The Webbinator – Tranh treo tường gương lục giác RGB LED kiểu James Webb

Backstory: Mình thấy một mẫu gương kiểu tương tự trên Printables và nghĩ là: làm cho nó thú vị hơn bằng cách thêm LED. Nên mẫu này lấy cảm hứng từ, nhưng không dựa trực tiếp trên .

Cảnh báo: Món này tốn rất nhiều thời gian để in (18 mảnh tile, mỗi mảnh ~3 tiếng, rồi còn thêm nữa), và còn tốn nhiều thời gian hơn để lắp ráp và hàn các dải LED. Chỉ hợp với những maker thích thử thách.

Có một bản WLED tùy biến cho bộ này với vài hiệu ứng 2D đặc biệt, xem branch này trên GitHub: https://github.com/apanteleev/WLED/tree/webb

Những thứ bạn cần:

• Gương lục giác - bộ 18 miếng. Model được thiết kế cho đúng bộ này, và bạn sẽ cần 2 bộ. Sau khi ráp xong có thể nó không khít hoàn toàn, mình đã dùng dao cắt giấy kiểu guillotine để xén bớt chỗ cần thiết.
• Filament “cứng” để in các tile. Màu nào cũng được vì bên ngoài không thấy. Mình dùng ASA để bền và ổn định nhiệt; PETG không hợp lắm vì tile quá nhiều chi tiết. PLA có thể ổn nếu bạn không định làm nó quá nóng hoặc mang ra một lễ hội sa mạc nào đó.
• Filament trong mờ cho các tấm shield (phần che dải LED). PETG trong (clear) chạy ổn.
• Filament trắng cho tấm board mounting plate, vì nó kiêm luôn nhiệm vụ phản xạ ánh sáng cho phần cover có backlight.
• Máy in multi-material, với PLA đen và các màu PLA trong mờ khác (clear, xanh dương, đỏ cho logo NASA) để in nắp trung tâm.
• Khoảng 7 mét dải LED addressable 144 LED/m. Mình dùng WS2815, nhưng các loại LED 12V khác chắc cũng được.
• Khoảng 1/2 mét dải LED trắng 144 LED/m 12V cho đèn backlight của nắp trung tâm.
• ESP32 dev board
• Một cặp relay 5V (dùng song song cả 2 để chịu dòng trên 10A)
• MOSFET để điều khiển backlight trung tâm
• DC-DC converter có thể tạo ra 5V tầm 1A hoặc hơn
• Module micro INMP441 (tùy chọn, nếu bạn muốn hiệu ứng theo âm thanh)
• Level shifter SN74AHCT125N (cũng như kiểu bảo vệ cho ESP, mình làm cháy 2 cái ESP ở đây…)
• Nút nhấn PCB, loại xuyên lỗ (through-hole), dài khoảng 8mm - 2 cái (tùy chọn, nếu bạn muốn nút ở mặt trước)
• Một ít cọc đấu dây (screw terminals)
• Nguồn 12V 15A+ (mình dùng nguồn mỏng từ Aliexpress nhưng nó không xịn lắm và dù sao nó cũng nằm ngoài phần gương)
• Rất nhiều ốc và tán:
  • Ốc lục giác chìm M4x20 để ráp khung - 76 cái
  • Ốc lục giác chìm M4x25-30 cho chỗ khung có gắn phụ kiện - 8 cái
  • Tán M4 - 84 cái
  • Ốc M4x6-8 để bắt tấm board mounting plate - 4 cái
  • Ốc M3x4 để bắt PCB - 8 cái
  • Ốc M2x4 để bắt MOSFET - 2 cái
  • Ốc M3x8 để siết nắp trước - 5 cái
  • Nên có tua vít mềm/linh hoạt để luồn vào chỗ chật, như bộ iFixit kèm đầu nối dài
• Nhiều dây điện nhỏ
• Vài mét dây to để đi “power web”
• Dây ribbon 8 lõi có đầu socket pin header, và đầu cắm góc (cho panel trước có nút và micro, tùy chọn)

Cũng lưu ý: Mình không rành thiết kế PCB, nên mấy project KiCad kèm theo chắc hơi “đuối”. Và bề rộng trace… được tối ưu cho PCB 1 lớp gia công bằng CNC isolation routing; nếu bạn đặt PCB ở xưởng, tốt nhất redesign lại thành dạng 2 lớp cho đúng bài.

Quy trình lắp ráp:

• In các tile (tổng 19 cái). Thiết lập mặc định là ổn.
  • 1x Tile_Center
  • 6x Tile_Inside
  • 6x Tile_Outside_2_sides
  • 5x Tile_Outside_3_sides
  • 1x Tile_Outside_3_sides_WireHole (cái này nằm dưới cùng)
• Ráp khung bằng các tile. Bố cục nhìn hình là hiểu. Mỗi cặp tile nối với nhau bằng 2x ốc M4x20 và tán. Tạm thời bỏ qua toàn bộ ốc ở vòng ngoài cùng, vì lát nữa bạn cần banh nhẹ các khe này để gắn shield.
• In các shield bằng PETG trong. Dùng walls và infill mặc định (15% gyroid nhìn ổn).
  • 42x Shield_Top (bật ironing cho mặt trên, nhìn đẹp)
  • 5x Shield_Side_NoTrim
  • 1x Shield_Side_NoTrim_WireHole (khớp với tile WireHole)
  • 12x Shield_Side_LeftTrim
  • 12x Shield_Side_RightTrim
• Thử lắp vài shield với khung. Shield nên cắm vào lỗ tương ứng vừa khít nhưng không cần ép quá mạnh. Shield_Top nằm giữa các tile và có thể cần chà nhám nhẹ ở cạnh ngắn để đường ráp “tàng hình”. Shield bên hông gắn vào các cạnh: bản NoTrim khớp vị trí mà cả hai phía đều bẻ “xuống”; bản LeftTrim hoặc RightTrim khớp vị trí mà cạnh tương ứng bẻ “lên”.
• Đi dây “power rail” bằng cách luồn qua các lỗ lục giác trong khung (xem hình mặt sau). Mình dùng dây đồng cứng 14AWG đã tuốt vỏ; 16AWG cũng ổn. Dùng ít nhất 2 rail: rail phía trong là mass (ground), rail phía ngoài là +12V (nối với nguồn qua relay để tiết kiệm điện khi tắt). Mình dùng 4 rail để dễ cấp nguồn cho LED vòng ngoài (G/+12/G/+12).
• Cắt, dán, và hàn toàn bộ dải LED addressable. Đây là phần lâu nhất.
  • Tất cả dải “top” nằm giữa các tile là một segment, 546 LED; tất cả dải “side” là một segment khác, 402 LED. Không có nối data giữa hai segment này.
  • Cấp nguồn cho dải LED thường xuyên bằng cách tap vào các power rail dạng vòng.
  • Dải top: mỗi đoạn 13 LED, như hình dưới:
  • 
  • Dải side che các tile 3 cạnh: mỗi cái 40 LED (13+14+13); còn loại che tile 2 cạnh: 27 LED (13+13 và 1 cái ở giữa). Cứ đi theo chiều kim đồng hồ từ phía trên:
• Nên test LED ở bước này (hoặc sớm hơn, trong lúc hàn) bằng cách nối vào ESP32 chạy WLED.
  • Dùng WLED với Audio Reactive usermod nếu bạn gắn micro.
• Gắn toàn bộ shield.
• Làm PCB cho nút bấm và micro (project HexMirrorButtons), hàn dây ribbon vào.
• In CoverAdapter (màu đen) và BoardMountingPlate (màu trắng).
  • Lắp CoverAdapter lên tile trung tâm, che lên một phần các shield_Top. Xoay sao cho cạnh có 3 lỗ hướng xuống.
  • Bạn cần tháo 6/12 con ốc đang nối tile trung tâm với các tile khác, rồi thay bằng ốc dài hơn để bắt cover adapter.
  • Bắt PCB nút/mic vào mặt dưới của CoverAdapter để 2 nút nằm ở 2 lỗ ngoài, và micro hướng vào lỗ giữa. Dùng ốc M3x4.
  • Bắt BoardMountingPlate vào CoverAdapter từ phía sau, sao cho phần phẳng của nó hướng ra trước, và dây ribbon từ PCB đi ra phía sau tấm plate. Dùng ốc M4x4-8 để siết plate vào adapter.
• Cắt và dán dải LED trắng vào thành của hốc phía trước CoverAdapter, để LED hướng vào trong và rọi lên mounting plate — tấm này đóng vai trò reflector.
• Làm PCB cho ESP32 (xem lưu ý ở trên về mấy project KiCad… nói chung tốt nhất làm lại từ đầu, chỉ cần khớp lỗ bắt vít)
• Gắn cả 3 board lên plate, nối dây giữa chúng.
• Thêm đầu cấp nguồn ở đâu đó trên tile dưới cùng.
  • Lưu ý: ground có thể nối thẳng vào power rail vòng; dây +12V nên đi vào relay rồi vào cổng power input trên PCB.
• In và gắn nắp trung tâm.
  • File STL đi kèm không có hình. Mình dùng Bambu Slicer để chèn logo NASA dạng SVG và gán màu cho từng phần. Bạn có thể dùng hình nào cũng được miễn máy in của bạn hỗ trợ đủ màu cần thiết cùng lúc.
  • Để đẹp nhất, dùng smooth plate, 100% infill, và có thể dùng nozzle 0.2-0.25 mm. In rất lâu, nhưng logo nhìn từ vài mét sẽ rất đã.
  • Nhét nắp vào adapter, dùng 5x ốc M3x8 bắt từ hai bên để cố định.
• Thêm ngàm treo.
  • In MountingBracket và MountingBracket_Nut
  • Bắt bracket vào thanh nối ngang giữa các tile, hàng thứ 2 tính từ trên xuống, ở hai vị trí cách xa nhau.
• Dán gương lên khung.
  • Mình dùng băng keo hai mặt mỏng để khi cần có thể gỡ gương ra (không dùng keo 502). Kết quả không hoàn hảo 100% vì gương hơi bị cong nhẹ.
• Treo lên tường.
• Tận hưởng!

Các chỉnh sửa có thể làm:

• Bạn có thể bỏ toàn bộ RGB LED và chỉ dùng shield đục. Dự án sẽ dễ hơn nhiều nhưng nhìn cũng kém “ngầu”.
• Bạn có thể bỏ micro và/hoặc nút bấm. Nếu bỏ cả hai, PCB phụ không cần thiết — chỉ cần sửa model CoverAdapter để bỏ các lỗ.
• Dùng một màn hình thay cho nắp nhựa có backlight ở giữa là một ý tưởng hay, nhưng sẽ cần lập trình và có thể cần controller khác.