Ολογραφικές πλάκες - Photonics Challenger Hackathon PhabLabs: 6 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:35

Στις αρχές του τρέχοντος έτους μου ζητήθηκε να συμμετάσχω στο PhabLabs Photonics Hackathon στο Science Center Delft στην Ολλανδία. Εδώ έχουν έναν υπέροχο χώρο εργασίας με πολλά μηχανήματα που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να δημιουργήσουν κάτι που κανονικά δεν θα μπορούσα να το κάνω τόσο εύκολο.

Ξεκινώντας το hackathon σκέφτηκα αμέσως ότι θα ήταν ενδιαφέρον να κάνω κάτι με τα μηχανήματα λέιζερ CNC που είναι διαθέσιμα εκεί.

Στο εργαστήριο είχαν μια μικρή φωτισμένη ακρυλική πλάκα που ήταν χαραγμένη με το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας του lego να φτιάχνει ένα είδος ολογράμματος αλλά μόνο ένα στρώμα, οπότε ήταν ακόμα μια 2D εικόνα. Αυτό με έκανε να σκεφτώ τι θα ήταν δυνατό αν έπαιρνα πολλά στρώματα ακρυλικού και δημιουργούσα μια πραγματική τρισδιάστατη ολογραφική εικόνα.

Ξεκίνησα μόνο με μια σφαίρα και στην πραγματικότητα άρχισε να μοιάζει με μια πραγματική αιωρούμενη σφαίρα, παίζοντας με τον φωτισμό, ήρθα στην ιδέα εάν τότε θα μπορούσε επίσης να παίξει με το φάσμα του (λευκού) φωτός που συσσωρεύεται του κόκκινου πράσινου και του μπλε φωτός, θα ήταν πραγματικά δυνατό να δημιουργηθεί ξανά λευκό φως με αυτές τις πλάκες τοποθετημένες η μία πίσω από την άλλη, κάθε πλάκα χρησιμοποιώντας τα κύρια ανοιχτά χρώματα, κόκκινο πράσινο ή μπλε.

Βήμα 1: Βήμα 1 Απαιτούνται υλικά και εργαλεία

Εργαλεία:

• CNC μηχανή κοπής και χάραξης με λέιζερ
• Συγκολλητικό σίδερο κλπ.
• Πυροβόλο θερμής κόλλας
• 3D εκτυπωτής (σε πρώιμη φάση πρωτοτύπωσης)
• Πλάιερ
• Διαβήτης
• Χαρτί λείανσης

Λογισμικό:

• Fusion 360
• Arduino IDE
• Κούρα

Υλικά:

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΙΔΗ:

• LED (μικρές λεπτές λωρίδες SMD3535 για να φέρουν τις πλάκες κοντά μεταξύ τους)
• ESP8266
• Τροφοδοτικό 5v 10A
• Καλωδίωση, απλά απλά λεπτά σύρματα για led 5v

υλικά για "γλυπτική":

• Ακρυλικό 3mm (χαραγμένο σε μηχανή λέιζερ)
• Ξύλο, λέιζερ για να τοποθετήσετε τα LED και να στηρίξετε το ακρυλικό
• Τρισδιάστατη εκτύπωση σε πρώιμο πρωτότυπο για στήριξη LED και ακρυλική υποστήριξη.
• υλικό για να φτιάξω κουτί, χρησιμοποίησα αφρώδες υλικό στην αρχή για να φτιάξω ένα κουτί γρήγορα και αργότερα με ξύλο CNC με λέιζερ.

Βήμα 2: Βήμα 2: Έλεγχος χάραξης και φωτισμού με λέιζερ

Το πρώτο πράγμα που ήθελα να δοκιμάσω ήταν η δυνατότητα να φτιάξω ένα τρισδιάστατο ολόγραμμα με πολλαπλές ακρυλικές πλάκες, ξεκινώντας από μια σφαίρα. συσσωρεύονται από πολλαπλές πλάκες.

Τύπωσα μια απλή βάση στο PLA με τον τρισδιάστατο εκτυπωτή μου είναι έχω τον εαυτό μου και πρόσθεσα μερικές λυχνίες LED που είχα ακόμα τοποθετήσει.

Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας πήρα την ιδέα εάν θα ήταν δυνατό να δημιουργηθεί λευκό (ανοιχτό) αν χρωμάτιζα τα LED μόνο κόκκινο πράσινο ή μπλε, έχοντας 3 πλάκες σε RGB θεωρητικά θα έκανε λευκό, αλλά θα λειτουργούσε επίσης αν ήταν στρωμένο Ε

Αφού το τοποθετήσαμε όλο αυτό και το φωτίζω, διαπίστωσα ότι πράγματι λειτούργησε, δεν ήταν τέλειο λευκό, αλλά σίγουρα ανακάτεψε τα χρώματα στα στρώματα πίσω του.

Σκέφτηκα ότι ίσως θα λειτουργούσε καλύτερα αν άλλαζα από μια σταθερή χάραξη για να δημιουργήσω το σχήμα σε κουκκίδες, έτσι ώστε το φως να είναι πιο εύκολο να δει σε πολλά στρώματα και να λειτουργήσει στην πραγματικότητα ως "εικονοστοιχεία", αλλά στη συνέχεια σε 3D.

Για να τελειοποιήσω τη διαδικασία, έκανα μερικά φύλλα δοκιμής με διαφορετική πυκνότητα των κουκκίδων και επίσης χρησιμοποίησα πολλές διαφορετικές ρυθμίσεις για να συντονίσω το λέιζερ στην τέλεια αντοχή χάραξης. Πρέπει να ρυθμίσετε το λέιζερ για την ποσότητα ισχύος που χρησιμοποιεί για να χαράξει, όσο περισσότερη ενέργεια χρησιμοποιείτε και όσο πιο αργά θα χαράξετε θα δημιουργήσετε μια βαθύτερη χάραξη, και δεν λειτουργούν όλα τόσο καλά όσο άλλοι σε αυτήν την κατάσταση. αυτό είναι διαφορετικό για κάθε λέιζερ, θα συνιστούσα να χρησιμοποιήσετε ένα μάλλον χαμηλό περιβάλλον, δεν χρειάζεστε μια βαθιά χάραξη για αυτό το γλυπτό.

Βήμα 3: Βήμα 3: Τελικό πρωτότυπο

Για το τελικό πρωτότυπο αποφάσισα να φτιάξω ακρυλικές πλάκες 20Χ20εκ., Ώστε να μπορείτε να δείτε περισσότερες λεπτομέρειες σε αυτές και να έχετε μια καλύτερη αίσθηση του πώς θα μπορούσε ακόμη και να φαίνεται σε μεγαλύτερη κλίμακα.

Έφτιαξα μια μονάδα φωτισμού όπου μπορούσα να τοποθετήσω συνολικά 21 πλάκες (7X3) επειδή ήθελα να τη χρησιμοποιήσω για να δοκιμάσω πόσο μακριά θα μπορούσα να φτάσω, πόσες πλάκες θα μπορούσαν να τοποθετηθούν πριν χαθεί το αποτέλεσμα ή όπως το βρήκα έξω πότε γίνεται να γίνει "ακατάστατο". Διαπίστωσα ότι το 12 θα ήταν ένα αξιοπρεπές μέγιστο, το να πηγαίνεις ψηλότερα είχε ως αποτέλεσμα πολύ θόλωση.

Επίσης δοκίμασα και έπαιξα με την απόσταση μεταξύ των πιάτων, με το να παραλείψω ένα πιάτο κάθε φορά διπλασιάζω το διάστημα μεταξύ των πιάτων και περαιτέρω, εδώ διαπίστωσα επίσης ότι αυτό είναι πολύ σημαντικό, όταν αυξάνεται η απόσταση αλλάζει και το αποτέλεσμα. Αυτό που νομίζω ότι συμβαίνει είναι ότι με τη μεγαλύτερη απόσταση τα μάτια είναι καλύτερα δυνατά στην ανίχνευση του βάθους. Τότε προκύπτει ότι τα χρώματα αναμειγνύονται λιγότερο.

Η ελαφριά "πλάκα" έχει μια λωρίδα φωτισμού 9 led για κάθε γραμμή δεδομένων πλάκας που πηγαίνει μπρος -πίσω ζιγκ -ζαγκ, με γραμμές ρεύματος 5v σε κάθε πλευρά, + γραμμή στη μία πλευρά και - γραμμή στην άλλη πλευρά, η κατασκευή είναι επίσης αρκετά εύκολο να διορθωθεί.

Τροφοδοτικό 5V 10A χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία των LED και του ESP8266 ταυτόχρονα.

Για το ESP κάναμε έναν κωδικό με κάποια βοήθεια από πιο εξειδικευμένους κωδικοποιητές στο hackathon, αυτό το κομμάτι ήταν επίσης μια άσκηση κωδικοποίησης για μένα. Ο κωδικός που χρησιμοποίησα τελικά είναι ένας κώδικας που ξεθωριάζει όλες τις πλάκες από RGB σε GRB σε BRG και πίσω στο RGB ξανά σε έναν συνεχή βρόχο. Ομαδοποίηση του ελέγχου LED ανά 9 led έτσι ώστε κάθε πλάκα να έχει ένα χρώμα, ο κωδικός ελέγχει 12 πιάτα/ταξίδια τα άλλα είναι απλά ανενεργά επειδή δεν τα χρειάστηκα. Πρόσθεσα τον κωδικό εδώ.

Προσπάθησα επίσης να ελέγξω τις λυχνίες LED χρησιμοποιώντας το wifi στο ESP με artnet και madmapper, αλλά δεν ήμουν ευχαριστημένος με τα αποτελέσματα ακόμα, αυτό θα λειτουργούσε καλά, αλλά θα έπρεπε πρώτα να έχω καλύτερη κατανόηση σχετικά με αυτές τις τεχνικές "χαρτογράφησης".

Βήμα 4: Διδάγματα

Το πρώτο πράγμα που έμαθα ήταν να δουλεύω με τον κόφτη και χαράκτη CNC λέιζερ. Στο παρελθόν χρησιμοποιούσα αυτές τις τεχνικές για να φτιάξω μοντέλα, αλλά ποτέ δεν έβρισκα το χρόνο να εξετάσω τον ακριβέστερο συντονισμό, ειδικά τον συντονισμό της χάραξης/χάραξης. Ανακαλύπτοντας ότι αυτό κάνει τη διαφορά για την ένταση του φωτός που προκύπτει, και όχι μόνο το να σημαίνει ότι μια βαθύτερη χάραξη είναι καλύτερη, έπρεπε να βρω την ισορροπία της χάραξης αρκετά, αλλά όχι πολύ.

Για αυτό το έργο ήθελα επίσης να το έχω ως αυτόνομο αντικείμενο, έτσι με κωδικοποιημένο ESP σε αυτή την περίπτωση που ελέγχει τα LED χωρίς καμία άλλη είσοδο, επίσης επειδή ήθελα να κατανοήσω καλύτερα την κωδικοποίηση, στο παρελθόν έκανα μερικά πραγματικά απλό κωδικοποιημένο, και οι κωδικοί για αυτό το κομμάτι δεν είναι ακόμα πολύ περίπλοκοι, αλλά όταν ξεκίνησα αυτό το hackathon τα μέρη του ήταν ακόμα εντελώς καινούργια.

Στη συνέχεια, μετά από αυτές τις τεχνικές κατασκευής, ήρθε στην κατανόηση του φωτός. πώς θα αναμιγνύεται αυτό και θα αναμιγνύεται ακόμη; Διαπιστώθηκε ότι η εργασία με τελείες αντί για ένα πλήρως χαραγμένο σχήμα, δημιουργώντας τα "εικονοστοιχεία" όπως αναφέρθηκε νωρίτερα. Πρώτα ανακάλυψα ότι λειτουργεί, αλλά όταν αύξησα την απόσταση μεταξύ των πιάτων, το αποτέλεσμα μειώθηκε ξανά, η αντίληψη του ανθρώπινου ματιού που το κάνει να λειτουργεί και συνδυάζει τα χρώματα, αλλά και κάτι μαγικό συμβαίνει επειδή τα μάτια σας δεν μπορούν να καταλάβουν τι συμβαίνει, δεν μπορούν εστιάζουμε πραγματικά στο βάθος. Αλλά αν η απόσταση μεταξύ των πλακών είναι αυξημένη, τα μάτια σας μπορούν να εστιάσουν στο βάθος, αλλά τότε η μαγεία έχει φύγει.

Βήμα 5: Πιθανές βελτιώσεις

Η πρώτη βελτίωση στην οποία εργάζομαι ακόμα είναι να βρω έναν καλύτερο και πιο σύνθετο κώδικα για τον έλεγχο των πινακίδων. Ο στόχος μου είναι να έχω πολλαπλές ρυθμίσεις και προκαθορισμένα εφέ που μπορούν να ενεργοποιηθούν, γι 'αυτό επέλεξα επίσης να χρησιμοποιήσω ένα ESP επειδή τότε θα μπορούσα να ενεργοποιήσω/ελέγξω εύκολα χρησιμοποιώντας wifi.

Περαιτέρω θέλω να φτιάξω ένα φως για μόλις 12 πιάτα όπως επέλεξα τελικά να χρησιμοποιήσω, το κομμάτι που έφτιαξα τώρα είναι τέλειο για αυτή τη φάση δοκιμών με απόσταση και αριθμό πινακίδων κλπ, αλλά τώρα επέλεξα να πάω για 12 πιάτα που θα ξαναφτιάξω ένα που είναι φτιαγμένο για 12 πλάκες και επίσης κάνει την τοποθέτηση των LED λίγο καλύτερη, τώρα είναι κολλημένα εκεί και κρατιούνται στη θέση τους με αυτοσχέδιο αφρώδες υλικό, για πολύ καιρό αυτό δεν θα είναι καλό για τα LED, θα τα κολλούσα στο αλουμίνιο για καλύτερη αγωγιμότητα θερμότητας και έχουν αυτά ως μονάδες οπότε αν κάτι σπάσει μια λωρίδα μπορεί εύκολα να αφαιρεθεί και να αντικατασταθεί.

Για τις πλάκες δοκιμάζω ακόμα τι να κάνω με τις πλευρές, τώρα οι πλευρές είναι απλά εκτεθειμένες και μπορείτε να δείτε τι χρώμα είναι φωτισμένες, προσπάθησα να φτιάξω ένα περίβλημα γύρω από ολόκληρο το κομμάτι αλλά δεν ήμουν ευχαριστημένος με αυτό γιατί Άρχισα να δοκιμάζω με κάποια ειδικά προφίλ τρισδιάστατης εκτύπωσης, βάφοντας τις άκρες ή χρησιμοποιώντας ανακλαστικό φύλλο για να διατηρήσω το φως "μέσα" στις πλάκες.

Βήμα 6: Φωνάξτε

Θα ήθελα να ευχαριστήσω ιδιαίτερα τα ακόλουθα άτομα:

• Teun Verkerk για την πρόσκληση συμμετοχής στο hackathon
• Nabi Kambiz, Nuriddin Kadouri και Aidan Wyber, για βοήθεια και καθοδήγηση κατά τη διάρκεια του hackathong. Βοηθώντας και εξηγώντας όλα τα μηχανήματα και τα υλικά που ήταν στη διάθεσή σας και ο Aidan είχε μεγάλη υπομονή να εξηγήσει και να βοηθήσει αυτό το noob κωδικοποίησης.
• Ο Chun-Yian Liew, ένας συμμετέχων που έκανε επίσης ένα εκπληκτικό έργο. Ο Chun με βοήθησε επίσης μερικές φορές όταν δεν κατάλαβα τι συνέβαινε με την κωδικοποίηση.