Holografické platne - Photonics Challenger Hackathon PhabLabs: 6 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Začiatkom tohto roku som bol požiadaný, aby som sa zúčastnil PhabLabs Photonics Hackathon vo vedeckom centre Delft v Holandsku. Tu majú veľký pracovný priestor s mnohými strojmi, ktoré by sa dali použiť na vytvorenie niečoho, čo by som za normálnych okolností nedokázal tak uľahčiť.

Po hackathone som si hneď myslel, že by bolo zaujímavé urobiť niečo s CNC laserovými strojmi, ktoré sú tam k dispozícii.

V dielni tam stála malá osvetlená akrylová doska, ktorá bola vyleptaná patentom na lego, ktorý robil akýsi hologram, ale iba jednu vrstvu, takže to bol stále 2D obraz. To ma prinútilo premýšľať, čo by bolo možné, keby som vzal niekoľko vrstiev akrylu a vytvoril skutočný 3D holografický obraz.

Začal som len s guľou a v skutočnosti to skutočne začalo vyzerať ako skutočná zavesená guľa, keď som sa pohrával s osvetlením, prišiel som na to, či by to potom bolo možné hrať aj so spektrom (bieleho) svetla, ktoré sa vytvára. z červeného zeleného a modrého svetla, bolo by skutočne možné znovu vytvoriť biele svetlo s týmito doskami položenými za sebou, pričom každá platňa používa iba základné svetelné farby, červenú zelenú alebo modrú.

Krok 1: Krok 1 Potrebné materiály a nástroje

Náradie:

• CNC laserový rezací a leptací stroj
• Spájkovačka atď.
• Horúca lepiaca pištoľ
• 3D tlačiareň (v ranej fáze prototypovania)
• Plyer
• Posuvné meradlá
• Brúsny papier

Softvér:

• Fusion 360
• Arduino IDE
• Cura

Materiály:

elektronika:

• LED diódy (malé tenké LED diódy SMD3535, aby boli dosky blízko seba)
• ESP8266
• Napájanie 5v 10A
• Zapojenie, len jednoduché tenké vodiče pre 5v LED diódy

materiály pre „sochu“:

• 3 mm akryl (leptaný v laserovom stroji)
• Drevo, laser na montáž LED diód na akryl
• 3D tlač v ranom prototype pre LED držiak a akrylovú podporu.
• materiál na výrobu škatule, na začiatku som použil penovú dosku na rýchlu výrobu škatule a neskôr laserom CNC rezané drevo.

Krok 2: Krok 2: Laserové leptanie a testovanie osvetlenia

Prvá vec, ktorú som chcel otestovať, bola možnosť vytvoriť 3d hologram s niekoľkými akrylovými doskami, začínajúc guľou. vybudovať z viacerých tanierov.

Vytlačil som jednoduchú základňu v PLA pomocou svojej 3D tlačiarne, kde som sám pridal ďalšie LED diódy, ktoré som mal stále okolo.

Počas tohto procesu som dostal nápad, či by bolo možné vytvoriť bielu (svetlú) farbu, ak by som LED diódy zafarbil iba na červeno zelenú alebo modrú, pričom 3 platne v RGB by teoreticky urobili bielu farbu, ale fungovalo by to aj vtedy, keby bola vrstvená.

Keď som to všetko spojil a rozsvietil, zistil som, že to fungovalo, nebola to dokonalá biela farba, ale určite to miešalo farby vo vrstvách za ňou.

Myslel som si, že by to možno fungovalo lepšie, keby som zmenil z pevného leptania na vytvorenie tvaru bodiek, aby bolo svetlo lepšie viditeľné vo viacerých vrstvách a v skutočnosti fungovalo ako „pixely“, ale potom v 3D.

Na zdokonalenie procesu som vyrobil niekoľko testovacích hárkov s rôznou hustotou bodov a tiež som použil niekoľko rôznych nastavení na vyladenie lasera na dokonalú silu leptania. Musíte vyladiť laser na množstvo energie, ktorú používa na leptanie, čím viac energie použijete a čím pomalšie leptáte, tým budete vytvárať hlbšie leptanie, a nie všetky v tejto situácii fungujú tak dobre ako ostatné. toto je pre každý laser iné, odporučil by som použiť dosť nízke nastavenie, pre túto sochu nepotrebujete hlboké leptanie.

Krok 3: Krok 3: Konečný prototyp

Pre konečný prototyp som sa rozhodol vyrobiť akrylové platne s rozmermi 20 x 20 cm, aby ste v nich mohli vidieť ďalšie detaily a získať lepší pocit z toho, ako by to mohlo vyzerať aj vo väčšom meradle.

Vytvoril som svetelný modul, do ktorého by som mohol umiestniť celkom 21 dosiek (7 x 3), pretože som ich chcel použiť na testovanie, ako ďaleko by bolo možné ísť, koľko dosiek by bolo možné umiestniť predtým, ako sa efekt stratí alebo ako som našiel. kedy začne byť „neporiadny“. Zistil som, že 12 by bolo slušné maximum, ísť vyššie malo za následok príliš veľa rozmazania.

Tiež som testoval a pohrával som sa so vzdialenosťou medzi platňami, preskočením jedného taniera sa za čas zdvojnásobí rozstup medzi taniermi a ďalej, tu som tiež zistil, že je to veľmi dôležité, keď sa vzdialenosť zvyšuje, mení sa aj účinok. Myslím si, že sa stáva, že s väčšou vzdialenosťou sú oči lepšie schopné detekovať hĺbku. Výsledkom je, že farby sa menej prelínajú.

Svetelný „tanier“má svetelný pás s 9 LED diódami pre každú dosku s údajmi idúcimi tam a späť cik -cak, s 5 V elektrickými vedeniami na každej strane, + riadkom na jednej strane a - riadkom na druhej strane, takže je tiež celkom jednoduché ľahko opraviť.

Napájanie 5V 10A slúži na napájanie LED a ESP8266 naraz.

Pre ESP sme urobili kód s pomocou skúsenejších programátorov na hackathone, táto časť bola pre mňa tiež cvičením v kódovaní. Kód, ktorý som nakoniec použil, je kód, ktorý vybledne všetky platne ako raz od RGB do GRB až BRG a opäť späť do RGB v nepretržitej slučke. Zoskupenie ovládača LED podľa 9 LED, aby každá doska mala jednu farbu, kód ovláda 12 platní/výlety, ostatné sú neaktívne, pretože som ich nepotreboval. Kód som pridal sem.

Tiež som sa pokúsil ovládať LED diódy pomocou wifi na ESP pomocou artnet a madmapper, ale zatiaľ som nebol spokojný s výsledkami, malo by to fungovať dobre, ale najskôr by som musel lepšie porozumieť týmto technikám „mapovania“.

Krok 4: Získané ponaučenia

Prvá vec, ktorú som sa naučil, bola práca s CNC laserovou rezačkou a rytcom. V minulosti som používal tieto techniky na výrobu modelov, ale nikdy som nemal čas pozrieť sa na presnejšie ladenie, najmä na ladenie gravírovania/leptania. Zistil som, že to má veľký vplyv na výslednú intenzitu svetla, a nielen že to znamená „hlbšie“gravírovanie, je lepšie, potreboval som nájsť rovnováhu leptania dostatočne, ale nie príliš.

Pre tento projekt som ho tiež chcel mať ako samostatný objekt, takže s kódovaným ESP v tomto prípade, ktorý ovláda LED diódy bez akéhokoľvek ďalšieho potrebného vstupu, aj preto, že som chcel lepšie porozumieť kódovaniu, v minulosti som urobil niekoľko skutočne jednoduché kódovanie a kódy pre tento diel stále nie sú vôbec zložité, ale keď som začínal s týmto hackathonom, jeho časti boli stále úplne nové.

Potom po týchto výrobných technikách došlo k pochopeniu svetla. ako by sa tento mix a dokonca tento mix? Zistilo sa, že práca s bodkami namiesto plne gravírovaného tvaru vytvára „pixely“, ako bolo uvedené vyššie. Prvé zistenie, že to funguje, ale keď som zväčšil vzdialenosť medzi doskami, efekt sa skutočne opäť znížil, vnímanie ľudského oka, vďaka ktorému funguje, a miešanie farieb, ale tiež sa deje niečo magické, pretože vaše oči nedokážu pochopiť, čo sa deje, nemôžu. skutočne sa zamerajte na hĺbku. Ak sa však vzdialenosť medzi taniermi zvýši, vaše oči sa môžu sústrediť na hĺbku, ale potom je kúzlo preč.

Krok 5: Potenciálne vylepšenia

Prvé vylepšenie, na ktorom stále pracujem, je nájsť lepší a komplexnejší kód na ovládanie dosiek. Mojím cieľom je mať viacero nastavení a predkódovaných efektov, ktoré je možné spustiť, preto som sa tiež rozhodol použiť ESP, pretože potom by som ich mohol ľahko spustiť/ovládať pomocou wifi.

Ďalej chcem vytvoriť svetlo pre iba 12 dosiek, ako som sa nakoniec rozhodol použiť, kus, ktorý som teraz vyrobil, je ideálny pre túto fázu testovania so vzdialenosťou a počtom dosiek atď., Ale teraz som sa rozhodol pre 12 dosiek, ktoré prerobím ten, ktorý je vyrobený pre 12 dosiek, a tiež uľahčuje montáž diód LED, teraz sú tam prilepené a držia na mieste pomocou improvizovanej penovej dosky, po dlhú dobu to nebude pre diódy LED dobré, prilepil by som ich k hliníku majú lepšiu tepelnú vodivosť a majú ich ako moduly, takže ak sa niečo rozbije, jeden pás možno ľahko vybrať a vymeniť.

Pokiaľ ide o taniere, stále skúšam, čo robiť s bokmi, teraz sú strany odhalené a vidíte, akou farbou svietia. Skúsil som postaviť ohradu okolo celého kusu, ale nebol som s tým spokojný, pretože odrazil svetlo späť dovnútra. Začal som teda testovať so špeciálnymi 3D vytlačenými profilmi, natrieť okraje alebo použiť reflexnú fóliu, aby svetlo zostalo „vo vnútri“platní.

Krok 6: Kričte

Chcel by som poďakovať týmto osobám:

• Teunovi Verkerkovi za pozvanie na účasť na hackathone
• Nabi Kambizovi, Nuriddinovi Kadourimu a Aidanovi Wyberovi za pomoc a vedenie počas hackathongu. Pomáhať a vysvetľovať všetky stroje a materiály, ktoré boli po ruke, a Aidan mal veľkú trpezlivosť pri vysvetľovaní a pomoci tomuto kódovaciemu noobovi.
• Chun-Yian Liew, spoluúčastník, ktorý tiež urobil úžasný projekt. Chun mi tiež niekoľkokrát pomohol, keď som nechápal, čo sa deje s kódovaním.