Płyty holograficzne - fotonika Challenger Hackathon PhabLabs: 6 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

Na początku tego roku zostałem zaproszony do udziału w PhabLabs Photonics Hackathon w Science Center Delft w Holandii. Tutaj mają świetną przestrzeń roboczą z wieloma maszynami, które można wykorzystać do stworzenia czegoś, czego normalnie nie byłbym w stanie zrobić tak łatwo.

Rozpoczynając hackathon od razu pomyślałem, że ciekawie byłoby zrobić coś z dostępnymi tam maszynami laserowymi CNC.

W warsztacie mieli małą, podświetloną płytkę akrylową, na której wyryto patent lego, tworząc coś w rodzaju hologramu, ale tylko jedną warstwę, więc nadal był to tylko obraz 2D. To sprawiło, że pomyślałem, co byłoby możliwe, gdybym wziął kilka warstw akrylu i stworzył prawdziwy obraz holograficzny 3D.

Zacząłem od kuli, która naprawdę zaczęła wyglądać jak prawdziwa zawieszona kula, bawiąc się oświetleniem, wpadłem na pomysł, jeśli wtedy będzie również w stanie bawić się widmem (białego) nagromadzonego światła czerwonego zielonego i niebieskiego światła, czy rzeczywiście byłoby możliwe ponowne wytworzenie białego światła z tymi płytami ułożonymi jedna za drugą, przy czym każda płytka używałaby tylko podstawowych kolorów światła, czerwonego zielonego lub niebieskiego.

Krok 1: Krok 1 Potrzebne materiały i narzędzia

Narzędzia:

• Maszyna do cięcia i trawienia laserowego CNC
• Lutownica itp.
• Pistolet na gorący klej
• Drukarka 3D (we wczesnej fazie prototypowania)
• szczypce
• Suwmiarka
• Papier ścierny

Oprogramowanie:

• Fuzja 360
• IDE Arduino
• Cura

Materiały:

elektronika:

• Diody LED (małe cienkie paski led SMD3535, aby płytki były blisko siebie)
• ESP8266
• Zasilanie 5v 10A
• Okablowanie, tylko proste cienkie przewody do diod led 5v

materiały do „rzeźby”:

• Akryl 3mm (wytrawiony w maszynie laserowej)
• Drewno, laser do montażu diod LED i podparcia akrylu
• Druk 3D we wczesnym prototypie do montażu LED i wsparcia akrylowego.
• materiał do wykonania pudełka, najpierw wykorzystałem płytę piankową do szybkiego wykonania pudełka, a później drewno wycinane laserowo.

Krok 2: Krok 2: Wytrawianie laserowe i testowanie oświetlenia

Pierwszą rzeczą, którą chciałem przetestować, była możliwość wykonania hologramu 3D z wielu płyt akrylowych, zaczynając od kuli. nagromadzić się z wielu płyt.

Wydrukowałem prostą podstawę w PLA za pomocą mojej drukarki 3d i dodałem kilka diod LED, które wciąż leżały.

Podczas tego procesu wpadłem na pomysł, czy byłoby możliwe stworzenie białego (światła), gdybym pokolorował diody tylko na czerwono zielony lub niebieski, mając 3 płytki w RGB, teoretycznie dałoby się to zrobić na biało, ale czy to działałoby również, gdyby było to warstwowe.

Po zmontowaniu tego wszystkiego razem i oświetleniu okazało się, że to właściwie działało, nie było idealnej bieli, ale zdecydowanie mieszało kolory w warstwach za nią.

Pomyślałem, że to może zadziałałoby lepiej, gdybym zmienił z litego wytrawiania, aby utworzyć kształt na kropki, aby światło było łatwiejsze do zobaczenia na wielu warstwach i faktycznie działało jako „piksele”, ale potem w 3D.

Aby udoskonalić proces, wykonałem kilka arkuszy testowych o różnej gęstości kropek, a także użyłem wielu różnych ustawień, aby dostroić laser do idealnej siły trawienia. Musisz dostroić laser do ilości energii zużywanej do wytrawiania, im więcej mocy użyjesz i im wolniej wytrawisz, spowoduje to głębsze wytrawienie, a nie wszystkie działają tak dobrze, jak inne w tej sytuacji. to jest inne dla każdego lasera, sugerowałbym użycie raczej niskiego ustawienia, nie potrzebujesz głębokiego wytrawiania dla tej rzeźby.

Krok 3: Krok 3: Ostateczny prototyp

Do ostatecznego prototypu zdecydowałem się wykonać akrylowe płyty o wymiarach 20X20cm, abyście mogli zobaczyć w nich więcej szczegółów i lepiej poczuć, jak może wyglądać nawet w większej skali.

Zrobiłem moduł świetlny, w którym mogłem umieścić w sumie 21 talerzy (7X3), ponieważ chciałem za jego pomocą sprawdzić, jak daleko można by się posunąć, ile talerzy można umieścić, zanim efekt zostanie utracony lub jak znalazłem kiedy staje się „brudny”. Dowiedziałem się, że 12 to przyzwoite maksimum, chodzenie wyżej powodowało zbyt duże rozmycie.

Testowałem też i bawiłem się odległością między płytami, przeskakując o jedną płytkę raz podwajam odstępy między płytami i dalej, tutaj też przekonałem się, że jest to dość istotne, gdy zwiększa się odległość, efekt też się zmienia. Myślę, że to, co się dzieje, to to, że przy większej odległości oczy lepiej wykrywają głębię. Powoduje to, że kolory mniej się mieszają.

Lekka "płyta" ma pasek świetlny z 9 diodami led dla każdej linii danych płyty biegnącej zygzakiem, z liniami zasilającymi 5 V z każdej strony, + linia z jednej strony i - linia z drugiej strony, co również jest dość łatwe do naprawienia.

Zasilacz 5V 10A służy do jednoczesnego zasilania diod LED i ESP8266.

Dla ESP zrobiliśmy kod z niewielką pomocą bardziej wykwalifikowanych programistów na hackathonie, ten kawałek był dla mnie także ćwiczeniem z kodowania. Kod, którego ostatecznie użyłem, to kod, który zanika wszystkie płyty jak raz z RGB przez GRB do BRG iz powrotem do RGB w ciągłej pętli. Grupując sterowanie LED na 9 diod, aby każda płyta miała jeden kolor, kod steruje 12 płytami / tripami, pozostałe są po prostu nieaktywne, ponieważ ich nie potrzebowałem. Kod dodałem tutaj.

Próbowałem również kontrolować diody LED za pomocą Wi-Fi na ESP za pomocą artnet i madmapper, ale nie byłem jeszcze zadowolony z wyników, to powinno działać dobrze, ale najpierw musiałbym lepiej zrozumieć te techniki „mapowania”.

Krok 4: Wyciągnięte wnioski

Pierwszą rzeczą, której się nauczyłem, była praca z wycinarką laserową CNC i grawerem. W przeszłości używałem tych technik do tworzenia modeli, ale nigdy nie poświęcałem czasu na dokładniejsze strojenie, a zwłaszcza strojenie grawerowania/trawienia. Dowiedziawszy się, że ma to duże znaczenie dla uzyskanego natężenia światła, a nie tylko oznacza to, że „głębsze” grawerowanie jest lepsze, musiałem znaleźć odpowiednią równowagę trawienia, ale nie za dużo.

Do tego projektu chciałem również mieć go jako samodzielny obiekt, więc z zakodowanym ESP w tym przypadku, który steruje diodami LED bez żadnego innego wejścia, również dlatego, że chciałem lepiej zrozumieć kodowanie, w przeszłości zrobiłem kilka naprawdę prosty kod, a kody do tego kawałka wciąż nie są zbyt skomplikowane, ale kiedy zacząłem ten hackathon, jego części były wciąż zupełnie nowe.

Następnie po tych technikach tworzenia doszło do zrozumienia światła. jak to się połączy i czy to się w ogóle połączy? Odkryłem, że praca z kropkami zamiast w pełni wygrawerowanym kształtem, tworzenie „pikseli”, jak wspomniano wcześniej. Pierwsze stwierdzenie, że to działa, ale kiedy zwiększyłem odległość między płytami, efekt ponownie się zmniejszył, percepcja ludzkiego oka sprawia, że to działa i miesza kolory, ale także dzieje się coś magicznego, ponieważ twoje oczy nie mogą pochwycić tego, co się dzieje, one nie mogą naprawdę skup się na głębi. Ale jeśli odległość między płytami zostanie zwiększona, twoje oczy mogą skupić się na głębi, ale wtedy magia znika.

Krok 5: Potencjalne ulepszenia

Pierwsze ulepszenie, nad którym wciąż pracuję, to wprowadzenie lepszego i bardziej złożonego kodu do sterowania płytkami. Moim celem jest posiadanie wielu ustawień i wstępnie zakodowanych efektów, które można uruchomić, dlatego zdecydowałem się również na użycie ESP, ponieważ wtedy mógłbym je łatwo wyzwalać / kontrolować za pomocą Wi-Fi.

Co więcej, chcę zrobić światło na zaledwie 12 płyt, jakie ostatecznie zdecydowałem się użyć, kawałek, który teraz zrobiłem, jest idealny do tej fazy testowania z odległością i liczbą płyt itp., ale teraz zdecydowałem się na 12 płyt, które przerobię jeden, który jest przeznaczony na 12 płyt, a także sprawia, że montaż diod LED jest nieco lepszy, teraz są tam przyklejone i trzymają się za pomocą improwizowanej płyty piankowej, przez długi czas nie będzie to dobre dla diod LED, przykleiłbym je do aluminium dla lepszą przewodność cieplną i mieć je jako moduły, więc gdyby coś się zepsuło, można łatwo wyjąć i wymienić.

W przypadku płyt nadal testuję, co zrobić z bokami, teraz boki są po prostu odsłonięte i widać, w jakim kolorze są oświetlone, próbowałem zbudować obudowę wokół całego elementu, ale nie byłem z tego zadowolony, ponieważ odbijało światło z powrotem. Zacząłem więc testować z kilkoma specjalnymi profilami drukowanymi w 3D, malując krawędzie lub używając folii odblaskowej, aby utrzymać światło „wewnątrz” płyt.

Krok 6: Wykrzycz

Szczególne podziękowania składam następującym osobom:

• Teun Verkerk za zaproszenie do udziału w hackathonie
• Nabi Kambiz, Nuriddin Kadouri i Aidan Wyber za pomoc i wskazówki podczas hackathongu. Pomagając i wyjaśniając wszystkie maszyny i materiały, które były pod ręką, Aidan miał wielką cierpliwość wyjaśniając i pomagając temu kodującemu noobowi.
• Chun-Yian Liew, współuczestnik, który również wykonał niesamowity projekt. Chun pomógł mi też kilka razy, kiedy nie rozumiałem, co się dzieje z kodowaniem.