Holograafilised plaadid - Photonics Challenger Hackathon PhabLabs: 6 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Selle aasta alguses paluti mul osaleda PhabLabs Photonics Hackathonil Hollandis teaduskeskuses Delft. Siin on neil suurepärane tööruum, kus on palju masinaid, mille abil saaks luua midagi, mida ma tavaliselt nii lihtsaks teha ei suudaks.

Hakkatonit alustades mõtlesin kohe, et oleks huvitav midagi ette võtta seal saadaval olevate CNC -lasermasinatega.

Töötoas seisis neil väike valgustatud akrüülplaat, mis oli söövitatud lego patendiga, tehes omamoodi hologrammi, kuid ainult ühe kihi, nii et see oli lihtsalt 2D -pilt. See pani mind mõtlema, mis oleks võimalik, kui võtaksin mitu kihti akrüüli ja looksin tõelise 3D -holograafilise pildi.

Alustasin ainult keraga ja see hakkas tõesti välja nägema nagu tõeline riputatud kera, valgustusega ringi mängides jõudsin ideeni, kas see suudaks mängida ka (valge) valguse spektriga punase rohelise ja sinise valguse vahel, kas oleks tegelikult võimalik uuesti luua valget valgust, kui need plaadid asetseksid üksteise taga, kasutades iga plaati ainult esmaseid heledaid värve, punast rohelist või sinist.

1. samm: 1. samm Vajalikud materjalid ja tööriistad

Tööriistad:

• CNC laserlõikamis- ja söövitusmasin
• Jootekolb jne.
• Kuum liimipüstol
• 3D -printer (prototüüpimise alguses)
• Plyer
• Nihikud
• Lihvimispaber

Tarkvara:

• Fusion 360
• Arduino IDE
• Cura

Materjalid:

elektroonika:

• LED -id (väikesed õhukesed SMD3535 LED -ribad, et plaadid lähedale läheksid)
• ESP8266
• 5v 10A toiteallikas
• Juhtmestik, lihtsalt lihtsad õhukesed juhtmed 5v LED -ide jaoks

materjalid "skulptuuriks":

• 3 mm akrüül (söövitatud lasermasinas)
• Puit, laser LED -ide kinnitamiseks ja akrüüli toetamiseks
• 3D printimine varases prototüübis LED -kinnituse ja akrüültoe jaoks.
• materjali kasti valmistamiseks, kasutasin alguses vahtplaati, et kiiresti kasti teha ja hiljem laseriga CNC -ga lõigatud puitu.

2. etapp: 2. samm: söövitamine laseriga ja valgustuse testimine

Esimene asi, mida tahtsin testida, oli võimalus teha 3D -hologramm mitme akrüülplaadiga, alustades keraga. üles ehitada mitmest plaadist.

Trükkisin oma 3D -printeriga lihtsa aluse PLA -s ja olen lisanud mõned LED -id, mis mul alles olid.

Selle protsessi käigus sain idee, kas oleks võimalik luua valget (heledat) valgust, kui värviksin LED -id ainult punaseks roheliseks või siniseks, 3 plaadi olemasolu RGB -s teeks siis teoreetiliselt valge, kuid kas see toimiks ka siis, kui see oleks kihiline.

Pärast selle kõik kokku panemist ja selle valgustamist avastasin, et see tegelikult töötas, see ei olnud täiuslikult valge, kuid kindlasti segas värve selle taga olevates kihtides.

Ma arvasin, et see võib -olla toimiks paremini, kui muudaksin kindla söövituse, et luua kuju punktideks, nii et valgust oleks kergem näha mitmel kihil ja see toimiks tegelikult "pikslitena", kuid siis 3D -vormingus.

Protsessi täiustamiseks tegin mõned testlehed erineva tihedusega punktidega ja kasutasin ka mitut erinevat seadet, et häälestada laser täiuslikuks söövitustugevuseks. Peate laserit häälestama söövitamiseks kasutatava võimsuse järgi, seda rohkem energiat kasutate ja mida aeglasemalt söövitate, seda sügavam söövitus ja kõik ei tööta selles olukorras nii hästi kui teised. see on iga laseri puhul erinev, soovitaksin kasutada üsna madalat seadistust, selle skulptuuri jaoks ei ole vaja sügavat söövitust.

3. samm: 3. samm: lõplik prototüüp

Lõpliku prototüübi jaoks otsustasin teha akrüülplaadid suurusega 20x20 cm, et saaksite nendes näha veel mõnda detaili ja saada parema tunde, kuidas see võiks isegi laiemalt välja näha.

Tegin valgusmooduli, kuhu sain paigutada (7X3) kokku 21 plaati, sest tahtsin selle abil testida, kui kaugele oleks võimalik minna, mitu plaati saaks enne efekti kadumist paigutada või nagu leidsin millal läheb "sassi". Sain teada, et 12 oleks korralik maksimum, kõrgemale minnes tekkis liiga palju hägusust.

Testisin ja mängisin ka plaatide vahelist kaugust, ühe plaadi vahelejätmisel kahekordistub plaatide vahekaugus ja kaugemale, siin sain ka teada, et see on üsna oluline, kui kaugust suurendatakse, muutub ka efekt. Ma arvan, et see juhtub nii, et suurema vahemaa korral on silmad sügavuse tuvastamisel paremini võimalikud. Selle tulemusel segunevad värvid vähem.

Heledal "plaadil" on valgusdiood, mis koosneb 9 LED -st iga plaadiandmete rea kohta edasi -tagasi siksakiliselt, kusjuures 5v elektriliinid mõlemal küljel, + joon ühel küljel ja - joon teisel pool, mistõttu on ka üsna lihtne parandada.

5V 10A toiteallikat kasutatakse LED -ide ja ESP8266 toiteks korraga.

ESP jaoks tegime koodi häkatoni osavamate kodeerijate abiga, see tükk oli minu jaoks ka kodeerimise harjutus. Kood, mida ma lõpuks kasutasin, on kood, mis tuhmutab kõik plaadid üks kord RGB -lt GRB -le BRG -le ja uuesti RGB -le pideva ahelana. LED -juhtelementide grupeerimine 9 LED -i kohta, nii et igal plaadil oleks üks värv, kood juhib 12 plaati/väljasõitu, teised on lihtsalt passiivsed, kuna mul polnud neid vaja. Lisasin koodi siia.

Proovisin ka LED -e juhtida, kasutades ESP -i wifi -d artneti ja madmapperiga, kuid polnud tulemustega veel rahul, see peaks hästi toimima, kuid mul oleks kõigepealt vaja neid "kaardistamise" tehnikaid paremini mõista.

4. samm: saadud õppetunnid

Esimese asjana õppisin tööd CNC laserlõikuri ja graveerijaga. Varem kasutasin neid tehnikaid mudelite tegemiseks, kuid ei võtnud kunagi aega täpsema häälestuse uurimiseks, eriti graveerimise/söövituse häälestamiseks. Saades teada, et see muudab saadud valguse intensiivsust üsna erinevaks ja mitte ainult "sügavama" graveerimise tähenduseks, on parem leida söövitamise tasakaal just piisavalt, kuid mitte liiga palju.

Selle projekti jaoks tahtsin seda kasutada ka eraldiseisva objektina, nii et sel juhul kodeeritud ESP -ga, mis juhib LED -e ilma muu sisendita, ka seetõttu, et tahtsin kodeerimisest paremini aru saada, varem tegin mõnda tõesti lihtne kodeeritud ja selle tüki koodid pole endiselt väga keerulised, kuid kui ma seda hakatoni alustasin, olid selle osad veel täiesti uued.

Pärast neid valmistamismeetodeid jõuti valguse mõistmiseni. kuidas see seguneks ja kas see isegi seguneks? Saime teada, et täielikult graveeritud kuju asemel täppidega töötamine, "pikslite" loomine, nagu varem öeldud. Esmalt avastades, et see toimib, kuid kui suurendasin plaatide vahelist kaugust, siis efekt tegelikult taas vähenes, tajusime, et inimsilm muudab selle toimivaks ja segab värve, aga juhtub ka midagi maagilist, sest teie silmad ei saa aru, mis toimub, nad ei saa keskenduge tõesti sügavusele. Kui aga plaatide vahelist kaugust suurendada, võivad teie silmad keskenduda sügavusele, kuid siis on maagia kadunud.

5. samm: potentsiaalsed parandused

Esimene parandus, mille kallal ma veel töötan, on plaatide juhtimiseks parem ja keerukam kood. Minu eesmärk on käivitada mitu seadet ja eelkodeeritud efekti, mistõttu otsustasin kasutada ka ESP -d, sest siis saaksin neid hõlpsalt wifi abil käivitada/juhtida.

Lisaks tahan ma teha valgust vaid 12 plaadile, nagu ma lõpuks otsustasin kasutada, nüüd tehtud tükk sobib ideaalselt selle katseetapi jaoks, kus on kaugus ja plaatide arv jne, kuid nüüd otsustasin teha 12 plaati, mida ma uuesti teen üks, mis on tehtud 12 plaadi jaoks ja muudab ka LED -de paigaldamise natuke paremaks, nüüd on need seal kinni ja hoiavad improviseeritud vahtplaadiga paigal, pikka aega pole see LED -ide jaoks hea, ma kinnitaksin need alumiiniumile parem soojusjuhtivus ja need on moodulitena, nii et kui midagi katki läheb, saab ühe riba hõlpsalt välja võtta ja asendada.

Plaatide puhul katsetan veel, mida teha külgedega, nüüd on küljed lihtsalt nähtaval ja näete, mis värvi need on valgustatud, proovisin kogu tüki ümber ümbrise ehitada, kuid polnud sellega rahul, sest peegeldas valgust tagasi. Nii hakkasin katsetama mõne spetsiaalse 3D -prinditud profiiliga, värvides servi või kasutades peegeldavat fooliumi, et hoida valgust plaatide sees.

6. samm: hüüdke välja

Tahaksin erilist tänu avaldada järgmistele isikutele:

• Teun Verkerk häkatonil osalemise kutse eest
• Nabi Kambiz, Nuriddin Kadouri ja Aidan Wyber abi ja juhendamise eest häkatonni ajal. Aidates ja selgitades kõiki masinaid ja materjale, mis käepärast olid, ja Aidanil oli palju kannatust selle kodeerimisnupu selgitamisel ja abistamisel.
• Chun-Yian Liew, kaasosaline, kes tegi ka hämmastava projekti. Chun aitas mind ka paar korda välja, kui ma ei saanud aru, mis kodeerimisega toimub.