Plná para vpredu! do nekonečna a ďalej: 11 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Spolupráca medzi Aliciou Blakey a Vanessou Krause

Kto je preboha Fibonacci?

Na základe návrhu Alicie (vnorené planétové prevody) sme sa rozhodli spolupracovať a pokúsiť sa vytvoriť funkčný systém prevodových stupňov, ktoré je možné zobrazovať vo vzpriamenej polohe. V ideálnom prípade chceme, aby sa naše publikum cítilo pohodlne a prinútilo ho komunikovať s týmto dizajnom. Použitím rôznych metód uvedených v tomto dokumente budeme hovoriť o procese navrhovania a o tom, ako sme bojovali s matematickými problémami, logikou a výberom materiálov.

Bin-it

Požiadali sme o pomoc našich súrodencov so sklonom k matematike: Môj brat Joey mi poslal Binetov vzorec … bez vysvetlenia, ako ho používať. Keď som mu poslal správu a povedal: „Ahoj, Joey, mohol by si mi to vysvetliť?“Na čo odpovedal: „Akú časť?“

Pretože nemám absolútne žiadny matematický sklon, požiadali sme Alicinho brata Merricka, aby nám vysvetlil, ako je možné vzorec použiť na výrobu hniezdnych prevodov. Strávil to asi desať minút riešením, odpovedal „áno, funguje to“a potom povedal „Musím ísť“a nechal nám bez odpovedí a preloženého vzorca.

Strávili sme ďalších 30 minút hľadaním odpovede na náš dotaz …

Internet má odpovede

Aby sme sa dostali za hranicu Binetovej bariéry, rozhodli sme sa hľadať na internete odpovede a návrhy na vyriešenie našej hádanky. Našli sme niekoľko stránok, ktoré sú schopné vytvárať kompatibilné prevody.

Niektoré z týchto stránok sú:

Gear Generator Planetary

Gear Catalyst

Keď sme mali tieto generátory prevodov, ktoré nám pomohli s matematickými aspektmi tohto projektu, presťahovali sme sa do programu Adobe Illustrator, aby sme vytvorili verzie liniek týchto prevodov. Alicia sa zamerala na to, aby bol každý prevodový stupeň kompatibilný s laserovými rezačmi v strede 100 McCaul RP. Na úvodný rez sme sa rozhodli použiť preglejku Baltic Birch ⅛”, aby sme zaistili správne zarovnanie matematiky. Alicia vyrobila viac ako 3 malé makety, ako by tieto prevody mohli potenciálne vyzerať. Pri každej iterácii sa vyskytli problémy s tým, že laserová rezačka odoberala príliš málo alebo príliš veľa z malých prevodových systémov, takže sa už nemohli efektívne blokovať a otáčať (použila akrylát aj preglejku (⅛”). Tento proces bol frustrujúce, ale pomohlo nám to uvedomiť si obmedzenia laserového rezania pre tento projekt.

Prof vie najlepšie

Alicia a ja sme obaja veľmi tvrdohlaví a odhodlaní vyriešiť hádanku vnorených prevodov. Bol som ochotný usadiť sa na planetových prepojených prevodových stupňoch, Alicia však potrebovala odpovede! V poslednom pokuse nájsť útechu matematikou Alicia kontaktovala profesora na dôchodku z Queen's University. Vysvetlil, že na ľahké meranie vzdialeností medzi každým z prevodových stupňov by musela rozdeliť a zmerať 37 segmentov. To by umožnilo správne zarovnanie všetkých zubov. Čas strávený riešením hádanky stále spôsoboval malý matematický problém so zarovnaním. Vzhľadom na náš celkový časový limit sme sa usadili na planetárnom prevode.

Zdvihnite sa

Kým Alicia riešila hlboké matematické problémy, ja som sa zameral na tlač 3D vesmírnych lodí. Pomohlo to upevniť celkovú tému a tiež poskytnúť nášmu dielu príjemnejšiu interaktívnu kvalitu. Použitím Thingiverse som mohol nájsť zábavný retro dizajn vesmírnej lode (vytvorený cerberus333). Tento dizajn mi umožnil upraviť mierku tak, aby bola oveľa menšia. Keď sa vesmírna loď pridá, naše publikum sa jej bude môcť držať a ozubené kolesá sa budú točiť dokopy. Toto bolo veľmi jednoduché riešenie, aby bola skladba príjemnejšia pre ostatných. Na základe open-source povahy Thingiverse si tento objekt môže vytvoriť sám ktokoľvek s počítačom a prístupom k 3D tlačiarni. Tlač bola tiež pomerne rýchla (vytlačenie 7 vesmírnych lodí trvalo menej ako 2 hodiny). Nakoniec sme použili iba 3 alebo 7 vytlačených kópií.

Strieľajte na mesiac…

Na základe pôvodného nápadu na dizajn sme s Aliciou chceli vytvoriť planetárne prevody s mnohými vstavanými LED svetlami, ktoré by boli aktivované našimi magnetmi (pripevnenými k zadnej časti každého prevodového stupňa), aby model mohol stáť vzpriamene a rozsvietiť každú „hviezdu“. systému, ako sa točí. Alicia išla do spoločnosti Home Hardware a kúpila si LED obvod s magnetickým spínačom a magnetické snímače. Vŕtačkou a ručnou pílou som urobil správny otvor pre LED a magnetický senzor, aby sa zmestili do dosky z drevenej preglejky. Neskôr sme si uvedomili, že akumulátory zakúpené od spoločnosti Home Hardware na College a Spadine boli skutočne chybné a pri prechode magnetu rozsvietili iba jednu LED žiarovku.

Viac ako len vandalizmus

V prípade tohto projektu som tiež chcel uplatniť kreatívne techniky. Napriek tomu, že ozubené kolesá z dreva a akrylu boli samy o sebe krásne, chýbala im spoločná téma s vesmírnymi loďami. Rozhodol som sa použiť akrylovú farbu v spreji Molotow na vytvorenie motívu galaxie pre prevodové systémy. Aj keď sme plánovali nastriekať celú dosku, stretli sme sa s malým rozsahom striekacej kabíny umiestnenej v laboratóriu Maker v našom zariadení pre absolventov. Na základe tohto obmedzenia veľkosti sme sa rozhodli prevody iba nastriekať asymetrickými spôsobmi. Vesmírna loď tak mohla sedieť na jednom z obyčajných alebo striekaných prevodov, aby účastníkovi pomohla porozumieť našej celkovej téme.

Orbita

Akonáhle boli všetky veľké prevodovky zostavené, Alicia použila spájkovacie nástroje na zváranie magnetického senzora a LED diódy. Rozhodli sme sa pre umiestnenie 1 pracovnej LED diódy a zaradili sme ju blízko stredného prevodu. Keď boli pod vesmírnu loď umiestnené 3 silné magnety, dosiahol sa požadovaný výsledok! Mali sme svetlo! Mať iné magnety pod ozubenými kolesami (na ich vertikálne držanie) by však prekážalo snímaču magnetu. Preto sme sa rozhodli, že dizajn musí namiesto toho zostať ako stolová verzia.

Odvrátená strana Mesiaca

Hlavnými výzvami, ktorým sme v tejto kolaboratívnej iterácii čelili, boli obmedzenia laserového rezania a technológie batérií. Súbor s návrhom, vesmírne lode s 3D tlačou a ručná montáž (používanie tradičných nástrojov, ako sú vŕtačky, ručná píla, lepidlo a svorky, bolo prekvapivo jednoduché). Ak niekto chce vytvoriť tento kúsok znova, hlavnou výzvou by bolo, aby pomocou matematiky zmapoval najideálnejší dizajn, ktorý môže laser narezať. Tiež sme bojovali s časovým obmedzením a v ideálnom prípade by sme sa v blízkej budúcnosti chceli k tomuto projektu znova vrátiť, aby sme tento koncept mohli ďalej rozvíjať.

Nástroje a technológie

Na to, aby bol tento projekt vytvorený verne, by potrebovali základné znalosti o procese navrhovania, matematike, používaní AI a správnom nastavení na rezanie laserového súboru. Ďalej by potrebovali základné znalosti o elektrine (LED, magnetický senzor a spájkovanie). Budú potrebovať prístup do dobre vetraného priestoru na striekanie a vlastné navrhovanie týchto zariadení. Na vytlačenie vesmírnej lode bol použitý Taz Lulzbot 6 spolu s vláknom PLA Village Plastics (postačí akákoľvek farba, pretože na tieto môžete nastriekať aj farbu). Nakoniec budú potrebovať základné znalosti o tom, ako pomocou vŕtačky a ručnej píly vyrezať správne rozmery otvorov pre každý LED a magnetický senzor (to je potrebné merať opatrne, pretože snímač nie je príliš silný a je potrebné ho umiestniť. v tesnej vzdialenosti od magnetu). Nakoniec, ak chcete tento projekt verne obnoviť, budete potrebovať aj nejaký montážny priestor!

Obrovský skok pre ľudstvo

Dosiahli sme MARS! Len žartujem! Použitím metód digitálnej výroby sme boli schopní vytvoriť matematický prevodový systém a vyrábať z dreva a akrylu (rýchlosťou, ktorá je potrebná na nasadenie vašej astronautskej prilby). Bez technológie súborov Adobe Illustrator kombinovaných s laserovým rezaním by to nebolo možné. Lasery sú mimoriadne presné a rýchle. Niečo, čo by bolo nemožné dosiahnuť iba pomocou tradičných výrobných nástrojov. Napriek tomu, že tradičné metódy neboli použité v hlavnom výrobnom procese, stali sa mimoriadne dôležitými pri konečnom zostavovaní a začlenení technológie.

Plná para vpredu

Z hľadiska vzdelávania tento planetárny prevodový systém zahrnul všetky základy učenia sa praxou. Gamifikácia hrá v konečnom produkte veľkú úlohu, aby bola pre používateľov príťažlivá. Jedným z hlavných príjemcov tohto projektu je však vzdelávanie. Tento projekt môže naučiť praktické zručnosti, počnúc matematikou, inžinierstvom, priestorovým uvažovaním a elektronickými cyklami. Študentom to umožní vidieť, ako sa matematika spája s fyzickým svetom a ako mechanické procesy (napríklad rezanie laserom) závisia od presných výpočtov. Nakoniec majú študenti šancu uplatniť kreativitu a výtvarné umenie v procese pridávania farieb, farieb a koláží, aby spresnili svoj dizajn. Umožňuje im tiež vytvoriť interaktívne vzdelávacie prostredie, ktoré podporuje STEAM v triede. STEAM je zahrnutý vo všetkých kritériách vytvárania tohto projektu efektívnym začlenením:

Veda

Technológie

Strojárstvo

Umenie

Matematika

V posledných rokoch došlo k poslednému tlaku na zlepšenie mediálnej gramotnosti a rozvoja u študentov mladších ako 1. ročníka. Ako naznačuje učebný plán Ontária, medzikultúrne možnosti vzdelávania sú dôležité pri budovaní lásky študentov k učeniu (K-12). Tento projekt je uvedomelým prístupom k riešeniu problémov, spolupráci a otvorenému zdrojovému materiálu, ktorý je potrebný v mnohých predmetoch v rámci osnov Ontario i mimo nich!

Neobmedzené súhvezdia

Nakoniec je dôležité uznať, že tento dizajn by sa dal v rukách iných ľudí výrazne vylepšiť. To znamená, že aj keď sa tu nachádzajú všetky súčasti, stále je možné vykonať veľa úprav a remixov tohto dizajnu. Vďaka spolupráci má tento dizajn neobmedzený potenciál. Je to skvelý štartovací projekt pre každého, kto má záujem o aplikáciu STEAM vo svojej vlastnej vzdelávacej praxi. Pretože je návrh založený na matematike, je možné ho meniť, meniť a prepracovávať v mnohých rôznych konšteláciách. Tento projekt podporuje myšlienku, že neexistuje jeden spôsob výroby.

Krok 1: Nakúpte to

Dokážete vyriešiť túto hádanku?

Krok 2: Generovanie ozubených kolies

Pomocou sekcie referencií, ktorú nájdete nižšie, sme vám poskytli nástroje na generovanie prevodových stupňov. Existujú 2 webové stránky, z ktorých jeden je vyhradený pre matematické plány a druhý web pojednáva o rôznych materiáloch a variantoch, ak by ste museli obmedziť prevod sami.

Oba sú dôležité pri plánovaní a konštrukcii súboru na rezanie laserom, pretože vám pomôžu pri zvažovaní materiálov a porozumenia tomu, ako pracovať v konštrukciách malých nepredvídaných variácií.

Výskum neslávne známy pre jeho zdieľané znalosti Matthias sa opakuje v mnohých projektoch prevodoviek, pretože poskytuje efektívne informácie o tom, ako si ručne zaraďovať vlastné prevodové stupne. Poskytuje tiež základné informácie, aby ste mohli začať svoj projekt s dobrým základom. Je to nevyhnutné na vygenerovanie fungujúceho systému a schopností riešiť problémy, ktoré je potrebné odstrániť neskôr. Nasledujúci glosár je vytvorený a poskytnutý: [email protected]

Krok 3: Rozstup zubov

Počet milimetrov od jedného zuba k druhému podľa priemeru rozstupu.

Ozubené koleso 1: počet zubov na prevode, ktorý sa má vykresliť pre prevodový stupeň. Ovláda ľavý prevodový stupeň, keď ukazuje dva prevodové stupne. Zadajte zápornú hodnotu pre ozubené kolesá.

Ozubené koleso a pastorok: Zmeňte prevodový stupeň 1 na lineárny prevod (hrebeň). Z druhého prevodu môžete urobiť aj stojan tak, že pre počet zubov zadáte „0“.

Nameraná vzdialenosť cal (mm): Po vytlačení testovacej stránky zmerajte vzdialenosť medzi čiarami označenými „toto by malo byť 150 mm“. Ak nie je 150 mm, zadajte hodnotu do tohto poľa, aby ste kompenzovali mierku tlačiarne. Ďalší výtlačok by mal mať správnu veľkosť.

Kontaktný uhol (deg): Tlakový uhol ozubených kolies. Pri prevodových stupňoch s menším počtom zubov nastavte toto o niečo väčšie, aby ste získali viac šikmých zubov, u ktorých je menšia pravdepodobnosť zaseknutia.

Ozubené koleso 2: počet zubov pre ozubené koleso vpravo, ak je zobrazené. Začiarkavacie políčko určuje, či sa má vykresliť jeden alebo dva prevody.

Dva prevody: Pri tlači šablón pomáha mať zobrazený iba jeden prevodový stupeň.

Lúče: Ukážte prevodový stupeň s lúčmi. Lúče sú zobrazené len pre prevody so 16 a viac zubami.

Krok 4: Matematika

Nasledujúca rovnica mi pomohla zostaviť usporiadanie prevodového stupňa a určiť, že prevody budú fungovať a budú do seba zapadať.

Označte R, S a P ako počet zubov na prevodových stupňoch.

Prvým obmedzením fungovania planétového prevodu je, aby všetky zuby mali rovnakú rozteč alebo rozstup medzi zubami. To zaisťuje, že zuby zaberajú. To, čo som urobil, bolo, že boli vyrobené 3 samostatné strany, ktoré mali rovnakú rozteč, ale navzájom sa nezhodovali, takže ozubené kolesá boli vždy zarovnané, ale v inom vzore. Druhým obmedzením je: R = 2 × P + S

To znamená, že počet zubov v ozubenom kolese sa rovná počtu zubov v strednom centrálnom kolese plus dvojnásobku počtu zubov v planétových prevodoch. Príkladom toho môže byť 30 = 2 × 9 + 12. Alebo môžete ísť na webovú stránku generujúcu ozubené kolesá na https://geargenerator.com alebo

Krok 5: Súbory SVG a Illustrator

Ak importujete súbor z generátora prevodoviek a nevytvorili ste aplikáciu Illustrator, pri práci so súbormi SVG v programe Illustrator budete musieť postupovať podľa nižšie uvedených pokynov.

Illustrator ponúka predvolenú sadu efektov SVG. Môžete použiť efekty s ich predvolenými vlastnosťami, upraviť kód XML na vytváranie vlastných efektov alebo písať nové efekty SVG.

Import súboru SVG do aplikácie Illustrator:

Vyberte položku Efekt> Filter SVG> Importovať filter SVG.

Vyberte súbor SVG, z ktorého chcete importovať efekty, a kliknite na položku Otvoriť.

Manipulácia so súborom SVG v programe Illustrator: Vyberte objekt alebo skupinu (alebo zacieľte na vrstvu na paneli Vrstvy).

Vykonajte jeden z nasledujúcich krokov: Ak chcete použiť efekt s jeho predvolenými nastaveniami, vyberte efekt v spodnej časti podponuky Efekt> SVG filtre.

Ak chcete použiť efekt s vlastnými nastaveniami, zvoľte Efekt> Filtre SVG> Použiť filter SVG.

V dialógovom okne vyberte efekt a kliknite na tlačidlo Upraviť filter SVG fx.

Upravte predvolený kód a kliknite na tlačidlo OK.

Ak chcete vytvoriť a použiť nový efekt, zvoľte Efekt> Filtre SVG> Použiť filter SVG.

V dialógovom okne kliknite na tlačidlo Nový filter SVG, zadajte nový kód a kliknite na tlačidlo OK.

Keď použijete efekt filtra SVG, Illustrator zobrazí na kresliacom plátne rastrovanú verziu efektu. Rozlíšenie tohto ukážkového obrázku môžete ovládať úpravou nastavenia rozlíšenia rasterizácie dokumentu.

Krok 6: Uloženie súboru

Exportujte svoj súbor vo formáte.eps alebo.ai.

Prejdite na nastavenia a uistite sa, že pracujete v režime RGB, NIE CMYK.

Môžete to zmeniť tak, že prejdete na:

Vyberte položku Súbor -> Režim farby dokumentu -> RGB

Všetky čiary rezu je potrebné označiť červenými modrými a zelenými čiarami so zdvihovou hmotnosťou 0,01 bodu

Laser bude interpretovať farby ako usporiadané čiary rezu pracujúce zvnútra von.

Počínajúc červenou (RGB: 255, 0, 0), nasledovanou modrou (RGB 0, 0, 255) a nakoniec zelenou (RGB 0, 255, 0).

Všetky interiérové rezy by mali byť najskôr orezané, a preto by mali byť červené, pričom všetky ďalšie strihy sú modré a konečné vonkajšie úpravy sú zelené. Pred nastavením na tlač skontrolujte, či všetky vaše prevody do seba zapadajú a či sa v nich nenachádzajú žiadne pretínajúce sa čiary.

Ak vaše prevody vyzerajú, že nie sú správne naformátované, môžete sa vrátiť na stránku generátora ozubených kolies a znova prehodnotiť svoje výpočty.

Uložiť ako súbory.ai a preniesť do programu Bosslaser.

Tento program vám tiež umožňuje manipulovať so súborom. Tento program môžete použiť na odoslanie súboru priamo do laserovej rezačky.

Krok 7: Temná rozmanitosť a 3D tlač

Ako je uvedené v hlavnom obryse tohto projektu, svoje 3D vesmírne lode si môžete vytlačiť kedykoľvek! Vymyslite svoj vlastný dizajn pomocou ThinkerCAD, OpenSCADFusion360 alebo Rhino, alebo choďte na Thingiverse a nájdite kreatívny spoločný projekt na tlač! Možno dokonca môžete niektoré súbory upraviť tak, aby vyhovovali vašej jedinečnej výzve v oblasti dizajnu! Tieto vesmírne lode boli vytlačené na Taz Lulzbot 6 s PLA Village Plastics najvyššou rýchlosťou (7 vesmírnych lodí trvalo menej ako 2 hodiny).

Krok 8: LED obvod jazýčkového spínača

Jazýčkový spínač je elektromagnetický spínač, ktorý sa zapína magnetom, ktorý sa uvedie do jeho blízkosti.

Tento obvod obsahuje jazýčkový spínač, LED a 3 V napájanie z 2 batérií AA.

Tento projekt tvorí základy fungovania jazýčkových spínačov.

Zo schémy nižšie môžete rozoznať, kde sú LED diódy a spínač umiestnené.

Batéria má 2 vodiče, čierny a červený. Čierny vodič je uzemnený a červený vodič je napájací.

Červený vodič sa spájkuje na obidva konce jazýčkového spínača.

Jazýčkový spínač bude spájkovaný na dlhšiu stranu + LED. LED - krátka strana bude spájkovaná tak, aby uzemnila čierny vodič vedúci k batérii.

Krok 9: Začlenenie obvodu do dosky

Je dôležité, aby ste zmerali vzdialenosť, ktorú musí magnet nachádzať na svojom mieste k prepínaču. Bez testovania môžete vyvŕtať dieru, ktorá je ďaleko od vášho magnetu, a potom spínač nebude fungovať správne. Sila vášho magnetu bude znamenať, že medzi jazýčkovým spínačom a magnetom môže byť väčšia alebo kratšia medzera. Zmerali sme to a potom sme v našej brezovej doske vyvŕtali otvor pre LED a otvor pre vypínač.

Krok 10: Bavte sa

V tejto chvíli ste urobili veľa tvrdej práce. Je čas začať byť kreatívny!

Na dosiahnutie kozmického efektu na akryl aj drevo použite akrylovú farbu (Molotow) v spreji. Použite farby, ktoré vyhovujú vášmu projektu. Uistite sa, že nosíte ochranný (ideálne polovičný tvárový respirátor alebo masku z organických pár), noste rukavice na ochranu rúk a VŽDY pracujte na dobre vetranom mieste (nikdy nie vo vnútri!).

Pred umiestnením na dosku nechajte prevody schnúť asi 24 hodín, aby ste predišli poškriabaniu farby.

Svoje malé vesmírne lode môžete tiež nastriekať sprejom!

Krok 11: Zoznam materiálov a ďalších zdrojov

Tu je komplexný zoznam materiálov a ďalšie užitočné referencie:

Jazýčkový spínač

Odpor 470Ω

1 LED biela

Magnet Adobe

Aplikácia Illustrator CC na vytváranie vektorových súborov na rezanie laserom

Program Bosslaser na nastavenie súboru pre laserový rezací stroj.

Brúsny papier strednej kvality.

1/8 palca preglejka z baltského brezu, 48 palcov dlhá x 27 palcov vysoká x 2

1/8 palca číry akryl 48 palcov dlhý x 27 palcov vysoký x 1

Akrylová farba v spreji v rôznych farbách

Respirátor s organickou kazetou

Rukavice

Aku vŕtačka (s rôznymi vrtákmi)

Lepidlo na drevo

Okamžité lepidlo (pre vesmírne lode)

Cura-pre Lulzbota

Taz Lulzbot 6

Plastové vlákno PLA Village

Užitočné referencie:

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, -563 https://woodgears.ca/gear_cutting/template.html

demonstrations.wolfram.com/NoncircularPlan…

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