Täielik auru ees! lõpmatuseni ja kaugemale: 11 sammu

2025 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2025-01-13 06:57

Alicia Blakey ja Vanessa Krause koostöö

Kes kurat on Fibonacci?

Alicia disaini (pesastatud planeethammasrattad) põhjal otsustasime teha koostööd, et luua töötav käikude süsteem, mida saab kuvada püstiasendis. Ideaalis tahame, et meie publik tunneks end mugavalt ja oleks sunnitud selle kujundusega suhtlema. Kasutades mitmesuguseid käesolevas dokumendis kirjeldatud meetodeid, räägime disainiprotsessist ja sellest, kuidas me matemaatiliste probleemide, loogika ja materjalivalikutega vaeva nägime.

Bin-it

Meie matemaatika kaasamine kippus õdesid -vendi appi: Mu vend Joey saatis mulle Binet’valemi… ilma selgitusteta selle kasutamise kohta. Kui ma talle SMS -i kirjutasin ja ütlesin: "Hei Joey, kas sa saaksid mulle seda selgitada?" millele ta vastas: "Milline osa?"

Kuna mul pole absoluutselt mingit matemaatilist kalduvust, palusime Alicia vennal Merrickil selgitada, kuidas saaks valemit pesitsusvarustuse valmistamiseks rakendada. Ta kulutas selle lahendamisele umbes kümme minutit, vastas "jah, see töötab" ja ütles siis "ma pean minema" ning jättis meile vastamata ja tõlgitud valemi.

Otsisime oma küsimusele vastust veel 30 minutit…

Internetil on vastused

Binet'i barjäärist kaugemale jõudmiseks otsustasime Internetist otsida vastuseid ja soovitusi oma mõistatuse lahendamiseks. Leidsime mitu saiti, mis suudavad luua ühilduvaid hammasrattaid.

Mõned neist saitidest on järgmised:

Gear Generator Planetary

Hammasrataste katalüsaator

Kui meil olid need hammasrattageneraatorid abiks selle projekti matemaatilistes aspektides, kolisime Adobe Illustratorisse, et luua nende käikude liiniversioone. Alicia keskendus sellele, et iga käik oleks 100 McCaul RP keskuse laserlõikuritega ühilduv. Otsustasime kasutada esialgse lõikamise jaoks Baltic Birch p”vineeri, et tagada matemaatika õige joondamine. Alicia tegi üle kolme väikese maketi sellest, millised need käigud võiksid välja näha. Iga korduse korral tekkis probleeme sellega, et laserlõikur võttis väikestest hammasratastest liiga vähe või liiga palju välja, nii et need enam omavahel tõhusalt ei lukustuks ja ei pöörleks (ta kasutas nii akrüüli kui ka vineeri (⅛”). See protsess oli masendav, kuid aitas meil mõista selle projekti laserlõikamise piiranguid.

Prof teab kõige paremini

Alicia ja mina oleme mõlemad väga kangekaelsed ja otsustanud lahendada pesastatud hammasrataste mõistatuse. Olin valmis elama planeetide blokeerivate hammasratastega, kuid Alicia vajas vastuseid! Viimasel katsel matemaatikaga lohutust leida võttis Alicia ühendust Queeni ülikooli pensionile jäänud professoriga. Ta selgitas, et iga käigu vahekauguste hõlpsaks mõõtmiseks peab ta jagama ja mõõtma 37 segmenti. See võimaldaks kõigil hammastel õigesti joonduda. Kulutades aega mõistatuse lahendamisele, tekkis ikkagi väike matemaatiline probleem joondamisega. Arvestades meie üldist ajapiirangut, otsustasime planeedi hammasratastega.

Õhku tõusma

Sel ajal, kui Alicia lahendas sügavaid matemaatilisi küsimusi, keskendusin 3D -kosmoselaevade printimisele. See aitas tugevdada üldist teemat ja andis meie teosele ka tervitatavama interaktiivse kvaliteedi. Kasutades Thingiverse'i, suutsin leida lõbusa retro kosmoselaeva kujunduse (loodud cerberus333). See disain võimaldas mul muuta skaalat palju väiksemaks. Kosmoselaeva lisamisega saab meie publik sellest kinni hoida, kuna käigud keerlevad koos. See oli väga lihtne lahendus, et muuta tükk teistele tervitatavamaks. Thingiverse'i avatud lähtekoodiga olemuse põhjal saab igaüks, kellel on arvuti ja juurdepääs 3D-printerile, selle objekti ise luua. Trükkimine oli samuti suhteliselt kiire (7 kosmoselaeva printimiseks kulus vähem kui 2 tundi). Me kasutasime ainult 3 või 7 trükitud eksemplari.

Tulista kuu pärast…

Esialgse disaini idee põhjal tahtsime Aliciaga luua planeedilisi hammasrattaid, millel oleks palju sisseehitatud LED -tulesid ja mida meie magnetid aktiveeriksid (kinnitatud iga käigu tagaküljele), et mudel saaks püsti seista ja iga "tähe" süüdata. süsteem pöörlemise ajal. Alicia läks Home Hardware'i ja ostis Reed lüliti LED -ahela ja magnetandurid. Kasutasin puuri ja käsisaega, et teha õige ava, et LED ja magnetandur sobiksid puidust vineerplaadiga. Hiljem mõistsime, et College Hardware'ist ja Spadinast ostetud akud olid tegelikult vigased ja süttisid magneti möödudes ainult ühe LED -lambipirniga.

Rohkem kui lihtsalt vandalismi

Selle projekti jaoks tahtsin ka veel mõnda kätt loomingulistele tehnikatele rakendada. Kuigi puidust ja akrüülist hammasrattad olid iseenesest ilusad, puudus neil kosmoselaevadega ühine teema. Otsustasin kasutada Molotow Acrylic Spray värvi, et luua hammasrataste süsteemidele galaktika motiiv. Kuigi plaanisime kogu tahvli pihustusvärvimist, kohtusime meie kõrgkooli Maker Labis asuva pihustuskabiini väikese ulatusega. Selle suurusepiirangu põhjal otsustasime hammasrattaid lihtsalt asümmeetriliselt pihustada. Nii saaks kosmoselaev istuda ühel tavalisel või pihustusvärviga käigul, et aidata osalejal mõista meie üldist teemat.

Orbiit

Kui kõik suuremahulised hammasrattad olid kokku pandud, kasutas Alicia jootetööriistu magnetanduri ja LED -i keevitamiseks. Otsustasime 1 töötava LED -i paigutuse ja panime selle keskmise käigu lähedale. Kui kosmoselaeva alla paigutati 3 tugevat magnetit, juhtus soovitud tulemus! Meil oli valgus! Kuid muude magnetite olemasolu hammasrataste all (nende vertikaalseks hoidmiseks) oleks magnetandurit seganud. Seetõttu otsustasime, et disain peab jääma hoopis lauaversiooniks.

Kuu varjukülg

Selle koostöö iteratsiooni peamised väljakutsed olid laserlõikamise ja akutehnoloogia piirangud. Disainifail, 3D-printimise kosmoselaevad ja käsitsi kokkupanek (traditsiooniliste tööriistade, näiteks puuride, käsisae, liimi ja klambrite kasutamine oli üllatavalt lihtne). Kui keegi sooviks seda tükki uuesti luua, oleks tema peamine väljakutse matemaatika abil kaardistada kõige ideaalsem disain, mida laser suudab lõigata. Samuti võitlesime ajapiiranguga ja sooviksime ideaalis seda projekti lähitulevikus uuesti vaadata, et seda kontseptsiooni laiendada.

Tööriistad ja tehnoloogia

Selle projekti truuks loomiseks peavad neil olema põhiteadmised projekteerimisprotsessist, matemaatikast, tehisintellekti kasutamisest ja laserfaili lõikamiseks õigesti seadistamisest. Järgmisena vajaksid nad mõningaid elementaarseid arusaamu elektrist (LED, magnetandur ja jootmine). Neil peab olema juurdepääs hästi ventileeritavale alale pihustusvärvimiseks ja nende hammasrataste kohandatud kujundamiseks. Kosmoselaeva printimiseks kasutati Taz Lulzbot 6 koos hõõgniidiga PLA Village Plastics (sobib mis tahes värv, kuna saate neid ka pihustusvärviga pihustada). Lõpuks vajavad nad põhiteadmisi puuri ja käsisae abil, et lõigata iga LED-i ja magnetanduri jaoks sobivaid auke (seda tuleb hoolikalt mõõta, kuna andur ei ole väga tugev ja see tuleb paigutada magneti läheduses). Lõpuks, kui soovite seda projekti ustavalt uuesti luua, vajate ka kogunemisruumi!

Hiiglaslik hüpe inimkonnale

Oleme jõudnud MARSI! Ainult naljatleb! Digitaalsete valmistamismeetodite abil suutsime luua matemaatilise hammasrataste süsteemi ning valmistada puidust ja akrüülist (kiirusega, mis kulub astronautikiivri pähe panemiseks). See poleks olnud võimalik ilma Adobe Illustrator failide tehnoloogiata koos laserlõikamisega. Laserid on äärmiselt täpsed ja kiired. Midagi, mida poleks olnud võimalik saavutada ainult traditsiooniliste tootmisvahenditega. Kuigi põhitootmisprotsessis traditsioonilisi meetodeid ei kasutatud, muutusid need tehnoloogia lõplikul kokkupanekul ja kaasamisel äärmiselt oluliseks.

Täielik auru ees

Hariduslikust vaatenurgast hõlmas see planeetide hammasrataste süsteem kõiki tegevusega õppimise aluseid. Mängimine mängib lõpptootes suurt rolli, et muuta see kasutajatele atraktiivseks. Selle projekti üks peamisi kasusaajaid on aga haridus. See projekt võib õpetada praktilisi oskusi, alustades matemaatikast, inseneriteadusest, ruumilisest arutlusest ja elektroonilistest tsüklitest. See võib anda õpilastele võimaluse näha, kuidas matemaatika ühendub füüsilise maailmaga ja kuidas mehaanilised protsessid (näiteks laserlõikus) sõltuvad täpsetest arvutustest. Lõpuks on õpilastel võimalus oma disaini täpsustamiseks rakendada värvi, värvi, kollaaži lisamise protsessi loovust ja kujutavat kunsti. Samuti võimaldab see neil luua interaktiivse õpikeskkonna, mis toetab klassis STEAM -i. STEAM on kaasatud kõikidesse selle projekti loomise kriteeriumidesse, lisades tõhusalt:

Teadus

Tehnoloogia

Inseneriteadus

Kunstid

Matemaatika

Viimasel ajal on viimaste aastate jooksul tehtud tõukeid meediakirjaoskuse ja -arenduse parandamiseks juba 1. klassi õpilastel. Nagu Ontario õppekava soovitab, on õppekavadeüleste haridusvõimaluste olemasolu üliõpilaste (K-12) õppimisarmastuse kujundamisel oluline. See projekt on tähelepanelik lähenemine probleemide lahendamisele, koostööle, avatud lähtekoodiga praktilisele õppimisele, mida on vaja paljudes Ontario õppekava ainetes ja kaugemalgi!

Piiramatud tähtkujud

Lõpuks on oluline tunnistada, et seda disaini võiks teiste inimeste käes oluliselt parandada. See tähendab, et kuigi kõik komponendid on siin leitud, on selle kujunduse muutmine ja ümberehitamine siiski palju võimalik. Koostööd tehes on sellel kujundusel piiramatu potentsiaal. See on suurepärane stardiprojekt kõigile, kes on huvitatud STEAM -i rakendamisest oma õppimispraktikas. Kuna disain põhineb matemaatikal, saab seda muuta, muuta ja ümber teha paljudes erinevates tähtkujudes. See projekt edendab ideed, et tegemise ühte viisi pole.

Samm: pange see kokku

Kas saate selle mõistatuse lahendada?

2. samm: käikude loomine

Kasutades alltoodud viidete jaotist, oleme pakkunud teile tööriistu käikude loomiseks. On kaks veebisaiti, millest üks on ainult matemaatiliste jooniste jaoks ja teine sait käsitleb erinevaid materjale ja erinevusi, kui peaksite käike ise lõikama.

Need on mõlemad olulised, kui plaanite ja konstrueerite oma faili laserlõikamiseks, kuna need mõlemad aitavad teil kaaluda materjale ja mõista, kuidas väikeste ettenägematute variatsioonide konstruktsioonides töötada.

Teadusuuringud Kurikuulus oma jagatud teadmiste poolest Matthias on kajastatud paljudes hammasrattaprojektides, kuna ta annab lihtsustatud teavet selle kohta, kuidas käiku ise kärpida. Ta annab ka taustteavet, et saaksite oma projekti alustada hea alusega. See on hädavajalik, et luua toimiv süsteem ja probleemide lahendamise oskused, et hiljem veaotsingut teha. Allpool toodud sõnastiku on loonud ja pakkunud: [email protected]

3. samm: hammaste vahekaugus

Millimeetrite arv ühest hambast teise, piki sammu läbimõõtu.

1. käigu hambad: hammasratta hammaste arv hammasratta jaoks renderdamiseks. Juhib kahte käiku näidates vasakut käiku. Sisestage rõngashammasrataste negatiivne väärtus.

Hammasratas ja hammasratas: vahetage käik 1 lineaarse käigu (hammasratta) vastu. Teise käigu saate muuta ka hammasrattaks, sisestades hammaste arvu jaoks "0".

Mõõdetud kaugus (mm): mõõtke pärast testlehe printimist vahekaugust ridade vahel, mis on märgitud "see peaks olema 150 mm". Kui see pole 150 mm, sisestage selle välja väärtus printeri skaleerimise kompenseerimiseks. Järgmine väljatrükk peaks olema õige suurusega.

Kontaktnurk (kraadi): hammasrataste rõhunurk. Väiksema hammaste arvuga hammasrataste puhul seadke see pisut suuremaks, et saada rohkem kaldus hambaid, mille ummistumise tõenäosus on väiksem.

Käik 2 hammast: hammaste arv hammasratta jaoks paremal, kui see on renderdatud. Märkeruut kontrollib, kas renderdatakse üks või kaks käiku.

Kaks käiku: mallide printimisel aitab ainult ühe käigu kuvamine.

Kodarad: näidake käiku kodaratega. Kodarad on näidatud ainult 16 või enama hambaga hammasrataste puhul.

4. samm: matemaatika

Leidsin alloleva võrrandi, mis aitab minu käiku paigutada ja teha kindlaks, et käigud töötavad ja sobivad kokku.

Tähistage hammasrataste hammaste arvuna R, S ja P.

Esimene piirang, et planeedikäik välja töötaks, on see, et kõigil hammastel on sama samm või hammaste vahe. See tagab hammaste võrgusilma. Mida ma tegin, tehti 3 eraldi külge, millel oli sama samm, kuid mis ei sobinud üksteisega, nii et käigud olid alati joondatud, kuid erineva mustriga. Teine piirang on: R = 2 × P + S

See tähendab, et rõngashammasratta hammaste arv on võrdne keskmise päikesekäigu hammaste arvuga, millele lisandub kahekordne hammaste arv planeedi hammasratastel. Selle näiteks on 30 = 2 × 9 + 12. Või võite minna hammasrataste loomise veebisaidile aadressil https://geargenerator.com või

Samm: SVG -failid ja Illustrator

Kui impordite faili hammasrataste generaatorist ja pole Illustratoris konstrueeritud, peate illustraatoris SVG -failidega töötamisel järgima alltoodud juhiseid.

Illustrator pakub vaikimisi SVG -efektide komplekti. Saate kasutada efekte nende vaikimisi atribuutidega, kohandatud efektide loomiseks muuta XML -koodi või kirjutada uusi SVG -efekte.

SVG -faili importimiseks Illustratorisse tehke järgmist

Valige Efekt> SVG -filter> Impordi SVG -filter.

Valige SVG -fail, millest soovite efekte importida, ja klõpsake nuppu Ava.

SVG -failiga manipuleerimiseks Illustratoris: valige objekt või rühm (või suunake kiht paneelile Kihid).

Tehke ühte järgmistest: Efekti rakendamiseks vaikeseadetega valige efekt alammenüü Efekt> SVG filtrid allservast.

Efekti rakendamiseks kohandatud seadetega

valige Efekt> SVG -filtrid> Rakenda SVG -filter.

Valige dialoogiboksis efekt ja klõpsake nuppu Redigeeri SVG -filtrit fx.

Muutke vaikekoodi ja klõpsake nuppu OK.

Uue efekti loomiseks ja rakendamiseks valige Efekt> SVG -filtrid> Rakenda SVG -filter.

Klõpsake dialoogiboksis nuppu Uus SVG -filter, sisestage uus kood ja klõpsake nuppu OK.

Kui rakendate SVG -filtriefekti, kuvab Illustrator efekti rasterdatud versiooni. Selle eelvaate pildi eraldusvõimet saate muuta, muutes dokumendi rasteriseerimise eraldusvõime sätet.

6. toiming: faili salvestamine

Ekspordi oma fail.eps või.ai kujul.

Avage seaded ja veenduge, et töötate RGB -režiimis, mitte CMYK -režiimis.

Saate seda muuta, minnes:

Valige Fail -> Dokumendi värvirežiim -> RGB

Kõik lõikejooned tuleb märkida punase sinise ja rohelise joonega, käigu kaaluga 0,01 p

Laser tõlgendab värve tellitud lõikejoontena, mis töötavad seestpoolt väljapoole.

Alustades punasest (RGB: 255, 0, 0), seejärel sinisest (RGB 0, 0, 255) ja lõpuks rohelisest (RGB 0, 255, 0).

Kõik sisemised lõiked tuleks kõigepealt lõigata ja seetõttu peaksid need olema punased, kõik edasised lõiked on sinised ja viimased välislõiked on rohelised. Enne printimiseks seadistamist veenduge, et kõik hammasrattad sobivad kokku ja ristuvad jooned puuduvad.

Kui teie hammasrattad näivad olevat valesti vormindatud, võite pöörduda tagasi hammasrattageneraatori lehele ja oma arvutusi uuesti hinnata.

Salvesta.ai -failidena ja kanna üle Bosslaseri programmi.

See programm võimaldab teil ka oma failiga manipuleerida. Selle programmi abil saate oma faili otse laserlõikurile saata.

Samm: Thingiverse ja 3D -printimine

Nagu selle projekti põhikirjas mainitud, saate oma 3D -kosmoselaevu igal ajal printida! Mõtle välja oma disain, kasutades ThinkerCADi, OpenSCADFusion360 või Rhino, või minge Thingiverse'i ja leidke printimiseks loominguline ühisprojekt! Võib -olla saate isegi mõnda faili muuta, et see vastaks teie ainulaadsele disainiprobleemile! Need kosmoselaevad trükiti Taz Lulzbot 6 plaadile PLA Village Plastics suurima kiirusega (7 kosmoselaeva jaoks kulus vähem kui 2 tundi).

8. samm: Reed -lüliti LED -ahel

Pilliroo lüliti on elektromagnetiline lüliti, mis lülitatakse sisse, kui selle lähedusse tuuakse magnet.

See vooluahel sisaldab pilliroo lülitit, LED -i ja 3 V toiteallikat 2 AA patareist.

See projekt moodustab pilliroo lülitite tööpõhimõtted.

Allolevalt skeemilt saate aru, kuhu LED ja lüliti on paigutatud.

Aku on varustatud 2 musta ja punase juhtmega. Must juhe on maandatud ja punane juhe on toide.

Punane juhe joodetakse pilliroo lüliti kummassegi otsa.

Pilliroo lüliti joodetakse LED -i pikale küljele +. LED - lühike külg joodetakse aku külge viiva musta juhtme maandamiseks.

9. samm: lülitage vooluahela pardale

Oluline on mõõta magneti kaugust lülitist. Ilma testimiseta võite puurida augu, mis asub teie magnetist kaugel, ja siis lüliti ei tööta korralikult. Teie magneti tugevus tähendab, et Reed -lüliti ja magneti vahel võib olla laiem või lühem vahe. Mõõtsime seda, seejärel puurisime kaseplaadile LED -i jaoks ava ja lüliti jaoks ava.

Samm: nautige

Olete sel hetkel teinud palju rasket tööd. On aeg loominguliseks muutuda!

Kasutage akrüül (Molotow) pihustusvärvi, et saavutada kosmoseefekt nii akrüülile kui ka puidule. Kasutage oma projekti jaoks sobivaid värve. Kindlasti kandke kaitset (ideaalis orgaanilise auru poolnäoga respiraator või mask), kandke käte kaitsmiseks kindaid ja töötage ALATI hästi ventileeritavas kohas (mitte kunagi sees!).

Laske hammasratastel enne lauale asetamist umbes 24 tundi kuivada, et vältida värvi kriimustamist.

Võite pisikesed kosmoselaevad ka pihustusvärviga pihustada!

11. samm: materjalide ja muude ressursside loend

Siin on täielik materjalide loend ja muud kasulikud viited:

Reed lüliti

470Ω takisti

1 LED valge

Magnet Adobe

Illustrator CC rakendus vektorfailide loomiseks laserlõikamiseks

Bosslaseri programm laserlõikusmasina faili seadistamiseks.

Keskmise kvaliteediga liivapaber.

1/8 Balti kasevineer 48 tolli pikk x 27 tolli kõrge x 2

1/8 läbipaistev akrüül 48 tolli pikk x 27 tolli kõrge x 1

Akrüülvärv erinevates värvides

Respiraator orgaanilise kolbampulliga

Kindad

Akutrell (erinevate puuridega)

Puidu liim

Kiirliim (kosmoselaevadele)

Cura-for Lulzbot

Taz Lulzbot 6

PLA küla plastkiud

Kasulikud viited:

geargenerator.com/#200, 200, 100, 6, 1, 0, 0, 4, 1, 8, 2, 4, 27, -90, 0, 0, 16, 4, 4, 27, -60, 1, 1, 12, 1, 12, 20, -60, 2, 0, 60, 5, 12, 20, 0, 0, 0, 2, -563https://woodgears.ca/gear_cutting/template.html

demonstrations.wolfram.com/NoncircularPlan…

helpx.adobe.com/ca/illustrator/using/svg.h…