3D打印实用项目解析.html.pdf

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1、译者序 时至今日，创客与3D打印已紧密联系在一起。一说起创客，通常都会想到3D打印机。3D打印技术虽然已有30年的历史， 但是过去一直在科研机构、大型企业中应用和发展，与普通大众的关系不是很紧密。随着技术的发展，市面上出现了桌面级别的 3D打印设备。风靡全球的桌面型3D打印机正是出自创客之手，这种类型的打印机以低廉的成本、快捷的成型速度，为创客提供 了发挥想象力的空间，帮助创客把头脑中的创意变为现实。从这一点来讲，3D打印技术又为创客提供了成长的空间。 目前国内的创客和国外的创客一样，他们拥有创新想法，并通过硬件创造、软件开发、设计等手段，努力把创新想法变为现 实且乐于和他人分享，而3D打印机

2、的出现让创客的门槛再一次降低，创新、实践、分享也成为新一代创客的代名词。 目前我国正大力推进“大众创业，万众创新”，各地方政府也鼎力支持众创空间的发展，高校纷纷开设创客实验室，创客群 体呈现出蓬勃发展的态势。但是，迄今为止，国内还没有一本系统针对创客的3D打印项目教程，而创客则在自行探索过程中前 进，本书在国内的出版与发行会填补创客教育与3D打印技术应用的空白。通过具体案例的学习，可以帮助你掌握一些创客思 维、方法和产品设计的理念，走上一条由模拟到自由开发设计的道路。 产品开发是个不断试错的循环过程，而创新设计更是如此。借助3D打印机，可极大地缩短创新产品开发的循环周期，其 实，对于创客制作小

3、发明也同样如此。在本书第2章里，作者写道在将NeoPixel Ring扣合到底座之前，他进行了3次测试打印， 以微调环槽的外径和内径尺寸。最终找到了错误原因，是NeoPixel Ring与环槽配合过紧，致使根本无法取出，最终通过在底座 底部钻孔，才把NeoPixel Ring推出来。结果是，作者在底座上设计了几个孔，来避免出现类似问题。 本书由9个项目案例构成，皆是国外创客无私分享的项目制作经验。这些项目由简单到复杂，适合不同层次的创客练习制 作。而且本书还介绍了一些新的技术，例如，把分开打印的部件粘合，以及胶合与摩擦焊接技术联用的方法。再者，建议创客读 者触类旁通，正如Skycam项目的作者

4、所提到的，完全可以把Skycam的控制部分应用到你的其他项目中，设计自己的能3D打印 的带有流媒体摄像头的遥控汽车、坦克。还可以把花卉护理机器人测量探头间电阻值的部分移植到其他项目中，或者改造为测量 热敏电阻、光敏电阻值，以实现不同的控制目的。 好了，做一个快乐的创客吧，玩得开心！ 陈启成 2016年5月 前言 不要再把3D打印机作为孤立的机器了它们只是工具箱中的一种工具。 本书通篇在讲项目制作，其中包含了从简单实用到创意十足的项目。而这些项目都需要通过一台3D打印机来制作定制化部 件。每个项目都使用了电子器件组装与手工装配技术特有的组合，同时还需要辅助工具、部件和软件。3D打印机能够实现定制

5、 化制造，但你只是使用它创建物体，并不是用它来完成全部的制作过程。 因为人们已经不再认为3D打印机无所不能，接受了它只是“另一种工具”的理念，我们发现并持续证明了3D打印机本身是 一种能够节省时间、具有多种功能的机器。与传统工具相比，3D打印机能够缩减大量的时间，加速制作进程。当你能够设计一 个小部件并可以恰当地、精确地钻孔时，为什么还要想着在小部件上去钻1/4“1的孔呢？ 增材制造过程还可为我们节省时间、金钱并减少痛苦。使用木材和铝材制作模型的业余爱好者需要花费大量的时间进行测 量、切割和钻孔。由于错误或小的修改必定是相伴相随的，经常导致不得不从头开始，一遍又一遍地反复进行加工。 正如第2章

6、所举的射线枪笔项目中的手枪握柄例子，当你在软件中完成了设计，进行打印测试，调整，然后又重新打印，这 些操作可以显著缩短整个循环周期。在打印一个新部件的同时，还可以做项目中其他相关的工作，或者做一些更普通的工作，像 做饭或修剪草坪等。 然而3D打印机并不能承担全部的工作。如果项目中需要添加一些LED或电动机，这些是不能打印出来的，需要对它们接 线，并焊接到一起，以完成最终产品。 也许你拥有一台3D打印机已经有一段时间了，或者一直想找个理由购买一台，不过，“尤达2的头部”雕像已不再新奇 了。这个机器甚至可能闲置在某个角落，上面落满了灰尘。现在是该启用那台打印机进行工作的时候了！ 本书中的每一个设计

7、作品都经过精心构思，细致打印，并通过独特的方式组装起来。总之，这些作品通过可打印部件、融合 各种工具和使用多种价格低廉的电子元器件，展现了一系列极具个性化、突破极限项目能力的可选择方法。 即使从来没有接触过3D打印机，我们也希望这些项目能够激发和鼓励你去学习新技能，拓展你目前的能力，并唤醒你去创 造的冲动。如果本书能够激励你去制作一些物品，那么，我们就完成了自己的使命。 Printrbot创始人兼首席执行官 Brook Drumm 作家、创客、探险家 James Floyd Kelly 需要理解的事项 本书采用分步解释的方式介绍每一个项目，前提是你知道如何焊接，并掌握一定的电子产品知识。如果这

8、些内容对于你而言 是全新的，那么互联网上有大量的可用资源（在本书项目中，我们给出了部分资源的链接），另外Maker Media也已经出版了 一些关于这些主题的书籍。 项目文件和代码 书中的每一个项目都被设计成适合在Printrbot Simple Metal打印机上打印，该3D打印机能打印的最大产品尺寸是 6“6“6“。 下载项目文件 本书中每一个项目所包含的最新定制化文件、代码和资源都可以在Make：3D Printing Projects网站 （https:/ 本书的组织结构 书中的项目由简单到复杂，难度逐渐提高。 第1章：3D台灯 在本书开篇，Caleb Cotter提供了一个非常棒的台

9、灯模块化项目，它非常适合初学者学习，并能使他们快速将电子线路布置 在3D打印的结构中。 第2章：20世纪50年代的射线枪笔 你是否曾有真正喜欢的东西，又希望它有一点与众不同？James Floyd Kelly带着读者一步一步地通过一个入门示例，详细 介绍如何应用3D打印来增强已有物体。 第3章：二轴摄像机云台 你可能要为摄像质量的稳定性花一大笔钱，或者采用Nick Ernst的3D打印设计项目，制作自己的摄像机云台，这能比购买 一台摄像机节省一半以上的资金。 第4章：泡泡机器人 John Baichtal的泡泡机器人设备不仅能够吐泡泡，而且能够为（至少）3种不同类型的泡泡自定义速度。 第5章：

10、可充电电动螺丝刀 两把短使用寿命的电池供电螺丝刀提醒Rick Winscot进行拆解，结果是得到了一把重新设计过的3D打印电动螺丝刀。 第6章：仿真眼睛 前特效技术人员Brian Roe将指导你完成一套功能齐全、极富表现力的仿真眼睛作品，你可以轻松地把该眼睛作品应用于影 片中的生物角色。 第7章：遥控倒三轮车 这是一辆光滑的、有光泽而且速度快的三轮车，就像是一辆昂贵的成品遥控车一样，但它是可以完全定制化的。Steven Bolin提供了经济适用的设计方案，并为了应对使用过程中那些无法避免的碰撞，巧妙地使用了易于互换的可3D打印的替代部 件。 第8章：Skycam Brook Drumm的Sky

11、cam是一个小机器人，它能够行走在一条绳子或索道上，甚至可以行走到每一个角落！你还能够使用 手机或者网络浏览器来遥控它，并从它的可平移、可倾斜的摄像机实时直播流媒体视频。 第9章：昌西：Wrylon智能花卉护理机器人 去接触昌西（Chauncey）吧，它是一个完全自主运行的（并且绝对可爱的）植物监控机器人，使用一套微型浇水装置愉快 地为植物浇水。John Edgar Park将带着你去探讨这一复杂构造中的每一个细节。 作者简介 Brook Drumm是Printrbot公司的创始人兼首席执行官。Brook是一位美国创客，在自家的车库中开创他的副业。2011 年，Brook经历过一次非常成功的K

12、ickstarter众筹，之后一举成为众筹、3D打印和蓬勃发展的创客文化方面的名人。如果你全 身心投入充满激情的事业中，用鲜血、汗水和泪水就能够造就成功，Printrbot公司就是个榜样。 James Floyd Kelly是一名作家，现与他的妻子和两个年幼的儿子居住在亚特兰大。他拥有工业工程和英语学位，热衷于制 作物品，撰写关于这些物品的文章，同时培训年轻的创客。他已写作了超过25本书籍，涉及从乐高机器人到开源软件，再到搭 建自己的CNC机床和3D打印机等广泛的课题。 John Edgar Park是迪士尼研究中心的一名制片人。他曾在迪士尼动画制作部门工作了10年，自1994年以来，他在不同

13、的 公司从事计算机图形学工作，包括IBM、Novalogic游戏工作室和Sony Pictures Imageworks。John是艾美奖提名剧集 Make：Television的主持人和联合撰稿人。他定期在Maker Faires（创意嘉年华大会）上展示自己的项目，并为 Make：杂志和其他在线或印刷媒体策划、撰写技术项目文章。 Brian Roe在内心深处是一名发明狂人，职业是机械设计师。多样化的职业生涯引领他走过许多有趣的路。他曾经是好莱坞 影业的一名生物建模人员，并且是机器人大战剧组成功的格斗机器人团队中的一名成员。他还协助设计了用于电影阿凡 达的3D摄像机。目前，他是Printrbo

14、t的一名工程师，还为The Long Now Foundation的10000 Year Clock项目工作。 Steven Bolin是Printrbot的制片人和研发部助理。他一直享受着动手制作物品的乐趣，覆盖从施工到室内的一些小活计， 并从设计和制作3D打印机中寻找到了绝对的快乐。作为两个孩子的父亲，他喜欢制作物品和玩玩具，因此自然地对3D打印技术 产生了兴趣。Steven希望持续开发能够将3D打印融入日常生活的新产品。 Rick Winscot只要头脑中有思路，双手就能够将它实现，同时还大声播放着Art Blakey的歌曲。他将技术术语转变为现 实然而特殊的嗜好却是省略这个过程。 Jo

15、hn Baichtal撰写关于玩具、工具、机器人和业余电子学的书籍。他的第一本书是The Cult of Lego，这是一本探讨 成人乐高玩家文化和制作的书籍。他也是Maker ProRobot Builder和奇幻小说The Locksmiths Apprentice的 作者。现与妻子和三个孩子居住在明尼阿波利斯。 Nick Ernst在海军陆战队（Marine Corps）服役了8年，然后决定重返校园，希望在电子工程领域谋一份职业。在加入 Printrbot公司致力于电子领域工作之前，他曾在Parallax公司工作了两年，担任Elev-8多旋翼飞行平台的首席开发人员。实际上 他是一位创客，

16、喜欢搞一些小发明和破解各式各样的电子产品。他信奉如果没有突破它们，就不能充分地进行改进。 Caleb Cotter是Printrbot的研发专家。他是一名对3D打印和快速原型制造充满激情的创客，并对桌面制造提供的机会非常 着迷。他平时不是在自家车库中做着破解工作，就是在那里修理他的汽车。 使用示例代码 本书旨在帮助读者完成自己的制作，通常情况下，在你的程序和文档中可以使用本书列出的程序代码。除非你重新改写了代 码中的重要部分，否则不需要得到我们的许可。例如，你所编写的程序使用了本书中的几段代码并不需要得到许可；销售或发行 包含本书中实例的光盘需要得到许可；引用本书内容和示例代码来回答问题不需要

17、得到许可；将本书中大量的示例代码加到你的 产品文档中时，则需要得到许可。 我们很感激本书能得到各类引用，但不强制约束。一个引用通常包括书名、作者、出版社和ISBN。例如：“Make：3D Printing Projects by Brook Drumm and James Floyd Kelly（Make）.Copyright 2016，978-1-4571-8724-7。” 如果你对如何合理使用示例代码有疑问，或对以上介绍的许可授权有疑问，请通过 随时联系我们。 如何联系我们 请把关于本书的评论和疑问反馈给出版商： Make： 1160 Battery Street East，Suite 1

18、25 San Francisco，CA 94111 877-306-6253（in the United States or Canada） 707-639-1355（international or local） 创客（Make），是由富有智慧、充满灵感的人群构成的团结协作的、富有创意灵感的、活跃的，以及不断壮大的群体社 区，他们在自家的后院、地下室和车库开发一些奇妙的项目。创客，可释放你应用任何技术到你所想的作品中的权利。创客，一 种不断成长的文化和社区，爱好者相信能改善自我、环境、教育体系，甚至改变整个世界。这已经远远超出了爱好范畴，这是由 创客主导的世界范围的运动，可称之为创客运动。

19、有关创客的更多信息，可访问我们的在线网站： Make：magazine：http:/ Maker Faire：http:/ M：http:/ Maker Shed：http:/ 我们为本书建了一个网页，其中列出了勘误表、实例和任何附加信息，网页地址 是http:/bit.ly/make3Dprintingprojects。 想要发表评论或询问有关本书的技术问题，请发送邮件到。 1 1in(1“)=25.4mm。编辑注 2 尤达是星球大战中重要的人物，是一位德高望重的绝地大师。编辑注 第1章 3D台灯 Caleb Cotter 花费 35美元 打印耗时 6小时 打印床尺寸 6“6“6“ 组装时间

20、 30分钟 3D台灯是一个小巧的、可重新定位的、鹅颈式的LED灯具。对于那些刚刚开始接触3D打印、电子学应用和焊接的爱好者来 说，3D台灯是一个有趣且简单的初级项目。 简约的设计灵感来源于LocLine（诺克莱恩）模块化的软管/管路系统，它们被广泛应用于从数控机床（CNC）的润滑系统 到软性淋浴喷头等方方面面的设备上。 构成台灯的全部组件都是3D打印出来的，不再需要额外的硬件。通过添加更多的连接（或者称为脊骨），或者修改灯罩的 式样，可以轻松地定制它，而且可以在小尺寸的打印床上打印它的组件。 1.1 部件、工具和文件 需要下载的文件 为了完成3D台灯项目，需要从Make：3D Printing

21、 Projects网站（https:/ （http:/bit.ly/1RerzPq）。 1.2 打印所需的部件 先打印出全部文件，包括一个灯座，9个或更多个脊骨，还有一个灯罩。 推荐使用ABS材料，填充率设置为100%，来打印这些部件。PLA材料缺乏一些柔韧性，在把这些部件组装起来时，有可能 会折断。 当打印机正在有序地打印部件时，则该是开始制作台灯电子线路部分的时候了！ 1.3 为圆筒插孔接线 从两种颜色的连接线（一根黑色和一根红色）上切割两段2“长的线（见图1-1）。 图1-1 未剥皮的线和圆筒插孔 从线的两端各剥去1/4“绝缘胶皮。旋开圆筒插孔后部的黑色护套，将红色连线焊接到插孔中心，黑

22、色连线焊接到外接线柱。 然后穿入1/4“长的热缩管，包住红色线的焊接部分，使它绝缘（见图1-2）。 图1-2 把连线焊接到圆筒插孔上 使用一把尖嘴钳，把连线周围的胶管夹得靠拢一些，然后把黑色护套旋回到插孔根部，如图1-3所示。 图1-3 把圆筒插孔护套旋回原位 1.4 把LED驱动器连接到圆筒插孔 现在，该把FemptoBuck LED驱动器连接到刚才完成接线的圆筒插孔上了。 焊接黑色连线到PGND（电路板上有标记），红色连线焊接到VIN（见图1-4）。 图1-4 把连线焊接到驱动器电路板上 取一根扎带，缠绕连线一周，并将它固定到FemptoBuck一侧有切口的部位（见图1-5）。这样会为焊点

23、提供消除拉力的保 护。 图1-5 捆扎驱动器和插孔接线 当把长一些的连线连接到LED时，先将这套装置放到一边。 1.5 焊接连线到LED上 从红和黑两种颜色的连接线上切割两段12“长的线，并从线的两端各剥去1/4“的绝缘皮（见图1-6）。 图1-6 12“长的连接线和LED 注意LED板上的正极（+）和负极（）标记。 焊接到LED上的连接线最终要完全穿过台灯的颈部，因此，需使它们比真正需要的长一些，这样才是最保险的，特别 是在打印部件的同时，还在执行电子器件的装配工作的情况下。 将红色线焊接到正极标记附近的焊点，黑色线焊接到负极标记附近的焊点，如图1-7所示。 图1-7 焊接LED连接线 在等

24、待部件打印完成的时间里，你可以去做一个三明治（或制作本书中的其他东西）。 1.6 组装灯臂 希望你做的三明治味道鲜美！ 既然部件都已打印完毕，到了把它们组装到一起的时候。 抓住LED组件（见图1-8），并让连接线穿过灯罩。然后将LED黏在灯罩的中心。 图1-8 焊接好的电子器件 拿起脊骨，并把它们牢固地扣到一起，成为一个整体。然后将装配好的脊骨套过连线，再扣合到灯罩上，如图1-9所示。 图1-9 组装好的灯臂 1.7 连接底座 为了把灯臂和底座组装到一起，先要把灯臂内的线向下穿过底座，如图1-10所示，再将灯臂扣入底座。 图1-10 把灯臂连接到底座 信不信由你，我们快要完成制作了！ 1.8

25、最终完成电子器件组装 为了完成制作，现拿起之前放到一旁的LED驱动器组件。 剪短从底座伸出来的LED线，并将红色线焊接到FemptoBuck上的正极（+）LED孔，将黑色线焊接到负极（）LED孔 （见图1-11）。 图1-11 把驱动器焊接到LED连线上 如同前面绑扎圆筒插孔所做的那样，绑扎好连线，将扎带固定到切口处，以消除拉力。 在把电子器件封装起来之前，要先插入9V墙壁插头（见图1-12），来测试一下台灯。现在关键时刻到来，如果LED正常工 作，恭喜你！ 图1-12 关键时刻 如果LED没有亮，在继续工作前，要先查看“故障诊断”中的内容。 故障诊断 如果你的LED没有点亮，那么尝试以下一些

26、事项： 1.返回并检查全部细节，确保所有连接都是正确的。 2.仔细检查一下所有焊点，确保没有虚焊点。虚焊点看起来可能是搭在凸台上，然而却没有真正焊接起来。良好的焊点应该 是发亮的，并且好像是流过焊接处。 1.9 收尾工作 为了完成本项目，将5/8“的热缩管穿入插头（见图1-13）和LED驱动器组件的位置，然后使用热风机或者打火机加热，使它 收缩。 图1-13 热缩管封闭了连接处 恭喜！你已经成功制作完成了属于自己的3D台灯（见图1-14）！ 把它用作工作灯，来制作更多的电子产品，或者进行下一节列出的升级和改进，以获得新的创意。 图1-14 最终得到的3D台灯亮了 1.10 可行的升级和改进 以

27、下是一些可以尝试的可行的升级方案。你也可以随意发挥创意，自己进行独特的改造。 在美学方面，如果想要增加灯头和玻璃，可以去修改灯罩，或者设计不同的形状，以创建出非常酷的效果。也可以修改台灯 底座，以便将电子器件塞入外壳内。 如果喜欢装配本项目的电子器件，为什么不进一步改造它呢？你可以通过增加一个Arduino到DGND和CTRL引脚，并使用 PWM来实现亮度调节。 另外，还可以添加激光束，因为有谁不喜欢激光束呢？ 第2章 20世纪50年代的射线枪笔 James Floyd Kelly 花费 50美元 打印耗时 3小时 打印床尺寸 4“4“4“ 组装时间 2小时 几年前，妻子送了我一支精美的钢笔，

28、它被放在手枪握柄形的底座上，我把它作为有趣的生日小礼物摆放在家里的书房中。 最近，我开始设想是否有可能为笔和底座添加一到两种特殊效果。毕竟，这支笔就像来自科幻电影的一把激光手枪！ 检查笔和底座以后，我发现底座不是空心的，而且也太小了，无法满足我在其内部添加电子器件的要求。于是，我决定从头 开始制作。 在本项目中，我会为你示范如何使用3D打印机来制作定制化的部件，对已有物品进行式样（改型）。而且，我还会介绍一 些快速成型的技巧，你在自己动手时可能会发现它们很有用。 等你读完这一章时，将能够复制我已完成的项目，来制作自己的20世纪50年代的射线枪笔，或者找到改进它的方法！ 2.1 部件、工具和文件

29、 需要下载的文件 为了完成20世纪50年代的射线枪笔项目，需要从Make：3D Printing Projects网站 （https:/ 2.2 对射线枪笔的头脑风暴 每一个优秀的改进项目都是从头脑风暴阶段开始的。 我早已知道想要射线枪笔去“做些什么”，而不是仅仅只供我书写或绘画。我的脑海中突然涌现了很多想法。 射线枪笔应该能： 当按下按钮时，会发出“呯呯”的声音。 在握柄上装一些LED，当拿开笔时，它们会点亮。 当把笔放回底座上时，播放一段电子琴类型的太空声音。 当把笔放到握柄上时，底座将会旋转360。 在查找了多种电子器件以后，我最终确定使用一个叫作Trinket的微型单片机，用它来控制N

30、eoPixel Ring。该项目是由小型 的能够装下3节AAA电池的电池盒为电子器件提供所需的5V电源。 最后，我为射线枪笔确定了简单的短期目标：用户把笔放到底座上，而底座的形状像一把射线枪的握柄，它将闭合电路，这 会使底座上的LED点亮，并且通过一个非常有趣的光影图案循环闪亮。当把笔从底座上拿开，就会断开电路，并且灯光熄灭。 2.3 选择一支笔 开始制作射线枪笔之前，需要购买一只适合放置到底座上的真正的笔。 这很容易做到，市面上有上百种可以选择的笔。当开始寻找要使用的笔时，我希望它能有一个独特的外观，使人联想到早期 的科幻影片，还有那些奇形怪状的射线枪，太空人就是使用它射击的。我选择的是Cr

31、oss Edge Nitro Blue（见图2-1），通常我 从不会选择一支40美元的笔，不过我买的是降价处理的，仅15美元一支，而且它非常完美。 图2-1 Cross Edge Nitro Blue笔 最终，你将要选择适合自己的口味且与想制作的物品类型相符的一支笔。不过在决定购买之前，要找到一支有金属外壳（而 不是塑料的）或至少有一个金属笔夹的钢笔。 为什么笔要有金属外壳或金属笔夹？因为金属将被用来闭合射线枪笔的底座和握柄之间的电路。 并不是必须要用一支金属外壳或带金属笔夹的笔来闭合电路。你可以很容易地为底座增设一个on/off开关，用它来控制 NeoPixel Ring循环开启和关闭。 2

32、.4 3D打印握柄 选定笔之后，下一步是制作放置笔的握柄的形状。 可以用尺子或卡尺对笔进行测量，然后使用CAD软件设计一个握柄，这正是我最初想采用的方法。我的第一个握柄就是按 这种方法制作的，不过，它有太多的棱角，过多尖锐的边缘使它看起来很不美观。 于是我决定尝试设计一些不同的握柄草图。在这个过程中，我发现找到自己喜欢的式样最简单的方法是拍一些笔的照片，然 后在照片上绘制握柄草图，如图2-2所示。 图2-2 在笔的照片上绘制出握柄的草图 2.4.1 把草图转换为SVG文件 当确定了握柄的外观后，我开始在Tinkercad软件中设计它。Tinkercad允许使用基本物体（例如立方体、球体和棱锥）

33、来 创建更高级的物体，但创建如图2-2所示的形状可能非常耗时。 幸运的是，实际上还可用一种更快捷的方法来创建独特形状或草图，并把它们导入CAD软件中。 Tinkercad只能导入STL和SVG文件，所以对我来说要使用自定义形状，需要将它转换为SVG文件格式。幸好有一个免费和 易用的在线工具可以完成这项工作。 首先，在一张白纸上创建一个清晰的形状轮廓，然后用黑色填充它。结果会得到如图2-3所示的图形。 图2-3 为握柄草图涂色 拍张照片或者扫描图像，并保存为JPEG图片存到电脑中，然后定位Web浏览器到online-。在Image Converter（图像转换器）对话框中单击“GO”按钮，然后选

34、择“Convert to SVG”（转换为SVG）选项，如图2-4所示。 接着会出现如图2-5所示的新界面。单击“Choose Files”（选择文件）按钮，找到涂色的JPEG图像存放的位置，同时也要 在Color部分单击Monochrome选项。单击“Convert file”（转换文件）按钮，将会生成SVG文件。 图2-4 Online-C 图2-5 转换文件为SVG文件 2.4.2 导入Tinkercad 接下来，一定要把这个文件导入Tinkercad中。登录，并单击“Create new design”（创建新设计）按 钮，如图2-6所示。 图2-6 创建新的Tinkercad设计 在

35、界面的右侧打开Import（导入）部分。继续单击“Choose File”（选择文件）按钮，找到新建的SVG文件，然后单 击“Import”（导入）按钮。 正如在图2-7中所看到的，已经导入了握柄，但是与我测量的草图尺寸相比，它还是大了一些。 图2-7 导入的文件太大了 我知道握柄的长度和宽度是多少，因为我已经测量了如图2-2所示的纸上的草图。 2.4.3 重新缩放和调整导入的SVG文件 通过按住Shift键，然后拖动一个角的控制点，这样会锁定长度和宽度的比例，在Tinkercad中重新设置导入的SVG文件的尺 寸。 随后调整厚度。我的想法是将握柄分割成两部分，并分别挖空，那么就能够布置电路所

36、用的连线。 由于Tinkercad允许复制一个3D模型，然后翻转或镜像它，于是设置握柄的厚度为最终厚度的一半。 很多关于Tinkercad的教程可以帮助你更好地了解Tinkercad的控制项和功能。 将握柄的尺寸调整到正确的数值后，我完成了如图2-8所示的实体对象。 图2-8 一半厚度射线枪握柄的实体模型 2.4.4 测试打印 现在，到了测试打印原型来确认尺寸和形状是否与草图相匹配的时候了。我并没有按照完整的厚度把它打印出来，而只需要 打印几层来确认形状是否合适则可。图2-9显示了用白色丝料测试打印的握柄，我对得到的结果非常满意。 图2-9 握柄原型验证 接下来，回到Tinkercad，先将一

37、个矩形和三角形的混合，然后使用“Hole”（孔）按钮，将它们转换成“hole objects”（孔类对象），以制作布线所需要的腔室，如图2-10所示。 图2-10 转换成孔类对象 合并了实体和孔类对象后，会得到一个挖空的握柄。图2-11显示了半个握柄模型。 我本可以很容易地打印出整个握柄，但为了节省时间，我只打印了需要测试精确装配的部分。我需要把笔插入握柄，以确保 笔能够正确落座，并且金属笔夹可以接触到闭合电路的导线。 图2-11 挖空握柄 使用Tinkercad，可以制作现有模型的副本，然后删除不想打印出来的部分。为了测试握柄，我删除了它的下面部分，只保 留顶部三分之一，然后进行打印。 经过

38、一系列测试打印，其中一些结果如图2-12所示，我能够在半个握柄的顶部加上挖空的空腔，每个握柄半边都能使笔正 确放置，并且还能使笔夹充分深入握柄内，接触到两根导线。 若对握柄形状感到满意，则可打印出来两个半边握柄，然后将它们放到一起，摆放到笔的下面，看看结果如何。图2-13显 示了未组装到一起的两个灰色半边握柄，图2-14显示了组装后的握柄。 图2-12 多个打印原型 图2-13 未组装起来的半个握柄 图2-14 组装后的握柄 2.5 制作NeoPixel底座 笔和握柄将要落座于一个底座的顶部，底座应该足够大，能够容纳电池盒、Trinket，加上一些导线。我使用一种最普通和 最容易辨认的外壳，即

39、适合于全世界创客使用的薄荷糖盒。你可以从多种渠道购买它们，例如在副食店中就能买到。 薄荷糖盒能够作为杰出项目的外壳。它们既便宜，强度又足够高，而且容易打开和闭合，一旦关闭了盖子，就能保持闭合的 状态。另外，如果你弄坏了一个，也很容易更换。 我想要NeoPixel Ring环坐在一个有一小部分曲面的底座内。在Tinkercad中创建这种模型的最佳方式是先建立一个球体模 型，然后切割它，保留顶部部分，同时删除下面部分。保留的那部分就会是底部平坦的，而且上部是曲面的形状。 因为我想要把切割的球体制作成NeoPixel Ring的底座，于是测量了环形的内径和外径。回到Tinkercad，我设计了一个垫

40、 圈形状，并把它转换成孔类对象，用于将来与球饼合并。在图2-15中，你会看到球饼和孔类对象。 图2-15 球饼和孔类对象 接下来，我将环的孔类对象（见图2-16）与球饼合并，最终得到如图2-17所示的NeoPixel底座。 图2-16 孔类对象和球饼重叠 图2-17 合并后得到NeoPixel底座 由于要避免过盈装配的问题，我在“快速成型易犯的错误”中解释了这一点，所以我为NeoPixel底座增加了一系列的孔对 象，这样不仅可以将环弹出，而且能够在Trinket和环之间进行布线，使它们正常工作。 图2-18显示了最终的NeoPixel底座模型，图2-19显示的是用火箭红材料打印出来的底座。 图

41、2-18 最终的Tinkercad底座模型 快速成型易犯的错误 在NeoPixel Ring扣合到底座之前，我进行了3次测试打印，来微调环槽的外径和内径尺寸。最终我找到了错误原因，NeoPixel Ring与环槽配合过紧，导致根本取不出来！使用镊子根本夹不住NeoPixel Ring，而我也不想去冒损坏NeoPixel Ring的风险，所以 在底座底部小心地钻了一些孔，通过这些孔我才能把NeoPixel Ring从里面推出来。 图2-19 最终用火箭红材料打印的底座 对于3D打印机就是这样的！不过，射线枪笔还没有制作完成呢 2.6 测试电路 如果咨询曾经做过电子样机测试的人，无论他们做过多长时

42、间，都会告诉你一个事实：在把电路转到一个封装或者焊接更多 的固定连接之前，先进行电路测试是最聪明的主意。 我非常喜欢使用Schmartboard（也可以在RadioShack商店中选择）提供的母跳线，那些连接线非常灵活，在测试过程 中，它们令快速拔插连接变得非常轻松。 焊接PCB排针 因为Trinket和NeoPixel Ring是连接在印制电路板（PCB）的固定位置上的，所以建议你为Trinket和NeoPixel Ring焊接排 针（见图2-20），然后使用母跳线连接组件。 图2-20 带有焊好排针的Trinket和NeoPixel Trinket排针 Adafruit销售的Trinket

43、的包装中有预先切割好的排针，将它们焊接到PCB上。在后面，你将会连接跳线到标有#0、BAT和 GND的接头上。 NeoPixel Ring排针 使用跳线包装中的排针，用钳子折断三个单独的排针，并将它们分别焊接到Data Input、Power 5V和Power Signal Ground的孔中。 当然，你也可以放弃使用排针，直接将导线焊接到PCB上。 Trinket设置的技巧 为了使用Trinket，需要为Arduino IDE安装一个改进版本。这里有一些技巧可用，所以要仔细阅读Adafruit提供的Trinket说明 指南（http:/bit.ly/1P5wJhv），然后再进行设置并学习如何

44、使用Trinket。 当你通读了Trinket指南以后，将Trinket通过USB电缆连接到计算机上，接着运行Blink程序。可以从“File menuExamples01.BasicsBlink”找到这个示例程序。当板子上小LED开始闪烁时，就可以确认硬件功能正常。 2.7 NeoPixel闪动 当确定Trinket正常工作后，就可以测试NeoPixel闪动功能，并且调整闪动代码。 2.7.1 下载代码 登录Adafruit网站，下载NeoPixel库文件（http:/bit.ly/1KLaASC）。当你浏览网站时，可以顺便看一下NeoPixel程序的 原始版本（http:/bit.ly/1

45、O7VM4m），我已经为本项目修改了程序。 如果你还没有为此项目下载代码raygun_blue_spin_final.ino（http:/bit.ly/1L43j1D），那么现在把它下载下来吧。 2.7.2 安装NeoPixel库文件 接下来，为了运行Arduino代码，需要先安装NeoPixel库文件。使用内置的库管理器（Arduino Sketch menuInclude LibraryManage Libraries），可以很容易完成安装。于是NeoPixel库就出现了。 不熟悉Arduino库文件？ 安装Arduino的库文件（例如你需要为本项目安装的Adafruit NeoPixel

46、库文件）可能会使新用户感到困惑。由于本书中有几个 项目都用到Arduino库文件，所以在附录中，我们提供了逐步安装说明。 原始NeoPixel Ring程序能够做很多事情，可以在由3种颜色（红、蓝和绿色）构成的多种闪动演示图案之间循环。 我确定了自己喜欢的图案，同时只亮一盏LED，使它沿着圆周快速跳动闪亮。我稍微修改了原始的Arduino程序，删除不需 要的字段，并在raygun blue_spin_final.ino中更改了LED颜色为蓝色，还给出了以下代码示例。 更改LED颜色 下列示例代码采用了十六进制表示法来设置颜色：0xff0000表示红色，0x0000ff表示蓝色，0x00ff00

47、表示绿色。要改变颜色， 可用其他十六进制颜色去替换行uint32_t color=0x0000FF的值。 2.7.3 NeoPixel Ring代码 2.8 连接NeoPixel Ring 现在已经完成了配置闪动代码，还需要在NeoPixel Ring上检验一下。 通过USB电缆将Trinket连接到计算机上。然后按表2-1中所示的接线方式，使用跳线连接NeoPixel Ring的连接点到Trinket 上。 表2-1 Trinket连接 在Arduino IDE中，通过单击上传按钮（右箭头），加载代码到Trinket中。 虽然IDE显示代码已经上传，似乎看起来什么都没有发生，然而情况并非如此

48、。由于并不能通过计算机为NeoPixel Ring供 电，所以在点亮它之前，还需要为它连接一个独立的电源。 接下来将要测试电路，连接一个电池盒，再设置NeoPixel发光。 2.9 测试电路 2.9.1 连接跳线到电池盒 电池盒同时为LED环和微型单片机提供了V+和GND连接点。 为了使在测试过程中连接和断开电池盒更简单些，先切断两个母/母跳线的一端，然后向外拽出电池盒的红色线和黑色线， 并焊接到两条跳线上，如图2-21所示。 图2-21 电路测试 2.9.2 电源、地和PCB连接 在接下来的步骤中，将使用跳线和一个电路试验板，连接Trinket、NeoPixel Ring和电池盒。 由于本项目采用了母/母跳线，切割两排3引脚的排针，并将它们插到电路试验板上，然后连接母跳线到排针上。 表2-2中详细描述了电路试验板和PCB的连接。 正如图2-21中所示的电路试验板的设置，现在它终于连接到电池盒，NeoPixel Ring显示了蓝色“快速跳动”的图案。 表2-2 图2-21所示的电路试验板连接 电路试验板的连接是从左到右为每个排针列编号，如图2-21所示。 2.9.3 测试笔 下一步，测试使用笔来闭合电路，并且要能激活NeoPixe