Pistola a bobina senza condensatori massicci. Finito: 11 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Circa sei mesi fa ho costruito un semplice coilgun che aveva una breadboard registrata su una tavola (progetto originale). È stato divertente e funzionale, ma volevo finirlo. Così alla fine l'ho fatto. Questa volta sto usando sei bobine invece di due e ho progettato una custodia stampata in 3D per dargli un aspetto futuristico.

Ho anche fatto un video se vuoi vederlo in azione:)

video

Passaggio 1: strumenti e materiali

Cominciamo dagli strumenti.

• stampante 3d
• trapano
• Dremel
• Sega a mano
• pistola per colla a caldo
• Toccare M3
• saldatore

Materiali:

• filamento per stampante 3D (ho usato PLA normale)
• i miei file STL qui
• Profilo in alluminio a forma di L 40 x 10 x 2 mm
• Hardware M3
• dischi magnetici collegamento 8x1.5mm

elettronica:

• arduino nano
• Collegamento batteria 2x 1400mAh 11,1V 3S 65C Lipo
• Batteria Lipo da 1200 mAh 1s Questo farebbe bene
• 2x convertitori step-up (sto usando XL6009)
• Schermo OLED.96'' 128x64 i2c SSD1306 collegamento
• Torcia AA (opzionale)
• diodo laser (opzionale)
• microinterruttore per collegamento trigger V-102-1C4
• 3 interruttori a levetta MTS-102 SPDT
• Connettori XT-60 (5x femmina, 3x maschio)

Tavole:

• 6x MIC4422YN
• 6x IRF3205 + dissipatori (il mio è RAD-DY-GF/3)
• 24x 1n4007
• 6 resistenze da 10k
• Condensatori 6x 100nF
• 6 condensatori da 100 uf

Suggerirei di prenderne altri in quanto potresti romperne alcuni nel corso. Soprattutto i MOSFET. Ho finito per usare circa 20 di quelli.

Avrai anche bisogno di cose per creare le bobine, ma sto usando le stesse bobine del tutorial precedente, quindi vai lì e per questo hai solo bisogno del filo di rame smaltato da 0,8 mm, del LED a infrarossi e del fototransistor + alcuni resistori che è tutto spiegato nell'altro tutorial.

Passaggio 2: cornice

L'intera pistola è costruita attorno a un telaio in alluminio. Ho deciso di optare per il telaio in alluminio perché è leggero, robusto, i profili in alluminio sono facili da ottenere e sono abbastanza economici. Inoltre, puoi utilizzare strumenti manuali comuni quando lavori su di essi. Il profilo che sto usando è 40 x 10 x 2 mm e lungo 1 metro. Deve essere tagliato in due pezzi diversi. Uno lungo 320 mm e l'altro 110 mm. Ho usato la sega a mano per tagliarli.

Il pezzo più lungo terrà praticamente tutto e quello più piccolo avrà solo il manico. Ora è il momento di praticare un sacco di buchi e fare alcuni ritagli. Ho incluso due immagini che mostrano cosa deve essere tagliato e come. L'immagine senza dimensioni ha punti rossi e alcuni dei fori. Dovrebbero essere forati con un trapano da 4 mm. I fori di alesatura senza i punti rossi devono essere praticati con una punta da 2,5 mm e filettati con un maschio M3.

Il pezzo più corto è molto più facile. C'è anche una foto di quello. Voglio solo chiarire che le immagini mostrano il piano più largo di 40 mm. La parete da 10 mm sarebbe sul lato superiore sotto il piano mostrato, quindi non può essere vista. Questo è vero per tutti e 3 quei diagrammi. Come ho detto, questo non ha tanti fori ma il profilo in alluminio è troppo largo. Quindi deve essere ristretto completamente come mostrato nel diagramma.

Il telaio principale avrà ancora bisogno di un paio di fori per il cablaggio. Possono essere aggiunti in seguito, ma se lo desideri puoi forarli ora, tuttavia potrebbe essere difficile sapere dove posizionarli esattamente. Maggiori informazioni su questo nella sezione cablaggio.

Passaggio 3: bobine

Non sarebbe coilgun senza bobine, giusto? Le bobine che sto usando sono avvolte a mano su una base stampata in 3D. Sono identici a quelli che ho creato nel mio primo coilgun. Suggerirei di seguire queste istruzioni. Potete trovare qui.

L'unica differenza è il fatto che l'ultima bobina ha una base stampata in 3D diversa in quanto ha sensori a infrarossi su entrambi i lati. Anche i sensori sono identici, ma il cablaggio è un po' più ordinato. A questo punto puoi posizionare i sensori IR ma non preoccuparti dei cavi di alimentazione e segnale.

Una volta terminate tutte e 6 le bobine, è necessario montarle sul telaio principale. È davvero solo questione di avvitarli sul posto. Inoltre ho un tubo che scorre attraverso le bobine in questo momento, ma lo rimuoverò in seguito perché è lì solo per assicurarmi che tutto sia allineato. A seconda di quanto sono precisi i tuoi fori, potresti voler avvitare solo due o tre viti per ogni bobina per assicurarti che siano il più dritti possibile.

Passaggio 4: circuiti driver

Il prossimo passo è creare l'elettronica che commuta le bobine. È il momento giusto per crearlo ora poiché siederà sulle bobine ed è una parte essenziale di esse. Il design è molto diverso dal mio precedente in quanto presentava alcuni difetti. Il MOSFET di commutazione è ancora IRF3205 ma questa volta stiamo guidando il gate con MIC4422YN che è un gate driver dedicato. Ci sono anche un paio di componenti passivi che sono sullo schema.

Sto anche fornendo file Eagle incluso il file board che ho usato. Ovviamente non devi creare il tuo PCB. Puoi inviarlo al produttore professionale o suggerirei di farlo solo sulla scheda pref. Sono davvero solo sei componenti. La parte più grande è il dissipatore di calore che nel mio caso era completamente eccessivo. Ho scoperto che i MOSFET non si scaldano affatto. Ho avuto la bobina in funzione per alcuni secondi ed era già in fiamme e il MOSFET era appena caldo al tatto ma nemmeno vicino a essere caldo. Suggerirei un dissipatore di calore davvero piccolo o probabilmente potresti farlo anche senza uno. Qualunque sia il dissipatore che utilizzerai, non usare il telaio come uno solo perché collegherai gli scarichi di tutti i MOSFET insieme.

Una volta terminati i driver, collegali alle bobine e aggiungi i diodi flyback!! Non dimenticarlo perché potresti incendiare anche le tue bobine:D. Il diodo flyback blocca l'alta tensione che si accumula all'interno di una bobina quando è spenta. Il diodo flyback deve essere collegato ai terminali delle bobine nella direzione opposta, ovvero nel punto in cui la bobina è collegata al terminale positivo di una batteria, il diodo avrà il terminale del catodo (negativo) collegato e viceversa. Sto usando 1N4007 ma non solo uno perché non gestirebbe la corrente, quindi ne ho quattro collegati in parallelo. Questi quattro diodi vengono quindi collegati alla bobina direttamente sul filo della bobina. Dovrai raschiare parte del rivestimento per saldare su questo filo.

Si prega di tenere presente che in alcune delle foto potrebbero mancare resistori con componenti diversi, ecc. Assicurarsi di seguire gli schemi man mano che vengono aggiornati. Alcuni dei filmati sono stati realizzati nelle prime fasi di prototipazione.

Passaggio 5: cablaggio

Questa è la parte in cui la pistola diventa pasticcio. Puoi provare a renderlo ordinato come ho fatto io, ma diventerà comunque disordinato:D. C'è uno schema che mostra cosa deve essere collegato dove. Coil0 è considerata la prima bobina in cui entra un proiettile. Lo stesso vale per i sensori.

Sto usando un cavo piatto e ti suggerirei di fare lo stesso. Ho iniziato collegando un arduino ai gate driver. L'arduino è posizionato sulla parte anteriore della pistola con la porta USB rivolta verso l'esterno per una facile programmazione. Successivamente si trattava solo di collegare tutto insieme e di individuare la lunghezza corretta per ogni filo.

Per i sensori IR ho effettivamente praticato dei fori attraverso il telaio dove avrei fatto passare i fili. Ho iniziato collegando i cavi di segnale a ogni sensore. Ho usato ancora una volta il cavo piatto e in effetti sembrava davvero carino. È solo in discesa una volta che ho iniziato a collegare le linee elettriche. Ho fatto passare due cavi a nucleo solido su tutte le aperture. Uno per 5V e l'altro per 0V. Successivamente ho effettuato la connessione da questi fili a ogni singolo sensore. Questo è il punto in cui inizia a sembrare davvero strano, specialmente dopo aver registrato tutto il filo esposto con del nastro isolante.

Tutte le connessioni che abbiamo fatto finora gestiranno la bassa corrente, ma ora è il momento di collegare le linee di alimentazione per le bobine e i MOSFET. Sto usando un filo di silicone da 14 AWG che è abbastanza flessibile. Assicurati anche di ottenere una saldatura più spessa poiché ne avrai bisogno abbastanza. Collegheremo insieme tutti i terminali positivi e faremo lo stesso con i terminali negativi. Se stai usando lo stesso PCB che ho usato io, i pad dovrebbero essere esposti proprio sopra le bobine. Suggerirei anche di mettere una generosa quantità di saldatura sulle piste dei circuiti che gestiranno l'alta corrente.

Passaggio 6: alimentatori

Prendi i tuoi convertitori boost e facciamo funzionare questo cucciolo. Sto usando XL6009 ma in realtà qualsiasi convertitore step-up. Non estrarremo più di 500 mA e questo include la torcia e il laser. Un convertitore deve essere impostato su 12V e l'altro su 5V. Li sto posizionando come mostrato nell'immagine lasciando un po' di spazio per la batteria tra l'arduino e i convertitori. Gli ingressi di entrambi i convertitori devono essere collegati alla batteria.

Quindi dobbiamo collegare tutti i terreni insieme. I due convertitori hanno già la messa a terra, quindi basta collegare la loro con la massa della batteria principale a 6 celle che è lo spesso filo nero che scorre sui PCB del driver.

Ora i 5V dall'uscita di un convertitore devono essere collegati ai 5V che abbiamo già in esecuzione su arduino, sensori e tutto il resto. L'uscita 12V dell'altro convertitore deve essere collegata ai driver MOSFET. L'ho collegato al primo e poi li ho collegati a margherita tutti insieme.

Ora, quando colleghi la batteria a cella singola, il tuo arduino dovrebbe iniziare a lampeggiare e la pistola dovrebbe essere pronta, ma ricontrolla tutte le connessioni prima di collegare la batteria perché nel mio caso il più delle volte qualcosa esplode al primo tentativo.

Passaggio 7: proiettili e caricatore

Come proiettili ho acquistato un'asta d'acciaio da 8 mm lunga un metro. Assicurati che sia magnetico prima di acquistarlo. L'ho poi tagliato a pezzi lunghi 38 mm. Questi potrebbero già essere usati come proiettili ma volevo una punta affilata.

Il modo più semplice sarebbe usare il tornio e se ne hai uno usalo sicuramente. Tuttavia non ho accesso al tornio. Invece ho deciso di fare un tornio con un trapano elettrico:D. Ho fissato il trapano al mio banco da lavoro e ho inserito un proiettile nei mandrini. Poi ho preso lo strumento Dremel con la ruota tagliata. Facendo girare il proiettile e macinandolo con il dremel sono stato in grado di creare qualsiasi punta che volevo. Ho finito di fare 8 di questi perché posso sparare uno dopo l'altro.

Per la rivista ho stampato i file STL magazine e magazine_slider che è stata la parte facile dato che abbiamo anche bisogno di una molla. Stavo sperimentando una molla stampata in 3D ma non ha funzionato davvero. Ho finito per ottenere un filo a molla da 0,8 mm (filo musicale). Ho quindi avvolto questo filo attorno a un bastoncino di legno di 5,5 mm x 25 mm (qualsiasi dimensione simile va bene). Ho iniziato fissando un'estremità con una vite e avvolgendola intorno. Ci vuole un bel po' di forza. Ho finito per fare circa 7-8 loop. Una volta rilasciata la pressione, salterà fuori e avrà un aspetto davvero brutto. Basta prendere le pinze e piegarlo alla sua forma finale. La molla può quindi essere inserita nel caricatore.

Fatto ciò, prendi un magnete che ho menzionato nei materiali e incollalo sulla rivista. C'è un posto speciale per questo. Se hai stampato il portariviste, troverai il punto adatto per un altro magnete. Puoi incollare anche quello, ma assicurati di avere la polarità corrispondente. I due magneti dovrebbero attrarsi l'un l'altro una volta incollati.

Passaggio 8: assemblaggio degli interni

Prima di poter provare la pistola dovrai avere un grilletto e un meccanismo di caricamento. Quindi costruiamolo. Avrai bisogno di stampare alcune parti. Sono tutti elencati nella prima immagine. A questo punto dovresti essere in grado di avvitarli in posizione. Il grilletto deve essere tenuto con un'asta da 2 mm in modo che possa girare liberamente. Quando cambio uso il microwitch V-102-1C4. Il cablaggio è effettivamente menzionato nella fase di cablaggio e l'interruttore si adatterà perfettamente al supporto dell'interruttore. Quando si stampa il supporto dell'impugnatura, utilizzare almeno cinque perimetri poiché queste parti dovranno sostenere un peso notevole.

Una volta che hai collegato tutto, controlla se la rivista si adatta bene. Potrebbe essere necessario regolare alcuni dei fori. In realtà ho finito per usare solo due viti perché alcuni dei fori erano aperti. Controllare anche se il grilletto sta spingendo il microinterruttore e regolarlo se necessario.

Un altro passaggio inutile sarebbe aggiungere la canna. Dico inutile perché la pistola funzionerà bene senza di essa. Ho deciso di usarne uno comunque. Esiste un modello 3D chiamato barile. Deve essere stampato con la modalità vaso e poiché è solo un tubo molto alto, la qualità potrebbe peggiorare man mano che si stampa più in alto, quindi in realtà ho finito per stamparne due a metà. Non ho nemmeno praticato i fori per i sensori perché ho scoperto che funzionano comunque dato che è spesso solo 0,4 mm nonostante sia stato stampato in colore nero.

Passaggio 9: software e calibrazione

Vai avanti e scarica i file.ino. Sto usando arduino IDE 1.0.5 ma non dovrebbero esserci problemi nemmeno con quello più recente. Avrai anche bisogno di un paio di librerie, ma sono necessarie solo per lo schermo OLED. Le librerie sono Adafruit_SSD1306 e Adafruit_GFX.

Con tutte le librerie dovresti essere in grado di compilare lo schizzo e caricarlo. Prima di entrare nel processo di calibrazione, lascia che ti spieghi come funziona esattamente il codice. Abbiamo 6 bobine, quando premi il grilletto la prima bobina si accenderà finché il suo sensore non vedrà il proiettile. Se ci vogliono più di 100 ms, il sistema presume che non ci siano proiettili e smetterà di lasciare un messaggio sullo schermo. Questi 100 ms possono essere modificati modificando la variabile safeTime (usa noi invece di ms) nella funzione shoot(). Viene effettivamente utilizzato solo il sensore sulla prima bobina (ho provato molte iterazioni diverse e alcune le usano tutte, ma questa funziona meglio). Le seguenti bobine hanno tutte un tempo impostato per quanto tempo sono accese una dopo l'altra.

I tempi per le bobine sono impostati con l'array chiamato baseTime [6]. Il primo valore è sempre zero in quanto la prima bobina funziona in modo diverso e solo il resto deve essere calibrato. Come puoi vedere, anche le ultime due bobine nel mio caso sono 0 e questo perché non le sto usando perché non funzionano e non potrei essere disturbato a ripararle: D. Vuoi iniziare azzerarli tutti tranne il secondo (in questo modo: long baseTime [6] = {0, 1000, 0, 0, 0, 0};). Puoi quindi caricarlo e provare a sparare. Gli ultimi due sensori calcoleranno il tempo impiegato dal proiettile per attraversarli, quindi puoi calcolare la velocità. Suggerirei di salvare il valore nel foglio di calcolo insieme al valore baseTime. Ripetilo almeno 5 volte e calcola la media per risultati più precisi. Puoi quindi aggiungere 500us e riprovare finché non ottieni la migliore velocità possibile. Una volta che sei soddisfatto di una bobina, lascia il miglior tempo impostato e passa alla bobina successiva e ripeti l'intero processo. Durante la calibrazione utilizzare il codice coilgun2_calibration.ino e una volta fatto i valori devono essere copiati su coilgun2.ino e caricati.

Passaggio 10: stampa 3D

Ci sono molti file che devono essere stampati in 3D e alcuni sono piuttosto grandi. Stavo stampando tutto sulla stampante 3D CR-10 che ha un volume di costruzione enorme, quindi se hai una stampante più piccola potrebbe essere necessario dividere alcune parti. Stavo usando PLA normale per tutte le parti e le impostazioni di stampa devono essere ottimizzate per ogni parte, quindi ho compilato un elenco se una parte necessita di supporto o altre impostazioni speciali. Per impostazione predefinita utilizzavo 3 perimetri, 3 strati inferiori e 4 strati superiori a 205°C con letto riscaldato a 60°C.

A parte le parti interne, ho anche finito e verniciato tutto. Non voglio andare troppo in profondità in quanto ci sono già abbastanza tutorial su questo. Suggerirei questo. In poche parole ho carteggiato tutte le superfici applicate il primer e carteggiato nuovamente. L'ho ripetuto 2-3 volte e l'ho spruzzato con la vernice e rifinito con vernice trasparente.

Passaggio 11: assemblaggio finale

Prima di mettere tutto insieme mancano poche cose. Gli interruttori, la torcia, il laser, il cablaggio per la batteria principale e i LED che illuminano l'interno della pistola. Iniziamo con l'interruttore di accensione/spegnimento che deve essere collegato in serie tra la piccola batteria a 1 cella e i convertitori boost. In realtà sto saldando l'intestazione del pin sull'interruttore e sto facendo passare il cavo con l'intestazione del pin crimpato dalla batteria solo così posso scollegarlo per un facile montaggio. Farò lo stesso per ogni cambio.

Ho anche una torcia sulla parte anteriore della pistola, ma potresti non averla perché è stata progettata solo per alcune torce che ho avuto in giro. Per lo schema ho appena aggiunto un resistore per il LED e l'ho collegato alla batteria in serie con un altro interruttore. Ho ripetuto lo stesso per il diodo laser. In realtà era un puntatore laser che funzionava a 4,5 V, quindi l'ho collegato direttamente alla linea 5 V con l'interruttore in serie.

Per le luci decorative le ho collegate direttamente alla linea 5V aggiungendo il connettore per rendere smontabile la pistola. Due LED blu da 5 mm hanno un punto di montaggio nei file STL trigger_cover. Ho usato un resistore da 12k per ciascuno per farli brillare molto debolmente. Sul coperchio della bobina ho aggiunto 6 LED blu da 3 mm per illuminare le bobine. Ho collegato il resistore in parallelo e aggiunto 22R prima di collegarli alla linea 5V.

Ora non abbiamo ancora un modo permanente per collegare le batterie principali. Poiché una batteria è alloggiata nel calcio, l'altra è nell'impugnatura anteriore e devono essere collegate all'interruttore a sgancio rapido dovremo effettuare diversi collegamenti. Ho fornito un diagramma che spiega esattamente come deve essere collegato invece di spiegarlo. Utilizzare almeno un filo da 14 AWG, inoltre, assicurarsi di spingere prima il filo attraverso la maniglia e il calcio prima di saldare poiché non sarà possibile in seguito.

Con tutto ciò che è stato fatto, la pistola dovrebbe essere pienamente operativa ed è ora di renderla bella. Non ho intenzione di spiegare l'assemblaggio passo dopo passo come mostrato nel video o puoi guardare il modello 3D.