Circuitstickers: elektronische circuits uit kopertape

Circuitstickers zijn elektronische circuits uit kopertape gesneden met een vinylsnijder. Het is hele makkelijke en extreem goedkope manier om je eigen circuits te maken. In deze blogpost vind je meer informatie over hoe je deze techniek kunt gebruiken.

Het idee

Het is geen nieuw idee om met kopertape je eigen circuits te bouwen. Een tijd geleden bedacht ik dat je misschien wel kopertape zou kunnen snijden met een vinylsnijder. Het probleem was alleen het vinden van geschikte tape. De beschikbare opties zijn vaak erg duur. Te duur om met hele klassen te werken.

Uit frustratie heb ik toen gezocht naar andere manieren. Ik wilde met name de papieren circuits programmeerbaar maken met een ATtiny. (De ATtiny is een kleine en goedkope programmeerbare chip.) Dat werd uiteindelijk een techniek om circuits te zeefdrukken. Hier vind je de werkbladen. Het programmeren gebeurt met blokken, de drempel is zo heel laag.

Over dit materiaal heb ik met Jeannine Huffman en mede Fablearn Fellow Susan Klimczak contact gekregen. Zij zijn al veel langer bezig met dit soort materiaal en doen geweldig mooie dingen! Ze waren erg enthousiast over de ATtiny breakout. Tijdens Fablearn 2016 heb ik het ze mogen demonstreren. Tijdens dat gesprek zijn we er ook achter gekomen dat de inspiratiebron om met koper een papier aan de slag te gaan voor ons alledrie gelijk is. We zijn gegrepen door het haast poëtische werk van Jie Qi.

 

Susan is met het materiaal aan de slag gegaan en een paar maanden later kreeg ik een tweet waar ze de breakout in kopertape had gemaakt. Wat! Ze gebruikt dit om kleine kunstwerkjes met een boodschap te maken. Te gek! Het solderen bleek ook nog eens goed te werken. Wat een geweldig idee! Ze schreef er een heerlijk gedetailleerde blogpost over. (met tekeningen van Marten!)

Aangemoedigd door de enthousiaste tweets van Susan en nog meer overtuigd van de bruikbaarheid heb ik het idee nog een kans gegeven. De goedkope tape werd gevonden, deze blogpost is het resultaat.

Wat heb je nodig?

Maken gaat over spullen. Centraal bij deze techniek staat natuurlijk de vinylsnijder. Je zou overigens ook best ook met een scherp mesje circuits kunnen snijden. Je kunt met een vinylsnijder natuurlijk nog veel meer dan alleen circuits snijden. Stel je voor dat je T-shirts maakt met daarop de verschillende B- en T-cellen (betrokken bij onze afweer) en leerlingen een afweerreactie laat naspelen. Iets bedenken en later in je handen hebben is sowieso iets heel erg krachtigs. Eigenlijk zou er op elke school een vinylsnijder (PO en VO) moeten staan. Goedkoop en makkelijk in het gebruik. Het is de opstap naar digitale fabricage! Dat heeft zo z’n voordelen, verderop meer hierover.

Om het boodschappen doen makkelijker te maken heb ik hier een lijstje gemaakt. (neus vooral goed rond op internet)

Eenmalig aanschaf:
-vinylsnijder (bestel meteen een extra mesje)
-ATtiny programmer
-pincetten
-voeding (link Ali)
-verloopstuk voeding naar krokodillenbekken
-soldeerbout

Verbruik:
-kopertape 3mm, 5mm en 100mm breed
-transferfolie
-ATtiny
-DIP 8 voetjes
-SMD LEDS 1206
-soldeer

Tips en trucs

Het maken van een circuit bestaat uit vier delen:
– tekenen van het circuit
– uitsnijden in koper
– plakken en solderen
– programmeren van de ATtiny

Tekenen van het circuit
Je hebt een vector tekenprogramma nodig. Daar zijn er genoeg van te vinden. Ik gebruik Affinity Designer voor de ontwerpen en Adobe Illustrator om de vinylsnijder aan te sturen. ik bouw de ontwerpen op uit onderdelen en smelt ze op het laatst samen tot één vorm. Vergeet dat niet te doen anders worden alle onderdelen los uitgesneden.

Uitsnijden in koper
Teken met het ontwerpen niet teveel lijnen dicht naast elkaar. Dan wordt je kopertape kapotgesneden. Lijnen dunner dan 1,5 mm lopen kans om te breken tijdens het snijden.
Omdat we een rol van 100mm breed gebruiken kan je ontwerp maximaal 200mm (breedte van onze vinylsnijder) en 100mm groot zijn. Je hebt altijd wat verlies dus feitelijk nog iets kleiner.

Plakken en solderen
Na het pellen (lukt goed zonder pincet) breng je je ontwerp over met transferfolie. Je plakt het op gewoon papier.
Solderen is heel simpel. De punt van de soldeerbout op de kopertape zetten, even wachten daarna soldeer erbij. Om het voetje en de SMD vast te solderen begin ik met een plasje soldeer op de plek waar ze moeten komen. Daarna leg ik het voetje of SMD LED (pincet gebruiken) op z’n plek. Even de soldeer weer verwarmen en alles vloeit zo aan elkaar.

Het is handig om van wat reststukjes een teststrookje te maken met SMD ledjes erop. Zo kan je alle LEDjes even testen voordat je ze op hun plek soldeert. Je kunt ze daarna vaak ook nog goed testen door even de krokodillen klemmen op de goede plek te houden. Dit kan je al doen zonder dat je een ATtiny hebt geplaatst.

Deze diashow vereist JavaScript.

Programmeren van de ATtiny
Wanneer je nog nooit iets via Arduino IDE hebt geprogrammeerd is dit best een drempel om te nemen. Je moet er één keer doorheen. Het is echt allemaal te doen maar het kost tijd en aandacht. Vraag anders hulp, er zijn echt wel mensen met Arduino-ervaring in de buurt. Je kunt ook een naburig FABlab, bibliotheek of makerspace bezoeken. We hebben in ons land de grootste dichtheid aan FABlabs ter wereld.

Voor het gebruik van de ATtiny programmer volg je deze handleiding.

Waarom?

Misschien is dit niet het beste startpunt om met maken aan de slag te gaan met Maker Education. Ik denk wel dat het veel te bieden heeft om dit te gebruiken binnen je les. Hier zijn wat redenen waarom ik enthousiast ben (viel het al op?) over deze techniek:

Puzzelen
Zoals elke ontwerp- of maak-opdracht heb je te maken met grenzen. Ik denk dat die grenzen heel erg helpen met het creatieve proces. Hier is de ruimte voor je ontwerp beperkt, de ATTiny is best krachtig maar heeft toch ook maar een eindig aantal mogelijkheden. Bij het maken van mijn prototypes ben ik veel aan het puzzelen geweest. Hoe krijg ik voor elkaar wat ik wil? Denken, proberen, weer denken…Dat is een krachtige motor om te leren. Het geeft focus.

Wat mij weer opviel is dat het niveau van begrip echt anders is dan wanneer ik iets van papier tot me neem. Toen ik het schema (voor het charlieplexen) aan het ontwerpen was snapte ik pas echt hoe het werkt. Van papier dacht ik al begrepen te hebben. Fout.

Divers
Zoals vaak met maken kan je het op verschillende manieren inzetten. Je kunt het gebruiken om een techniek te leren. Te leren programmeren, leren een elektronica schema te maken (en begrijpen). Maar je kunt het ook creatief gebruiken. Wat zou je ermee in jouw vak kunnen doen? Met LEDjes het metrum van een gedicht op papier laten aangeven? Leerlingen verzinnen meestal hele onverwachte dingen wanneer ze de ruimte krijgen.

Al is de ATtiny heel klein (tiny, duh..) is er best veel mogelijk! De pinnen zijn aanrakingsgevoelig, je kunt over alle pinnen PWM (waarvan drie software matig) doen. Met Charlieplexing kun je meerdere LED’s aansturen. Kortom er is best wat mogelijk. Aan het einde van deze post staan wat bronnen over de verschillende mogelijkheden van de ATtiny. Ik laat ze hier omwille van de leesbaarheid verder weg.

Het is natuurlijk ook heel goed te combineren met karton. Een ATtiny, een servo, Make Do en karton. De mogelijkheden!

Itereren
Dit is denk ik een heel krachtig punt. Doordat we gebruik maken van digitaal fabriceren kun je snel je idee, je prototype, in handen hebben. Je komt er snel genoeg achter of je idee werkt. Dat is het leuke van maken. Je concepten en ideeën worden echt getest. Klopt het niet? Dan, en nu komt het, heb je binnen minuten een nieuw prototype in je handen. Dit is het grote voordeel van digitaal fabriceren. Het verschuif meer van maakvaardigheden naar denkvaardigheden. Paulo Blikstein noemt het “The Democratization of Invention“.

Dat wil niet zeggen dat maakvaardigheden niet ook belangrijk zijn. Maar om iets te leren begrijpen is het sterk interende karakter van digitale fabricage van grote waarde.

Goedkoop
Wat is goedkoop? Maken kost geld. Het is niet anders. Wat ik hier mooi vind is dat je voor rond de euro een werkend project hebt. Dat zou je aan leerlingen kunnen meegeven. Wanneer ze de chip hergebruiken kan je voor een paar centen meer weer een nieuw project maken. Het is dus letterlijk centenwerk. Ik ken weinig technieken die zo goedkoop zijn.
Ook de eerste aanschaf is erg overzichtelijk. Voor rond de €500 ben je onderweg en kan je nog veel meer dan alleen circuitjes maken.

Toegankelijk
Je las het al tussen de regels. Het 2D tekenen, het programmeren, het gebruik, de vinylsnijder, het is allemaal heel erg laagdrempelig. En omdat het goedkoop is kun je het ook nog herhalen en op verschillende plekken inzetten.

Daarnaast is de #makered gemeenschap heel erg open. Hulp is nooit ver weg.

Verdere ideeën

Via twitter kreeg ik de tip om ipv van een ATtiny een ESP8266 module te beruiken. Iets duurder maar (€1,75 ipv €0,85), veel krachtiger, meer pinnen en WiFi.

Je zou ook heel goed de microbit als brein kunnen gebruiken. Dan kan je met krokodillenklemmen je ontwerp zo aansturen. Meegeven aan huis is dan wel wat lastiger.

Omdat de circuits te buigen zijn opperde Susan om er armbanden van te maken. Je kunt met een knoopcel van 3V de van stroom voorzien. Het fijne is dat je je circuits ook gelijk als ontwerp kunt gebruiken. ik zie mooie patronen voor me met LEDjes ertussen.

Ik zit te spinnen om iets te doen met de touch mogelijkheden van de ATtiny. Je circuit kan dus ook aanrakingsgevoelig zijn. Er zit een mooie opdracht in. Misschien iets met de celonderdelen aanraken waarna een lampje gaat branden bij een tekst die de functie uitlegt.

Hoe zou jij deze techniek willen gebruiken? Laat het me weten. Bijvoorbeeld met een tweet met #circuitstickers. Onderaan deze post staan wat bronnen vol met ideeën!

Zoals altijd, commentaar, aanvullingen en verbeteringen, het is allemaal welkom!

Per-Ivar Kloen
@___pi

 

 

Handleidingen voor papieren circuits en veel voorbeelden van code. klik 

Blogpost over Charlieplexing, een techniek om meer LEDs aan te sturen dan er pinnen zijn. klik

Nog meer ideeën met goedkope materialen, veel handleidingen. klik

Goudmijn aan ideeën en technieken! Pas op! Geeft maakjeuk. klik

Hier een map met een aantal van de ontwerpjes. klik

4 comments on “Circuitstickers: elektronische circuits uit kopertape

  1. GAAF! Ik zag al het een en ander via youtube en Twitter, maar dit is een prachtige blog post.

    Ik wil zoiets als kerst workshop op school doen. De attiny als extra voor de echte helden . Vinylsnijder hebben we en ik vraag me af of je arduino uno niet als programmer zou kunnen gebruiken. Eens testen.

    1. Ha Tom! Dank je! De uno moet zeker lukken! Via Snap4Arduino ook met blokken (http://snap4arduino.rocks). Je kunt de uno ook gebruiken om de ATtiny te programmeren. Ik vind die Sparkfun programmer wel echt heel fijn werken! Is het geld waard.

      Ben benieuwd wat je gaat maken! Delen hoor! Misschien kunnen we samen een klooien met een pizza erbij. Moet er nog steeds van komen!

      Groet,

      PI

  2. Mooie blog, Per Ivar, alleen de link naar het lijstje brengt mij niet bij een lijstje maar op een lege reactiepagina.

    Waar heb je die vellen met kopertape gevonden?

    Ik ben zelf ooit op zoek geweest naar smalle zelfklevende kopertape op een rol en vond die bij een Tiffany-winkel in Amsterdam. Uit mijn hoofd: 30m voor EUR 8. Voordeel: heel gemakkelijk stukjes af te scheuren of te knippen. Nadeel: de lijm bemoeilijkt het contact tussen twee stukjes tape; bij vochtig weer/klimaat gaat de tape roesten wat ook weer het contact niet ten goede komt.

    Zelf heb ik de volgende opdracht uitgevoerd met PO-kinderen: laat de kinderen hun ideale woning/huis tekenen, laat ze daar een led-lampje in aanleggen, verbindt dat met twee koper “draden” met een elektriciteitshuisje buiten het huis waarin je een cr2032 batterijtje (Action) verstopt.

    Hartelijke groet,
    Pieter van der Hijden

    1. Hoi Pieter!

      Dank je wel! Voor het lijstje moet je nog een keer op het woord ‘lijstje’ drukken op de nieuwe pagina. Je kunt ook helemaal onderaan de post het mapje met ontwerpen openen. Daar staat het lijstje ook in (in pdf, nummers en excel).

      De dunne tape ken ik ook net als de problemen die je schetst (alhoewel, roesten?). Er is hele goede tape van 3M (bv bij Conrad) die aan twee kanten geleidt. Die is wel 3-4 keer zo duur. Werkt wel echt heel erg goed! Wij lossen het op door bij verbinding een stukje tape op zichzelf terug te slaan. Zie de eerste link in de blogpost. Solderen lukt ook met die dunne tape heel erg goed. Misschien het proberen waard en gelijk weer een vaardigheid die je van de poster kunt afstrepen!

      De opdracht is heel erg leuk! Als je foto’s hebt dan zie ik die graag! Misschien wil je er een post over schrijven. Het is fijn voor collega’s om voorbeelden te zien.

      Wanneer je met vinylsnijder aan de slag gaat hoor ik ook graag wat je ermee gemaakt hebt! Je bent ook welkom om het bij ons te komen proberen!

      Groet,

      PI

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *