In 2011 heb ik eens een letterklok gemaakt, afgekeken van de Qlock two. Die kon de woorden van de klok aansturen, en nu is het tijd voor een nieuwe versie die alle letters afzonderlijk kan aansturen.

Ontwerp

Het ontwerp bestaat uit een aantal delen. De frontplaat is bestaand van RVS maar ik wil ook een nieuwe maken van wit transparent Plexiglas. Daarachter worden printplaten met LEDs erop gemonteerd en om te voorkomen dat de LEDs meerdere letters ‘aanschijnen’ komt er een raster tussen de LEDs en de printplaat.

Alles wordt aangestuurd door een ESP32 met daarop WLED met een custom firmware om de juiste LEDs aan te sturen, met of zonder effecten.

Frontplaat

Het idee is de LEDs door een RVS frontplaat te laten schijnen, waarbij de letters dus uit het masker gehaald zijn. ‘Vroeger’ toen ik de eerste versie maakte waren 3d printers niet zo goed toegankelijk als tegenwoordig en heb ik het raster van een mdf plaat gemaakt. Gelukkig is dat nu een stuk makkelijker, en heb ik door een script in OpenSCAD een raster gemaakt die 3D geprint kan worden.

Dit is dan hoe de voorkant van de klok er ongeveer uitziet.

Besturing

Het makkelijkst zou zijn om WS2812 LED strips te gebruiken om de letters aan te sturen, maar deze zijn niet verkrijgbaar met afstand tussen de LEDs die ik nodig heb (30mm), dus heb ik zelf een PCB ontworpen waarbij de LEDs wel op die afstand geplaatst zijn. De PCB laat ik produceren via een webshop JLCPCB, en ik verwachtte altijd dat dat heel duur zou zijn maar toen ik mijn ontwerp uploadde viel dat heel erg mee. De transportkosten zijn hoger en dus heb ik maar een aantal andere PCBs gemaakt om het efficienter te maken.

De besturing bestaat uit een aantal losse LED PCBs die met draden aan elkaar verbonden worden, en een hoofd print met daarop voedingsmodules en de ESP32 voor de aansturing. De klok wordt gevoed met 24V, die omgezet wordt naar 5V. In het uiterste geval dat alle LEDs (110 stuks) aanstaan kan er zo’n 6A nodig zijn en daarom heb ik 2 3A modules gebruikt, die beide een ander deel van de klok voeden.

Software

WLED is open source software die veel gebruikt wordt om WS2812-achtige LED strips aan te sturen. Het zit vol met effecten en kan ook uitgebreid worden met zogenaamde usermods, waar specifieke software voor eigen effecten geladen kan worden. Het idee is om de klok in verschillende modi te gebruiken; als letterklok maar ook als pixelart display.

Realisatie

Het is de eerste keer dat ik met 3D printen aan de gang ga, dus ik maak eerst een klein proefstukje en daaruit blijkt dat het raster een stuk lager kan dan in eerste instantie gedacht. Dat scheelt printtijd gelukkig, want dat eerste proefstukje met 5 letters kostte een paar uur om te printen.

Nu ik weet hoe het raster eruit moet komen te zien, kan ik de uiteindelijke versie maken. De klok is te groot om in één keer te printen dus heb ik het ontwerp in vieren gedeeld, die ik dan aan elkaar vast kan maken. Dat delen gebeurt in OpenSCAD door middel van instelbare parameters.

OpenSCAD genereert een STL bestand, die wordt ingeladen in de slicer. De slicer vertaalt het STL bestand naar commando’s voor de printer, en houdt ook rekening met de afmetingen van het printbed en of er bijvoorbeeld extra ondersteuning nodig is voor overhangende delen.

De eerste keer gebruikte ik Slic3r maar na een tip ben ik overgestapt naar PrusaSlicer, aangezien de printer in het Fablab ook van Prusa is. Deze slicer laat zien hoe het ontwerp op het bed komt te liggen en geeft daarnaast aan hoeveel printtijd en materiaal er nodig is.

Elke print kost zo’n anderhalf uur maar gelukkig is het wachten in het Fablab erg interessant omdat er altijd wel iemand met iets leuks bezig is.

Het geprinte raster ziet er goed uit, bij de randen kruipt het echter wat omhoog. In mijn geval niet heel erg, toch is het handiger om voor meer contactoppervlak te zorgen door in de slicer de optie Brim of supports aan te zetten. Er wordt dan een broze rand geprint die er later afgebroken kan worden.

Printplaten

Eindelijk komen de printplaten uit China. Op het eerste gezicht ziet het er goed uit maar je weet pas zeker dat het werkt als het geassembleerd en getest is. Voor één klok zijn er 10 LED strips nodig (110 LEDs in totaal) en ik assembleer eerst één LED strip om te kijken of die goed is. De eerste keer gaan nog niet alle LED’s aan en ik kom erachter dat de plaatsing van de LED’s op de PCB’s nauwkeurig in het midden moet zijn, omdat anders niet alle contacten vastzitten en de LED niet werkt. Met een multimeter meet ik na of de verbinding gemaakt is en als alle LED’s goed zijn zet ik de spanning erop.

Alle strips solderen is even een klus maar er komt wel leven in de klok.

Samenbouw

Nu is het tijd om al deze delen samen te bouwen. De strips maak ik vast op een MDF achterplaat, waarna ik ze met elkaar verbind. Ook de besturingsprint verbind ik met de strips, en over de strips heen komt het raster. Het raster fixeer ik op de achterplaat, en om het licht diffuus te maken plaats ik een raamfolie tussen de frontplaat en het raster. De frontplaat is voorzien van busjes met schroefdraad, en daarin wordt de achterplaat gefixeerd.

Spanning erop en gaan! Nu blijkt dat er best wat licht ‘lekt’ door het raster heen. Daardoor komt er ook licht bij het naast (of onder) gelegen vakje en voor een strak effect is dat niet wenselijk. Misschien had ik toch beter zwart PLA kunnen kiezen…

Overigens worden de minuten met de puntjes in de hoeken aangegeven. Dus elke hoek is een extra minuut bij de tijd die de tekst weergeeft.

Omdat ik al zover ben plak ik iets op het raster om het lichtdicht te maken. Met Ducttape bereik ik niet het goede resultaat dus het wordt metaaltape van de bouwmarkt. Niet zo mooi maar wel functioneel!

Tussen de verschillende bouwfases zit redelijk wat tijd, en die vul ik met toevoegen van effecten op de klok. De letters kunnen in willekeurige volgorde verschijnen, maar ook het effect alsof ze worden getypt met een typemachine.

Omdat de LEDs afzonderlijk kunnen worden aangestuurd, kunnen ze ook als digits worden gebruikt. In onderstaande wordt het WLED effect Soap gebruikt.

Hartstikke leuk die effecten maar als ik het zat ben kan hij gelukkig ook lekker gewoon, wit. En dan zie je ook dat het lekken van het licht nog niet helemaal is opgelost, maar ik ga hem toch ophangen 😅