Tấm ba chiều - Photonics Challenger Hackathon Phab

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Vào đầu năm nay, tôi đã được yêu cầu tham gia PhabLabs Photonics Hackathon tại Trung tâm Khoa học Delft ở Hà Lan. Ở đây họ có một không gian làm việc tuyệt vời với rất nhiều máy móc có thể được sử dụng để tạo ra thứ gì đó mà bình thường tôi sẽ không thể làm điều đó dễ dàng.

Bắt đầu hackathon, tôi ngay lập tức nghĩ rằng sẽ rất thú vị khi làm điều gì đó với máy laser CNC có sẵn ở đó.

Trong xưởng, họ có một tấm acrylic nhỏ có ánh sáng đứng ở đó được khắc bằng sáng chế của lego tạo ra một loại hình ba chiều nhưng chỉ là một lớp nên nó vẫn chỉ là một hình ảnh 2D. Điều này khiến tôi nghĩ rằng điều gì có thể xảy ra nếu tôi lấy nhiều lớp acrylic và tạo ra một hình ảnh ba chiều 3D thực sự.

Tôi bắt đầu chỉ với một quả cầu và nó thực sự bắt đầu trông giống như một quả cầu lơ lửng thực sự, chơi xung quanh với ánh sáng, tôi nảy ra ý tưởng nếu sau đó nó cũng có thể chơi với phổ ánh sáng (trắng) tích tụ của ánh sáng Đỏ lục và ánh sáng Xanh lam, liệu có thể thực sự tạo ra ánh sáng trắng một lần nữa với các tấm này được đặt phía sau nhau, mỗi tấm chỉ sử dụng các màu ánh sáng cơ bản, Đỏ lục hoặc Xanh lam.

Bước 1: Bước 1 Vật liệu và Công cụ cần thiết

Công cụ:

• Máy cắt và khắc laser CNC
• Sắt hàn v.v.
• Súng bắn keo nóng
• Máy in 3D (trong giai đoạn tạo mẫu ban đầu)
• Plyer
• Callipers
• Giấy nhám

Phần mềm:

• Fusion 360
• Arduino IDE
• Cura

Vật liệu:

thiết bị điện tử:

• Đèn LED (dải đèn LED SMD3535 mỏng nhỏ để các tấm gần nhau)
• ESP8266
• Nguồn điện 5v 10A
• Đấu dây, chỉ cần dây mỏng đơn giản cho đèn led 5v

vật liệu cho "điêu khắc":

• 3mm acrylic (khắc trong máy laser)
• Gỗ, laser để gắn đèn LED và hỗ trợ acrylic
• In 3D trong nguyên mẫu ban đầu để gắn đèn LED và hỗ trợ acrylic.
• vật liệu làm hộp, lúc đầu mình dùng tấm xốp để làm hộp nhanh, sau này gỗ cắt CNC laser.

Bước 2: Bước 2: Khắc laser và kiểm tra ánh sáng

Điều đầu tiên tôi muốn thử nghiệm là khả năng tạo một hình ba chiều 3d với nhiều tấm acrylic, bắt đầu với một quả cầu. hình thành từ nhiều tấm.

Tôi đã in một cơ sở đơn giản trong PLA bằng máy in 3d của tôi là có chính tôi và thêm một số đèn LED mà tôi vẫn đặt xung quanh.

Trong quá trình này, tôi đã có ý tưởng nếu có thể tạo ra màu trắng (ánh sáng) nếu tôi chỉ tô màu cho các đèn LED chỉ đỏ xanh lục hoặc xanh lam, có 3 tấm trong RGB thì về lý thuyết sẽ tạo ra màu trắng, nhưng điều này cũng sẽ hoạt động nếu nó được phân lớp.

Sau khi gắn tất cả những thứ này lại với nhau và chiếu sáng, tôi phát hiện ra rằng nó thực sự đã hoạt động, nó không phải là màu trắng hoàn hảo nhưng chắc chắn là nó đang trộn các màu trong các lớp phía sau nó.

Tôi nghĩ rằng điều đó có thể sẽ hoạt động tốt hơn nếu tôi thay đổi từ một nét khắc đặc để tạo hình dạng thành các chấm để ánh sáng sẽ dễ nhìn hơn trên nhiều lớp và thực sự hoạt động dưới dạng "pixel" nhưng sau đó là ở dạng 3D.

Để hoàn thiện quy trình, tôi đã thực hiện một số tờ thử nghiệm với mật độ điểm khác nhau và cũng sử dụng nhiều cài đặt khác nhau để điều chỉnh tia laser đến cường độ khắc hoàn hảo. Bạn phải điều chỉnh tia laser cho lượng điện mà nó sử dụng để khắc, bạn sử dụng càng nhiều điện và khắc càng chậm sẽ tạo ra vết khắc sâu hơn và không phải tất cả đều hoạt động tốt như những tia khác trong tình huống này. điều này là khác nhau đối với mỗi tia laser, tôi khuyên bạn nên sử dụng cài đặt khá thấp, bạn không cần khắc sâu cho tác phẩm điêu khắc này.

Bước 3: Bước 3: Nguyên mẫu cuối cùng

Đối với nguyên mẫu cuối cùng, tôi quyết định làm các tấm acrylic có kích thước 20X20cm để bạn có thể tìm hiểu thêm một số chi tiết trong đó và có cảm giác tốt hơn về cách nó thậm chí có thể trông ở quy mô lớn hơn.

Tôi đã tạo một mô-đun ánh sáng, nơi tôi có thể đặt tổng cộng 21 tấm vào (7X3) vì tôi muốn sử dụng nó để kiểm tra xem nó có thể đi được bao xa, có thể đặt bao nhiêu tấm trước khi mất hiệu ứng hoặc như tôi đã tìm thấy ra khi nào nó trở nên "lộn xộn". Tôi phát hiện ra rằng 12 sẽ là một mức tối đa khá, cao hơn sẽ dẫn đến quá nhiều mờ.

Tôi cũng đã thử nghiệm và chơi với khoảng cách giữa các tấm, bằng cách bỏ qua một tấm một lần thì khoảng cách giữa các tấm sẽ được nhân đôi và xa hơn, ở đây tôi cũng phát hiện ra rằng điều này khá quan trọng, khi khoảng cách được tăng lên thì hiệu ứng cũng thay đổi. Những gì tôi nghĩ rằng điều đó xảy ra là với khoảng cách lớn hơn, mắt có thể phát hiện độ sâu tốt hơn. Điều này sau đó dẫn đến kết quả là màu sắc pha trộn ít hơn.

"Tấm" đèn có một dải sáng gồm 9 con led cho mỗi tấm dữ liệu đường đi qua lại theo hình zíc-zắc, mỗi bên có đường điện 5v, một bên là vạch + và - vạch ở bên kia, làm cũng khá dễ sửa chữa.

Nguồn điện 5V 10A được sử dụng để cấp nguồn cho đèn LED và ESP8266 cùng một lúc.

Đối với ESP, chúng tôi đã tạo mã với sự trợ giúp từ các lập trình viên lành nghề hơn tại hackathon, phần này cũng là một bài tập về viết mã đối với tôi. Mã cuối cùng tôi sử dụng là mã làm mờ tất cả các tấm một lần từ RGB sang GRB đến BRG và trở lại RGB một lần nữa trong một vòng lặp liên tục. Nhóm điều khiển đèn LED trên 9 đèn led để mỗi tấm sẽ có một màu, mã điều khiển 12 tấm / chuyến đi, những mã khác chỉ không hoạt động vì tôi không cần chúng. Tôi đã thêm mã ở đây.

Tôi cũng đã cố gắng điều khiển đèn LED bằng wifi trên ESP với artnet và madmapper, nhưng vẫn chưa hài lòng với kết quả, điều này sẽ hoạt động tốt nhưng trước tiên tôi cần hiểu rõ hơn về các kỹ thuật "ánh xạ" này.

Bước 4: Bài học kinh nghiệm

Điều đầu tiên tôi học được là làm việc với máy cắt và khắc laser CNC. Trước đây, tôi đã sử dụng những kỹ thuật này để làm mô hình nhưng tôi chưa bao giờ dành thời gian để xem xét điều chỉnh chính xác hơn, đặc biệt là điều chỉnh khắc / khắc. Phát hiện ra rằng điều này tạo ra sự khác biệt khá lớn đối với cường độ ánh sáng tạo ra, và không chỉ đơn giản có nghĩa là một bản khắc "sâu hơn" là tốt hơn, tôi cần phải tìm sự cân bằng của việc khắc vừa đủ nhưng không quá nhiều.

Đối với dự án này, tôi cũng muốn có nó như một đối tượng độc lập, vì vậy với một ESP được mã hóa trong trường hợp này điều khiển đèn LED mà không cần bất kỳ đầu vào nào khác, cũng bởi vì tôi muốn hiểu rõ hơn về mã hóa, trước đây tôi đã thực hiện một số được mã hóa thực sự đơn giản, và các mã cho phần này vẫn không thực sự phức tạp nhưng khi tôi bắt đầu hackathon này, các phần của nó vẫn hoàn toàn mới.

Sau đó, sau những kỹ thuật chế tạo này, nó đã được hiểu về ánh sáng. làm thế nào sẽ kết hợp điều này và điều này thậm chí sẽ kết hợp? Phát hiện ra rằng làm việc với các dấu chấm thay vì một hình dạng được khắc hoàn toàn, tạo ra các "pixel" như đã nêu trước đó. Đầu tiên tôi phát hiện ra điều đó có hiệu quả nhưng khi tôi tăng khoảng cách giữa các tấm, hiệu ứng thực sự lại giảm xuống, nhận thức của mắt người làm cho nó hoạt động và pha trộn màu sắc nhưng cũng có điều gì đó kỳ diệu xảy ra bởi vì mắt bạn không thể hiểu được chuyện gì đang xảy ra, chúng không thể thực sự tập trung vào chiều sâu. Nhưng nếu khoảng cách giữa các tấm được tăng lên, mắt bạn có thể tập trung vào độ sâu nhưng điều kỳ diệu đã biến mất.

Bước 5: Cải tiến tiềm năng

Cải tiến đầu tiên mà tôi vẫn đang làm là sử dụng một mã tốt hơn và phức tạp hơn để điều khiển các tấm. Mục tiêu của tôi là có nhiều cài đặt và hiệu ứng được mã hóa trước có thể được kích hoạt, đó là lý do tại sao tôi cũng chọn sử dụng ESP vì sau đó tôi có thể kích hoạt / điều khiển chúng dễ dàng bằng cách sử dụng wifi.

Hơn nữa, tôi muốn tạo ra ánh sáng chỉ cho 12 tấm như cuối cùng tôi đã chọn sử dụng, mảnh tôi tạo ra bây giờ là hoàn hảo cho giai đoạn thử nghiệm này với khoảng cách và số lượng tấm, v.v., nhưng bây giờ tôi đã chọn đi 12 tấm, tôi sẽ làm lại một cái được làm cho 12 tấm và cũng làm cho việc gắn đèn LED tốt hơn một chút, bây giờ chúng được gắn vào đó và giữ cố định bằng tấm xốp ngẫu hứng, theo thời gian điều này sẽ không tốt cho đèn LED, tôi sẽ dán chúng vào nhôm cho dẫn nhiệt tốt hơn và có những thứ này dưới dạng mô-đun nên nếu có thứ gì đó bị đứt, một dải có thể dễ dàng lấy ra và thay thế.

Đối với các tấm, tôi cũng vẫn đang thử nghiệm xem phải làm gì với các mặt, bây giờ các mặt chỉ lộ ra ngoài và bạn có thể thấy chúng được chiếu sáng bằng màu gì, tôi đã thử xây một lớp vỏ bao quanh toàn bộ mảnh nhưng không hài lòng với điều đó vì nó phản chiếu ánh sáng trở lại. Vì vậy, tôi bắt đầu thử nghiệm với một số cấu hình in 3D đặc biệt, sơn các cạnh hoặc sử dụng giấy bạc phản chiếu để giữ ánh sáng "bên trong" các tấm.

Bước 6: Kêu lên

Tôi muốn gửi lời cảm ơn đặc biệt đến những người sau:

• Teun Verkerk cho lời mời tham gia hackathon
• Nabi Kambiz, Nuriddin Kadouri và Aidan Wyber, để được hỗ trợ và hướng dẫn trong quá trình hackathong. Giúp đỡ và giải thích tất cả các máy móc và vật liệu có trong tay và Aidan đã rất kiên nhẫn giải thích và giúp đỡ noob mã hóa này.
• Chun-Yian Liew, một người cùng tham gia cũng đã thực hiện một dự án tuyệt vời. Chun cũng đã giúp tôi một vài lần khi tôi không hiểu chuyện gì đang xảy ra với việc viết mã.