[Impresión 3D] Linterna de mano de alta potencia de 30 W: 15 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Si está leyendo esto, probablemente haya visto uno de esos videos de Youtube que muestra fuentes de luz de bricolaje extremadamente poderosas con enormes disipadores de calor y baterías. Probablemente incluso lo llamen "Linternas", pero yo siempre tuve un concepto diferente de linterna: algo portátil y fácil de llevar.

Es por eso que he estado trabajando en este proyecto durante muchos meses, y me encantaría compartir aquí el resultado de muchas iteraciones de diseño diferentes. No es tan potente como el LED refrigerado por agua de 100 W, ¡pero es mucho más portátil y utilizable!

Nota: En el video no es posible ver cuán poderosa es esta linterna porque está grabada con un teléfono. Créame, es realmente poderoso.

¡Basta de hablar! ¡Empecemos este proyecto!

¿Qué necesitamos?

1. Una impresora 3D (¡funcionando, si es posible!) (La mía está en la lista de suministros, si alguien está interesado. Resultados súper buenos y precio económico)
2. Todos los suministros en la lista de suministros
3. Paciencia (tardará alrededor de 12 horas en imprimir todas las piezas)
4. Un soldador (no se preocupe, será una soldadura mínima. Lo he diseñado para que sea accesible para casi todos) [Agregaré un enlace en los suministros a un truco, uno decente que lo hará para este proyecto)
5. Un multimetro
6. Conocimientos básicos sobre el uso de Arduino
7. Conocimientos básicos de electrónica (circuitos básicos y cómo usar un multímetro)

Descargo de responsabilidad:

Trabajar con dispositivos electrónicos y baterías de iones de litio siempre tiene un riesgo asociado. Si no sabe lo que está haciendo, infórmese un poco antes de continuar con este tutorial. No soy responsable de ningún daño. Y como siempre, si te gustan estos proyectos y quieres contribuir, puedes hacer una pequeña donación a mi Paypal.me: https://paypal.me/sajunt4. Traerle esos proyectos requiere de 3 a 4 veces el precio del artículo, así que esto podría ayudarme a traerle más proyectos:)

Suministros

La mayoría de los componentes venían en paquetes grandes, por lo que el precio medio de la linterna en realidad no es tan alto, ~ 30 €. Puedes reutilizar la mayoría para otros proyectos (¡incluidos mis otros próximos proyectos!)

Enlaces de AliExpress en todo el mundo (SELECCIONE SIEMPRE LA OPCIÓN DE ENVÍO MÁS BARATA PARA TODOS LOS PRODUCTOS, SI ES POSIBLE. LE AHORRARÁ MUCHO DINERO):

Componentes (Precio medio 48 € si necesita todos los componentes [Depende del coste de envío]):

1. 3 LED de 10 W (seleccione Cobre blanco, 10 W, cantidad 3)
2. 4 baterías Li-io 18650 (seleccione 4PCS para obtener un mejor precio)
3. 1x 1S BMS MicroUSB - Cualquier cargador individual 18650 servirá
4. 1x 2S BMS con función de equilibrio (seleccione 2S Li-ion 15A Balance)
5. 1x rollo de pestañas de soldadura
6. 1x convertidor Buck de alta potencia (sobredimensionado para un uso seguro a largo plazo)
7. 1x botón pulsador de 8 mm
8. 3 resistencias de 20Kohmios (este es el paquete más barato que he encontrado): puedes encontrarlos en una tienda local por unos centavos. Cualquier resistencia para PULL_DOWN servirá
9. 8 tornillos M4x6 mm (seleccione M4, rosca completa de 6 mm)
10. 7 tornillos M3x14 mm (seleccione M3 de rosca completa de 16 mm): estos son los que he usado, pero puede probar una longitud más corta si tiene algunos por ahí.
11. 2 tornillos M5x12 mm (seleccione rosca completa M5 de 12 mm): estos son los que he usado, pero puede probar una longitud más corta si tiene algunos por ahí.
12. 1x Arduino Nano (incluye cable) - Cualquier Arduino pequeño servirá
13. 2x conector XT-60 (seleccione 5 pares macho + hembra)
14. 1x PCB de soldadura
15. 1x Microvoltaje Booster 12V (para alimentación FAN y Arduino)
16. 3x MOSFET IRFZ44N (1 de ellos es opcional, por motivos de eficiencia)
17. 1x disipador de calor de 50x56 mm (este es un paquete de 2x, pero más barato que la mayoría de las otras ofertas)
18. 1x 50x50x10mm 12V VENTILADOR
19. 1x rollo de cinta reflectante (encontré el mío en una tienda local, espero que este sea lo suficientemente bueno)
20. Un poco de papel de lija, dependiendo de las tolerancias de su impresora 3D (todo está diseñado para encajar, pero nunca se sabe), pero es mejor que compre esto en una ferretería local, si puede)
21. 1x Lente Fresnel (la única que he encontrado con un precio decente) (opcional, para enfocar la luz en un ángulo más pequeño)
22. Cargador de batería 2S (seleccione 8.4V 2A) - Cualquier cargador de 8.4V servirá
23. Cable de 2 m x 14 AWG (seleccione 14 AWG 1 M negro + 14 AWG 1 M rojo)
24. Cable de 2m x 20AWG (Seleccione 20AWG 1M Negro + 20AWG 1M Rojo)
25. (Opcional) Conectores de tornillo de 3 pines
26. (Opcional) Conectores de resorte de 2 pines
27. Imán 4x 8x3mm (seleccione la cantidad mínima disponible)
28. 1x pasta térmica

Y, por supuesto, puede verificar todo el Instructable primero y decidir si desea suprimir o modificar algo.

Y la lista de herramientas baratas (cualquier otra con capacidades similares servirá):

1. Estaño de soldadura (seleccione 0,6 mm, 100 g)
2. Hierro de soldadura
3. Multimetro
4. Impresora 3D Ender 3 (en el momento en que escribo esta Ender 5 (la mía) es muy cara, pero la Ender 5 también es muy capaz)

Paso 1: Con qué acabarás

Eso es todo. Una linterna "bastante compacta" pero potente con batería 2S2P extraíble (no se preocupe si no sabe qué es 2S2P, más sobre eso más adelante), lentes extraíbles y potencia de salida configurable, con aproximadamente 1h de batería al máximo del acelerador o 10h a la mínima potencia, con una sola carga de batería. Y lo mejor de todo: está completamente hecho por ti. ¡Probablemente ya sepa lo satisfactorio que es!

Paso 2: Impresión 3D: descripción general global

Encontrará todos los archivos en Thingiverse:

Qué tienes que imprimir:

1. MainBody.stl: Esta parte contiene los LED, el disipador de calor, el ventilador, el colimador de luz y el soporte de la lente.
2. Handler.stl: Aquí es donde se colocará el botón pulsador, se atornillará el soporte de la batería y encajará la electrónica. Está atornillado en MainBody.stl.
3. BatteryHolder.stl: Esta parte sirve para acoplar rápidamente: separe la batería para que se pueda cambiar fácilmente. Contiene dos imanes para mantener la batería en su lugar y el conector macho XT-60.
4. Collimator.stl: Esto está destinado a reflejar la luz en un cierto ángulo contenido, simplemente porque un ángulo de luz de 180º es bastante inútil para una linterna. Tendrás que cubrir todo el interior con cinta reflectante.
5. LedsHolder.stl: una pieza 3D delgada que mantiene los LED en su lugar, en un cierto ángulo.
6. HeatsinkSupport_1.stl: Pretende sujetar el disipador de calor con cierta presión a los LED, para que puedan refrigerarse. Necesitarás 2 de ellos.
7. HeatsinkSupport_2.stl: Como el otro HeatsinkSupport, pero para el otro eje. Solo necesitas uno de esos.
8. LensHolder.stl: destinado a mantener las lentes en su lugar.
9. BatteryBody.stl: El cuerpo principal de la batería. Encaja perfectamente en BatteryHolder.stl.
10. BatteryCap.stl: la parte superior de la batería. Contiene dos imanes que mantienen la batería en su lugar con los imanes BatteryHolder y el conector hembra XT-60.

¡Y eso es! Pueden parecer muchas piezas, pero la mayoría de ellas tardarán menos de una hora en imprimirse.

Paso 3: Electrónica: descripción general global

Bien, ahora, trabajemos en el cerebro y el músculo de este proyecto. Esto fue diseñado para que lo haga cualquier persona, incluso con 0 conocimientos de electrónica, así que permítanme explicar todo para esas personas con 0 conocimientos. Pero, por supuesto, cuanto más sepa, más fácil será. ¿Qué necesitamos? Como nuestros 3 LED de 12V se conectarán en serie, necesitamos una fuente de alimentación que entregue 3 * 12V = 36V. Nuestra batería, sin embargo, solo entrega un máximo de 8.4V. ¿Cómo aumentamos ese voltaje? Simple: usando un amplificador de voltaje. El seleccionado para este proyecto es un amplificador de voltaje regulable. Conecta la batería a los terminales IN y simplemente ajusta el potenciómetro incluido hasta que obtenga 36V en la salida. ¡Muy fácil!

Ahora, el FAN y el Arduino necesitan más voltaje del que ofrece la batería, pero menos del que ofrece nuestro amplificador de voltaje principal (alrededor de 12 V). ¿Solución? ¡Otro amplificador de voltaje! (Pero este, micro)

A continuación, control de potencia de salida + control de ventilador: para esto usaremos un Arduino Nano y sus capacidades de salida PWM. (¿No sabes qué es PWM? Aquí tienes algo de información:) Pero como Arduino Nano solo puede manejar 5V max y necesitamos PWM 36V, usaremos un MOSFET. Si no sabe cómo funciona este componente, no se preocupe, solo siga mi paso a paso y ¡todo funcionará bien! Y finalmente, la entrada del usuario: usaremos un botón pulsador de 8 mm conectado a nuestro Arduino a través de resistencia pull up interna para modificar la señal PWM de salida.

Eso es todo:)

Paso 4: Electrónica: preparación de todos los cables

Corte los cables en los siguientes tamaños:

2x alambre fino de 15 cm (1 rojo, 1 negro) 2x alambre fino de 20 cm (1 rojo, 1 negro) 3x alambre de 2,5 cm de espesor (1 rojo, 1 negro) 2x alambre fino de 5 cm (cualquier color) 2x alambre fino de 8 cm (cualquier color)

Para cada uno de esos cables, pele las puntas (aproximadamente 5 mm) y presoldelos.

Paso 5: Electrónica - Paquete de baterías

En primer lugar, para cada una de las 4 baterías, identifique el lado positivo y negativo con el multímetro (ya sabe, coloque el terminal rojo en un lado, el negro en el otro lado, y si el multímetro muestra un número positivo, el lado rojo es positivo, negro negativo. De lo contrario, si el multímetro muestra un número negativo, el negro es positivo, el rojo es negativo). (Ver fotos 2 y 3)

SIEMPRE TENGA CUIDADO AL SOLDAR A UNA BATERÍA Li-Ion. INTENTE HACERLO RÁPIDO Y NO CALENTAR LA CÉLULA DEMASIADO O PODRÍA DAÑARLA.

Ahora, debe cargar completamente todas las baterías con cualquier cargador 18650. En nuestro caso, nuestro barato TP4056. Conecte un cable rojo en BAT + y un cable negro en BAT- (esos cables no se contemplan en el paso anterior). (Ver imagen 4)

Luego, suelde estos cables con una pequeña punta de estaño en cada una de las celdas (todas, menos una por una), de rojo a positivo, de negro a negativo. Déjelos cargar hasta que los LED del cargador le indiquen que está lleno. Desolde los cables, suelde el siguiente y repita. (Podría tomar algunas horas dependiendo de qué tan descargados estén. ¡Aproveche este tiempo para preparar los siguientes pasos e imprimir todo en 3D!)

Ahora, con las 4 baterías completamente cargadas, conectaremos 2 por 2 en paralelo, y cada paquete de 2 en paralelo en serie con el otro.

¿Cómo conectarlos en paralelo? Vea la tercera imagen. ¿Ves cómo están conectadas mis baterías? Conecte 2 por 2, de negativo a negativo, de positivo a positivo, con dos piezas de lengüetas de soldadura. Asegúrate con el multímetro de que cada celda tenga exactamente el mismo voltaje, para evitar cualquier posible daño a las celdas.

Y ahora, siguiendo la última imagen, conecte el lado negativo de uno de los 2 paquetes paralelos al lado positivo del otro. ¡Solo un lado! El otro debe quedar libre.

Paso 6: Electrónica - Cables de batería + BMS + Estuche 3D

Primero, suelde un cable delgado de 9 cm a la placa de metal que conecta las dos baterías en serie (Imagen 1).

Luego, conecte un cable negro de 2 cm de grosor al terminal negativo del lado opuesto, un cable rojo grueso de 2 cm al terminal positivo, como en la segunda imagen.

Después de la tercera imagen, conecte el cable rojo grueso al terminal B + del BMS, el cable negro grueso al terminal B- y el cable delgado al terminal central del BMS, como en la imagen.

Ahora, a los terminales P + y P- del BMS, conecte nuevamente cables de 2cm de grosor y esos, al + y - del conector XT-60 (el macho, el que es un agujero con dos pines dorados adentro), como en la imagen 4. He usado pegamento termofusible para mantener todo seguro y aislado.

Es hora de conseguir nuestro estuche para impresora 3D y comprobar si todo encaja en su lugar. El conector XT-60 debe encajar dentro de los rieles (tal vez necesite lijar un poco el conector para quitar los signos + y - extruidos y mantener el conector plano). (Imagen 5)

Cuando todo encaje bien, coloque dos imanes en la tapa del estuche. La polaridad no importa. Solo tendrá que hacer coincidir la polaridad opuesta en el soporte de la batería.

Luego sostenga todo en su lugar con cinta aislante y agregue dos cables finos a las baterías como en las imágenes 9, 10 y 11. Esos nos ayudarán a quitar la batería cuando se conecte al portapilas. Puede utilizar cualquier cable o material que desee. Envolví la mía a través de la batería para evitar ejercer demasiada fuerza en la parte 3D.

Finalmente, coloque los 4 tornillos M3 y su batería estará lista para funcionar.

Mis conectores XT-60 estaban demasiado apretados y tuve que presionar los pines dorados con un par de alicates para que el par macho-hembra se deslice hacia adentro y hacia afuera sin demasiada fuerza

Paso 7: Montaje - Batería + Soporte de batería

Este es un paso sencillo.

Imprima el archivo BatteryHolder.stl y verifique que la batería se deslice fácilmente. De lo contrario, necesitará lijar un poco para suavizar las paredes de sus impresiones. (Pero no demasiado, deben quedar bien ajustadas)

Luego, inserte los dos imanes que miran hacia la polaridad opuesta de la batería para que se atraigan.

Inserte el conector hembra XT-60 en su lugar (podría necesitar un poco de lijado también. Debe encajar muy bien), asegúrese de que la batería se deslice fácilmente y manténgala en su lugar con un poco de pegamento. Cuanto menos profundo coloques el conector, más fácil será poner y quitar la batería.

Y por último, suelde 2 cables gruesos de 6 cm (rojo + negro) y 2 cables delgados de 8 cm (rojo + negro) a los terminales XT-60 como en las imágenes. Rojos a positivos, negros a negativos.

Paso 8: Electrónica - Amplificadores de voltaje

Con la batería y el soporte de la batería en su lugar, conecte los 2 cables gruesos al amplificador de voltaje grande. Rojo a IN +, Negro a IN-.

Luego, enchufa la batería dentro del portapilas y con la ayuda del multímetro, ajusta el tornillo del Booster de Voltaje hasta que el voltaje entre OUT- y OUT + alcance exactamente 35.5V.

Obtenga el amplificador de voltaje pequeño y conéctelo a la salida del grande. GND al gran OUT-, IN + al gran OUT +. Luego mida el voltaje entre VO + y GND del pequeño usando el multímetro. Gire el tornillo pequeño hasta que ese voltaje alcance alrededor de 12V.

¡Eso es todo! ¡Tienes tus propulsores listos para trabajar!

Paso 9: Electrónica: preparación de Arduino

Primero, conecte el Arduino a la computadora a través del USB y presione el boceto adjunto (LanternCode_8steps_fan_decay.ino).

Luego, suelde los 4 cables que se muestran en la imagen (aproximadamente 6 cm cada uno):

D11 controlará la intensidad de los LED, D10 controlará la intensidad del VENTILADOR y D5 y GND servirán como ENTRADA para el botón pulsador.

Si tiene curiosidad, el código que escribí es bastante simple:

Tiene 8 niveles diferentes de potencia, conmutables cíclicamente de menos a más potencia presionando el interruptor. Si mantiene presionado y presiona durante más de 800ms, y luego suelta, la linterna comenzará a parpadear con la potencia actual.

El ventilador comenzará a funcionar a ~ 1/3 de la potencia máxima, pero a una velocidad proporcional para que sea menos ruidoso a menor potencia. Después de apagarlo o reducir la energía a menos de ~ 1/3 (los primeros 3 pasos de energía), el ventilador puede continuar funcionando por un tiempo para mantener el disipador de calor frío y listo para el próximo uso de alta energía (estamos usando bastante pequeño disipador de calor para la potencia, por lo que puede calentarse bastante)

Paso 10: Electrónica - Tablero de distribución de energía de soledering

Primero, coloque todos los componentes como en la primera imagen. Tendrás que doblar las piernas del MOSFET. Es importante que el grueso cuerpo negro del MOSFET mire hacia arriba y que todo sea pequeño.

Ahora, corte el PCB adicional con un cuchillo, lo más ajustado posible. Márcalo con el cuchillo y dóblalo suavemente hasta que rompa la marca.

Verifique que todo esté en su lugar nuevamente y prepárese para soldar la placa como en la tercera imagen. El diagrama de circuito real está en la cuarta imagen, en caso de que no sea lo suficientemente claro.

Es importante soldar las resistencias mostradas entre las patas izquierda y derecha de los MOSFET. He usado dos resistencias de 20Kohm, pero podrías usar cualquier valor cercano.

SUGERENCIA: si colocas la tabla en un cierto ángulo, es más fácil hacer que el estaño siga ese ángulo (usa la gravedad a tu favor)

Paso 11: Montaje: construcción del foco

Primero, imprima el Collimator.stl y el interior con cinta reflectante. En realidad, no hay una buena forma de hacer esto. Simplemente corte la cinta en trozos pequeños para cubrirlo todo.

Luego, imprima el LedsHolder.stl y coloque los LED en la parte superior, firmemente. Suelde los cables como en el diagrama para conectarlos todos en serie y deje 2 cables de 30cm soldados en uno de los LED. Cubra los terminales con cinta para evitar un cortocircuito en el disipador de calor.

Imprima y adjunte el HeatsinkHolder_2.stl al Heatsink. Debe encajar bien.

Aplique pasta térmica a los LED y empújelos hacia el disipador de calor, pasando los cables por el orificio del HeatsinkHolder_2.

Conecte los otros dos HeatsinkHolder_1 al disipador de calor y atornille todas las piezas con 4 tornillos M3.

Imprima MainBody.stl y fije el ventilador a la parte inferior con tornillos M3, como se muestra en la imagen 7.

Tire de los cables FAN + LED a través del orificio más grande de MainBody e inserte el foco dentro del cuerpo, como en la última imagen.

Paso 12: Ensamblaje: construcción del controlador

Imprima el archivo Handler.stl y prepare el tornillo 1xM3 y los tornillos 2xM5.

Luego, inserte el botón pulsador en su orificio.

Eso es todo por este paso. Simplemente, ¿sí?

Paso 13: Electrónica - Acabado

Suelde otro cable grueso de 5 cm a la SALIDA del amplificador de voltaje grande, como en la primera imagen.

Luego, conecte este cable al terminal de tornillo más a la derecha de la placa de administración de energía como en la segunda imagen.

Conecte el cable negro del LED al terminal de tornillo del medio y el positivo a la SALIDA + del amplificador de voltaje grande, como en la imagen 3.

Suelde Arduino VIN al cable izquierdo grande conectado a Vout del amplificador de voltaje pequeño, y Arduino GND al cable negro restante soldado al XT-60, como en la imagen 4.

Conecte el cable rojo FAN al VIN de Arduino (= pequeño amplificador de voltaje Vout, ambos cables juntos al VIN), y el cable negro FAN al terminal de tornillo más a la izquierda de la placa de administración de energía, como en la imagen 5 (mi cable rojo del ventilador es en realidad negro, lo siento ^. ^)

Conecte Arduino D10 al terminal de resorte más a la izquierda y D11 al terminal de resorte más a la derecha como en la imagen 6.

Y finalmente…

Inserte el portabaterías dentro del manipulador asegurándose de que ningún cable quede atrapado y de que todos los componentes electrónicos estén bien colocados en el interior. No hay demasiado espacio, pero debería ser más que suficiente si todo está organizado correctamente. Debe colocar cinta adhesiva en todas las soldaduras o cables expuestos para evitar cortocircuitos.

Suelde los dos cables libres izquierdos del Arduino al botón Handler. No importa qué cable a qué terminal del botón. Funcionará de todos modos.

¡Y eso es! ¡Asegúrese de que los cables estén bien colocados dentro del espacio restante para que nadie toque el ventilador!

Paso 14: Ensamblaje - Fijación final

Debería tener todos los componentes electrónicos instalados dentro del Handler como en la primera imagen.

Utilice el orificio sobre el botón pulsador para enrollar el paso de los cables sin tocar el ventilador.

Coloque los 3 tornillos que sujetan todo junto (2x M5, 1x M3) como en la segunda imagen.

Inserte el soporte de la lente superior y coloque en él la lente Fresnel (la mía aún no ha llegado. Se actualizará con una imagen cuando llegue).

Pon los 8 tornillos M4, 4 arriba, 4 abajo y…

¡El proyecto está terminado! ¡Felicitaciones

Paso 15: ¡Disfruta de tu nueva linterna superpoderosa

Fue un viaje realmente largo hasta este prototipo de linterna, buscando componentes y modelando todas las impresiones 3D, ajustando tolerancias, etc.

Entonces, si te gustó este proyecto, ¡no dudes en comentar tus sugerencias y comentarios

¡Nos vemos! =)