LED立方体的制作教程

第1步：物料清单

以下列表包括构建立方体所需的材料，如图所示

144个SK6805-2427 LED

显微镜载玻片

铜带（0.035 x 30 mm）

TinyDuino基本套件 - 锂版本

加速度计模块

原型PCB（30 x 70 mm）

透明浇注树脂

3D打印外壳

施工所需的其他材料和工具

热风烙铁

带尖端的普通烙铁

3D打印机

激光打印机

杜邦连接器

细线

li》

PCB插头

低温焊膏

PCB蚀刻剂（例如氯化铁）

用于金属玻璃的UV固化

通用胶（例如UHU Hart）

硅氧烷

墨粉转印纸

丙酮

第2步：制作玻璃PCB

此过程已在我之前的DotStar LED Cube指南中详细介绍，因此，我将简要介绍一下这些步骤。

将显微镜载玻片切成50.8毫米长的片。我有3D打印夹具，以帮助我达到正确的长度（见附件.stl文件）。您需要4张幻灯片，我建议制作6到8张。

将铜箔粘在玻璃基板上。我用的是UV固化胶NO61。

使用激光打印机将带有PCB设计的附件pdf打印到墨粉转印纸上。然后切掉各个部分。

将PCB设计转移到铜包层上。我为此目的使用了层压机。

使用例如蚀刻铜去除铜。氯化铁

使用丙酮去除碳粉

步骤3：焊接LED

在我的DotStar LED立方体中，我使用了APA102-2020 LED，计划是使用相同类型的LED这个项目。然而，由于LED的各个焊盘之间的距离很小，因此很容易形成焊接桥。这迫使我用手焊接每一个LED，我实际上在这个项目上做了同样的事情。不幸的是，当我的项目几乎完成时，一些焊接桥或不良接触开始出现，这迫使我再次拆卸所有东西。然后我决定转向尺寸稍大的SK6805-2427 LED，这种LED具有不同的焊盘布局，使得它们更容易焊接。

我用低熔点焊膏覆盖所有焊盘然后放置LED顶部。请参阅附图，注意LED的正确方向。之后，我将PCB放在厨房的热板上，小心加热，直到焊料熔化。这很安静，我只需要用热风烙铁进行少量返工。为了测试LED矩阵，我使用Arduino Nano运行Adafruit NeoPixel strandtest示例，并使用Dupont线将其连接到矩阵。

步骤4：准备底部PCB

对于底部PCB，我从原型板上切下30 x 30 mm的片。然后我焊接了一些引脚头，然后将玻璃PCB连接起来。 VCC和GND引脚使用一小段镀银铜线连接。然后我用焊料密封所有剩余的通孔，否则环氧树脂会在铸造过程中渗透。

步骤5：连接玻璃PCB

要将LED矩阵连接到底部PCB，我再次使用了UV固化胶，但是粘度较高（NO68）。为了正确对齐，我使用了3D打印夹具（参见附件.stl文件）。胶合玻璃后，PCB仍然有点摇摆，但在焊接到针头后变得更加坚硬。为此我只使用普通的烙铁和普通焊料。再次焊接后测试每个矩阵是个好主意。各个矩阵的Din和Dout之间的连接是用连接到底部引脚头的Dupont线进行的。

步骤6：组装电子设备

因为我想让外壳的尺寸尽可能小，所以我不想使用常规的Arduino Nano或Micro。这个1/2英寸的LED立方体让我意识到了TinyDuino板，它看起来非常适合这个项目。我得到的基本套件包括处理器板，用于编程的USB屏蔽，用于外部连接的原型板以及微小的可充电LiPo电池。回想起来我应该购买他们提供的3轴加速度计屏蔽，而不是使用我仍然躺着的GY-521模块。这样可以使电路更加紧凑并减少必要的尺寸这个版本的原理图非常容易并且附在下面。我对TinyDuino处理器板进行了一些修改，我在电池后面添加了一个外部开关。处理器板已经有一个开关，但它只是为了缩短到通过外壳安装。原型板和GY-521模块的连接使用引脚接头完成，不允许最紧凑的设计，但比直接焊接电线提供更大的灵活性。原型板底部的电线/引脚长度应尽可能短，否则无法将其插入处理器板的顶部。

步骤7：上传代码

组装完电子元件后，您可以上传附带的代码并测试一切正常。该代码包括以下动画，可通过摇动加速度计进行迭代。

彩虹：来自FastLED库的彩虹动画

Digital Sand：这是Adafruits动画LED的扩展沙码到三维。 LED像素将根据加速度计的读数值移动。

雨：根据加速度计测量的倾斜度从上到下落下的像素

五彩纸屑：随机上色的斑点，从FastLED库中顺利褪色和淡出

第8步：施放

现在是时候将LED矩阵铸造成树脂了。正如我之前构建的评论中所建议的那样，如果树脂和玻璃的折射率匹配，那么玻璃将是不可见的，这将是很好的。从树脂的两种组分的折射率来看，我认为通过稍微改变两者的混合比可能是可能的。然而，经过一些测试后，我发现在不破坏树脂硬度的情况下，我无法明显改变折射率。这不是太糟糕，因为玻璃只是可见的，最后我决定粗糙地树脂表面。找到一种可以用作模具的合适材料也很重要。我正在阅读在lonesoulsurfer树脂立方体等类似项目中铸造后拆除模具的困难。在我自己进行了一些不成功的试验之后，我发现最好的方法是先用3D模具打印，然后涂上硅胶。我刚刚使用Cura中的“螺旋形外轮廓”设置打印了一层30 x 30 x 60 mm的盒子（附带.stl文件）。在内部涂上薄薄的硅树脂层使得模具之后很容易去除。使用硅氧烷化合物将模具连接到底部PCB。确保没有孔，当然树脂会渗透，树脂中也会形成气泡。不幸的是，我有一些微小的泄漏，我认为这是造成模具壁附近形成的小气泡的原因。

步骤9：抛光

取出模具后，由于模具的硅胶涂层表面光滑，立方体看起来非常清晰。然而，由于硅氧烷层的厚度变化，存在一些不规则性。此外，顶部表面由于粘附而朝向边缘翘曲。因此，我使用240粒度砂纸通过湿法打磨来改善形状。最初，我的计划是通过移动到更好的磨粒来重新抛弃所有东西，然而，最后我认为立方体看起来更好，表面粗糙，所以我完成了600砂砾。

第10步：装入住房

电子设备的外壳采用Autodesk Fusion 360设计，然后进行3D打印。我在墙上添加了一个矩形孔用于开关，后面有一些孔用于安装GY-521模块，使用M3螺丝。将TinyDuino处理器板连接到底板上，然后使用M2.2螺钉将其连接到外壳上。首先，我使用热胶将开关安装到外壳中，然后安装GY-521模块，之后小心地插入了原型板和电池。使用Dupont连接器将LED矩阵连接到原型板上，处理器板可以从底部插入。最后，我使用通用粘合剂（UHU Hart）将LED矩阵的底部PCB粘贴到外壳上。

步骤11：完成立方体

最后，立方体完成，你可以享受灯光秀。