draad op de middelste aansluiting van het GBS, zoals in de afbeelding.

Sluit nu opnieuw 2 cm dikke draden aan op de P+ en P- aansluitingen van de BMS en die, op de + en - van de XT-60 connector (de mannelijke, degene die een gat is met twee gouden pinnen erin), zoals op foto 4. Ik heb wat hete lijm gebruikt om alles veilig en geïsoleerd te houden.

Het is tijd om onze 3D-printerkoffer te halen en te controleren of alles op zijn plaats past. De XT-60 connector moet in de rails passen (misschien moet je de connector een beetje schuren om de geëxtrudeerde + en - tekens te verwijderen en de connector plat te houden). (foto 5)

Als alles mooi past, plaats je twee magneten in de dop van het hoesje. Polariteit maakt niet uit. U hoeft alleen de tegenovergestelde polariteit in de batterijhouder aan te passen.

Houd vervolgens alles op zijn plaats met elektrische tape en voeg twee dunne snoeren toe aan de batterijen zoals op de afbeeldingen 9, 10 en 11. Die zullen ons helpen de batterij te verwijderen wanneer deze is aangesloten op de batterijhouder. Je kunt elk snoer of materiaal gebruiken dat je maar wilt. Ik heb de mijne over de batterij gewikkeld om te voorkomen dat ik te veel kracht op het 3D-onderdeel uitoefen.

Plaats ten slotte de 4 M3-schroeven erin en je batterij is klaar voor gebruik!

Mijn XT-60-connectoren waren te strak en ik moest de gouden pinnen met een tang indrukken zodat het man-vrouw-paar zonder al te veel kracht in en uit schuift

Stap 7: Montage - Batterij + Batterijhouder

Dit is een gemakkelijke stap.

Print het bestand BatteryHolder.stl en controleer of uw batterij er gemakkelijk in schuift. Anders moet u wat schuren om de wanden van uw afdrukken glad te strijken. (Maar niet te veel, ze moeten strak zitten)

Plaats vervolgens de twee magneten in de tegenovergestelde polariteit van de batterij, zodat ze elkaar aantrekken.

Plaats de vrouwelijke XT-60 connector op zijn plaats (het kan ook een beetje schuren nodig hebben. Het moet heel strak passen), zorg ervoor dat de batterij gemakkelijk naar binnen schuift en houd hem op zijn plaats met wat lijm. Hoe minder diep u de connector plaatst, hoe gemakkelijker het is om de batterij te plaatsen en te verwijderen.

En als laatste, soldeer 2 dikke draden van 6 cm (rood + zwart) en 2 dunne draden van 8 cm (rood + zwart) aan de XT-60-aansluitingen zoals op de afbeeldingen. Rood naar positief, zwart naar negatief.

Stap 8: Elektronica - Spanningsversterkers

Met de batterij en batterijhouder op hun plaats, sluit u de 2 dikke draden aan op de grote spanningsversterker. Rood naar IN+, Zwart naar IN-.

Steek vervolgens de batterij in de batterijhouder en stel met behulp van de multimeter de schroef van de Voltage Booster af totdat de spanning tussen OUT- en OUT+ precies 35,5V bereikt.

Pak de kleine spanningsversterker en sluit deze aan op de uitgang van de grote. GND naar de grote OUT-, IN+ naar de grote OUT+. Meet vervolgens de spanning tussen VO+ en GND van de kleine met behulp van de multimeter. Draai de kleine schroef totdat die spanning ongeveer 12V bereikt.

Dat is het! Je hebt je boosters klaar om te werken!

Stap 9: Elektronica - Arduino voorbereiden

Verbind eerst de Arduino met de computer via de USB en druk op de bijgevoegde schets (LanternCode_8steps_fan_decay.ino).

Soldeer vervolgens de 4 draden die op de afbeelding worden getoond (elk ongeveer 6 cm):

D11 regelt de intensiteit van de LED's, D10 regelt de intensiteit van de VENTILATOR en D5 en GND zullen dienen als INPUT voor de drukknop.

Als je nieuwsgierig bent, is de code die ik heb geschreven vrij eenvoudig:

Het heeft 8 verschillende vermogensniveaus, cyclisch schakelbaar van minder naar meer vermogen door op de schakelaar te drukken. Als u langer dan 800 ms ingedrukt houdt en ingedrukt houdt, en vervolgens loslaat, begint de lantaarn te knipperen met het huidige vermogen.

De ventilator begint te werken op ~ 1/3 van het maximale vermogen, maar met een proportionele snelheid om het minder lawaaierig te maken bij een lager vermogen. Nadat u het hebt uitgeschakeld of het vermogen hebt teruggebracht tot minder dan ~ 1/3 (eerste 3 stroomstappen), kan de ventilator nog een tijdje blijven werken om het koellichaam koud te houden en klaar te maken voor het volgende hoge stroomverbruik (we gebruiken een vrij kleine heatsink voor de stroom, dus het kan behoorlijk heet worden)

Stap 10: Elektronica - Soledering Power Distribution Board

Plaats eerst alle componenten zoals in de eerste afbeelding. Je zult MOSFET-poten moeten buigen. Het is belangrijk dat het dikke zwarte lichaam van de MOSFET naar boven kijkt, en om alles klein te houden.

Snijd nu met een mes de extra print zo aangepast mogelijk. Markeer het met het mes en buig het voorzichtig totdat het door het merkteken breekt.

Controleer of alles weer op zijn plaats zit en bereid je voor om het bord te solderen zoals in de derde afbeelding. Het eigenlijke schakelschema staat in de vierde afbeelding, voor het geval het niet duidelijk genoeg is.

Het is belangrijk om de getoonde weerstanden tussen de linker- en rechterpoot van de MOSFET's te solderen. Ik heb twee weerstanden van 20 Kohm gebruikt, maar je zou elke waarde in de buurt kunnen gebruiken.

TIP: als je het bord in een bepaalde hoek plaatst, is het gemakkelijker om tin die hoek te laten volgen (gebruik de zwaartekracht in je voordeel)

Stap 11: Montage - De focus opbouwen

Print eerst de Collimator.stl en de binnenkant met reflecterende tape. Er is eigenlijk geen goede manier om dit te doen. Knip de tape gewoon in kleine stukjes om alles te bedekken.

Druk vervolgens de LedsHolder.stl af en plaats de LED's er stevig op. Soldeer de kabels zoals in het schema om ze allemaal in serie te verbinden en laat 2 draden van 30 cm in een van de LED's solderen. Bedek de aansluitingen met tape om kortsluiting in de HeatSink te voorkomen.

Druk de HeatsinkHolder_2.stl af en bevestig deze aan de Heatsink. Het moet strak passen.

Breng koelpasta aan op de LED's en duw ze naar het koellichaam, waarbij u de kabels door het gat van de HeatsinkHolder_2 leidt.

Bevestig de andere twee HeatsinkHolder_1 aan de heatsink en schroef alle onderdelen aan elkaar met 4 M3-schroeven.

Druk MainBody.stl af en bevestig de ventilator aan de onderkant met behulp van M3-schroeven, zoals weergegeven in afbeelding 7.

Trek de FAN + LED-draden door het grotere gat van de MainBody en steek de focus in het lichaam, zoals op de laatste foto.

Stap 12: Montage - De handler bouwen

Druk het Handler.stl-bestand af en bereid 1xM3-schroef en 2xM5-schroeven voor.

Steek vervolgens de drukknop in het gat.

Dat is het voor deze stap. Gewoon, ja?

Stap 13: Elektronica - Afwerking

Soldeer nog een dikke draad van 5 cm aan de OUT- van de grote spanningsversterker, zoals in de eerste afbeelding.

Sluit vervolgens deze draad aan op de meest rechtse schroefaansluiting van het energiebeheerbord zoals op de tweede afbeelding.

Sluit de zwarte draad van de LED's aan op de middelste schroefklem en de positieve op de OUT + van de grote spanningsversterker, zoals in foto 3.

Soldeer Arduino VIN aan de grote linker draad die is bevestigd aan Vout van de kleine spanningsversterker, en Arduino GND aan de resterende zwarte draad die aan de XT-60 is gesoldeerd, zoals in foto 4.

Sluit de rode draad van de FAN aan op de Arduino VIN (= kleine spanningsversterker Vout, beide kabels samen naar VIN), en de zwarte draad van de FAN op de meest linkse schroefklem van het energiebeheerbord, zoals in afbeelding 5 (mijn rode ventilatordraad is eigenlijk zwart, sorry ^.^)

Sluit Arduino D10 aan op de meest linkse veerterminal en D11 op de meest rechtse veerterminal zoals in foto 6.

En tenslotte…

Plaats de BatteryHolder in de Handler en zorg ervoor dat er geen draden bekneld raken en alle elektronica goed binnenin is gepositioneerd. Er is niet al te veel ruimte, maar het moet meer dan genoeg zijn als alles goed is georganiseerd. U moet elk blootliggend soldeer of draad afplakken om kortsluiting te voorkomen.

Soldeer de twee linkse vrije draden van de Arduino aan de Handler-drukknop. Het maakt niet uit welke kabel naar welke aansluiting van de knop. Het zal hoe dan ook werken.

En dat is het! Zorg ervoor dat de kabels goed in de resterende ruimte passen, zodat niemand de ventilator aanraakt!

Stap 14: Montage - Final Attach

U zou alle elektronica in de Handler moeten hebben, zoals in de eerste afbeelding.

Gebruik het gat boven de drukknop om de draden door te wikkelen zonder de ventilator aan te raken.

Plaats de 3 schroeven die alles bij elkaar houden (2x M5, 1x M3) zoals op de tweede foto.

Plaats de bovenste lenshouder en bevestig daarin de Fresnel-lens (de mijne is nog niet aangekomen. Wordt bijgewerkt met een afbeelding wanneer deze aankomt).

Plaats de 8 M4 schroeven, 4 boven, 4 onder en…

Het project is voltooid! Proficiat

Stap 15: Geniet van je nieuwe superkrachtige lantaarn

Het was een heel lange reis naar dit prototype van de lantaarn, componenten zoeken en alle 3D-prints modelleren, toleranties aanpassen, enz.

Dus, als je dit project leuk vond, voel je dan welkom om te reageren met je suggesties en opmerkingen

Tot ziens! =)