3D печать для оLEDинения автооптики

Всем привет!

Сначала 'небольшое' лирическое отступление.

Примерно года полтора назад загорелся проектом HPL Fireball по апгрейду дешевых китайских светодиодных ПТФ до приемлемого уровня в плане интенсивности светового потока. Оптика в этих ПТФ на приличном уровне, а вот на комплектующих сэкономили. В рамках этого проекта производилась замена платы и светодиодов на более эффективные, но тех же размеров - в сети куча фото с результатами апгрейда (в т.ч. и СТГ)

Общий вид светодиодных ПТФ можно увидеть на фото (не моё, угнал в интернете)Проблема в моем случае была в том, что на моем авто отражатель ПТФ имеет форму скорее параллелограмма нежели круга. Но при этом полезная площадь отражателя исходных светодиодных ПТФ примерно совпадала с площадью моих. Т.е. посчитал, что в принципе как-то их срастить можно.

Какое-то время жил с этими мыслями, но потом решил, что пора действовать - приобрел еще один комплект штатных ПТФ, комплект светодиодных, горстку светодиодов Cree XP-L, кусок фольгированного алюминия, пару драйверов на 2.1 А и начал все это сращивать.

Корпус штатных ПТФ изготовлен из пластика, светодиодных - из литого алюминия. Отрезал все лишнее, постарался совместить оптические центры и срастил их при помощи холодной сварки. Еще сверху покрыл её полиуретановым герметиком для защиты (думал, что самое слабое звено в этой конструкции - она, наивный). В общем для полного комплекта не хватало изоленты.Опыт месячной эксплуатации показал, что в такой конфигурации светодиодам не очень комфортно живется (по ряду причин, о них я узнал уже после вскрытия) - они стали запекаться/деградировать (температура фольги, к которой они были припаяны была чуть больше 100 градусов через 40 минут работы), и стало понятно, что нужно все полностью переделывать.На этот раз решил подойти к делу более основательно - отказаться от жесткого колхоза (читай холодной сварки) и обеспечить наиболее комфортную жизнь светодиодам. Спроектировал составные радиаторы - часть из меди, часть из алюминия. Светодиоды будут припаиваться на медные радиаторы напрямую (для этого подготовлены спец. площадки) - в общем sinkpad отдыхает. Тем самым обеспечится наискорейшее охлаждение кристалов самих светодиодов и более быстрое распределение тепла по радиатору, т.е. bottleneck'и в виде диэлектрической прослойки с низким коэффициентом теплопроводности (по сравнению с медью) и слоя термопасты между не очень ровной алюминиевой подложкой и радиатором - ликвидированы.

Но при этом есть такой момент - нужно как-то закрепить всю оптическую систему (сами светодиоды, отражатель и линзу) на радиаторе. Во время проектирования радиатора в руках вертел только один из отражателей (их всего 2, по 1 на каждую ПТФ), на нем как раз было 2 технологических 'ноги' в которые закручивались саморезы. На них то я и решил 'завязаться'. Поэтому помимо радиаторов были изготовлены еще и втулки, которые выставляли зазор между отражателем/линзой и светодиодом.

Получилась вот такая модель:Перед изготовлением самих радиаторов нужно было изготовить макет, что бы проверить корректность всей модели, т.к. для её проектирования была произведена целая куча различных замеров, проштудирована спецификация на всевозможные разъемы (в том числе на H27) для повторения всех ключей разъема в металле что бы горизонты совпадали (сейчас уже понимаю, что это тоже было моей ошибкой, нужно было ключи печатать на принтере). Так как принтера у меня своего пока нет - пришлось его искать. И тут на помощь пришел любимый университет (приятно, что тебя помнят даже спустя несколько лет после выпуска) - макет был распечатан (если точнее - не один - было несколько ошибок) достаточно быстро, за что огромное спасибо любимым преподавателям.

Изготовление радиаторов было заказано в поднебесной (вышло почти в половину дешевле, чем изготовление в России). Уже когда детали были на руках, я обнаружил, что на втором отражателе год назад я собственноручно спилил те самые ноги отражателя, на которых он должен был крепиться, чем сам себе подложил свинью. Так же подвели и китайцы - отверстия в площадке под втулки было на 0,2 мм меньше их диаметра, из за чего они вставать на свое место конечно же не хотели. Попытка воспользоваться разверткой успехом не увенчалась - потерял плоскость с которой контактирует торец втулки.

Общий вид сборки получился такой:Стало понятно, что без очередной 3D печати 'адаптера' не обойтись. Переделывал модель адаптера для отражателя несколько раз. Изначально предполагал так же изготовление 'маски' для всей этой системы из листового пластика (пластиковая папка-скоросшиватель) путем резки его на плоттере. Нужна она была только для того, что бы прикрыть все кишки получившейся конструкции. В конечном итоге эта маска оказалась функциональным элементом, который одновременно прикрывает непристойности и фиксирует отражатель относительно источников света на площадке радиатора.

В университете по техническим причинам помощи на этот раз для меня не нашлось, пришлось воспользоваться разделом объявлений на сайте. Оттуда я и узнал, что, оказывается, у нас в городе есть производитель 3D принтеров. Ребята из Cronos любезно согласились мне помочь в моей 'беде'.

Несколько осложнялась печать деталей еще и тем, что предположительная температура радиатора будет около 80 градусов, что уже на границе температурного интервала эксплуатации ABS пластика. Кроме того, потребуется разовый его разогрев до 90-100 градусов (прозрачная часть ПТФ приклеена к корпусу при помощи бутилкаучукового герметика, при этой температуре он размягчается и возможно обратное склеивание всего бутерброда) на 15-20 минут. Для того что бы не иметь проблем с пластиком во время эксплуатации решили печатать пластиком Eternal от REC (чуть более тремостойкий по сравнению с ABS). Детали напечатались на отлично - если бы не цвет пластика и моя криворукость и неопытность - просто бери и используй (а так - придется все таки вырезать кое-какие детали на плоттере что бы прикрыть кривые резы отражателя и фронтальной маски и придется воспользоваться алюминиевым скотчем побокам что бы добавить немного штатной 'блестючести' ). Немного сказалась на конечном изделии моя неопытность в моделировании под 3D печать - гайки вписывал в окружность диаметром 6 мм (гайки М3), а в конечном итоге получилась окружность диаметром 5.5 мм, из за чего гайки не горят желанием рассаживаться по своим местам. Все таки нужно было заложить небольшой зазор. Нагрузка в местах крепления минимальна, саморезы отлично справляются с этой задачей (изначально именно на них предполагалось крепление отражателя через втулки).

Больше всего переживал за тонкую стенку по краям детали на самом верху 'лесенки' - толщина всего 1 мм, длинна дуги почти 4 см, высота 3 мм. Стенка получилась ровная и на своем месте - Cronos Hyperion в умелых руках творит чудеса.

До конца проекта еще далековато, но уже можно увидеть как это все будет выглядеть в конечном итоге.

Светодиоды с платкой ещё не припаяны, просто лежат на своих местах.P.S. Прощу прощения за фото грязных деталей - отражатель с линзой уже не могут себе найти места целый год, лишний раз их трогать не хочется, т.к. покрытия достаточно нежные (легко царапаются), а медь после запекания при 250 градусах почему-то решила поменять свой цвет - после ещё одного такого запекания будет отполирована.