Coilgun sans condensateurs massifs. Terminé : 11 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Il y a environ six mois, j'ai construit un simple pistolet à bobines qui avait une planche à pain collée sur une planche (projet original). C'était amusant et fonctionnel mais je voulais le finir. Alors je l'ai finalement fait. Cette fois, j'utilise six bobines au lieu de deux et j'ai conçu un boîtier imprimé en 3D pour lui donner un look futuriste.

J'ai aussi fait une vidéo si vous voulez la voir en action:)

Vidéo

Étape 1: Outils et matériaux

Commençons par les outils.

• Imprimante 3D
• percer
• Dremel
• scie à main
• pistolet à colle chaude
• Robinet M3
• fer à souder

Matériaux:

• filament pour imprimante 3D (j'ai utilisé du PLA régulier)
• mes fichiers STL ici
• Profilé en aluminium en forme de L 40 x 10 x 2 mm
• Matériel M3
• disques magnétiques lien 8x1.5mm

électronique:

• arduino nano
• 2x 1400mAh 11.1V 3S 65C Liaison batterie Lipo
• Batterie Lipo 1200mAh 1s Celle-ci ferait l'affaire
• 2x convertisseurs élévateurs (j'utilise XL6009)
• Écran OLED.96'' 128x64 i2c SSD1306 lien
• Lampe de poche AA (facultatif)
• diode laser (facultatif)
• microrupteur pour déclencheur V-102-1C4 lien
• 3x interrupteurs à bascule MTS-102 SPDT
• Connecteurs XT-60 (5x femelle, 3x mâle)

Planches:

• 6x MIC4422YN
• 6x IRF3205 + éviers (le mien est RAD-DY-GF/3)
• 24x 1n4007
• 6x 10k résistances
• 6x condensateurs 100nF
• 6x condensateurs 100uf

Je suggérerais d'en saisir plus, car vous pourriez en casser au fur et à mesure. Surtout les MOSFET. J'ai fini par en utiliser une vingtaine.

Vous aurez aussi besoin de choses pour créer les bobines mais j'utilise les mêmes bobines que dans le tuto précédent alors allez-y et pour cela vous avez juste besoin du fil de cuivre émaillé de 0.8mm, de la LED infrarouge et du phototransistor + quelques résistances c'est tout expliqué dans l'autre tutoriel.

Étape 2: cadre

L'ensemble du pistolet est construit autour d'un cadre en aluminium. J'ai décidé d'opter pour un cadre en aluminium car il est léger, robuste, les profilés en aluminium sont faciles à obtenir et sont assez bon marché. En plus de cela, vous pouvez utiliser des outils à main courants lorsque vous travaillez dessus. Le profil que j'utilise mesure 40 x 10 x 2 mm et 1 mètre de long. Il doit être coupé en deux morceaux différents. L'un de 320 mm de long et l'autre de 110 mm. J'ai utilisé une scie à main pour les couper.

La pièce la plus longue contiendra à peu près tout et la plus petite n'aura que la poignée. Il est maintenant temps de percer une tonne de trous et de faire quelques découpes. J'ai inclus deux photos montrant ce qui doit être coupé et comment. L'image sans dimensions a des points rouges est certains des trous. Ceux-ci sont censés être percés avec un foret de 4 mm. Les trous d'alésage sans les points rouges doivent être percés avec un foret de 2,5 mm et taraudés avec un taraud M3.

La pièce la plus courte est beaucoup plus facile. Il y a aussi une photo de celui-là. Je veux juste clarifier les images montrent l'avion le plus large de 40 mm. Le mur de 10 mm serait sur la face supérieure sous le plan illustré afin qu'il ne soit pas visible. Cela est vrai pour les 3 de ces diagrammes. Comme je l'ai dit, celui-ci n'a pas autant de trous mais le profil en aluminium est beaucoup trop large. Il doit donc être rétréci sur toute la largeur comme indiqué sur le schéma.

Le cadre principal aura encore besoin de quelques trous pour le câblage. Ils peuvent être ajoutés plus tard, mais si vous le souhaitez, vous pouvez les percer maintenant, mais il peut être difficile de savoir où les placer exactement. Plus d'informations à ce sujet dans la section câblage.

Étape 3: Bobines

Ce ne serait pas un pistolet à bobine sans bobines, non? Les bobines que j'utilise sont enroulées à la main sur une base imprimée en 3D. Ils sont identiques à ceux que j'ai créés dans mon premier pistolet à bobine. Je suggère de suivre ces instructions. Vous pouvez le trouver ici.

La seule différence est le fait que la dernière bobine a une base imprimée en 3D différente car elle possède des capteurs infrarouges des deux côtés. Les capteurs sont également identiques mais le câblage est un peu plus soigné. À ce stade, vous pouvez mettre les capteurs IR en place, mais ne vous inquiétez pas des fils d'alimentation et de signal.

Une fois que vous avez terminé les 6 bobines, elles doivent être montées sur le cadre principal. C'est vraiment juste une question de les visser en place. De plus, j'ai un tube qui traverse les bobines en ce moment, mais je le retirerai plus tard car il est là juste pour m'assurer que tout est aligné. Selon la précision de vos trous, vous voudrez peut-être seulement visser deux ou trois vis pour chaque bobine pour vous assurer qu'elles sont aussi droites que possible.

Étape 4: Circuits de pilotes

L'étape suivante consiste à créer l'électronique qui commute les bobines. C'est le bon moment pour le créer maintenant car il reposera sur les bobines et c'est une partie essentielle d'entre eux. Le design est assez différent de mon précédent car il y avait quelques défauts. Le MOSFET de commutation est toujours IRF3205 mais nous pilotons la porte cette fois avec MIC4422YN qui est un pilote de porte dédié. Il y a aussi quelques composants passifs qui sont sur le schéma.

Je fournis également des fichiers Eagle, y compris le fichier board que j'ai utilisé. Bien sûr, vous n'êtes pas obligé de créer votre propre PCB. Vous pouvez l'envoyer au fabricant professionnel ou je suggérerais simplement de le faire sur pref-board. C'est vraiment juste six composants. La plus grande partie est le dissipateur thermique qui était complètement excessif dans mon cas. J'ai trouvé que les MOSFET ne chauffent pas du tout. J'avais la bobine en marche pendant quelques secondes et elle était déjà en feu et le MOSFET était juste chaud au toucher mais pas même près de l'être. Je suggérerais un dissipateur thermique vraiment minuscule ou vous pourriez probablement le faire même sans. Quel que soit le dissipateur thermique que vous utiliserez, n'utilisez pas le cadre comme un seul car vous connecterez les drains de tous les MOSFET ensemble.

Une fois les drivers terminés, connectez-les à vos bobines et ajoutez des diodes flyback !! N'oubliez pas cela car vous pourriez aussi mettre le feu à vos bobines:D. La diode Flyback bloque la haute tension qui s'accumule à l'intérieur d'une bobine lorsqu'elle est éteinte. La diode Flyback doit être connectée aux bornes des bobines dans le sens opposé, ce qui signifie qu'au point où la bobine est connectée à la borne positive d'une batterie, la diode aura sa borne cathodique (négative) connectée et vice versa. J'utilise 1N4007 mais pas un seul car il ne supporterait pas le courant, j'en ai donc quatre connectés en parallèle. Ces quatre diodes sont ensuite connectées à la bobine directement sur le fil de la bobine. Vous aurez besoin de gratter une partie du revêtement pour souder sur ce fil.

Veuillez garder à l'esprit que certaines des photos peuvent être manquantes. Des résistances ont des composants différents, etc. Assurez-vous de suivre les schémas au fur et à mesure qu'ils sont mis à jour. Certaines séquences ont été réalisées au début de la phase de prototypage.

Étape 5: Câblage

C'est la partie où le pistolet devient le bordel. Vous pouvez essayer de le ranger comme je l'ai fait mais ça deviendra quand même salissant:D. Il y a un schéma montrant ce qui doit être connecté où. La bobine 0 est considérée comme la première bobine dans laquelle pénètre un projectile. Idem pour les capteurs.

J'utilise un câble plat et je vous suggère de faire de même. J'ai commencé par connecter un arduino aux pilotes de gate. L'arduino est positionné tout à l'avant du pistolet avec un port USB orienté vers l'extérieur pour une programmation facile. Ensuite, il s'agissait simplement de tout connecter ensemble et de rechercher la bonne longueur pour chaque fil.

Pour les capteurs IR, j'ai en fait percé des trous à travers le cadre où j'aicheminerais les fils. J'ai commencé par connecter les fils de signal à chaque capteur. J'ai de nouveau utilisé un câble plat et il avait l'air vraiment bien. Ce n'est qu'en descente une fois que j'ai commencé à connecter les lignes électriques. J'ai fait passer deux fils à âme pleine à travers toutes les ouvertures. Un pour 5V et l'autre pour 0V. Ensuite, j'ai connecté ces fils à chaque capteur. C'est à ce moment-là qu'il commence à avoir l'air vraiment bizarre, surtout après avoir scotché tout le fil exposé avec du ruban électrique.

Toutes les connexions que nous avons effectuées jusqu'à présent supporteront un faible courant, mais il est maintenant temps de connecter les lignes électriques pour les bobines et les MOSFET. J'utilise du fil de silicone 14 AWG qui est assez flexible. Assurez-vous également d'avoir une soudure plus épaisse, car vous en aurez besoin de beaucoup. Nous allons simplement connecter toutes les bornes positives ensemble et faire de même avec les bornes négatives. Si vous utilisez le même PCB que moi, les pastilles doivent être exposées juste au-dessus des bobines. Je suggérerais également de mettre une quantité généreuse de soudure sur les pistes des circuits imprimés qui géreront le courant élevé.

Étape 6: Alimentations

Prenez vos convertisseurs boost et mettons ce chiot en marche. J'utilise XL6009 mais vraiment tous les convertisseurs élévateurs. Nous n'allons pas tirer plus de 500 mA et cela inclut la lampe de poche et le laser. Un convertisseur doit être réglé sur 12V et l'autre sur 5V. Je les place comme indiqué sur la photo en laissant un peu d'espace pour la batterie entre l'arduino et les convertisseurs. Les entrées des deux convertisseurs doivent être connectées à la batterie.

Ensuite, nous devons connecter tous les motifs ensemble. Les deux convertisseurs ont déjà des masses connectées, il suffit donc de connecter la leur à la masse principale de la batterie à 6 cellules qui est le fil noir épais qui passe sur les circuits imprimés du pilote.

Maintenant, le 5V de la sortie d'un convertisseur doit être connecté au 5V que nous avons déjà utilisé pour l'arduino, les capteurs et tout le reste. La sortie 12V de l'autre convertisseur doit être connectée aux pilotes MOSFET. Je l'ai connecté au premier, puis je les ai tous enchaînés ensemble.

Maintenant, lorsque vous branchez la batterie à une seule cellule, votre arduino devrait commencer à clignoter et le pistolet devrait être prêt, mais vérifiez toutes vos connexions avant de brancher la batterie car dans mon cas, le plus souvent, quelque chose explose au premier essai.

Étape 7: Projectiles et chargeur

Comme projectiles, j'ai acheté une tige d'acier de 8 mm de long. Assurez-vous qu'il est magnétique avant d'acheter. Je l'ai ensuite coupé en morceaux de 38 mm de long. Ceux-ci pouvaient déjà être utilisés comme projectiles mais je voulais une pointe acérée.

Le moyen le plus simple serait d'utiliser un tour et si vous en avez un, utilisez-le définitivement. Par contre, je n'ai pas accès au tour. Au lieu de cela, j'ai décidé de faire un tour avec une perceuse électrique:D. J'ai fixé la perceuse à mon établi et inséré un projectile dans les mandrins. Ensuite, j'ai pris un outil dremel avec une meule à tronçonner. En faisant tourner le projectile et en le broyant avec le dremel, j'ai pu créer n'importe quelle pointe que je voulais. J'ai fini par en faire 8 car je peux tirer l'un après l'autre.

Pour le magazine, j'ai imprimé des fichiers STL magazine et magazine_slider, ce qui était la partie facile car nous avons également besoin d'un ressort. J'expérimentais avec des ressorts imprimés en 3D mais cela n'a pas vraiment fonctionné. J'ai fini par obtenir un fil à ressort de 0,8 mm (fil de musique). J'ai ensuite enroulé ce fil autour d'un bâton en bois de 5,5 mm x 25 mm (toute taille similaire fera l'affaire). J'ai commencé par fixer une extrémité avec une vis et l'enrouler autour. Cela demande beaucoup de force. J'ai fini par faire environ 7 à 8 boucles. Une fois que vous relâchez la pression, elle va jaillir et avoir l'air vraiment mauvaise. Il suffit de prendre une pince et de le plier à sa forme finale. Le ressort peut alors être inséré dans le magasin.

Une fois cela fait, prenez un aimant que j'ai mentionné dans les documents et collez-le sur le magazine. Il y a un endroit spécial pour ça. Si vous avez imprimé le porte-revues, vous trouverez l'emplacement correspondant pour un autre aimant. Vous pouvez également coller cela, assurez-vous simplement que la polarité correspond. Les deux aimants doivent s'attirer lorsqu'ils sont collés.

Étape 8: Assemblage de l'intérieur

Avant de pouvoir essayer le pistolet, vous aurez besoin d'une gâchette et d'un mécanisme de chargement. Alors construisons ça. Vous aurez besoin d'avoir quelques pièces imprimées. Ils sont tous indiqués sur la première photo. À ce stade, vous devriez pouvoir simplement les visser en place. La détente doit être maintenue avec une tige de 2 mm pour qu'elle puisse tourner librement. Pendant que je change, j'utilise le micro-interrupteur V-102-1C4. Le câblage est en fait mentionné à l'étape de câblage et le commutateur s'adaptera parfaitement dans le support de commutateur. Lors de l'impression du support de poignée, utilisez au moins cinq périmètres car ces pièces devront supporter beaucoup de poids.

Une fois que vous avez tout connecté, vérifiez si le magazine est bien ajusté. Vous devrez peut-être ajuster certains des trous. En fait, j'ai fini par n'utiliser que deux vis car certains des trous étaient éteints. Vérifiez également si la gâchette pousse le microrupteur et ajustez-le si nécessaire.

Une autre étape inutile serait d'ajouter du baril. Je dis inutile car le pistolet fonctionnera très bien sans lui. J'ai décidé d'en utiliser un de toute façon. Il existe un modèle 3D appelé tonneau. Il doit être imprimé en mode vase et comme il s'agit simplement d'un tube très haut, la qualité peut empirer à mesure que vous imprimez plus haut, j'ai donc fini par en imprimer deux à mi-chemin. Je n'ai même pas percé de trous pour les capteurs car j'ai découvert qu'ils fonctionnaient de toute façon car ils ne faisaient que 0,4 mm d'épaisseur malgré le fait qu'ils étaient imprimés en noir.

Étape 9: Logiciel et étalonnage

Allez-y et téléchargez les fichiers.ino. J'utilise arduino IDE 1.0.5 mais il ne devrait pas y avoir de problème avec le plus récent non plus. Vous aurez également besoin de quelques bibliothèques, mais elles ne sont nécessaires que pour l'écran OLED. Les bibliothèques sont Adafruit_SSD1306 et Adafruit_GFX.

Avec toutes les bibliothèques, vous devriez pouvoir compiler le croquis et le télécharger. Avant d'entrer dans le processus d'étalonnage, permettez-moi simplement d'expliquer comment fonctionne exactement le code. Nous avons 6 bobines, lorsque vous appuyez sur la gâchette, la première bobine s'allumera jusqu'à ce que son capteur voit le projectile. Si cela prend plus de 100 ms, le système suppose qu'il n'y a pas de projectile et arrêtera de laisser un message à l'écran. Ces 100 ms peuvent être modifiés en changeant la variable safeTime (nous utilise au lieu de ms) dans la fonction shoot(). Seul le capteur de la première bobine est réellement utilisé (j'ai essayé de nombreuses itérations différentes et certaines d'entre elles utilisent toutes, mais cela fonctionne le mieux). Les bobines suivantes ont toutes une durée définie pour combien de temps elles sont allumées l'une après l'autre.

Les temps des bobines sont définis avec le tableau appelé baseTime [6]. La première valeur est toujours zéro car la première bobine fonctionne différemment et seul le reste doit être calibré. Comme vous pouvez le voir, les deux dernières bobines dans mon cas sont également à 0 et c'est parce que je ne les utilise pas car elles ne fonctionnent pas et je ne pouvais pas prendre la peine de les réparer:D. Vous voulez commencer par les remettre à zéro sauf le second (comme ceci: long baseTime [6] = {0, 1000, 0, 0, 0, 0};). Vous pouvez ensuite le télécharger et essayer de tirer. Les deux derniers capteurs calculeront le temps qu'il a fallu au projectile pour les traverser, vous pouvez donc calculer la vitesse. Je suggérerais d'enregistrer la valeur dans une feuille de calcul avec la valeur baseTime. Répétez-le au moins 5 fois et faites la moyenne pour des résultats plus précis. Vous pouvez ensuite ajouter 500us et réessayer jusqu'à obtenir la meilleure vitesse possible. Une fois que vous êtes satisfait d'une bobine, laissez le meilleur temps défini et passez à la bobine suivante et répétez l'ensemble du processus. Lors de l'étalonnage, utilisez le code coilgun2_calibration.ino et une fois terminé, les valeurs doivent être copiées dans coilgun2.ino et téléchargées.

Étape 10: Impression 3D

Il y a beaucoup de fichiers qui doivent être imprimés en 3D et certains d'entre eux sont assez volumineux. J'imprimais tout sur une imprimante 3D CR-10 qui a un volume de construction énorme, donc si vous avez une imprimante plus petite, certaines parties pourraient devoir être divisées. J'utilisais du PLA standard pour toutes les pièces et les paramètres d'impression doivent être optimisés pour chaque pièce. J'ai donc compilé une liste indiquant si une pièce a besoin d'un support ou de tout autre paramètre spécial. Par défaut, j'utilisais 3 périmètres, 3 couches inférieures et 4 couches supérieures à 205°C avec un lit chauffé à 60°C.

En dehors des pièces à l'intérieur, j'ai également tout fini et peint. Je ne veux pas approfondir cela car il y a déjà assez de tutoriels à ce sujet. Je suggérerais celui-ci. En un mot, j'ai poncé toutes les surfaces appliquées d'apprêt et poncé à nouveau. J'ai répété cela 2-3 fois et je l'ai stérilisé avec de la peinture et fini avec une couche transparente.

Étape 11: Assemblage final

Avant de tout assembler, il manque peu de choses. Les interrupteurs, la lampe de poche, le laser, le câblage de la batterie principale et les LED qui éclairent l'intérieur du pistolet. Commençons par l'interrupteur marche/arrêt qui doit être connecté en série entre la petite batterie 1 cellule et les convertisseurs boost. Je suis en train de souder l'en-tête de broche sur le commutateur et d'exécuter le câble avec l'en-tête de broche serti de la batterie juste pour que je puisse le déconnecter pour un assemblage facile. Je ferai la même chose pour chaque commutateur.

J'ai aussi une lampe de poche à l'avant de l'arme, mais vous n'en avez peut-être pas car elle a été conçue pour une lampe de poche que j'ai utilisée. Pour le schéma, je viens d'ajouter une résistance pour la LED et de la connecter à la batterie en série avec un autre interrupteur. J'ai répété la même chose pour la diode laser. C'était en fait un pointeur laser qui fonctionnait sur 4,5 V, je l'ai donc connecté directement sur la ligne 5 V avec un interrupteur en série.

Pour les lumières décoratives, j'ai connecté celles-ci directement à la ligne 5V en ajoutant un connecteur pour que le pistolet puisse être démonté. Deux LED bleues de 5 mm ont un spot de montage dans les fichiers STL trigger_cover. J'ai utilisé une résistance de 12k pour chacune pour les faire briller très faiblement. Sur le couvercle de la bobine, j'ai ajouté 6 LED bleues de 3 mm pour éclairer les bobines. J'ai connecté la résistance en parallèle et ajouté 22R avant de les connecter à la ligne 5V.

Maintenant, nous n'avons toujours aucun moyen permanent de connecter les batteries principales. Comme une batterie est logée dans la crosse, l'autre est dans la poignée avant et elles doivent être connectées à l'interrupteur à dégagement rapide, nous devrons effectuer plusieurs connexions. J'ai fourni un diagramme qui explique exactement comment il doit être connecté au lieu de l'expliquer. Utilisez au moins du fil 14 AWG et assurez-vous d'abord de pousser le fil à travers la poignée et le stock avant de souder car cela ne sera plus possible par la suite.

Avec tout cela, le pistolet devrait être pleinement opérationnel et il est temps de lui donner une belle apparence. Je ne vais pas vous expliquer le montage étape par étape tel qu'il est montré dans la vidéo ou vous pouvez regarder le modèle 3D.