Sapin de Noel illuminé

TG
  • Tommy Gingras
    Studio Webux S.E.N.C
    14 Juin 2020

Introduction

L’objectif de ce projet est de toucher à

  • L’électronique
    • Apprendre à utiliser la Suite Kicad
    • Création d’un schéma
    • Faire un PCB
    • Assembler les pièces (Soudures)
    • Utiliser un multimètre
  • Mécanique
    • Apprendre à utiliser Fusion 360
    • Création d’un modèle 3D pour impression
  • Impression 3D
    • Utiliser Cura pour imprimer les pièces
  • CNC
    • Utiliser une CNC pour créer le PCB
    • Apprendre à utiliser FlatCAM
    • Familiariser avec le GRBL en utilisant GRBLControl

Matériels requis

Pièces

  • 16x LEDs 5mm (Amazon)
    • 4x Bleu
    • 4x Rouge
    • 4x Jaune
    • 4x Vert
  • Fil (Silicone 28AWG - Amazon)
  • 1x NE555 (Amazon)
  • 1x Condensateur électrolytique 33uf (Amazon)
  • Résistances (Amazon)
    • 8x 150 ohms
    • 4x 100 ohms
    • 4x 200 ohms
    • 1x 68K ohms
    • 1x 12K ohms
  • 1x Diode 1n4007 (Amazon)
  • Heat Shrink (Amazon)
  • 1x Connecteur USB (Amazon)
  • 1x plaque de copper de MGChemicals (Amazon)

Materiels

Outils

  • Imprimante 3D - Anet A8 (N’est plus disponible)
    • PLA avec la couleur de votre choix (Amazon)
  • CNC - Sainsmart Genmitsu 3018 Pro (Amazon)
    • Engraving bits 0.1mm 15 degrées (Amazon)
    • End mill kit 0.8-3mm (Amazon)
  • Dremel rotatif (Amazon)
    • cutting disk pour métal (Amazon)
    • kit de mèches < 1/8" (Les mêmes que la CNC)
  • Gun à colle chaude (Amazon)
  • Fer à souder (Amazon)
  • Tapis de soudure (Amazon)

Fusion 360

J’ai pu facilement créer le modèle avec Fusion 360, il est plutôt simple a utiliser et il y a beaucoup de ressources en ligne pour apprendre comment l’utiliser.

Le modèle 3D du sapin.

Modèle 3D Fusion 360

Kicad

Ce logiciel open-source permet de créer des schémas et des PCB qui seront ensuite fabriquer, je ne connaissais pas ce logiciel avant de commencer ce projet, puis très rapidement on s’y retrouve et le résultat m’a permis de faire le tout plutôt facilement.

Voici le lien : https://kicad-pcb.org/download/

Le Schéma du PCB

Schéma pour le Sapin de noel Un module NE555 va osciller à environ 2-3 secondes d’intervalle ce qui fera allumer une moitié des LEDs et puis l’autre moitié en alternance. (il fonctionne en mode Astable)

Les résistances de 100 Ohms sont utilisées pour les LEDs bleues, celles de 150 Ohms pour les vertes et les jaunes, puis celles de 200 Ohms pour les rouges.

Les PCBs

Il y a 3 PCBs,

Un pour le contrôleur puis 2 pour chacun des groupes de LEDs.

Les 2 Groupes de LEDs:

Ils sont composés de toutes les résistances pour connecter les LEDs

PCB Groupe LED

Le contrôleur:

Contient la logique pour faire fonctionner le clignotement des LEDs

PCB Groupe LED

FlatCAM

Ce logiciel open-source permet de convertir le PCB créé avec Kicad en code GRBL, qui lui sera interprété par le programme GRBLcontrol fourni avec la CNC

Voici le lien de FlatCAM: http://flatcam.org

Les étapes pour la CNC 3018 pro et les bits/mills

Il faut exporter les fichiers PCBs de Kicad (le PCB et le perçage)

Exporter PCB

Cliquer sur l’imprimante pour exporter les PCBs et le percage Choisir les couches à exporter, puis cliquer sur Tracer.

Ensuite cliquer sur Créer Fichiers de Perçage

Créer fichiers de perçage

Cliquer sur Créer Fichier de perçage, puis Fermer

Exporter fichiers de perçage

Ensuite, il faut importer les fichiers dans FlatCAM

Importer les Gerber et les Excellon

Note, la couche de cuivre qu’il faut garder est sur la couche F_Cu

Couche de cuivre pour le PCB milling

Il faut utiliser le fichier PTH.drl pour le perçage

Le fichier de perçage

Gerber et Excellon chargés

Il faut maintenant choisir le point d’origine

choisir le point en haut à gauche comme 0

Choisir point origine

Création du traçage

Pour créer le code GRBL, il faut double cliquer sur le Gerber,

Configurer le Gerber

Voici les paramètres utilisés pour avoir le contrôleur,

Les options du contrôleur:

Configuration du Gerber du contrôleur

Cliquer sur Generate Isolation Geometry

Voici les options pour le milling

Configuration du Milling pour le contrôleur

Ce qui permet d’obtenir le code GRBL pour faire le PCB milling du contrôleur Cliquer sur Generate CNC Job Object puis sur *Save CNC Job

Ce qui va générer un fichier .nc

Maintenant, le fichier .nc peut être ouvert dans GRBLcontrol

Fichier .nc dans GRBLcontrol

donc nous sommes passé de

  • Kicad, pour dessiner le PCB et faire le schéma
  • FlatCAM, pour obtenir le code GRBL
  • GRBLcontrol, pour exécuter le travail sur la plaque de cuivre.

Pour obtenir de meilleur résultat, vous pouvez utiliser les triples lignes pour une meilleure séparation entre les traces.

PCB Triple ligne

Toujours dans FlatCAM,

Maintenant, cliquer sur Project

Onglet Projet

Double cliquer sur le gerber pour créer le contour du PCB

Configurer le Gerber

Cliquer sur Generate Geo

Generate Geo

Une ligne va être ajouté autour du PCB, cette ligne va servir pour couper le PCB avec le Dremel. Si vous avez le nécessaire pour couper le circuit directement avec la CNC, vous pouvez spécifier une valeur Z de l’épaisseur de la plaque de cuivre.

Contour du PCB

Ensuite, cliquer sur Generate CNCJob Object, puis Save CNC Job

Contour dans GRBLcontrol

Création du perçage

Fichier de perçage

Double cliquer sur le fichier Excellon

Pour chacun des diamètres de perçage disponible, il faut exporter un fichier grbl

Les diamètres de perçage

Le premier diamètre 0.76

Cliquer sur l’index pour sélectionner l’outil, puis configurer les options pour le perçage

Sélection de l'index et choix du Z

Cliquer sur Create Drills GCode,

Répéter pour chacun des diamètres.

Perçage et tracé dans GRBLcontrol

Voici le contrôleur dans GRBLcontrol

Le contrôleur dans GRBLcontrol

Les panneaux de LEDs

Répéter les mêmes étapes que pour le contrôleur. Les paramètres sont les mêmes que pour le contrôleur.

Voici les résultats

Panneau de LEDs #1

Panneau de LEDs #1

Panneau de LEDs #2

Panneau de LEDs #2

Imprimante 3D - Anet A8

Après deux tentatives échouées pour imprimer les parties du Sapin, il a fallu niveler le bed.

Je recommande fortement ce vidéo pour faire le bed levelling :

https://www.youtube.com/watch?v=RZRY6kunAvs&feature=emb_err_watch_on_yt

Anet A8 Bed Levelling

Voici le résultat de l’impression:

Les 2 parties du sapin

Les Pins pour assembler les deux parties n’ont pas imprimer, car la vitesse d’impression était trop rapide.

La base du sapin

La base et le couvercle

Pour effectuer l’impression, le logiciel Cura a été utilisé pour imprimer les modèles. Ce logiciel est très facile a utilisé et permet de configurer l’imprimante rapidement et simplement.

Voici le lien de l’outil : Ultimaker Cura

Sainsmart CNC 3018 pro

Voici le résultat du milling

Après le milling des trois circuits

Résultat du milling PCB

Les 3 circuits avant la coupe

Résultat des trois modules PCB

La coupe

Modules coupés

Le Dremel est resté pris pendant la coupe et a donné un coup ce qui a coupé au milieu de deux traces… La prochaine fois, trouver une méthode pour tenir la plaque de façon sécuritaire :)

Avant de commencer la soudure, vous pouvez utiliser un multimètre pour confirmer que le contact des traces est bien isolé, et faire de même à chaque étape.

Test avant assemblage

La soudure

Le contrôleur

Le contrôleur

Le contrôleur

Le contrôleur avec le module USB

Le contrôleur avec le module USB

Tous les circuits

Tous les circuits

Le panneau #1 avec les résistances et les LEDs

Panneau #1 avec les résistances et les LEDs

Début de l’assemblage

Début de l'assemblage

Assemblage des LEDs

Assemblage des LEDs

Les GND assemblés

Les GND assemblés

Test de la séquence #1

Test de la séquence #1

Séquence sur les LEDs non connectées

Séquence sur les LEDs non connectées

Assemblage final

Assemblage final

Les fils et les circuits

Les fils et les circuits

L’intérieur du sapin

L'intérieur du sapin

Les tests suite à l’assemblage

Test assemblage #1

Test assemblage #2

Vidéo du résultats final

Cliquer sur l’image pour voir le vidéo

Démo

Conclusion

Voici le sapin de noel, ce projet à pris 3 jours au total et m’a permis d’apprendre à utilisé plusieurs outils et logiciels.