Ces modèles sont des condensateurs imprimés en 3D ! À quoi servent-ils ? Bonne question. Ce n'était qu'une expérience, mais ça pourrait être un projet intéressant pour un cours de STEM ou d'introduction à la physique.
Regardons le design. Ils sont imprimés en utilisant deux filaments et en 3 couches. Les deux couches extérieures sont du PLA composite électriquement conducteur de Protopasta - ce sont les plaques de condensateur. La couche intérieure est du PLA de base pour servir d'isolant entre les plaques.
Le design original était une plaque de 30x30 mm imprimée avec une hauteur de couche de 0,08 mm et un remplissage à 100%. Le design a d'abord été modifié en sélectionnant le filament Protopasta dans AMS. Pour créer l'isolateur, j'ai utilisé la fonction de peinture par hauteur dans Bambu Studio. J'ai d'abord essayé de peindre une couche, la couche centrale, mais cela n'a pas fourni une bonne isolation car un
En utilisant des calculateurs en ligne, ou votre livre de physique, vous verrez que des plaques de 30x30 mm séparées par un isolant de 0,16 mm et ayant une permittivité relative de 2,72 (la permittivité relative du PLA) devraient être d'environ 135 pF. Lors de la mesure avec un compteur LCR, j'ai obtenu 151 pF. La différence peut être due au fait que la couche isolante n'est pas toujours de 0,16 mm,
Le compteur LCR fournit d'autres données intéressantes : la résistance en série du condensateur est de 2,56 kOhms. C'est élevé pour un condensateur, mais c'est dû à la conductivité du filament conducteur. Ce n'est pas aussi conducteur qu'un fil, il a une résistance significative.
J'ai ensuite agrandi les axes X et Y de 300% pour obtenir un condensateur de 90x90 mm (le nombre de couches et la hauteur des couches sont restés les mêmes). Cela a donné un condensateur de 1120 pF (1,12 nF). Cela fonctionne car sa surface est 9 fois celle du condensateur de 30x30 mm - donc ça devrait être 151 pF fois = 1215 pF).
J'ai ensuite construit un oscillateur basé sur un 74HC14 (inverseur de déclencheur Schmitt) (https://resources.pcb.cadence.com/blog/schmitt-trigger-oscillators-a-simple-square-wave-generator) en utilisant une résistance de 100 kOhms pour R et un condensateur imprimé en 3D pour C. Le condensateur de 30x30 a donné une fréquence de 35,6 kHz et le condensateur de 90x90 a donné une fréquence de 12,4 kHz. Notez que c'est très différent de ce qu'un calculateur en ligne montrerait. La principale différence est que le 74HC14 que j'ai utilisé avait un seuil d'hystérésis de niveau é
Un conseil : Lorsque vous créez ce circuit, assurez-vous de mettre à la masse l'entrée des 5 inverseurs inutilisés, sinon vous obtiendrez des effets étranges dans l'onde carrée créée.
Notez que le 90x90 avait un léger problème pour combler l'écart entre l'onglet et la zone du condensateur principal. Cela fonctionne correctement et l'ajout de supports pourrait entraîner l'utilisation d'un filament conducteur et provoquer un court-circuit du condensateur.