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DIY动手打造自动无轨悬浮门(5):把镀锌钢管焊接成门框

决定自己动手做这个自动无轨悬浮门的时候,唯一不确定是否可以做好的部分就是焊接了。因为除了大学里的金工实习碰过一次电焊以外,我从来没有用过这个东西,更不用说自己家里备一台电焊机了。焊接还分气焊、电阻焊、电弧焊接、感应焊接以及激光焊接等等,真是名目繁多数不胜数,这里就不展开讨论了。我想说的,庆幸自己做了一个明智的决定,选择电弧焊接,焊接机就像普通家用电器一样插到插座里即可使用。对于小项目自用而言再适合不过了。当然不好的一方面是,电弧焊接技巧似乎上手有点难,需要一定时间的操练,但是一旦掌握到诀窍,电弧焊接就会变成很有意思的工作。

实拍我自己的焊接的焊点图,说实话比较难看,对于初学者来说就不要要求太高了,不过关键是焊牢了!

实拍我自己焊接的各焊点图,说实话比较难看,对于初学者来说就不要要求太高了,不过关键是焊牢了!

我购买了一台型号为BX1-200C1的电弧焊接机,输出电流最大为200A。这是一台手提式焊接机,不过真的想提起来十分的倒要花点力气——重,机器里面全是厚实的线圈!操作界面及其简单,纯手动,没有任何电子屏等花哨的部件。通过顺时针旋转旋钮可以加大电流的输出,逆时针则减小。这个旋钮实际上是带动一根铁芯从线圈中间穿入穿出,从而调节交流电的变压比。

BX1-200C1电焊机的控制面板

BX1-200C1电焊机的控制面板

这台BX1-200C1电焊机需要自己接上电源插头,原包装里面只有裸线。可以通过电缆的颜色来区分其各自的角色,其中:棕色为火线;蓝色是中性线;绿/黄线是接地线。由于焊接的时候功率较大,插座的电流需要15A,低于15A可能会频繁跳闸。

接线示意图:棕色(火线);蓝色(中性线);黄绿色(接地线)

接线示意图:棕色(火线);蓝色(中性线);黄绿色(接地线)

固定好需要焊接的金属部件是取得良好的焊接效果的关键步骤。需要焊接的零件必须牢固地夹在一起。类似于架设铁柱中使用的办法,我用了两根长度完全相同的木料垂直地“顶”在门框的上框和下框中间,以保证这两根钢管严格平行。下面照片里可以看出,我使用了在“运输”这个环节中使用过的捆绑带把所有东西扎在一起,以便后面的电焊工作。

长木料和捆绑带被用来固定钢管

长木料和捆绑带被用来固定钢管

移门的门框焊接差不多完成之后,就可以把它挂在柱子的滑轮上了。5.4米长的门框要比预计的来得还要大,所以我不得不清除一些植被来腾出一些地方。因为只是几根钢管而已,所以重量上还没有超过可控范围,不过把这个门框挂在滑轮上这个步骤我还是让几个人和我一起合力完成。门挂上去以后我继续焊接了一些其他钢管上去,比如对角线,来加固门框的结构。不过门框树立起来以后要比躺在地上的时候焊接起来省力不少。

把焊接好的门框架在柱子上,门框将骑在滑轮组上。

把焊接好的门框架在柱子上,门框将骑在滑轮组上。

门处于“关闭”位置。只是门框所以重量很轻,现在滑起来十分轻便。

门处于“关闭”位置。只是门框所以重量很轻,现在滑起来十分轻便。

门处于“打开”位置。

门处于“打开”位置。

DIY动手打造自动无轨悬浮门(4):省钱的钢管相贯线槽口开制方法

根据当初的方案铁柱竖起完成之后就是组装铁门框了。

不同于方形铁管,圆形铁管相互连接在一起,特别是垂直相连的时候,必须对铁管的切口做相贯线槽口处理才能使得管材能紧密贴合在一起,这样有利于焊接出十分牢固的结构。专业的相贯线切割机价格十分昂贵,尤其是铁管直径大于5厘米的型号。而且对于只需要使用若干次的单个项目而言,这笔投资就显得不怎么划算了。在网上搜寻了一下,最后决定用开孔器钻头来做相贯线槽开口。一个双金属开孔器钻头花不了多少钱,但是能做出相当不错的效果。注意不要使用给木头开孔的钻头,那种钻头磨损很快。

我使用直径为6厘米的开孔器对相同直径的铁管开相贯线槽,效果非常好。有人提议用稍大口径的钻头,比如6.25厘米的来开6厘米的圆管,这样留出一定调整空间。实际测试下来确实可以,但是我更加喜欢6厘米相同口径的。

一些技巧及使用心得:

  1. 定位中心钻孔是必须的。没有这个辅助孔开孔器根本没法在圆管上开槽。
    开槽之前先钻定位孔,正反面都要钻穿,并保持垂直于管子的方向。

    开槽之前先钻定位孔,正反面都要钻穿,并保持垂直于管子的方向。

    开孔器的定位钻插在之前钻好的定位孔里。

    开孔器的定位钻插在之前钻好的定位孔里。

  2. 我用的开孔器最深只有4厘米,要开6厘米的圆管,只能分两次切割。中间需要将圆管反转180度从反面切。所以事先在钻定位孔的时候需要将孔钻穿整个管子,这样正反两面切割的时候可以对齐。

    正反两刀完成一个相贯线的开制。

    正反两刀完成一个相贯线的开制。

  3. 本方面最佳适用于需要T型连接的圆管,相贯线只需要在竖管的顶部开,开槽角度为截面90度。我没有尝试过非90度的斜方向开槽,不过我想如果你有一根足够长的麻花钻钻出斜向的中心定位孔,开孔器应该也可以开出斜向的相贯线槽口。针对对角线方向(45度)连接的圆管,我采用的办法是用切割机按22.5度角切出两个斜面,从下面的照片可以看出,用这样方式切出来的槽口,肯定不如相贯线那么吻合,但相差也不太大,多用点电焊应该可以完全封上。
    T型连接的管子,可以准备电焊了。

    T型连接的管子,可以准备电焊了。

    对角线方向连接的管子,可以准备电焊了。

    对角线方向连接的管子,可以准备电焊了。

  4. 小心+耐心。用钻孔器在原铁管上开制相贯线槽口的方法确实便宜,但比较耗时,而且过程中会产生大量的热。可以使用一些润滑油来保护开孔器上的刀刃。时不时停下来休息一会以减少工具的磨损,更重要的是给自己也放松一下。

DIY动手打造自动无轨悬浮门(3):如何一个人架设10厘米口径的铁管柱

项目所需的材料到齐以后,就要正式开工了!第一步就是架设门柱子。

门柱子材料选用10厘米口径的镀锌铁管,主要是出于耐用以及受力方面的考量。一开始的时候还在犹豫,10厘米是不是有必要。做完以后才发觉10厘米柱子是必须的,要知道整个门的所有重量完全只有两根这样的柱子来承担,而且当门处于关闭状态时,整个门的重心要偏离最近的一根柱子差不多快2米,杠杆效应使得分别加在这两根柱子上得力实际上要大于门的重量。所以一定要结实!在第一篇的方案里提到过,10厘米口径铁管总长为2.7米,其中露出地面部分是1.8米,埋在地下0.9米。为此,我挖了两个30厘米直径,深度为1.1左右的洞。

使用尼龙线和水平仪来确保洞的位置。

使用尼龙线和水平仪来确保洞的位置。

挖洞和不时一件轻松的事情,这个尺寸看上去挺大了,但是如果可以让我重来,我一定会再挖得大些。不过就目前来看,这个洞大小合适,架设好的柱子坚固可靠。小技巧:挖洞的时候做到底部略大于开口;在需要铺设的铁管上添加一些“凸出物”,用来增加铁管和水泥的咬合力。

让柱子能更牢固地竖在泥土里的办法。

让柱子能更牢固地竖在泥土里的办法。

“柱子横钩”。我用了一些其他铁管的废料用螺丝固定在铁管侧面。

“柱子横钩”。我用了一些其他铁管的废料,用螺丝固定在铁管侧面。

一切准备就绪,可以着手把柱子竖起来灌水泥了。可是真的把圆铁管竖起来了才发觉这东西太重。少说有30~40公斤吧,而且我没有帮手。如果两个人合力做这件事情的话,一个人可以扶着铁管努力保持其竖直,另外一个人可以用水平仪进行测量和调整。为了能够一个人独立完成这个任务,我想出了一个办法:用捆绑带将铁管吊在横于洞口的木料上。这样一边推一边调整就比较轻松了。

把沉重的铁管吊在木料上

把沉重的铁管吊在木料上

另外需要注意的事项是必须保持两根柱子严格平行,这听上去有点冗余:既然两根柱子都绝对竖直了,那不是意味着他们相互平行了吗?没错!但是我对自己水平仪的使用并不是很有把握,所以需要加上第二道保险,我的做法是锯出两根长度一模一样的木料,分别垂直撑在两根铁管的中间偏上和偏下,形成一个“长方形”来保证垂直和平行。

中间撑两根一模一样长度的木料,以保证铁管的相互平行。

中间撑两根一模一样长度的木料,以保证铁管的相互平行。

用其他木料将铁管固定,以便接下来浇灌混凝土。

用其他木料将铁管固定,以便接下来浇灌混凝土。

混凝土浇灌完毕,这是混凝土干了以后的照片,我刷了一层油漆起到保护作用。

混凝土浇好并抹了一层漆。

混凝土浇好并抹了一层漆。

下面一张照片里面是我从Hoover Fencing Co.,订购的滑轮组,一套四个,非常重!

无轨移门的滑轮组

无轨移门的滑轮组

柱子立起来了,接下来就是组装门框子了。动手之前,我先临时地将门框管材架设在一起,实地试了试尺寸。用同样的办法,我根据之前算好的长度锯了两根同样的木料作为支撑,做出一个临时的门。看上去很合适。

两根竖直木料撑起零时门框

两根竖直木料撑起零时门框

DIY动手打造自动无轨悬浮门(2):如何自己运送超尺寸管材

有了设计方案以后,第一步要做的事情就是购买材料。众多原材料中比较难处理的是长度为5.4米的管材。因为我不打算让厂家送货上门而支付送货费,所以就必须自己搞定。我的面包车可以放下最长不超过3.3米的物品。简单的方法:可以让多出来的1.1就伸出车尾后方。不过考虑到要跑一段高速公路,还是放弃这样做。取而代之,我打算将管子架在车顶上来运送,可是我的车子车顶上没有行李架……好吧,那我就来做一个架子。

管子的直径是6厘米,所以我就在两块木板上钻两个6厘米直径的孔。将该木板立起,分别放置于车头部分和车尾部分。管子最后就会从这两个孔里穿过。

一对木夹子分别放在车顶前侧与后侧。管子将从中间穿过。

一对木夹子分别放在车顶前侧与后侧。管子将从中间穿过。

接下来要把这两块木板固定在车顶,我使用了捆绑带。让捆绑带穿过木板上另外钻的小孔,然后绕一圈车顶,收紧,直到木板牢牢被固定住为止。

捆绑带将木夹子压在车顶上。

捆绑带将木夹子压在车顶上。

这样管材应该会被牢牢地压在车顶上了,但是水平方向上的固定还没有保险。设想如果在高速公路上被追尾或者来个急刹车,管子搞不好就会像炮弹一样被“抛射”出去。所以我做了另外两个“木夹子”,相同的构造,只是比较短一点,分别夹在管材的两端,然后再用绳子绑在前方的引擎架和后方的后窗柱子上。

另外一组木夹子,夹住长管子的两端,并绑在车身上。以限制材料前后方向的松动。

另外一组木夹子,夹住长管子的两端,并绑在车身上。以限制材料前后方向的松动。

当然别忘了小红旗。最后在出发前尝试了几个急刹车,管材稳稳地被钉在车顶!

离开管材店之前。

离开管材店之前。

到达目的地以后,管子依然原地不动地绑在车顶上。

到达目的地以后,管子依然原地不动地绑在车顶上。

从上方看这个临时的“行李架”。

从上方看这个临时的“行李架”。

 

 

DIY动手打造自动无轨悬浮门(1):制定方案

下面的图片展示了移门完工前后的对比。接下来我以这篇文章为开头,详细讲述我是如何从零开始DIY自制无轨悬浮自动移门的。

无轨悬浮移门完工前后对比图

无轨悬浮移门完工前后对比图

后院的老式木门用起来很不方便,每次汽车进出都要上车下车手动开关们,所以考虑新造一个自动的门方便进出。找人做,或者自己做?当然也有商家出售半成品,自己拿来回来安装,价格也不便宜,而且还是要自己动手。考虑了一段时间,自己也做了不少功课,最后决定,完全自己动手从零做起!

制定的方案如下:移门选用“无轨悬浮”设计,这样免去了普通移门需要铺平水泥地以及架设轨道的麻烦;使用镀锌圆铁管做框,因为成本低;门框的铁管用直径为6厘米的管子,柱子用10厘米的管子;后院进出口宽度为3.6米,这样就需要做一个5.4米左右宽的门;门框高度做成1.5米,然后钉上1.8米高的木篱笆板。为了能够“钳住”1.5米高的门框,支撑用的柱子露出地面部分不能少于1.8米,埋设支撑用铁管要求地下部分长度不能短于地上部分的1/2,所以10厘米铁管的长度就必须至少2.7米。使用齿轮传动的移门自动开门电机,可以避免链条传动带来的噪音;出于同样的原因,我选用尼龙滚轮来滑动移门。

无轨悬浮移门构造示意图,courtesy by Hoover Fence CO.

无轨悬浮移门构造示意图,courtesy by Hoover Fence CO.

经过前后差不多三个月每个周末的辛苦工作,我们的移门总算完工了!这个系列的文章讲带你从头走过我是如何从零打造无轨悬浮自动移门的。请看完工后的移门自动开关视频:

 

用自制的回流焊炉焊制高密度贴片LED阵列

先来看一段视频为快!

最近有一个项目需要焊接600多个高亮度贴片小LED到电路板上。LED选用飞利浦Philips Rebel Z ES系列白色灯珠,大小只有区区1.6 x 2.0毫米,基本上属于掉到地上就找不到的那种尺寸…这么小的LED一字排开相距只有2.5mm。更糟糕的是,这种LED的焊盘都在底部,从侧面根本就无法用电烙铁来焊。

飞利浦Rebel Z ES白色LED和一元硬度比大小

飞利浦Rebel Z ES白色LED和一元硬度比大小

不过我之前自制过一个回流焊炉,用这个回流炉成功焊接过高密度贴片的芯片,所以这次决定还是自己动手,把回流焊的零部件尺寸和密度纪录继续变小。从设计电路板开始,充分考虑到回流炉的特性设计焊盘大小和形状,调整激光切割的网板,一直到最终成功焊好这么多LED!没想到我桌上这个小焊炉还是可以做出挺精密的东西来!

如何用回流焊炉对高密度贴片电路板进行元器件更换

最近在忙的一个DIY电路板项目要用到三片PICOR系列PI3301降压变换器(buck converter)电源模块。不幸的是这款芯片是123脚的高密度LGA封装。更要命的是这个项目需要三片该芯片并行同步工作从而获得大电流输出。也就是说,如果任何一片芯片没有焊接好,那整个DC/DC降压电源模块就无法按要求高效工作。我怎么样才能使用回流焊炉(reflow oven)来完成这个工序呢?

123脚的LGA封装,PI3301我自制的电路板回流焊炉成为工作台上不可或缺一员已经超过了一年。我使用它完成了许多表面封装芯片的回流焊接工作,最小的是只有2毫米宽的Philips Rebel Z LED。但是我还没有尝试过类似LGA或者BGA的高密度贴片芯片。所以,我从制作网板开始、认真抹上锡膏、放置元器件、直到最后烘烤!很快,我就拿到了焊好的板子了:

三片并行同步的PIC3301降压芯片。

三片并行同步的PIC3301降压芯片。

从外表上看各个元器件都完好的焊接好了。但是没有X光检查设备,我没有办法知道这三块芯片各123个管脚是否确实焊接到位了。我能做的就是给整个电源模块加载了一些发热电阻进行负荷测试。差不多5分钟以后,我得到这个结果:

最右边的芯片不工作

最右边的芯片不工作

左边两组开始发热;最右边的却没有变化。那很明显没有变化的这个不在工作,一般就是不良焊接所致了。那么我怎么才能在不影响左边两组芯片的情况下修好右边的这片呢?换句话说,有没有可能只对右边的进行加热修复呢?我有了下面的主意:

只将需要加热的部分伸入烤箱

只将需要加热的部分伸入烤箱

锡膏加热到熔化的时候甩一下电路板

锡膏加热到熔化的时候甩一下电路板

虽然这样子使用回流焊炉貌似“有伤大雅”,但效果却很好!只有右边伸入烤箱内部的电路板被加热。我使用了一些零碎的电板板和金属板将烤箱开口遮挡住,没想到隔热效果很不错,烤箱内部仍然可以加热到高温。

我所需要做的就是耐心等待,直到我的PID温度控制器将温度加热到了摄氏230度左右。接着就是甩一下电路板,由于230可以将焊锡熔化,上面的元器件很容易就被甩落。

Components_Removed

 

用吸锡编带清理一下焊盘,我就可以开始准备再次回流焊接了!

Apply_Paste_W_Stencil

 

Put_On_New_Components

元器件放置完毕,可以烘烤了!同样的,我只将右边一侧伸入烤箱内部。4分钟的功夫就“烤”好了:

Reflow_Rework_Done经过测试,三片降压变换电源芯片挂上大负荷以后同时发热。这样我就成功地通过部分加热的方式用回流焊更换了高密度封装芯片(拔片以及重焊)。

 

利用RC-6信号协议来同步遥控多台佳能T4i单反相机的视频摄影

让我们首先来看一段自制红外LED发射器来同步遥控多台佳能T4i摄像的视频画面(链接)。

佳能最新款入门级单反Rebel T4i设有一个方便实用的视频摄影按钮可以直接快速地开始/终止视频摄像功能。但是在专业的摄影人员、人工视觉和计算机图像从业人员眼里,这个“快捷键” 却不见得好用——尤其是你希望将多台T4i组合成一个相机阵列,并需要严格同步这些相机之间的开始/终止操作的时候,麻烦问题来了——你必须一台相机一台 相机地按过来,更不用提在按的过程中,还会导致相机略微移动。佳能更高端的旗舰型号1D Mark IV或者1DX有按钮重定义的功能,可以将摄像开始按钮定义到快门键上。这样可以通过快门线控进行多台同时操作。但是T4i没有这个重定义功能。

RC6_canon_eos_t4i_start_video_capture

如上图所示,标准的摄像操控方法:1.将开关拨到“Movie”档;2.按下摄像按钮即可。
不过也不是没有办法,细究一下T4i的手册,发现T4i可以使用佳能RC-6红外无线遥控器来进行遥控拍摄录像。

RC6_eos_t4i_remote_sensor1

佳能RC-6红外无线遥控器通过从顶端发出的红外线信号来远程操纵相机。如果其发出的信号被T4i相机所接受,相机则进行相应的操作。当然,必须对相机进行设置以便激活该遥控器,如下:

RC6_canon_t4i_drive_mode_menu

相机必须设置在中间位置的图标上才能使用遥控器。此时如果遥控器的开关设在“o”上,则按一下按钮拍一张静态照片;如果设在“2”上,则是开始/终止摄像。

RC6_canon_t4i_rc6

由于红外线遥控对方向距离十分敏感,光RC-6也解决不了同时操作多台相机的问题。就如我们平时所常用的电视机遥控器,你必须对准,而且在不太远的 情况下,才能控制电视机。佳能RC-6也一样有这个问题。除非你的相机阵列都面向同一方面,而且你可以靠得足够近的前提下,一个RC-6也许可以解决问 题。不然你不得不给每台T4i配置一个RC-6,而且还得想出个办法如何同时按下这些遥控器——怎么听上去还是直接按相机上的按钮得了~~~~~

有些人讨论布光纤的办法,让光纤把RC-6发出的红外信号传到每台相机的红外感应器前。我对此可信性表示怀疑。因为纤细的光纤是否能够传送亮度足够 的红外光强是一个问号。所以,下面就是我的终极办法:让我们找出RC-6到底发出的是何种协议的信号,然后给每个相机做一个小小的红外线LED,通过电路 板同时发出一样的信号!

那首先就是对佳能RC-6的反向工程了,所需要的是一个光电二极管(PD,photodiode,通常要比光电三极管响应速度快)和偏置电路。如果 网上搜一下“光电二极管电路”,你可以发现一堆像下面一样的电路图,很简单:一个PD串联一个10K欧姆的电阻,加上5伏电压即可。

RC6_3533b

在“+Vout”处接上示波器的探头,下面两张示波器截图就是RC-6发出的信号波形图:

rc6_pulse_zoom_in_pd_response RC6_o_configuration_pd_response

上图:RC-6在“2”位置上的PD波形图;下图:“o”位置。

一眼看上去,貌似很简单:两个0.5ms宽度的脉冲间隔5.8ms,就可以启动相机的摄像;间隔7.64ms,可以启动相机的拍照。这个波形在单片机上也不是很难实现:我使用了基于PIC32的RTM单片机平台、红外线LED和NMOS开关。电路简图如下:

RC6_customized_ir_led_for_t4i

很不幸……根本不起作用……可以确保完全按照上面波形图来实现。所以再次审视一下上面的波形图,发觉脉冲上方的“噪音”有点可疑,照理说信号干净的 话,脉冲应该是削平的……那就放大这个脉冲看看到底是什么,结果——发现脉冲上方其实是有规律的16个“坡”,每个间隔约30us。

rc6_pulse_zoom_in_pd_response

这些“坡”似乎下降地很慢,没到0电压就被拉回到了高电平。这时候突然想起来PD串联电阻的光敏电路的反应其实是很慢的,这也就解释了为什么示波器 上显示的是“半坡”而不是脉冲,因为电路放电慢于RC-6的脉冲速度。所以最后的结论就是RC-6在位置“2”上发出连续16个33.33KHz频率(约 30us间隔)的短脉冲,停顿5.32ms,然后再发16个同样的脉冲;如果是位置“o”,那么只要把5.32ms换成7.16ms即可。

实现了这个波形以后,T4i就乖乖工作了!

DIY为3D立体打印机制作加热工作平台(Heated Build Platform)

先来看一段这块加热平台完成以后的工作视频(链接)!这个Heated bed是为Type A Machine Series 1这款3D立体打印机设计的,但是相同的方法可以用于任何平台的打印机。

买了Type A Machine Series 1这台3D立体打印机有一段时间了。十分喜欢其巨大的“肚量”,可打印尺寸可以大到230mm x 230mm x 230mm(9英寸x9英寸x9英寸)。相比市场上的很多竞争对手来说,确实属于大块头了。当然更不用说其相当有竞争力的价格。不过话又说回来,这么多优 点都是有代价的:缺乏关键的加热工作平台是他的一大软肋。这往往导致用ABS材料的打印作品有严重的边缘翘起(corner lifting, curling, warping)现象,造成作品完全无法使用。

HPB_3d_print_corner_lifting_curling

图1,网上收集到的各种打印后边缘翘起的图片。

这里需要解释一下,为什么加热平台可以避免打印品边角翘起。主要是因为热胀冷缩。比如ABS塑料在打印的时候喷嘴温度高达到240摄氏度将耗材熔 化。拉丝成形后,ABS温度降至室温并开始变得十分坚硬。随着温度而来的就是体积的略微缩小,之所以说ABS形变要大于PLA,除了PLA的熔点 (150ºC)较低以外,ABS的热膨胀系数也要大于PLA。当整个ABS部件的体积大到一定程度时,微小的收缩累计起来造成较大的形变位移,使得最不牢 固的地方,既底部和打印台接触的地方,产生了翘起现象。所以,如果平台维持一定的高温,通常是100摄氏度甚至更高,那打印好的部件收缩程度要大大减少, 有利于在整个打印过程中维持原型。

3D打印的边缘翘起问题很长时间以来一直困扰着我。如果你经常使用PLA作为打印材料,或者用ABS打印小尺寸的作品,也许你不用担心这个问题。反 之如果像我一样,经常使用ABS打印大尺寸的部件,边缘翘起就会变成一个重要课题。我时不时需要打印体积大于100mm x 100mm x 100mm尺寸的部件,不巧PLA又不符合我的需要,所以为我的3D打印机添加一个加热工作平台(Heated Build Platform)看来是必须的了。

由于很幸运地可以使用数控机床,所以我直接使用1/8英寸(3.175毫米)厚的铝薄板。把板加工成打印平台之前,你需要知道大小尺寸等。生产 Type A Machine Series 1这家公司将几乎所有各项尺寸图公布了在网上,可恰恰不透露打印平台的数据。所以——只好自己量了,好在用不着过份精确。

HPB_Aluminum_Sheet_For_HBP

图2,铝薄板已切好合适的大小准备数控机床打孔。

HPB_Mill_Slot_On_Corner

图3,空有点打得难看,使用数控机床还不够熟练。孔边缘用counter sink削去了棱角以防划伤。

在我上一篇“DIY将家用小烤箱改装成电路板回流焊接炉(reflow oven)”里,我讨论了如何使用单片机,热偶式温度传感器以及继电器来控制家用小烤箱的温度。现在转变成要控制这块铝薄板的温度,其实是一回事情。大部分东西可以直接拿来用,需要变化的是,加热源和继电器。我使用TE的10欧姆16W金属电阻和Fairchild的N通道场效应管FQPF33N10L。这款N-Channel MOSFET只需要2V左右的栅极电压,因此可以直接用单片机的逻辑电平控制。

HPB_Metal_Clad_Resistor_HBP

图4,发热电阻用螺丝钉在了铝板背面。建议安装前贴一层导热胶布以便更好的热传导效果。

HPB_8_Metal_Clad_Resistor

图5,一共8个电阻以并联两组各4个串联的方式连接。因为这样需要的接线最少。4个串联的10欧姆/16瓦电阻需要至少48V的电压来驱动才能获得 最高的热功率输出。每个电阻需要1.2A的电流,既耗电14.4瓦。总共加起来需要48伏/至少2.4安开关电源。实际的测试显示铝薄板在室温下维持 100摄氏度的高温差不多耗电150瓦左右。另外,途中棕褐色的细线是热偶式温度传感器。用来向单片机通报实时温度值。

HPB_N_MOSFET_Switch

图6,N通道场效应管已经连到了单片机上。建议在单片机管脚后串联一个100欧姆的电阻,以避免震荡电流击毁单片机管脚。其余连线很简单:N MOSFET是地位开关,所以将48伏的电源输出端直接接到电阻负载上,电阻负载另一端接到MOS管漏极,源极接地。

HPB_Print_Flat_Base_No_Corner_Lifting

图7,好了,这里是一张在加热平台上完成的3D打印作品。可以看到四边平直地贴在平台上没有翘起。

HPB_Big_Print_Result

图8,这张图里是目前为止我打印过的最大尺寸的部件。耗时可谓“旷日持久”,不过结果很好。加热工作台确实很好地发挥了作用。另外你还可以看到,现在我可以打印“可剥离”的底座。下回我会讨论如果3D打印“可剥离”的底座。

无需网板的回流焊接电子元器件

首先让我们来看一段视频,演示了如何用回流焊接结束焊接电子元器件而无需网版(stencil)。

我在上篇文章中提到了如何DIY你自己的回流焊炉。 也许有人会纳闷光有焊炉有什么用,还得配上可以铺焊膏的网板才行。是的,网板(或者被称作模板)经常被认为是回流焊接过程中必不可少的工具。它不仅规定锡 膏该铺在哪儿,而且还规定了铺锡膏的量。当然,网板也并非很容易制造,通常需要特殊材料,并根据每块电路板的设计经行激光切割。这是为什么网板价格昂贵, 有时甚至贵过电路板,而且还只能用在一个电路板设计上。

With_Stencil
Without_stencil

图1,(从互联网上找来的图) 上图:用网板铺的锡膏效果;下图:不用网板的效果。

很明显,用了网板锡膏的铺设非常整洁精确。不用的话看上去一团糟,因为是手工抹上去的关系,有些地方直接被一大团锡膏盖住。如果说不整洁还能接受,因为毕竟这只是中间过程而已;那锡膏盖住多个焊盘会不会造成短路呢?

SL_Bridge_Across_Pads

图2,锡膏横铺在两个焊盘之上。

好在有了“表面张力”这个有利武器,即便像图1右图所示那样锡膏杂乱地涂抹在焊盘上,这块电路板仍然可以使用回流焊接技术完成元器件的焊接。我们都 知道,当焊膏被加热到一定温度以后,焊膏会融化而成“液体”状,并依照“表面张力”的约束而“流动”。涂抹在盘上之间(阻焊层)的锡膏会被抹在焊盘之上的 锡膏“吸”走。另外,表面张力还有助于元器件的对位。如果在前期放置芯片的时候没有十分精准地对上各个管脚,当锡膏熔化以后,液状的焊锡会将元器件“浮” 起并滑动到准确的位置上。最上方视频的结尾部分就演示了表面贴片的LED是如何被移动旋转入最终的位置。

所以,只要你有一台回流焊炉,你就可以立即开始进行焊接,用不着网板甚至是打片机。