اللوحات الثلاثية الأبعاد - هاكاثون تشالنجر للضوئيات: 6 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

في بداية هذا العام ، طُلب مني المشاركة في PhabLabs Photonics Hackathon في مركز العلوم في دلفت في هولندا. يوجد هنا مساحة عمل رائعة بها الكثير من الآلات التي يمكن استخدامها لإنشاء شيء لا يمكنني عادةً أن أجعله بهذه السهولة.

في بداية الهاكاثون ، اعتقدت على الفور أنه سيكون من المثير للاهتمام القيام بشيء ما باستخدام آلات الليزر CNC المتوفرة هناك.

في ورشة العمل ، كان لديهم صفيحة أكريليك مضاءة صغيرة واقفة هناك محفورة ببراءة اختراع ليغو لصنع نوع من الهولوغرام ولكن طبقة واحدة فقط لذلك كانت مجرد صورة ثنائية الأبعاد. جعلني هذا أفكر فيما يمكن أن يكون ممكنًا إذا أخذت عدة طبقات من الأكريليك وأنشأت صورة ثلاثية الأبعاد حقيقية ثلاثية الأبعاد.

لقد بدأت من مجرد كرة وبدأت بالفعل تبدو وكأنها كرة معلقة حقيقية ، ولعبت بالإضاءة التي توصلت إليها إذا كانت ستتمكن أيضًا من اللعب مع طيف الضوء (الأبيض) المتراكم من الضوء الأحمر والأخضر والأزرق ، هل سيكون من الممكن بالفعل إنشاء ضوء أبيض مرة أخرى مع وضع هذه اللوحات خلف بعضها البعض ، كل لوحة تستخدم فقط ألوان الإضاءة الأساسية ، الأحمر الأخضر أو الأزرق.

الخطوة 1: الخطوة 1 المواد والأدوات المطلوبة

أدوات:

• آلة القطع والنقش بالليزر CNC
• لحام الحديد إلخ.
• مسدس الغراء الساخن
• طابعة ثلاثية الأبعاد (في مرحلة النماذج الأولية المبكرة)
• بلاير
• مسماك
• ورق صنفرة

برمجة:

• فيوجن 360
• اردوينو IDE
• كورا

المواد:

الإلكترونيات:

• مصابيح LED (شرائط LED رفيعة صغيرة SMD3535 لتقريب الألواح من بعضها البعض)
• ESP8266
• مزود طاقة 5 فولت 10 أمبير
• الأسلاك ، مجرد أسلاك رقيقة بسيطة لمصابيح 5 فولت

مواد "النحت":

• 3 مم أكريليك (محفور في آلة الليزر)
• خشب ، ليزر لتركيب المصابيح ودعم الأكريليك
• طباعة ثلاثية الأبعاد في نموذج أولي مبكر لتركيب LED ودعم الاكريليك.
• مادة لصنع الصندوق ، لقد استخدمت لوح الرغوة في البداية لصنع صندوق سريعًا وفي وقت لاحق قطع الخشب باستخدام الحاسب الآلي بالليزر.

الخطوة 2: الخطوة 2: النقش بالليزر واختبار الإضاءة

كان أول شيء أردت اختباره هو إمكانية صنع صورة ثلاثية الأبعاد ثلاثية الأبعاد بألواح أكريليك متعددة ، بدءًا من كرة. بناء خارج لوحات متعددة.

لقد قمت بطباعة قاعدة بسيطة في PLA باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد الخاصة بي وأضفت بعض مصابيح LED التي ما زلت أضعها.

خلال هذه العملية ، حصلت على فكرة عما إذا كان من الممكن إنشاء أبيض (ضوء) إذا كنت أرغب في تلوين مصابيح LED باللون الأحمر والأخضر والأزرق فقط ، فإن وجود 3 لوحات في RGB سيؤدي من الناحية النظرية إلى جعل اللون الأبيض ، ولكن هل سينجح هذا أيضًا إذا كانت طبقاته.

بعد تركيب كل هذا معًا وإضاءة هذا ، اكتشفت أنه نوعًا ما نجح بالفعل ، لم يكن أبيض مثاليًا ولكنه بالتأكيد كان يمزج الألوان في الطبقات خلفه.

اعتقدت أن هذا ربما سيعمل بشكل أفضل إذا كنت سأغير من حفر صلب لإنشاء الشكل إلى نقاط بحيث يكون من السهل رؤية الضوء عبر طبقات متعددة والعمل في الواقع كـ "بكسل" ولكن بعد ذلك في 3D.

لإتقان العملية ، قمت بعمل بعض أوراق الاختبار بكثافة مختلفة للنقاط واستخدمت أيضًا عدة إعدادات مختلفة لضبط الليزر إلى قوة النقش المثالية. يجب عليك ضبط الليزر لمقدار الطاقة التي يستخدمها للحفر ، وكلما زادت الطاقة التي تستخدمها ، وكلما تباطأت عملية الحفر ستنشئ حفرًا أعمق ، ولن تعمل جميعها بنفس جودة الآخرين في هذه الحالة. هذا مختلف لكل ليزر ، أوصي باستخدام إعداد منخفض نوعًا ما ، فأنت لست بحاجة إلى حفر عميق لهذا التمثال.

الخطوة 3: الخطوة 3: النموذج الأولي النهائي

بالنسبة للنموذج الأولي النهائي ، قررت صنع ألواح أكريليك بحجم 20 × 20 سم حتى تتمكن من رؤية المزيد من التفاصيل فيها والحصول على شعور أفضل بكيفية ظهورها على نطاق أكبر.

لقد صنعت وحدة إضاءة حيث يمكنني وضع إجمالي 21 لوحة في (7X3) لأنني أردت استخدامها لاختبار المدى الذي يمكن أن تصل إليه ، وكم عدد اللوحات التي يمكن وضعها قبل فقد التأثير أو كما وجدت متى تصبح "فوضوية". لقد اكتشفت أن 12 سيكون حدًا أقصى لائقًا ، حيث أدى الارتفاع إلى مستوى أعلى إلى الكثير من الضبابية.

لقد اختبرت أيضًا ولعبت مع المسافة بين الألواح ، عن طريق تخطي لوحة واحدة في الوقت الذي يضاعف فيه التباعد بين اللوحات وأكثر ، هنا أيضًا اكتشفت أن هذا أمر بالغ الأهمية ، عندما يتم زيادة المسافة يتغير التأثير أيضًا. ما أعتقد أن هذا يحدث هو أنه مع وجود مسافة أكبر تكون العيون ممكنة بشكل أفضل في اكتشاف العمق. ينتج عن هذا بعد ذلك أن الألوان تمتزج بدرجة أقل.

تحتوي "اللوحة" الخفيفة على شريط ضوئي مكون من 9 مصابيح لكل خط بيانات لوحة تتحرك ذهابًا وإيابًا متعرجًا ، مع خطوط طاقة 5 فولت على كل جانب ، + خط على جانب واحد وخط - على الجانب الآخر ، مما يجعل أيضًا سهل الإصلاح.

يستخدم مصدر الطاقة 5V 10A لتشغيل مصابيح LED و ESP8266 في وقت واحد.

بالنسبة لـ ESP ، قمنا بإنشاء رمز مع بعض المساعدة من المبرمجين الأكثر مهارة في الهاكاثون ، كانت هذه القطعة أيضًا تمرينًا في الترميز بالنسبة لي. الكود الذي استخدمته في النهاية هو رمز يتلاشى كل اللوحات مرة واحدة من RGB إلى GRB إلى BRG والعودة إلى RGB مرة أخرى في حلقة مستمرة. تجميع التحكم في LED لكل 9 مصابيح LED بحيث يكون لكل لوحة لون واحد ، يتحكم الكود في 12 لوحة / رحلة ، بينما الآخرون غير نشطون لأنني لم أكن بحاجة إليهم. لقد أضفت الرمز هنا.

حاولت أيضًا التحكم في مصابيح LED باستخدام wifi على ESP مع artnet و madmapper ، لكنني لم أكن سعيدًا بالنتائج حتى الآن ، يجب أن يعمل هذا بشكل جيد ولكن سأحتاج أولاً إلى فهم أفضل لتقنيات "رسم الخرائط" هذه.

الخطوة 4: الدروس المستفادة

أول شيء تعلمته هو العمل مع آلة القطع والنقش بالليزر CNC. في الماضي ، استخدمت هذه التقنيات لصنع نماذج ، لكنني لم أستغل الوقت الكافي للنظر في الضبط الأكثر دقة ، وخاصة ضبط النقش / النقش. اكتشفت أن هذا يحدث فرقًا كبيرًا في شدة الضوء الناتجة ، وليس مجرد معنى النقش "الأعمق" هو الأفضل ، كنت بحاجة إلى إيجاد توازن النقش بما يكفي فقط ولكن ليس كثيرًا.

بالنسبة لهذا المشروع ، كنت أرغب أيضًا في الحصول عليه ككائن مستقل ، لذلك باستخدام ESP المشفر في هذه الحالة الذي يتحكم في مصابيح LED دون الحاجة إلى أي مدخلات أخرى ، أيضًا لأنني أردت الحصول على فهم أفضل حول الترميز ، في الماضي قمت ببعض مشفرة بسيطة حقًا ، ولا تزال أكواد هذه القطعة غير معقدة حقًا ولكن عندما بدأت هذا الهاكاثون ، كانت أجزاء منه لا تزال جديدة تمامًا.

ثم بعد هذه التقنيات ، توصل إلى فهم الضوء. كيف يمتزج هذا ويمكن حتى أن يختلط هذا؟ اكتشف أن العمل بالنقاط بدلاً من الشكل المنقوش بالكامل ، مما يؤدي إلى إنشاء "البكسل" كما ذكر سابقًا. اكتشفت أولاً أن هذا يعمل ولكن عندما زادت المسافة بين الألواح ، انخفض التأثير فعليًا مرة أخرى ، جعل إدراك العين البشرية عملها ومزج الألوان ولكن أيضًا شيء سحري يحدث لأن عينيك لا تستطيع أن تدرك ما يحدث ، لا يمكنهم ذلك التركيز حقًا على العمق. ولكن إذا زادت المسافة بين الألواح ، يمكن لعينيك التركيز على العمق ولكن بعد ذلك يختفي السحر.

الخطوة 5: التحسينات المحتملة

التحسين الأول الذي ما زلت أعمل عليه هو استخدام كود أفضل وأكثر تعقيدًا للتحكم في اللوحات. هدفي هو الحصول على إعدادات متعددة وتأثيرات مُشفرة مسبقًا يمكن تشغيلها ، ولهذا السبب اخترت أيضًا استخدام ESP لأنه بعد ذلك يمكنني تشغيلها / التحكم فيها بسهولة باستخدام wifi.

علاوة على ذلك ، أريد أن أصنع ضوءًا لـ 12 لوحة فقط مثلما اخترت في النهاية لاستخدامها ، فالقطعة التي صنعتها الآن مثالية لهذه المرحلة من الاختبار مع المسافة وعدد اللوحات وما إلى ذلك ، ولكن الآن اخترت استخدام 12 لوحة سأعيد صنعها واحدة مصنوعة لـ 12 لوحة وأيضًا تجعل تركيب مصابيح LED أفضل قليلاً ، والآن يتم لصقها هناك وتثبيتها في مكانها باستخدام لوح الرغوة المرتجل ، مع مرور الوقت لن يكون هذا جيدًا لمصابيح LED ، سألتصقها بالألمنيوم من أجل أفضل توصيلية للحرارة ولديها كوحدات نمطية ، لذلك إذا كان هناك شيء ما ينكسر ، يمكن بسهولة إخراج شريط واحد واستبداله.

بالنسبة للألواح التي ما زلت أختبر ما أفعله بالجوانب ، الآن الجوانب مكشوفة فقط ويمكنك رؤية اللون المضاء ، لقد حاولت بناء غلاف حول القطعة بأكملها ولكني لم أكن سعيدًا بذلك لأنه عكس الضوء مرة أخرى. لذلك بدأت في الاختبار باستخدام بعض الملامح المطبوعة ثلاثية الأبعاد الخاصة ، أو طلاء الحواف أو باستخدام رقائق عاكسة لإبقاء الضوء "داخل" الألواح.

الخطوة 6: الصراخ

أود أن أتقدم بشكر خاص إلى الأشخاص التالية أسماؤهم:

• Teun Verkerk للدعوة للمشاركة في الهاكاثون
• Nabi Kambiz و Nuriddin Kadouri و Aidan Wyber ، للمساعدة والتوجيه خلال الهاكاثونغ. مساعدة وشرح جميع الآلات والمواد التي كانت في متناول اليد ، وكان لدى Aidan صبر كبير في شرح ومساعدة هذا الترميز المستجد.
• Chun-Yian Liew ، زميل مشارك قام أيضًا بعمل مشروع مذهل. ساعدني تشون أيضًا في بضع مرات عندما لم أفهم ما كان يحدث مع الترميز.