Μηχανή σχεδίασης λέιζερ: 8 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

RawΣχεδιάστε φωσφορίζοντα μονοπάτια φωτός με ένα μηχάνημα σχεδιασμένο και κατασκευασμένο εντελώς από την αρχή!

Η ιστορία: Μεσολαβώντας διαλείμματα κατά τη διάρκεια της μεσοπρόθεσμης εβδομάδας, ο φίλος μου ο Μπρετ και εγώ σχεδιάσαμε και κατασκεύασα αυτό το μηχάνημα που χρησιμοποιεί σύστημα λέιζερ και καθρέφτη για να σχεδιάζει φωτεινά μονοπάτια φωτισμού, ελεγχόμενα μέσω τρισδιάστατου χειριστηρίου. Ο κύριος στόχος ήταν να χρησιμοποιηθούν τεχνικές σχεδίασης και υλικά που οι άνθρωποι συνήθως δεν θα συσχετίζουν με το σχέδιο, ενώ θα ενσταλάξει μια αίσθηση ίντριγκας στον χρήστη.

Ελπίζουμε να το απολαύσετε όσο διασκεδάσαμε σχεδιάζοντας και χτίζοντας το!

Προμήθειες

Είμαστε δύο φοιτητές, οπότε στρέψαμε σε μεγάλο βαθμό να βρούμε κομμάτια και να πετάξουμε ξύλο γύρω από το σχολείο μας και όλα τα εργαλεία ήταν από τον κατασκευαστικό χώρο του σχολείου μας. Επίσης, δεν είχαμε πρόσβαση σε πολλά μεταλλικά υλικά (γρανάζια, ράφι και πείρο, πείρο κ.λπ.), οπότε τα φτιάξαμε μόνοι μας από ξύλο κομμένο με λέιζερ. Για τα κομμάτια που δεν βρήκαμε, τα αγοράσαμε στο amazon για συνολικά 19,50 $.

Σημείωση: αυτό το έργο απαιτεί λέιζερ, θυμηθείτε να μην το κοιτάξετε απευθείας στα μάτια!

Υλικά:

• 1/4 σε κόντρα πλακέ (x2)
• 1/8 σε κόντρα πλακέ (x1)
• Κόλλα ξύλου (λεπτό στρώμα)
• 1/2 σε ξύλινο πείρο (x1)
• 1/2 σε καθρέφτη (x1)
• 1/4 σε διάμετρο 2 σε μακρύ σωλήνα ορείχαλκου (x1)
• 1/4 σε διάμετρο 2 σε μακρύ χάλκινο σωλήνα (x2)
• 1/4 σε διάμετρο 1,5 σε μακρύ σωλήνα ορείχαλκου (x3)
• 1/2 στο Ο. Δ. 1/4 στο I. D. Ρουλεμάν (x6)
• Δίοδος λέιζερ 405 nm (x1)
• Arduino (x1)
• Σύρμα 24 AWG 6ft (x1)
• Φωσφορίζουσα σκόνη (x1)
• Προσαρμογέας ρεύματος τροφοδοσίας 120 VAC σε 9 V (x1)
• Λαστιχένια ζώνη (x1)
• Joystick αναλογικό 2 αξόνων (x1)
• L298N Driver Motor (x1)
• 2,5 mm DC Jack (x1)

Εργαλεία:

• Κόφτης λέιζερ
• Γυαλόχαρτο
• Είδε
• Πυροβόλο θερμό κόλλα
• Dead Blow Hammer
• Συγκολλητικό σίδερο
• Τρυπάνι
• Τρισδιάστατος εκτυπωτής
• Ντρέμελ

Βήμα 1: Laser Cutting the Pieces

Επισυνάπτονται τα δύο αρχεία εικονογράφησης για όλα τα ξύλινα κομμάτια που πρέπει να κοπούν με λέιζερ και τα ονόματά τους αντιστοιχούν στο είδος του ξύλου στο οποίο πρέπει να κοπούν (κόντρα πλακέ 1/4 ίντσας έναντι 1/8 ίντσας). Επισυνάπτω επίσης εικόνες των αρχείων. Στην πραγματικότητα υπάρχουν περισσότερες ροδέλες κλειδώματος από ό, τι χρειάζονται, αλλά σπάνε περιστασιακά, οπότε είναι πάντα ωραίο να έχετε κάποια έξτρα.

Όλες οι γραμμές πρέπει να είναι κομμένες και όχι χαραγμένες. Μόλις αποκοπούν, προχωρήστε στο επόμενο βήμα!

Βήμα 2: Συναρμολόγηση Pieces Pt. 1 σύστημα βάσης και ραφιών

Παρακάτω είναι εικόνες για το πώς ενώνονται τα κομμάτια καθώς και ένα βίντεο από τα παρασκήνια. Η κατασκευή για αυτό το βήμα χωρίζεται σε πρώτη κατασκευή των κομματιών από το προηγούμενο αρχείο εικονογράφησης 1/4 ιντσών και στη συνέχεια στο αρχείο εικονογράφησης 1/8 ιντσών.

Τμήμα 1/4 ιντσών ---

Βάση: Σπρώξτε τους πείρους στη γωνία των πλακών βάσης και σπρώξτε τις ροδέλες ασφάλισης στα άκρα του πείρου για να διατηρήσετε τις πλάκες βάσης στη θέση τους. Αυτή η βάση παρέχει χώρο στο arduino να παραμείνει ημι-κρυμμένος, ενώ παρέχει υποστήριξη για τον καμβά του artboard.

Υποστήριξη ρουλεμάν κυλίνδρων: Κολλήστε το στήριγμα του κυλίνδρου ρουλεμάν στην πρόσοψη της στέγης του περιβλήματος του κινητήρα 1/8 ιντσών

Συναρμολόγηση ρουλεμάν: Το πάνω ράφι συγκρατείται στη θέση του και μετακινείται από μια τριγωνική διάταξη ρουλεμάν που το εμποδίζουν να περιστρέφεται διατηρώντας παράλληλα την ομαλή μεταφραστική κίνηση. Μια εικόνα για το πώς φαίνονται τα ρουλεμάν παρέχεται παραπάνω. Τα διαγράμματα απεικονίζουν πώς αλληλεπιδρούν τα ρουλεμάν με το ράφι και πού τοποθετούνται στο μηχάνημα. Τοποθετήστε τα μέσα από τις οπές του στηρίγματος ρουλεμάν που έχετε κολλήσει στην οροφή του περιβλήματος του κινητήρα

Δοκοί υποστήριξης: Με την ένδειξη "αυτά διασφαλίζουν ότι το ράφι δεν πετάει" στο αρχείο τέταρτης ίντσας, αυτά τα δοκάρια στήριξης μειώνουν την ταλάντωση προσθέτοντας στην ακαμψία του ράφι και εμποδίζουν τους υπερβολικά ενθουσιώδεις χρήστες να στέλνουν κομμάτια από το μηχάνημα ή θρυμματισμός του γυάλινου καθρέφτη! Χρησιμοποιήσαμε κόλλα ξύλου για να τα στερεώσουμε στο πάνω ράφι αφού θα πρέπει να είναι στιβαρό.

Τμήμα 1/8 ιντσών ---

Κάτω ράφι: Το κάτω ράφι είναι το πιο κοντό ράφι με την τρύπα. Αυτή η τρύπα σάς επιτρέπει να τροφοδοτείτε τα καλώδια arduino κάτω από τη σχισμή της επάνω πλάκας βάσης και στο περίβλημα του κινητήρα, έτσι ώστε τα καλώδια να μπορούν να φτάσουν στον κινητήρα ακόμη και όταν το κάτω ράφι κινείται.

Top Rack and pinion: Το πάνω ράφι είναι το άλλο ράφι (το μεγαλύτερο). Μια εικόνα για το πώς φαίνεται η δομή του πινιόν (ένα από τα γιγαντιαία γρανάζια) και πώς λειτουργεί παρέχεται στην εικόνα με τις ροδέλες κλειδαριάς.

Το υπόλοιπο τμήμα 1/8 ιντσών (τα κομμάτια που σχετίζονται με τον κινητήρα) εξηγούνται στο επόμενο βήμα…;

Βήμα 3: Συναρμολόγηση των Τεμαχίων: Pt 2. Motor Stuff

Στη συνέχεια, έπρεπε να σχεδιάσουμε τις βάσεις και τους κινητήρες του κινητήρα για να το κάνουμε να κινείται. Υπάρχουν δύο κινητήρες, ο ένας για κίνηση στον άξονα x και ο άλλος για κίνηση στον άξονα y.

Κάνοντας δύο βάσεις για μοτέρ: Βάλαμε τα σφιχτά κομμάτια της μεσαίας βάσης του κινητήρα (αυτά με τις εξάγωνες οπές) ανάμεσα στα άλλα δύο που περιέχουν τρύπες για να χωρέσουν τα μπουλόνια. Στη συνέχεια συνδέσαμε κάθε κινητήρα σε κάθε βάση κινητήρα χρησιμοποιώντας βίδες. Η κόλληση της βάσης και του κινητήρα σε οποιαδήποτε επιφάνεια μας επέτρεψε να εγκαταστήσουμε και να αφαιρέσουμε εύκολα τους κινητήρες μας χρησιμοποιώντας μόνο εξάγωνο κλειδί. Για τη μετάβαση από κινητήρα σε γρανάζι, χρησιμοποιήσαμε ένα κολάρο άξονα με τρισδιάστατη εκτύπωση για διασύνδεση με το γρανάζι με άξονα.

Περίβλημα κινητήρα: Τα κομμάτια του περιβλήματος του κινητήρα δημιουργούν ένα περίβλημα σε σχήμα κιβωτίου για τον κινητήρα. Τα ορθογώνια με τρύπες είναι τα πάνω και τα κάτω κομμάτια (αυτό που έχει πολλές τρύπες είναι το πάνω μέρος). Το υπόλοιπο κουτί του περιβλήματος του κινητήρα αποτελείται από τις πλευρές που ταιριάζουν μεταξύ τους χρησιμοποιώντας τις αυλακώσεις + τις κορυφογραμμές τους. Κολλήστε όλα τα κομμάτια μαζί στις άκρες εκτός από μία όψη, καθώς πρέπει ακόμα να βάλετε τον κινητήρα μέσα και είναι πιο εύκολο να το κάνετε από το πλάι παρά από πάνω.

Έλεγχος του κινητήρα: Για τον έλεγχο των κινητήρων χρησιμοποιήσαμε ένα joystick, Arduino και ξεχωριστό οδηγό κινητήρα για να τροφοδοτήσουμε τους κινητήρες. Όλα λειτουργούν από μια ενιαία υποδοχή 9 βολτ DC. Για να επιτύχουμε την επιθυμητή κίνηση, έπρεπε να προσαρμόσουμε την ισχύ του σήματος PWM έτσι ώστε να είναι αρκετή η ροπή για να ξεπεράσουμε τις τριβές στο γρανάζι, διατηρώντας το να μην κινείται πολύ γρήγορα. Το επόμενο βήμα περιγράφει τη διαμόρφωση και τον κώδικα του Arduino…;

Βήμα 4: Arduino

Αυτός είναι ο κώδικας Arduino για τον έλεγχο της θέσης του λέιζερ χρησιμοποιώντας το χειριστήριο ως είσοδο. Ο κωδικός είναι γραμμένος έτσι ώστε κάθε κατεύθυνση του χειριστηρίου να ελέγχει έναν από τους κινητήρες (ο κινητήρας που ελέγχει τον άξονα x και ο κινητήρας τον άξονα y). Αυτό επιτρέπει στο μηχάνημα να σχεδιάζει καμπύλες και διαγώνιες κάθε φορά που η θέση του χειριστηρίου βρίσκεται μακριά από τον οριζόντιο/κατακόρυφο άξονα.

Βήμα 5: Το Joystick

Επιλέξαμε την τρισδιάστατη εκτύπωση μιας θήκης χειριστηρίου στο PLA, ώστε να είναι άνετο και φυσικό για τον χρήστη να κρατά και να λειτουργεί (αν και μπορεί ακόμα να λειτουργεί σωστά χωρίς θήκη).

Ουσιαστικά, είναι δύο μισά ενός οβάλ περιβλήματος με μια τρύπα στη μία πλευρά. Βάζουμε το μπαστούνι του ελεγκτή μέσα, έτσι ώστε όταν το περίβλημα συναρμολογείται, να χωράει μέσα από την οπή για να αλληλεπιδρά ο χρήστης. Τα σύρματα εκτείνονται στο πίσω μέρος της άλλης πλευράς του περιβλήματος και στο arduino.

Βήμα 6: Ζωγραφίζοντας τον καμβά τέχνης

Χρωματίστε τον καμβά τέχνης με τη φωσφορίζουσα σκόνη και αφήστε τον να στεγνώσει ενώ εργάζεστε στα επόμενα βήματα.

; Φροντίστε να το διατηρήσετε σε πολύ υγιεινό περιβάλλον, την πρώτη φορά που εφαρμόσαμε τη σκόνη, κόπηκε σκόνη και πριονίδι. Είναι επίσης ευκολότερο να αναμίξετε τη σκόνη με το χρώμα, ώστε να κολλάει εύκολα.

Βήμα 7: Το σύστημα λέιζερ και καθρέφτη

Γιατί το λέιζερ δεν δείχνει μόνο κατευθείαν προς τα κάτω από το άκρο της επάνω σχάρας;

Ο Μπρετ και εγώ συνειδητοποιήσαμε γρήγορα ότι η τοποθέτηση του λέιζερ απευθείας πάνω στον πίνακα σχεδίασης στο τέλος της σχάρας ζύγιζε το άκρο του ράφι προς τα κάτω, γεγονός που περιόριζε το εύρος της κίνησής του. Αντ 'αυτού, αποφασίσαμε να πάρουμε έμπνευση από τον σχεδιασμό ενός κόφτη λέιζερ. Η λύση: Βάζοντας έναν καθρέφτη στο τέλος της σχάρας με κλίση 45 μοιρών, μπορούμε να διασφαλίσουμε ότι η δέσμη θα δείχνει κατευθείαν κάθετα με την επιφάνεια χωρίς να προσθέτει βάρος στο τέλος!

Το λέιζερ: Τοποθετήστε προσεκτικά το λέιζερ και τον καθρέφτη. Τροφοδοτήστε τα καλώδια λέιζερ μέσω μιας οπής στην κορυφή της οροφής του περιβλήματος του κινητήρα για σύνδεση με την μπαταρία. Βιδώστε τις λαστιχένιες ταινίες μέσα από την άλλη οπή της οροφής του περιβλήματος του κινητήρα για να ασφαλίσετε το λέιζερ στη θέση του.

Ο καθρέφτης: Ο καθρέφτης πρέπει να είναι υπό γωνία 45 μοιρών χρησιμοποιώντας τα τριγωνικά κομμάτια τέταρτης ίντσας. Τοποθετώντας το λέιζερ παράλληλα με το έδαφος, η ακτίνα λέιζερ πρέπει να αντανακλάται από τον καθρέφτη και να χτυπά το έδαφος ακριβώς κάτω, ακόμη και αν το ράφι κινείται.

Βήμα 8: Τελική στίλβωση

Μετά τη δοκιμή για να βεβαιωθείτε ότι λειτουργεί σωστά, κολλήσαμε στην τελευταία όψη του περιβλήματος του κινητήρα. Για να αυξήσουμε την οπτική γοητεία του μηχανήματος, τοποθετήσαμε ροδέλες κλειδαριάς στο κάτω μέρος των πείρων. Είχε επίσης έναν ελαφρύ λειτουργικό σκοπό, καθώς αυτές οι ροδέλες λειτουργούσαν ως "πόδια" για το μηχάνημα (αντί ολόκληρης της βάσης να αγγίζει το έδαφος), γεγονός που διευκόλυνε τη μετακίνηση ολόκληρου του μηχανήματος σε ένα τραπέζι. Στη συνέχεια δώσαμε στο προϊόν ένα τελικό γυάλισμα τρίβοντας όλο το εκτεθειμένο ξύλο.

Αντανάκλαση: Περάσαμε υπέροχα σχεδιάζοντας αυτό το μηχάνημα και ακόμα καλύτερα όταν παίξαμε με αυτό. Κατά ειρωνικό τρόπο, τα πιο περίπλοκα μέρη του σχεδιασμού φάνηκε να μας προκαλούν τον λιγότερο κόπο, ενώ τα πιο απλά μέρη μας έδωσαν τα περισσότερα. Αν ξανακάνουμε αυτό το έργο, θα πειραματιζόμασταν περισσότερο με υλικά μείωσης τριβής στα κινούμενα μέρη.

Ελπίζουμε ότι οι άνθρωποι απολαμβάνουν αυτήν τη συσκευή όσο και εμείς και ότι τους εμπνέει να δημιουργήσουν ακόμη καλύτερες εκδόσεις αυτού του μηχανήματος στο μέλλον.

-Καλύτερος, Τζάστιν και Μπρετ

Πρώτο Βραβείο στον Διαγωνισμό Make it Glow