С наступлением холодов портативный обогреватель становится незаменимым. Но зачем ограничиваться готовыми моделями, если можно собрать свой собственный? Он не только согреет, но и подарит удовольствие от процесса сборки.

В этом руководстве я покажу, как создать компактный и настраиваемый обогреватель, работающий от аккумулятора. Он удобен, мобилен и позволяет регулировать температуру в нужном диапазоне, в отличие от большинства готовых устройств.

Проект подойдёт тем, кто увлекается электроникой, любит мастерить или просто ищет практичное решение для обогрева. Используя минимальный набор инструментов и материалов, вы получите эффективное и удобное устройство. Мы подробно разберём процесс сборки: от интеграции нагревательного элемента и системы регулировки до организации питания. В итоге у вас будет собственный обогреватель, который можно взять с собой куда угодно.

Проект доступен как новичкам, так и опытным энтузиастам. Он не только полезен, но и поможет освоить базовые навыки работы с электроникой. Давайте начнём!

Материалы:

• Жёлтый PLA

• Чёрный PLA

• PTC-нагревательный модуль (пример на amazon)

• Регулятор скорости мотора (пример на amazon)

• Переключатель

• Держатель для 12В аккумулятора

• 12В аккумулятор

• Чёрный фетр

Программное обеспечение:

• TinkerCAD

• Слайсер для 3D-печати

Инструменты:

• 3D-принтер

• Шуруповёрт

Шаг 1: Проектирование корпуса в Tinkercad

Проектирование начинается с создания кубообразного корпуса, который служит внешней оболочкой. Этот куб служит основой корпуса, в котором размещены все необходимые компоненты. Выбор куба в качестве базовой формы делает конструкцию компактной, удобной для производства и позволяет внутренним компонентам плотно и эффективно размещаться внутри.

Первым этапом является создание выреза в кубе для блока вентилятора и нагревательного элемента. Этот блок обычно представляет собой единый интегрированный компонент, который одновременно генерирует тепло и циркулирует воздух. Вырез необходимо точно подогнать под размеры вентилятора и нагревательного элемента. Важно, чтобы вырез позволял блоку надёжно закрепиться в корпусе, обеспечивая при этом достаточный зазор для втягивания воздуха вентилятором и его направления через нагревательный элемент. Это гарантирует эффективную работу обогревателя, равномерное распределение тёплого воздуха при сохранении компактности конструкции.

Далее необходимо выполнить полое пространство внутри куба. Для этого из основного куба вычитается меньшая внутренняя форма, создавая полость, в которой будут размещены вентилятор, нагревательный элемент и другие внутренние компоненты, такие как проводка и возможные поддерживающие элементы. В процессе создания полости необходимо учитывать, что стенки куба должны оставаться достаточно толстыми для обеспечения прочности, но при этом оставлять достаточное пространство для комфортного размещения всех компонентов. Внутреннее пространство также играет важную роль в рассеивании тепла, предотвращая перегрев и обеспечивая достаточную циркуляцию воздуха внутри корпуса.

Помимо основного внутреннего пространства для вентилятора и нагревательного элемента, в корпусе должны быть предусмотрены отверстия для элементов управления. Как правило, это регулятор температуры для настройки уровня нагрева и переключатель для включения и выключения устройства. Эти отверстия должны точно соответствовать размерам элементов управления, обеспечивая удобство их использования. Их расположение также имеет значение: они должны быть доступны и удобны для пользователя, обычно размещаются на передней или боковой стороне корпуса.

После завершения основной структуры корпуса, включая вырезы для вентилятора и нагревательного элемента, полое внутреннее пространство и отверстия для элементов управления, кубообразный корпус начинает приобретать окончательную форму. Эта структура становится основой портативного обогревателя, обеспечивая надёжное размещение всех необходимых компонентов и их правильное функционирование.

Следующий этап проектирования включает уточнение размеров, проверку точности подгонки всех деталей и внесение необходимых изменений для оптимизации работы устройства. Можно также добавить дополнительные элементы, такие как вентиляционные отверстия или каналы для циркуляции воздуха, которые улучшат функциональность обогревателя, обеспечивая лучшее распределение тёплого воздуха. Кроме того, можно предусмотреть дополнительные поддерживающие элементы или усиления внутри корпуса, чтобы гарантировать надёжное крепление компонентов, их изоляцию для безопасности и повышения эффективности устройства.

Шаг 2: Проектирование крышки в Tinkercad

Чтобы создать крышку, начните с размещения куба на рабочей плоскости в Tinkercad и измените его размеры так, чтобы они соответствовали основному корпусу обогревателя. Этот куб будет служить базовой структурой крышки, его габариты должны совпадать с внешними размерами корпуса.

Чтобы скруглить углы куба, выберите его и откройте параметры формы в верхней части экрана. В настройках формы найдите ползунок "Bevel" (Скругление). Используйте этот ползунок, чтобы настроить скругление углов. Этот процесс позволяет аккуратно скруглить края крышки без необходимости обрезать углы вручную.

После применения скругления создайте дубликат куба и немного уменьшите его размеры, чтобы сделать крышку полой. Разместите уменьшенный куб внутри исходного так, чтобы он находился по центру. Затем сгруппируйте два куба, чтобы вычесть внутренний объём и получить лёгкую, но прочную крышку.

После этого создайте больший куб и выровняйте его с уже скруглённым кубом. Установите его в режим "hole" (отверстие) и сгруппируйте с другим кубом.

Теперь добавьте направляющие для фиксации. Для этого перетащите фигуру Box (Прямоугольник) из панели инструментов Tinkercad и измените её размеры так, чтобы получились узкие направляющие, которые будут располагаться вдоль внутренних краёв крышки. Эти направляющие предназначены для фиксации крышки в пазах основного корпуса обогревателя, обеспечивая надёжное крепление за счёт силы трения. Разместите направляющие на расстоянии 3-5 мм от края крышки и продублируйте их для всех четырёх сторон. После размещения всех направляющих сгруппируйте их вместе, чтобы создать единую структуру.

Для воздухозаборника используйте фигуру Polygon (Многоугольник) и установите количество сторон на 6, чтобы получить шестиугольник. Измените его размеры в соответствии с необходимой площадью воздухозаборника на крышке. Затем расположите несколько таких шестиугольников в шахматном порядке, формируя сотовую структуру. Этот узор позволит воздуху свободно поступать через крышку, обеспечивая правильную вентиляцию обогревателя.

Шаг 3: 3D-печать

Для 3D-печати крышки из жёлтого PLA и основного корпуса из чёрного PLA начните с нарезки STL-файлов в предпочитаемом слайсере, таком как PrusaSlicer, Cura или другом, подходящем для вашего принтера. Откройте STL-файлы крышки и корпуса в слайсере и правильно разместите их на виртуальной платформе печати. Убедитесь, что ориентация деталей минимизирует использование поддержек и оптимизирует качество печати.

Для создания крышки загрузите жёлтый PLA-филамент в 3D-принтер и установите температуру сопла на 215°C, а температуру подогреваемого стола на 60°C. Это стандартные параметры для PLA, обеспечивающие плавную экструзию и хорошую адгезию к платформе. Отрегулируйте другие настройки в слайсере, например скорость печати (обычно около 50 мм/с), а плотность заполнения установите примерно на 20%, что достаточно для большинства ненагруженных элементов, таких как крышка. Если в конструкции есть нависающие элементы, включите поддерживающие структуры в слайсере.

Когда все параметры настроены, нарежьте модель и сохраните G-code на SD-карту, USB-накопитель или другой носитель, поддерживаемый вашим принтером. Вставьте носитель в принтер и запустите печать. Следите за первыми слоями, чтобы убедиться, что филамент хорошо ложится на стол и печать проходит без сбоев. После завершения печати дайте крышке остыть, прежде чем снимать её с платформы.

После печати крышки замените жёлтый PLA на чёрный PLA для основного корпуса. Установите те же параметры температуры (215°C для сопла и 60°C для стола), так как они подходят и для чёрного PLA. Проверьте настройки слайсера для основного корпуса: можно увеличить плотность до 30%, чтобы сделать его более прочным. Если модель содержит сложную геометрию или выступающие элементы, включите поддержки.

Повторно нарежьте модель и сохраните новый G-code файл на SD-карту или USB-накопитель. Когда G-code будет готов, перенесите его на 3D-принтер и начните печать основного корпуса. Как и при печати крышки, следите за процессом, особенно за первыми слоями, чтобы обеспечить хорошее сцепление и качество печати. После завершения печати дайте корпусу полностью остыть, затем аккуратно снимите его с платформы.

Attachments

• Portable heater (9).stl

• Download

• View in 3D

Шаг 4: Закрытие вентиляционного отверстия

Чтобы приклеить чёрный фетр к вентиляционному отверстию 3D-печатной жёлтой крышки портативного обогревателя с помощью горячего клея, начните с вырезания куска фетра, который немного больше, чем само отверстие. Фетр должен полностью закрывать вентиляционную зону, при этом иметь небольшой запас по краям для надёжного крепления. Он должен быть достаточно воздухопроницаемым, чтобы не препятствовать потоку воздуха, но при этом достаточно плотным, чтобы задерживать пыль.

Затем разогрейте клеевой пистолет. Когда он будет готов, переверните крышку так, чтобы внутренняя часть вентиляционного отверстия была обращена вверх. Нанесите тонкий и ровный слой горячего клея по краям вентиляционного отверстия с внутренней стороны крышки. Клей должен ложиться на пластиковую поверхность, к которой будет прикреплён фетр.

Сразу после нанесения клея прижмите фетр к приклеиваемой зоне, убедившись, что он расположен по центру и полностью закрывает отверстие. Аккуратно надавите на края, чтобы зафиксировать его, не закрывая при этом вентиляционные отверстия. Подержите фетр несколько секунд, чтобы клей успел остыть и надёжно закрепить его.

После того как клей застынет, проверьте края, чтобы убедиться, что фетр хорошо закреплён/прочно приклеен и не перекрывает воздушные проходы. Горячий клей создаст прочное соединение, которое не позволит пыли проникать внутрь обогревателя, но при этом не снизит эффективность вентиляции.

С плотно приклеенным к внутренней стороне крышки фетром обогреватель будет лучше защищён от пыли, не теряя при этом способности к вентиляции.

Шаг 5: Установка нагревательного модуля

Чтобы закрепить нагревательный модуль на передней стороне 3D-печатного корпуса с помощью саморезов, сначала выровняйте его так, чтобы он плотно прилегал к краю выреза в корпусе. Так как у модуля нет креплений, его нужно разместить прямо у края выреза в месте крепления.

После установки модуля аккуратно вкрутите саморезы в пластиковый корпус, закрепляя его по краям выреза. При вкручивании саморезы сами нарежут резьбу в материале, надёжно фиксируя нагревательный модуль. Важно держать саморезы ровно, чтобы не повредить пластик и не сместить модуль.

Затягивайте саморезы достаточно сильно, чтобы модуль был надёжно закреплён, но не переусердствуйте, так как слишком сильное закручивание может привести к растрескиванию или деформации пластика. После того как оба самореза установлены, проверьте, что модуль прочно закреплён и точно совпадает с вырезом. Теперь нагревательный модуль надёжно установлен на передней части корпуса, закреплённый с помощью саморезов.

Шаг 6: Установка регулятора скорости вентилятора

Сначала снимите ручку с регулятора скорости вентилятора. Поскольку она закреплена за счёт трения, просто потяните её вверх, прикладывая равномерное усилие, и снимите с вала. Если ручка снимается с трудом, слегка покачивайте её из стороны в сторону, чтобы избежать повреждения вала или самой ручки.

Далее подготовьте регулятор скорости вентилятора к установке. Совместите его вал с отверстием на боковой стенке корпуса, через которое он будет проходить наружу. Разместите регулятор внутри корпуса, убедившись, что его вал точно совпадает с боковым отверстием.

Вставьте вал через отверстие с внутренней стороны корпуса. Возможно, потребуется немного подправить положение модуля, чтобы вал идеально выровнялся с отверстием. Как только он окажется снаружи, зафиксируйте регулятор внутри корпуса, плотно прижав его к внутренней стенке.

После того как вал пройдет через отверстие, снова прикрепите ручку-регулятор. Наденьте её обратно на вал, плотно прижав, пока она не зафиксируется. Поскольку крепление происходит за счёт трения, ручка должна держаться надёжно без необходимости в винтах или других крепёжных элементах.

Для дополнительной фиксации регулятора внутри корпуса нанесите небольшие точки горячего клея по краям модуля в местах его соприкосновения с корпусом. Это поможет закрепить его, предотвращая любые смещения. Будьте осторожны — не наносите слишком много клея, чтобы не заблокировать движение вала или работу ручки.

Дайте клею полностью остыть и затвердеть. После этого проверьте, что ручка плавно вращается, а регулятор прочно удерживается внутри корпуса, не двигаясь. Благодаря фиксации за счёт трения и точечного нанесения клея, установка регулятора будет стабильной и надёжной.

Шаг 7: Припойка проводов к выключателю

Чтобы припаять провода к каждому контакту переключателя, начните с подготовки проводов. Снимите примерно 3–5 мм изоляции с концов проводов, используя инструмент для зачистки проводов. Затем разогрейте паяльник до 350°C (660°F) и очистите его жало, протерев его о влажную губку или латунную губку для очистки. Нанесите небольшое количество припоя на жало паяльника для улучшения теплоотдачи.

Приложите один провод к клемме (полюсу) выключателя и одновременно нагрейте их паяльником в течение 1-2 секунд. Когда контакт нагреется, поднесите припой к месту соединения, затем уберите паяльник. Дайте соединению остыть, убедившись, что пайка гладкая и блестящая. Повторите тот же процесс для второго провода и контакта, следя за тем, чтобы оба соединения были надёжными.

После пайки проверьте соединения: они должны быть прочными и блестящими, без зазоров и трещин. Обрежьте лишнюю длину проводов возле соединения. При необходимости заизолируйте открытые участки с помощью термоусадочной трубки или изоленты.

В результате вы получите надёжное и прочное электрическое соединение между проводами и выключателем, полностью готовое к использованию.

Шаг 8: Установка выключателя

Чтобы установить выключатель с припаянными проводами в предназначенный для него слот на боковой стороне корпуса, совместите выключатель с отверстием. Слот разработан таким образом, чтобы его размер точно соответствовал выключателю, обеспечивая плотную посадку без зазоров. Это предотвращает возможное смещение выключателя после установки.

Аккуратно вставьте выключатель в слот, слегка надавливая, пока он полностью не войдёт в посадочное место. Слот точно соответствует размеру переключателя, обеспечивая плотную посадку без необходимости использования винтов или клея. Будьте осторожны при установке, чтобы не повредить и не перегнуть провода.

После установки проверьте, что выключатель ровно прилегает к поверхности корпуса, а провода не зажаты и могут свободно двигаться. Это позволит без проблем подключить их к остальной электрической схеме. Когда выключатель полностью вставлен, он останется надёжно закреплённым, обеспечивая стабильность и надёжность всей сборки.

Шаг 9: Установка держателя аккумулятора

Чтобы закрепить держатель аккумулятора на нижней части корпуса с помощью самореза, сначала расположите держатель рядом с задним отверстием корпуса. Внимательно выровняйте его, чтобы отверстие под винт в держателе точно совпадало с точкой крепления на пластиковом корпусе. Это отверстие будет использоваться для прямого крепления держателя к пластику корпуса.

Когда держатель выровнен и лежит ровно на нижней части корпуса, возьмите саморез и вставьте его в отверстие держателя. Используя отвёртку или шуруповёрт, медленно вкручивайте саморез в пластик. Винт самостоятельно нарежет резьбу в материале, поэтому предварительное сверление не требуется.

Будьте осторожны и не затягивайте саморез слишком сильно. Саморез должен плотно зафиксировать держатель аккумулятора к нижней части корпуса, но чрезмерное затягивание может повредить пластик или вызвать трещины.

После того как саморез плотно закреплён, проверьте, что держатель устойчив и не двигается. Плотная посадка самореза обеспечит надёжную фиксацию, предотвращая смещение держателя во время работы.

Надежно закрепленный держатель батареи оставляет заднее отверстие открытым для последующего закрытия крышкой, удерживая батарею на месте и обеспечивая к ней доступ при необходимости. Один саморез обеспечивает прочное крепление без дополнительных крепежных элементов или сложного монтажа.

Шаг 10: Сборка электрической схемы

Чтобы собрать электрическую схему, начните с подключения положительного провода аккумулятора к красному проводу, который соединён с выключателем. Это позволит управлять подачей питания от аккумулятора ко всем остальным компонентам через выключатель.

Далее возьмите чёрный провод, подключённый к выключателю, и соедините его с положительным контактом аккумулятора на контроллере скорости двигателя. Этот провод будет передавать электрический ток от выключателя к контроллеру, который регулирует распределение питания.

Затем подключите чёрный провод аккумулятора к отрицательному контакту контроллера скорости двигателя. Этот провод создаёт замкнутый контур, обеспечивая правильную работу контроллера.

После этого соедините провода нагревательного элемента с положительным и отрицательным контактами контроллера скорости двигателя. Полярность в данном случае не имеет значения, главное, чтобы каждый из них был подсоединён к отдельной клемме аккумулятора.

Теперь подключите положительный провод вентилятора к положительной клемме мотора на контроллере скорости мотора. Это обеспечит питание вентилятора при активации контроллера, позволяя ему работать одновременно с нагревательным элементом.

Наконец, соедините отрицательный провод вентилятора с отрицательным моторным контактом контроллера. Это завершит электрическую цепь вентилятора, гарантируя, что он будет функционировать вместе с нагревателем при включении контроллера.

После выполнения всех соединений электрическая схема будет полностью собрана, объединяя аккумулятор, выключатель, контроллер скорости, нагревательный элемент и вентилятор. Эта конфигурация позволяет управлять работой вентилятора и нагревателя, а контроллер скорости регулирует распределение мощности между компонентами.

Шаг 11: Установка крышки

Чтобы закрепить жёлтую крышку на задней стороне обогревателя за счёт плотной посадки, сначала совместите её с задним отверстием корпуса, убедившись, что она плотно входит в посадочное место. Крышка и корпус спроектированы так, чтобы их края плотно прилегали друг к другу, создавая надёжное соединение без винтов или клея.

Аккуратно нажмите на крышку, продвигая её на место. По мере установки её края будут плотно входить в пазы корпуса, обеспечивая надёжную фиксацию за счёт трения. Возможно, потребуется небольшое дополнительное усилие, чтобы крышка зафиксировалась полностью.

После установки крышки убедитесь, что она плотно прилегает к корпусу без зазоров и перекосов. Если потребуется, её можно легко снять для доступа к внутренним компонентам.

Вот и всё, наш портативный обогреватель полностью готов!

Всех, кому также интересна сфера разработки и тестирования ПО, рекомендуем заглянуть в календарь открытых уроков Otus: на них преподаватели-практики делятся актуальными знаниями и рабочими кейсами. Ближайший урок пройдёт завтра:

• 18 февраля: «Как Pytest hooks поможет кастомизировать запуск тестов». Записаться