Неожиданный пост - про изготовление печатных плат дома

#инструменты@why_genos_screams #материалы@why_genos_screams #электроника@why_genos_screams

Печатная плата - это та самая зелёная или чёрная (цвет может отличаться) плоская штука, на которую припаиваются электронные компоненты.
Материнская плата компьютера или телефона, видеокарта - почти любое сложное электронное устройство делается на базе печатной платы.

Устроена она просто: лист диэлектрика (не проводящего ток материала, чаще всего стеклотекстолит FR4) с одной или двух сторон покрыт тонким слоем меди, из которого с помощью промежутков сделаны дорожки - проводники между элементами.

В сложных случаях несколько таких плат собирают в "пирог" - получается плата с несколькими слоями (видеокарта содержит до 12 медных слоёв).

Снаружи наносится паяльная маска - прочный цветной лак, который придаёт плате итоговый вид. Дальше распаивают компоненты и получается готовое изделие.

Мне уже давно хотелось спроектировать что-нибудь самому и сделать несложную плату в домашних условиях :)

Проектирование опустим - это уже задание со звёздочкой (использовал KiCad для подготовки схемы и разводки).
Сегодня поговорим именно про изготовление платы.

Основу покупаем готовую - лист фольгированного стеклотекстолита FR4, стоимость около 100-200 рублей для небольших плат.
Теперь нужно убрать лишнюю медь между дорожек (вытравить), чтобы остались только дорожки между компонентами.

Есть известная ЛУТ (лазерно-утюжная технология), но она неудобная (нужен лазерный принтер, много возни с подбором параметров печати и т.д.). Альтернатива - использование фоторезиста и масок, примерно так и делают платы на заводе.

Идея в том, что наносится УФ гель в виде тонкой плёнки, после чего ультрафиолетом засвечиваются места расположения дорожек - а ведь у нас есть фотополимерный принтер, который как раз и умеет светить по шаблону!

Наклеиваем фоторезист на обезжиренную сторону с медью и выводим на экран принтера шаблон в зеркальном виде. Через две минуты засветка готова!

Дальше будем использовать химию - вытяжка, очки и перчатки обязательны! Посуду используем одноразовую пластиковую.

Чтобы удалить не засвеченную часть и закрепить засвеченную (проявить) снимаем защитную плёнку и купаем плату в 1% растворе кальцинированной соды. Лишний материал растворился, прикрытыми остались только засвеченные дорожки.

Протравливаем лишнюю медь: на 150 мл 3% перекиси водорода добавляем 45 г (10 чайных ложек) лимонной кислоты и 5-7 г (чайную ложку или полторы) поваренной соли. Слегка подогреваем до 40-50 градусов и купаем плату. Медь исчезает на глазах, как только везде показался текстолит и не видно меди - быстро промываем водой.

Далее убираем фоторезист с дорожек - снова купаем плату, но уже в 3.5% растворе каустической соды.

Дорожки есть, для получения красивой готовой платы стоит нанести паяльную маску.
Есть жидкие варианты и плёночные - взял дешёвую жидкую однокомпонентную маску, но она очень капризная - вязкая, сложно нанести аккуратным тонким слоем.

Засвечиваем на принтере, оставляя пустыми места для припаивания выводов компонентов. Через две минуты протираем плату спиртом чтобы убрать не засвеченную маску с выводов и дозасвечиваем маникюрной УФ лампой несколько минут.

Выпиливаем нужную форму, сверлим переходные отверстия для 2-слойной платы, наносим шелкографию (белые надписи, опционально).

Плата готова! Остаётся покрыть выводы припоем и припаять детали :)

Пару слов о плате - это электронный игральный кубик с 6 светодиодами - при нажатии на кнопку светодиоды поочерёдно загораются, постепенно замедляясь и через пару секунд остаётся гореть один случайный.

Изначально купил текстолит с нанесённым фоторезистом, но возникло две проблемы - я попытался сделать очень тонкие дорожки (0.25мм) и фоторезист был плохо нанесён - с "продавами" (очень тонкий слой в нескольких местах).
В итоге после первой засветки пара дорожек отвалилась при проявке + была пара проплешин. Поэтому удалил фоторезист и нанёс уже сам новый, плюс переразвёл плату с дорожками 0.5мм.
Во второй раз плата получилась и я смог всё распаять :)

Почти без текста, просто таймлапс моделирования денни :)

#3d_моделирование@why_genos_screams

Всё же скажу пару слов - это модель для печати на фотополимернике с целью сделать силиконовую матрицу для отливки таких монеток (не на продажу).

Самое сложное - понять, выступают ли элементы гурта. По расцветке - это "вогнутые" элементы.
На прошедшем PAX West официальные монетки на стенде по ZZZ (выдавали за квест) были с выступами, а не канавками, но я руководствовался игровой 3D моделью (второе изображение).

Процесс моделирования ускорен в ~20 раз :)
На всё ушло около 100 минут, при этом пару раз откатывался, так как не нравился результат.

В каких форматах бывают 3D модели и как их посмотреть?

#3d_моделирование@why_genos_screams

Многие форматы открывает встроенный в Windows 10 и 11 просмотровщик.
Для Android - бесплатное приложение Emb3D.
Онлайн - https://sandbox.babylonjs.com/

Что-то сложнее открывается в редакторах и конвертерах.
Для конвертации рекомендую https://convert3d.org/ - не выгружает модель в интернет, конвертирует всё в браузере.
Как редактор и просмотровщик советую Bforartists, File > Import > имя формата и File > Export > имя формата.
Для специфичных форматов - Noesis, поддерживает плагины для игровых движков, но это продвинутые техники ;)

Итого: чаще всего хватит https://convert3d.org/ и приложения для просмотра.

О популярных форматах:

1. Stereolithography (.stl)

Зачастую, 3D модели под печать.
Не поддерживает текстуры и часто без цвета - только статичная геометрия.

2. Wavefront OBJ (.obj + опциональный .mtl)

.obj содержит только статичную геометрию, но поддерживает текстурные координаты.
Чтобы применить текстуры, рядом должен лежать .mtl файл (библиотека материалов) и требуемые текстуры с правильными именами (как в библиотеке).

3. GL Transmission Format (.gltf или .glb)

ИМХО, самый удобный и современный формат. Поддерживает и геометрию, и текстуры (в том числе, карты нормалей и т.д.), и анимации, и освещение.

Если расширение файла .glb, то это "всё в одном" - просто откройте и пользуйтесь :)
Если же .gltf, то компоненты модели и текстуры будут в отдельных файлах.

Предпочитаю экспортировать модели с текстурами именно в .glb - ничего не потеряется, можно открыть в любом современном просмотровщике.

Первая троица - открытые форматы файлов, поддерживается практически любым софтом - как минимум, для импорта или экспорта.

Более редкие, но всё ещё популярные:

4. Filmbox (.fbx)

По возможностям схож с glTF, но закрытый (см. Autodesk). Поддерживается многим ПО.

5. COLLADA (.dae)

Предшественник glTF. Может содержать текстуры внутри или отдельными файлами.

6. Additive Manufacturing File и 3D Manufacturing Format (.amf и .3mf)

Разные, но похожие - созданы для 3D печати. Могут хранить цвета, текстуры и много других специфичных данных.
В отличие от предыдущих форматов, эти два откроются либо конвертером, либо слайсером.

7. Stanford Triangle Format (.ply)

Что-то среднее между OBJ и STL, используется для "сырых" данных (научное ПО, результаты сканирования и т.д.).
Может хранить информацию о цвете для каждой вершины, не поддерживает текстуры.

Совсем редкие/специфичные - .3ds, .md5, .x, .skp, .step и другие. Проще сначала скормить в конвертер; если не поможет, по расширению искать плагин или ПО.

Как быстро посмотреть, какие элементы модели мы получили?

В первом видео - встроенный просмотровщик 3D моделей в Windows. Модель Вивиан в формате .glb.

Справа сверху включаем отладочные виды.
При открытии отключились материалы, модель посерела - это реальная геометрия; если напечатать, то детализация будет такой или хуже.

Попереключаем режимы:

- Треугольники - как модель видит компьютер при отрисовке.
- Вершины - из чего составляются треугольники.
- UV координаты - как накладывается текстура; без них - никак :)
- Цвета вершин - цвет модели без текстур.
- ИД материалов - соответствие материалов/текстур частям.
- Альбедо - текстура основного цвета, без освещения.
- Карты нормалей - углы микрорельефа относительно треугольников, влияет на освещение.

У модели есть UV координаты - можно наложить текстуры. Всего три разных материала.
У лица нет карты нормалей.

Посмотрим на пуговицы - на карте нормалей видны особенности формы: одинаковый цвет значит одинаковый наклон, а здесь есть рисунок.
У треугольников нет этого микрорельефа - если напечатать, мелкие элементы будут отсутствовать.

Всегда смотрю карту нормалей как референс - швы одежды и гравировка зачастую видны только там.

Второе видео - модель в Emb3D, но тут нет отладки.
Альтернатива (только для glTF) - открыть в https://github.khronos.org/glTF-Sample-Viewer-Release/ (см. скриншот), выбрать Normal Texture или Shading Normal.

Пора доделать ядро - добавить в него подсветку

#Генос@why_genos_screams #электроника@why_genos_screams

Напомню, что у нас здесь должно быть 12 светодиодов бело-голубого оттенка.
На всех приходит 12 вольт, но одиночный светодиод должен получить 3 вольта, если больше - перегреется или сгорит.
На самом деле, повербанк слегка завышает напряжение, поэтому я делал расчёты для 12.2 - пусть лучше светодиоды будут чуть тусклее, чем сгорят в руках.

Калькулятор предлагает схему с разбивкой на три группы по четыре светодиода. Давайте проверим, насколько верно она посчитана.

Группы соединены параллельно, то есть, на каждую приходит по 12.2 вольт.

Рассмотрим одиночную группу: в ней сила тока будет одинаковой для всех элементов, а мы знаем, что одиночный светодиод ожидает 0.134 ампера.
Напряжение же делится между элементами. Мы хотим получить на каждом светодиоде ровно 3 вольта, то есть резистор должен "съесть" (рассеять в виде тепла) 12.2 - 3 * 4 = 0.2 вольта.

Воспользуемся законом Ома: I = U / R => R = U / I. То есть, необходимое сопротивление = 0.2 / 0.134 = 1.492 Ом.

Таких дробных резисторов нет, ближайший - 1.5 Ом. Чем больше сопротивление резистора, тем больше он будет "отъедать" напряжение у светодиодов, то есть, ставить большее сопротивление безопасно (просто светодиоды будут светить слабее).

Ещё у резисторов есть максимальная рассеиваемая мощность, у дешёвых и распространённых она 0.25 ватт.
Проверим, сколько мы будем рассеивать: W = I * U = I * I * R = 0.134 * 0.134 * 1.5 = 0.027 ватт. Запас есть в несколько раз :)

Схема верна, осталось придумать, куда спрятать резисторы и всё спаять :)

Резисторы спрятались в основании, так как там их проще спаять - не потребуется плотно упаковывать со светодиодами.
Сразу напомню, что мы не нагреваем магниты - это их безвозвратно испортит. Поэтому к магнитам провода просто плотно прижаты.

Итак, начнём: к каждому светодиоду припаиваем два отрезка провода, указывая цветом полярность.
Сначала подготовим провода - нарежем их, зачистим кончики и "залудим" их (нанесём флюс и добавим олово пальником).

Теперь фиксируем светодиод в "третьей руке", добавляем каплю флюса, прижимаем кончик провода и недолгим нажатием жала паяльника (на котором уже есть капля припоя) спаиваем.

Теперь у нас есть светодиоды с проводками, начинаем вставлять их в корпус и прикидывать, как их соединять в сборки.

У нас две половинки "шарика плазмы", в одну из которых приходит пять проволочек, одна из которых общий "плюс", три - минусы каждой из групп и одна запасная (ни к чему не подключена).
В каждой половинке шесть светодиодов, поэтому получаем в каждой по одной группе и половинке второй.
То есть, из готовой половинки торчит четыре проводка - нужно помнить, какие два для половинки группы и соединить один из них со второй половинкой.

Аккуратно спаиваем провода, укорачивая их при возможности. На фото для сравнения половинка до спайки групп и после.
Далее заводим проволочки и припаиваем к ним нужные провода.

Подключаем схему к лабораторному блоку питания, убеждаемся, что всё работает.
Теперь можно склеить половинки и всё покрасить, после чего вкрутить в корпус ядра.

Готово! Дополнительно проверяем магнитное подключение и на этом сборка ядра завершена.
Процесс шёл параллельно покраске, после базового металлика, но до имитации потёртостей.

Итак, давайте соберём ядро!

#Генос@why_genos_screams

Остановились на том, что начали печатать детали. Сразу после минимальной обработки примеряем детали друг к другу - мне пришлось перепечатать вставку (которая вкручивается в каркас снизу), так как она не вкручивалась и в паре мест при попытке продеть проволоку начала ломаться.

Ещё на этапе проектирования, я определился с точным диаметром ядра (12см), так как окошки решил делать из существующего материала, а не пытаться их печатать.
Для этого идеально подошёл шар из двух половинок - изначально это набор для изготовления ёлочных игрушек :) Толщину стенок я учёл при моделировании, так что дальше окошки будут почти идеально сидеть в пазах под них.

Берём напечатанный шаблон, обводим кончиком ножа и зверски кромсаем пластик горячим паяльником :) Для таких работ (сварка пластика, имитация сколов на 3D печатных деталях и т.д.) я держу самый дешёвый паяльник, который не жалко - по назначению он не используется, так как нет нормального контроля температуры.

Дальше доводим детали до круглой формы с помощью гравера, но оставляя небольшой припуск (около 0.5мм).

И в самом конце берём каркас и начинаем доводить его и окошки, чтобы они вставлялись на свои места - здесь уже ручной процесс, чтобы не снять лишнее.

Теперь окошки откладываем, вернёмся к ним после покраски.

Время вклеить мелкие детали - снаружи это головки винтов, внутри - что-то для управления плазмой. Используется обычный цианоакрилатный клей, для ускорения застывания используется пшыкалка с водой. Не забываем о защите рук и органов дыхания! Пары клея могут раздражать слизистые, поэтому проветриваем - сидеть в противогазе идея не очень :)

Дальше нужно покрасить каркас в металл снаружи и сделать имитацию свечения изнутри. Перед этим я стандартно прошпатлевал и ошкурил детали, ничего нового (самодельная фотополимерная шпатлёвка + шкурка).

Сначала красим в чёрный, сверху наносим серебристую краску на отлип. Это был последний раз, когда я рисковал с баллончиками, после чего отказался - запах + нужно красить в тепле.

Изнутри покрасил кистью голубой флуоресцентной краской - если посветить ультрафиолетом, ядро будет выглядеть очень ярким даже без светодиодов внутри.

В процессе делалась электроника, но про неё - отдельно ;) Разве что упомяну, что проволочки и шар плазмы покрасил в тот же цвет.

Даём высохнуть и имитируем потёртость/грязь (weathering) - чёрную акриловую краску разбавляем и размазываем по всему каркасу снаружи, после чего стираем с выступающих элементов. Я всё ещё не могу подобрать правильную последовательность действий и концентрацию краски, но после нескольких минут страданий что-то обычно получается :)

В дело вступает плоттер - вырезаем предварительно начерченные дуги для окошек и надписи для каркаса. Пять минут резки самоклейки - и остаётся только аккуратно нанести.

Правда через пару дней я заметил, что буквы стали осыпаться - клей на плёнке оказался слабоват, а поверхность после покраски - не очень ровной. Поэтому все буквы были сняты, на плоттере вырезаны трафареты из малярного скотча, после чего чёрной акриловой краской надписи были сделаны уже в итоговом варианте.

С покраской закончили, осталось вклеить окошки на свои места!
Тут можно было бы использовать почти любой клей, но с риском растворить краску. Поэтому я использовал тюбик клея B-7000 - у него удобный носик, долгое время схватывания и он точно не портит краску.
Единственное, что в отличие от цианоакрилата и "Момент кристалл", склеенное им изделие придётся несколько часов выдержать в правильном положении.
Поэтому обматываем ядро резинками и оставляем на сутки :)

Для удобства переноски и выступления мы сделали специальный шоппер с держателем ядра - оно держится в нём без проскальзывания (чтобы не перепутать полюса магнитов), но легко достаётся. Сбоку сделано углубление, так что когда Генос подносит ладонь, оно само ложится в руку.

Тут всё просто - в самодельный шоппер вшил пластиковый каркас и оклеил его изнутри той же тканью. Но без него успеть достать ядро на сцене было бы нереально.

В этот раз поговорим про плоттер и для чего я его использую в косплее

#инструменты@why_genos_screams #материалы@why_genos_screams

Уточню, что речь о режущих и универсальных в нижней и средней ценовой категориях.
Изначально плоттер - это "графопостроитель", то есть о черчении графиков, а не нарезке, но сейчас режущий плоттер зачастую называют просто плоттером.

Это ЧПУ станок с двумя осями. Ось X обычно параллельна материалу (вдоль короткой стороны), по ней движется каретка с инструментом.
Ось Y - вдоль материала (по длинной стороне), движется сам материал.

Это очень напоминает струйный принтер, но вместо печатающей головки - каретка с инструментом.

Есть планшетные модели (материал не двигается, каретка перемещается по двум осям), но они ближе к граверам и лазерным резакам.

В качестве инструмента обычно используется специальный нож с регулируемым вылетом или разметочный карандаш/маркер/ручка.
Есть и более необычные варианты, вроде эмбоссера для горячего тиснения по фольге или электрогравера.
Ножи бывают разные, но чаще используются флюгерные - нож свободно вращается в плоскости, разворачиваясь за линией реза.

Инструмент в каретке не просто перемещается по плоскости, но и должен подниматься и опускаться.
При этом в зависимости от материала настраивается вылет ножа (насколько глубоко прорезать) и давление (при излишнем материал застрянет или промнётся под корпусом ножа, при слабом - нож не прорежет на нужную глубину).

Так как по оси Y движется сам материал, то в процессе раскройки (резки) он должен оставаться цельным, иначе часть останется на месте. Поэтому используется специальный коврик (мат для резки) с клейким слоем, на который временно приклеивается раскраиваемый материал.
Для разметки (черчения) такого ограничения нет, если материал достаточно жёсткий.

Что же режут плоттером?
Ответ: практически любые листовые материалы, если позволяет их жёсткость и толщина. В некоторых случаях прорезается в несколько заходов.

Популярные материалы для резки - самоклеящиеся плёнки (винил), термотрансферные (HTV, однотонная плёнка, приклеивается к ткани утюгом/термопрессом), бумага, картон. Также используется самоклейка для стикеров - отпечатанный лист раскраивается по отметкам.
Сложнее работать с тканями, кожзамом, гибкой магнитной подложкой.

В некоторых салонах по ремонту телефонов есть мини-плоттеры, которыми режут плёнку для конкретных моделей телефонов по запросу.

Большинство плоттеров может работать с рулонными материалами, тогда можно вырезать очень длинную деталь :)

Что касается черчения - то продаётся бумага в рулонах, например, я так делаю выкройки. В качестве инструмента - обычная гелевая ручка.
В некоторых швейных магазинах есть услуга по печати широкоформатных выкроек или их нарезке - чаще всего, это как раз на плоттере ;)

Теперь дайте похвастаться моим :)

ИМХО, самая доступная линейка плоттеров - Silhouette Cameo. Последняя модель - пятая, но для большинства сценариев (кроме резки стикеров) вполне подойдёт и более старая.

Я купил свой Cameo 3 год назад с рук, после чего полностью перебрал его, почистил и смазал. Новый стоил бы раза в 2 больше, причём обычно у подержанных плоттеров проблема только с заменой смазки, коврика и ножа.

На плоттере я нарезаю самоклейку, термотрансферную плёнку, трафареты из малярного скотча и черчу выкройки на рулоне обычной бумаги.
Термотрансферную плёнку вы уже могли увидеть у Эоса, с ней вообще никаких проблем - как и самоклейку, её в теории можно нарезать даже без коврика, так как есть подложка (даже толще, чем у простой самоклейки). Но я не рискую и использую достаточно жёсткий коврик российского производства (это просто лист PET с разметкой и клеевым слоем).

Для выкроек использую самодельное крепление для ручки; главное, не дать рулону перекоситься при черчении.

Сразу замечу, что софт у Silhouette есть в бесплатной и Pro версии. И бесплатная очень грустная в плане импорта из Illustrator :(

Спасибо всем, кто высказал своё мнение про посты - вас оказалось даже больше половины :)

Как и ожидалось, не всем всё понятно - всё же я привык общаться с технарями, у которых много знаний по этой тематике, из-за чего многое пропускаю, так как "очевидно" (нет).
Примерно такое же ощущение у меня когда я читаю что-то гуманитарное или медицинское (и не только).

Поэтому напомню, что вы всегда можете спросить непонятные моменты в комментариях - я постараюсь развёрнуто ответить.

Если же вас интересует что-то конкретное (в частности, всякое по инженерке в косплее), что я ещё не разбирал - можете предлагать темы, тогда они будут в приоритете. Если это не просто абстрактное направление, а конкретная задача - ещё интереснее, эксперименты - наше всё :)

На многих каналах по косплею видел ботов для анонимных сообщений, но считаю это неким излишеством (вы как минимум не анонимны для самого бота и его разработчиков, хе-хе), поэтому свободно высказывайтесь в комментариях или чате ;)
Я открыт к конструктивной критике и обсуждению интересных штук. Мы все разумные люди и понимаем, какие темы под запретом (но точно не крафт :)

Ещё одна деталь образа Геноса - его ядро.

#разбор@why_genos_screams #Генос@why_genos_screams #3d_моделирование@why_genos_screams

Вообще, это достаточно сложная деталь, с которой я решил максимально заморочиться. Те же руки гораздо проще и менее детализованы.

Для начала, на артах и в аниме ядро слегка отличается. Больше всего оно похоже на тонкую металлическую сферу с прозрачными круглыми окошками, на внешней стороне между ними головки болтов, внутри - некие стабилизаторы сгустка плазмы в центре. С нижней стороны вместо окошка подведены провода; по контуру окошек надпись CORE.

Про различия - а сколько окошек? В основе явно правильный многогранник, по первому арту - додекаэдр, но кое-где больше похоже на куб. Додекаэдр выглядит красивее и только с ним мы должны получить пять "углов" вокруг окошка, так что берём его ;)

Здесь возникает первая сложность - правильный додекаэдр уже не так просто смоделировать, так как нужно 12 копий элементов. Вручную высчитывать параметры долго и неудобно, поэтому я обратился к инструменту для параметрического моделирования через код.

Знакомьтесь, CadQuery - просто пишем код на Python 3 и получаем 3D модели :) Лучше использовать в варианте с графическим интерфейсом, чтобы сразу видеть результат: https://github.com/CadQuery/CQ-editor

Нам необходимо сделать два объекта - шарик плазмы (в который вставим светодиоды) и внешний каркас. Окошки моделировать не нужно, это круглые элементы, вырезанные из сферы.

Начнём с шарика - это сфера, у которой удалена внутренняя часть и добавлены цилиндрические вырезы под основание светодиода и прямоугольные под ножки. В принципе, это всё - создаём сферу, вычитаем из неё другую, для каждой из 12 вершин правильного икосаэдра (двойственная фигура к додекаэдру, то есть, на месте граней - вершины) создаём вектор к центру и вдоль него делаем вырез под светодиод.

Да, всё очень просто ;) (я мучился над этим дня три)

Каркас делается аналогично, только вместо вытягивания используем повёрнутый вокруг вектора вырез.
Итого: из внешней сферы вычитаем внутреннюю, в 15 из 20 вершин додекаэдра вырезаем окошки, в 11 из 12 вершин икосаэдра вырезаем углубление под болт как цилиндр и конус.

На этом этапе у меня вылезла проблема, так как CadQuery некорректно вычитал геометрию, поэтому я сделал всё наоборот: объединил всё, что нужно удалить из сферы и выполнил вычитание уже в SolidWorks.

Дальше экспортируем в формат STEP ("векторная" геометрия) и дорабатываем уже в SolidWorks.

Окошки всё же делаем моделью, чтобы собрать красивый рендер и сделать шаблон для обточки граней. Светодиоды тоже моделируем, для рендеров и точного понимания, как их располагать.

Дальше моделируем головки болтов и стабилизаторы плазмы. Остаётся только деталь с проводами - её разбиваем на две, чтобы спрятать внутри магниты и провода.

Кстати, а как подвесить "шарик плазмы" и передать питание? Решил установить его на пять жёстких проволочек снизу; в итоге, основание с шариком плазмы вкручивается в готовый каркас - это позволило сначала всё покрасить и вклеить окошки, а уже потом вкрутить готовую деталь с электроникой.

На скриншоте с ядром в разрезе как раз виден внутренний канал для проволоки, который ведёт к отсеку с магнитом.

Отправляем на печать и готовимся к сборке и покраске!

На самом деле, ещё моделлим репульсоры на ладони - ведь через них по магнитам должно передаваться питание на ядро.

И, слегка забегая вперёд, нам ещё нужно держать ядро в сетке, чтобы было удобно достать на сцене - делаем жёсткий чехол, который оклеим тканью - он на последнем скриншоте.

Небольшое дополнение к предыдущему посту про подсветку - разберу чуть подробнее пару моментов.

#электроника@why_genos_screams #инструменты@why_genos_screams #Генос@why_genos_screams

1. Про пайку.

В теории, нужен только паяльник, флюс (канифоль или любой нейтральный), припой.
Подробнее про пайку лучше посмотреть в видеоуроках, например, от Alex Gyver: https://www.youtube.com/watch?v=9aw5TLot96k
У него же есть куча статей про Arduino и не только - отличное место для старта его сайт https://alexgyver.ru/

Я использую самый простой жидкий канифольный флюс (ЛТИ-120) и свинцовый припой (ПОС-61) - для простых соединений этого достаточно. Паяльник, правда, уже не самый простой - паяльная станция Element 702. Если честно, она не лучший выбор, для мелочи лучше взять условный Pine64 Pinecil (можно даже реплику; работает от USB, меньше, легче, удобнее). Для профессионального использования лучше уже станции Lukey, но они заметно дороже.

Гораздо важнее "третья рука" - набор зажимов на гибких основаниях, чтобы удобно зафиксировать детали. У меня набор с лупой и подсветкой, для мелочи это необходимо.

2. Про светодиоды.

В проекте использовались три типа светодиодов, при этом у двух напряжение было около 3 вольт, а вот у третьего - уже 9-12 вольт. Дело в том, что мощные светодиоды внутри могут быть сборкой из нескольких - тут это вроде 9 кристаллов :)

Внимательно читаем параметры при покупке и смотрим на номинальное напряжение и мощность. В идеале - проверяем перед подключением на лабораторном блоке питания.

3. Кстати, о нём - лабораторный блок питания.

Это прибор, который позволяет регулировать подаваемое напряжение и опционально ограничивать ток.

Использую Wanptek TPS3010 - китайский лабораторник с регулировкой напряжения 0-30 вольт и максимальным током в 10 ампер. Для домашнего использования - точно хватит :)

Ранее не упоминал, но все схемы с подсветкой (да и электроника вообще) питаются постоянным током. Это отличается от "розеточного" переменного. Могу посоветовать школьный учебник физики, если хотите разобраться.
Во всех предыдущих и будущих статьях я по-умолчанию говорю о постоянном токе. Переменный обычно используется как транспорт или в отдельных компонентах; в портативных устройствах не встречается.

4. Про микроконтроллеры.

Тема слишком объёмная, если у вас есть навыки программирования, то наверняка базовые знания про МК уже есть. Иначе - придётся искать готовые библиотеки или копипастить код из уроков/нейросетей.

Для большинства простых задач (несложные сценарии подсветки, датчики, действия по кнопке) хватит дешёвых Arduino-совместимых контроллеров с aliexpress - они стоят примерно 200-300 рублей за штуку. Рекомендую начинать с esp32, так как там широкий набор интерфейсов (Wi-Fi, Bluetooth) и языков (C++, Python и т.д.); советую убедиться, что выбираете полноценный контроллер (есть esp8266 и esp32-S с урезанными функциями) - пусть лучше будет что-то чуть дороже и мощнее, оптимизация для новичков сложна :)
Если вы продвинутый прогер, то привет STM и GD32 чипы, можно удариться в микрооптимизации ;)

Опять же порекомендую сайт https://alexgyver.ru/ - там есть и базовые вещи, и более сложные (например, про ту же гамма-кривую яркости).

5. Общее.

Не стесняйтесь задавать вопросы! У каждого свой уровень подготовки, поэтому объяснить идеально, чтобы каждый понял, одним постом не выйдет. Кому-то будет "и так всё понятно", а часть просто воспримет происходящее как инженерную магию :)

Я, как и многие, скрываю большой пласт информации - например, те же знания по электронике приобретались более 20 лет (начал ещё до школы). Итоговая схема подсветки проектировалась несколько недель и переделывалась в процессе; параметры светодиодов подбирались вручную и т.д.

Если же какая-то тема потребует углублённого объяснения, то я либо разберу её по вашему запросу, либо посоветую хороший источник информации - но часто буду ссылаться на англоязычные.
Мне кажется, что у всех, кто заканчивал школу после 2010 есть хотя бы базовое понимание английского + сейчас куча нейросетей с переводом.

Теперь немного практики - схема подсветки Геноса

#электроника@why_genos_screams #Генос@why_genos_screams

В костюме предусмотрено три типа светодиодов, которые разбиты на пять отдельных зон:
1. Ядро (бледно-голубые светодиоды), суммарная мощность до 5 Вт.
2. Одиночные светодиодные сборки на ладонях, две штуки. Суммарно до 6 Вт.
3. Раздельные светодиоды на деталях руки, две штуки. Суммарно до 3 Вт.

Для каждого типа светодиодов на лабораторном блоке питания на практике подобрал максимальное напряжение, при котором светодиод не слепит и не перегревается (оно ниже номинального). При этом блок питания пишет реальное потребление, числа с мощностью взяты оттуда.

Итого мощность при одновременном включении всех светодиодов - до 14 Вт. Питать от 5 вольт такую сборку уже нормально не получится, будет высоковат ток (USB обычно выдаёт до 2 А при 5 В).
Поэтому остановились на 12 вольтах - популярное напряжение, может выдаваться повербанком.
Повербанк взял уже имеющийся в хозяйстве, он может выдавать 18 Вт в пике (чего нам хватит), ёмкость 74 Вт*ч (то есть, можно было бы ходить 74 / 14 = 5 ч 16 минут с полной яркостью).

Каждая зона должна управляться отдельно, то есть, быть подключена через свой MOSFET к отдельной ножке микроконтроллера, которая будет генерировать ШИМ сигнал.

В качестве микроконтроллера взял ESP32, так как хотели управлять яркостью с телефона.

Поехали собирать!

Для каждой зоны посчитали резисторы. Дальше подключаем зону к своему MOSFET, а уже его - к общему питанию 12 вольт и выводу микроконтроллера. Минус (земля) у всей схемы общий и не показан на картинке.
Добавляем две дополнительные платы - QC/PD trigger (штука, которая указывает повербанку выдавать нужное напряжение из поддерживаемых им) и понижающий с 12 до 5 вольт преобразователь для питания esp32.
Последний в теории не нужен, так как esp32 может питаться от 12 вольт, но у меня возможно была бракованная плата, которая при этом начинала заметно греться, так что я перестраховался.

Один из пинов esp32 дополнительно подключен через выключатель к минусу (земле) схемы, чтобы быстро включить световой сценарий для сцены.

На этом аппаратная часть завершена, осталось вклеить светодиоды на свои места, уложить провода и добавить разъёмы для удобного надевания костюма.
Провода под ядро выведены на обе ладони, при этом само ядро подключается через два магнита, служащие разъёмами.

С программной частью вдаваться в детали не буду - там выставляются параметры ШИМ, прописан светосценарий.

Самое интересное - то, что для плавного линейного переключения яркости светодиодов я записал на телефон реальную светимость каждого типа светодиодов от заполнения ШИМ. Мой друг в ночь перед выступлением написал небольшую функцию, которая по желаемому проценту яркости свечения выдаёт требуемое заполнение ШИМ.

Человеческий глаз воспринимает изменение яркости нелинейно, поэтому на вход той функции передаётся значение с учётом гамма-кривой восприятия.

Итого:
желаемое свечение 0-100% -> гамма-кривая (0-100% с учётом восприятия) -> обратная функция светимости светодиодов по типу -> какое заполнение ШИМ выставить.

Светосценарий - просто линейное изменение яркости для рук и синусообразное - для ядра. Код особого смысла выкладывать нет, так как он завязан на наше выступление.

Для взаимодействия с телефоном использовался bluetooth через библиотеку https://github.com/trevorwslee/Arduino-DumbDisplay

Ну и раз такие дела, то в посте сразу покажу фоточки пайки и собирания всего воедино :)
Светодиоды вклеивались в напечатанные под них крепления, покрашенные в чёрный цвет акрилом.
После пайки эти крепления вклеивались термоклеем изнутри в заранее предусмотренные отверстия.

Провода - в силиконовой оболочке, многожильные, 24 AWG. Соединял их разъёмами JST SM2.54, при этом неправильно соединить невозможно, так как количество пинов на всех соединениях разное.
MOSFET - LR7843, взят с запасом. QC/PD триггер и понижайка - безымянные.
esp32 в варианте ESP-WROOM-32 с type-c разъёмом, подозреваю, что не оригинальная.

Как рассчитать светодиоды?

#электроника@why_genos_screams #материалы@why_genos_screams

Здесь нужно переместиться в программу примерно 9 класса по физике и вспомнить про последовательное и параллельное соединение.

Главное - при последовательном соединении сила тока во всех компонентах одинаковая, а напряжение делится.
При параллельном - напряжение одинаковое, делится сила тока.

Тогда самая простая схема из одного светодиода и подключенного последовательно источника питания и резистора имеет смысл: резистор "забирает" часть напряжения на себя, регулируя, сколько его останется на светодиоде.

Такие последовательные сборки из одного резистора и нескольких светодиодов собираем параллельно и получаем сложную схему.

Считать вручную - занятие неблагодарное, поэтому проще всего использовать онлайн калькулятор, например, https://cxem.net/calc/ledcalc.php
Указываем напряжение источника питания (батарейки или аккумулятора, повербанка), напряжение и силу тока одиночного светодиода и их количество.

В итоге получаем картинку как в посте - останется только подключить по ней детали.

Для светодиодных лент всё несколько проще - они соединяются между собой стык в стык, при необходимости разрезаются по специальным отметкам. Там расчёт чуть проще, нужно знать напряжение ленты и суммарную мощность подключаемых кусочков ленты к блоку питания - он должен быть чуть мощнее, чем требуется.
Фактически, светодиодная лента - готовые последовательные кусочки из нескольких светодиодов и резисторов, которые подключаются параллельно. Таких кусочков может быть достаточно много, максимальная длина соединённых кусочков - около 5 метров (зависит от напряжения).

Теперь пара слов про ШИМ - это управляемый способ снизить напряжение. Идея состоит в том, что много раз в секунду (тысячи раз) мы можем включить или выключить подачу электричества (цифровая ШИМ).
Одиночная доля секунды (шаг импульса) называется скважностью, второй параметр - заполнение - сколько долей мы заполнили.

Например, у нас будет скважность 1/1000 секунды - это частота 1 килогерц. Каждую третью долю мы держим электричество включенным, две из трёх - выключенным. То есть, заполнение 1/3.
В теории это должно давать 1/3 от напряжения.

Обычно ШИМ делается либо через готовое устройство (драйвер светодиодов или диммер), либо через микроконтроллер (arduino, esp32 и т.д.).
Для микроконтроллера расчёт идёт интереснее - у него есть базовая частота ШИМ, например, 80 мегагерц.
Дальше мы определяем, сколько возможных промежуточных значений напряжения мы хотим получить, например, 1000. Округляем в сторону ближайшей степени числа 2 - 1024, или 2 в 10 степени.
10 - число бит (разрешение, resolution) нашего ШИМ сигнала, 1024 - число уровней или долей (duty), уровень сигнала в программе будет в границах от 0 (все доли - без подачи напряжения) до 1023 (все доли подаём напряжение).
Частота ШИМ будет равна базовой разделить на число долей, то есть 8 * 10^7 / 1024 = 78125 герц (чуть выше 78 кГц).

Чем выше частота ШИМ, тем меньше вероятность, что мы сможем заметить мерцание светодиодов при низком заполнении.
Частота ниже 1 кГц теоретически ощутима глазами. От 10 кГц даже быстрые движения светодиодом не должны показывать "стробоскоп". На картинке правильнее подписать не "без ШИМ", а "без видимого ШИМ (высокая частота)".
Выше ставить частоту можно, но особого смысла нет.

Для RGB светодиодов частота ШИМ особенно важна - на зимнем тогучи на выступлении сайберфайтеров можно было заметить, как при резких движениях цвет меча "мигал". Наиболее вероятно, что частота ШИМ была низкой, а у одного из составляющих цветов заполнение было выше остальных, поэтому глаз мог увидеть лезвие в определённом положении со включенным одиночным цветом. Альтернативно - у одного цвета было очень маленькое заполнение и глаз "выхватывал".

Микроконтроллер обычно не может напрямую выдать высокое напряжение и ток - максимум запитать один светодиод.
Поэтому используется дополнительное устройство - силовой ключ или MOSFET. В него приходит высокое напряжение для питания светодиодов и управляющий низковольтный ШИМ сигнал от микроконтроллера.

Разговор про светящиеся части начнём с теории

#электроника@why_genos_screams #материалы@why_genos_screams

В первую очередь, что вообще светится?

1. Химические источники света - те самые одноразовые браслеты из фикспрайса, которые нужно "поломать", чтобы они стали издавать свет в течение нескольких минут. Этот вариант пропустим :)
2. Люминесценция и флуоресценция - первое это "набирает свет и потом какое-то время отдаёт", вторые - "само не светится, но в слабой подсветке ультрафиолетом выглядит очень ярким". Чаще всего - краска или порошок, флуоресцентные акриловые краски отлично подойдут выделить части декора.
3. Термическое свечение - огонь и иже с ним. Пропускаем из-за опасности и запрета для сцены.
4. А вот теперь наши любимые электронные детали :)
- лампы накаливания - слабый свет, громоздкие, энергозатратные и горячие (не бро)
- галогенные лампы - больше для стационарного использования, горячие
- неоновые (газоразрядные) лампы - не гнутся, стеклянная трубка, опять же лучше для стационарного использования
- электролюминесцентный провод (EL wire) - свечение похоже на неон, гибкий провод, равномерно светится по всей длине. Это уже можно использовать, но требует блок питания с высоким напряжением, а светимость слабая. Подойдут для костюмов для камерной съёмки.
- Светодиоды (LED)! Максимально наш бро, выпускаются как в отдельных корпусах (прозрачные пластиковые линзы с длинными выводами и SMD варианты для распайки на плате), так и в виде готовых лент (LED strip) и стержней/проводов (COB LED strip). Бывают нескольких цветов, но не полный спектр (яркость тоже зависит от цвета), есть RGB/RGBA варианты - когда в один корпус или просто рядом ставится три светодиода и меняя яркость каждого получаем нужный цвет.
- Дисплеи - либо это подсветка светодиодами сзади (IPS, LCD экраны), либо светятся отдельные пиксели (OLED). Для большинства косплеев сложно и дорого.

Как можно понять, ориентируемся мы на светодиоды :)
Я немного экспериментировал с EL wire, но доступные по цене варианты слишком слабо светятся.

Итак, что нам нужно знать про светодиоды?
1. У них есть полярность ("плюс" и "минус"). Если перепутать полярность, при правильном напряжении светодиод просто не будет светиться.
2. Есть номинальный ток и напряжение - так как ток ограничивать сложно, обычно это значит, что мы рассчитываем их по напряжению (в вольтах, В или V). При превышении светодиод ярко посветит, сильно нагреется и сгорит - перестанет светиться или светимость сильно упадёт и в какой-то момент полностью исчезнет.
3. Из тока и напряжения считаем максимальную мощность в ваттах (Вт или W), это поможет понять, сколько времени проработает светодиод от условного повербанка.
4. Для номинальной мощности обычно указывается светимость в люксах или люменах. Это уже продвинутые техники :)

Итого, мы должны понять, какое напряжение использовать и какая максимальная мощность будет на светодиоде. Дальше будем придумывать, как их подключить.

Мощные светодиоды (примерно от 1 Вт), кстати, требуют радиатор для охлаждения. Это может быть маленькая алюминиевая подложка для 1-3 Ватт или полноценный кулер с вентилятором (на больших мощностях).

Но мы совсем забыли ещё про один момент - как нам менять яркость?
Ответ: регулировать напряжение.

Допустим, у светодиода номинальный ток 135 мА (0.135 А), напряжение 3 В (то есть мощность 0.4 Вт).
Если мы подадим их, то яркость будет максимальной. Если же начнём понижать напряжение, то реальная мощность и светимость будет нелинейно падать, например:
2.9 В дадут 0.086 А (0.25 Вт)
2.8 В дадут 0.047 А (0.13 Вт)
При понижении ещё дальше, светодиод перестанет светиться. То есть, мы хотим регулировать напряжение питания в диапазоне примерно 2.7-3 вольт.

Простой вариант регулировки напряжения - использование резисторов (сопротивлений). Если нужно выставить постоянный уровень свечения, то это лучший вариант.
Если делаем сложное управление, то в дело вступает ШИМ (широтно-импульсная модуляция, PWM). Про неё и расчёты - в следующем посте.

Последний раз поговорим про Сайтаму

#Сайтама@why_genos_screams

Летом мы занялись полноценным исправлением найденных недостатков, твёрдо и чётко намереваясь идеально выступить осенью.

У Сайтамы как таковых проблем оказалось две: сапоги и плащ.

С сапогами всё решилось довольно просто: раньше их откладывал на последний момент, никак не успевая уже перед фестивалем.
Поэтому в этот раз сделал всё основательно:
1. Ещё зимой купил чёрные дешёвые слипоны, подошва которых была максимально похожа на подошву из аниме.
2. Отсканировал с помощью Водорода свою ногу с надетым слипоном, обработал 3D модель по технологии из https://t.me/why_genos_screams/171
3. По 3D модели сделал выкройку тканевой части (голенище и подъём) в plushify.net, распечатал и вырезал из ткани.
4. Сшил деталь и добавил чёрную подкладку; вручную пришил как можно ближе к подошве.

Собственно, всё! Накануне феста добавил последний мелкий штрих - липучку изнутри сверху голенища, чтобы точно не сползло.

С плащом продолжалась грустная история ещё с самого первого выхода костюма в свет - краска и/или лак начинали взаимодействовать с тканью плаща, из-за чего он был весь в чёрных разводах.

Попытался стереть изопропиловым спиртом, добился того, что ткань перестала пачкать собой другие предметы, но внешне часть разводов осталась и добавились новые :(

Поэтому обшил плащ дешёвой и некапризной другой белой тканью + сделал небольшой воротник сзади (так как плащ должен собираться складками на шее).

Пластиковые элементы выкинул и напечатал заново, в этот раз покрасил кистью чёрным акрилом на водной основе.

На данный момент плащ ещё живой, так что решение было верным :)

На этом мы прощаемся с костюмом Сайтамы, так как доработок больше не было, а после осеннего Тогучи он отправился в шкаф на хранение. Выкидывать и переиспользовать не планирую, подарить/продать - слишком заморочно. Пусть ждёт подходящего случая, чтобы его достать :)

Следующие посты будут уже про интересные с технической точки зрения штуки - про подсветку рук Геноса, его ядро и так далее. Stay tuned!

Рефлексия по прошедшим фестивалям продолжается, сегодня про весенний Тогучи 2024

#Сайтама@why_genos_screams
#Генос@why_genos_screams

Фестиваль проходил 12 мая в ЗИЛ, но гостевой мужской гримёрки уже не было :(

И мы снова повторили трюк с сидением ночью с дошивом всего и вся. На этот раз, правда, Сайтама остался без сапог - старые детали были в остатках скотча и я решил просто заправить их в кроссовки.

С Геносом же было интереснее - накануне мы только докрасили детали, а перед самым выездом занялись их подгонкой - наклеиванием липучек на крупные элементы и рукава и приклеиванием фаланг у пальцев.

В этот раз мы приехали почти на 20 минут раньше, в районе 15:20 :) Но переодевание заняло куда больше времени, так как жёсткие детали рук на Геноса требуют аккуратности.

Из интересного - на фесте была возможность сделать 360-градусное видео-облёт камерой (видео спиннер). Идея достаточно простая, самый дорогой компонент там (не считая идеи и резки/сварки металла) - сама камера (GoPro), но считать экономику не буду ;)
Видео в посте как раз от них: https://vk.com/cosplay360

Увы, но рассказать особо и нечего - походили, посмотрели, пару раз сфотографировали и отснялись сами во всех фотозонах. Ни с кем познакомиться не вышло - то ли мы выглядели слишком сурово, то ли просто не умеем налаживать разговор с незнакомцами. Хотя уже под конец пообщались с косплеером Томы из GI на выходе из гостевой гримёрки на тему того, как изготавливались руки Геноса.

В какой-то момент Водород понял, что больше не выдержит в костюме из-за духоты (а у него плотный воротник и всё тело под одеждой, кроме лица), поэтому в костюме остался только я.

Досмотрели сценическую программу и отправились домой.

Какие выводы я для себя сделал? Вдвоём ходить в косплее явно веселее, но нужен кто-то со свободными руками, чтобы фотографировать - перчатки и отсутствие карманов сильно мешают.

По результатам решили, что доделываем сапоги Сайтамы и подсветку рук Геноса и подаёмся в сценическую программу осенью, после чего костюмы благополучно пролежали до лета.

А в конце июня мы попытались податься на DKZ, куда не прошли, зато это бустануло процесс допиливания, плюс мы продумали основу выступления и трек, а также выбрали ники, которые теперь с нами.

Энна-уна! На-на, энна! Энне :)
#фото@why_genos_screams

Мини-отчёт о зимнем Тогучи 2025 (который сегодня).

Впервые побывал в роли крафтера без костюма, новое чувство - когда фотографируются с твоей работой, но не тобой самим :)
Старался поймать всех косплееров по ZZZ, но минимум двое меня не заметили и куда-то двигались по своим делам, так что не стал отвлекать (Эллен в школьной форме и Джейн Доу).

Говоря о номерах по ZZZ - все три были шикарны! И Белль с Вайзом (@Zextenge_Dafnil), и Цезарь Кинг (@yoonrinacosplay), и Бёрнис Вайт (@Nightmare_478). С Бёрнис сделал пару фото, но телефон лагнул и всё удалилось :(
Надеюсь, все фотографировавшиеся и взявшие ссылку на канал отметятся и выложат совместные фото под эти постом или под https://t.me/why_genos_screams/231 - там уже есть неплохая коллекция, не стесняйтесь пополнять ;)

Чтобы полностью влиться в фестиваль всё же надо самому быть в косплее - постараюсь это исправить и на весеннем фесте (18 мая) уже быть в самопошивном Лайтере.
Точно знаю, что у меня будет конкурент при отборе в сценическую программу, так как туда собирается в полном составе банда Сынов Калидона - надеюсь выехать на качестве крафта и наличии у меня Эоса (а они пусть ищут дорогу без прокси ;)

Водород будет в маге огня, про это расскажем чуть позже.

В целом - всё как всегда круто, хотя программу странным образом расставили - есть подозрения, что сказалось пересечение с любфест и часть номеров сместили на вторую часть дня. Но я не настолько шарю за расписание Тогучи, чтобы делать выводы.

Ещё раз спасибо всем подписчикам и фотографировавшимся с Эосом - вы придаёте мне сил крафтить крутые штуки дальше (а это +мораль уже в обычной жизни). Спасибо!

P.S. Отдельное спасибо @cosplayAkina за значок с аватаркой чата. И хорошо, что у меня иммунитет к этому опенингу ;)