צלחות הולוגרפיות - פוטוניקה Challenger Hackathon PhabLabs: 6 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

בתחילת שנה זו התבקשתי להשתתף בהאקתון PhabLabs Photonics במרכז המדע דלפט בהולנד. כאן יש להם מרחב עבודה נהדר עם הרבה מכונות שניתן להשתמש בהן ליצירת משהו שבדרך כלל לא הייתי יכול להקל עליו.

בהתחלת ההאקתון חשבתי מיד שיהיה מעניין לעשות משהו עם מכונות הלייזר CNC הזמינות שם.

בסדנה עמדה שם צלחת אקרילית מוארת קטנה שנחרטה עם פטנט של לגו שעושה מעין הולוגרמה אבל רק שכבה אחת כך שזו עדיין הייתה תמונה דו -ממדית. זה גרם לי לחשוב מה יהיה אפשרי אם אקח כמה שכבות אקריליק ואצור תמונה הולוגרפית תלת מימדית אמיתית.

התחלתי רק עם כדור וזה ממש התחיל להיראות כמו כדור ממש תלוי, משחק עם התאורה הגעתי לרעיון אם זה גם יוכל לשחק עם ספקטרום האור (הלבן) שנבנה של אור אדום וכחול, האם היה אפשר ליצור אור לבן שוב כשהצלחות האלה מונחות זו ליד זו, כל צלחת רק באמצעות צבעי אור ראשוניים, ירוק אדום או כחול.

שלב 1: שלב 1 חומרים וכלים נחוצים

כלים:

• מכונת חיתוך ותחריט לייזר CNC
• מלחם וכו '.
• אקדח דבק חם
• מדפסת תלת מימד (בשלב אבות טיפוס מוקדם)
• פליר
• קליפרים
• נייר מלטש

תוֹכנָה:

• פיוז'ן 360
• Arduino IDE
• קורה

חומרים:

מכשירי חשמל:

• נוריות LED (רצועות לד קטנות SMD3535 לדקות צמודות הצלחות)
• ESP8266
• ספק כוח 5V 10A
• חיווט, רק חוטים דקים פשוטים עבור נוריות 5V

חומרים ל"פיסול ":

• אקריליק 3 מ"מ (חרוט במכונת לייזר)
• עץ, לייזר להרכבת הלדים לתמיכה באקריליק
• הדפס תלת מימד באב טיפוס מוקדם לתושבת LED ותמיכה באקריליק.
• חומר לייצור קופסא, השתמשתי בקצף בתחילת הכנת קופסה במהירות ומאוחר יותר עץ בחיתוך CNC בלייזר.

שלב 2: שלב 2: בדיקת תחריט לייזר ותאורה

הדבר הראשון שרציתי לבדוק הוא האפשרות להכין הולוגרמה תלת מימדית עם לוחות אקריליים מרובים, החל מכדור. לבנות מתוך צלחות מרובות.

הדפסתי בסיס פשוט ב- PLA עם מדפסת התלת מימד שלי, יש לי את עצמי והוספתי כמה נוריות שעדיין היו לי.

במהלך תהליך זה קיבלתי את הרעיון אם יהיה אפשר ליצור לבן (אור) אם אצבע את הלדים רק באדום ירוק או כחול, כאשר 3 לוחות ב- RGB אז בתיאוריה יהפכו ללבן, אבל האם זה יעבוד גם אם הוא יהיה מרובד.

לאחר שהרכבתי הכל יחד והדלקתי את זה גיליתי שזה באמת עובד, זה לא היה לבן מושלם אבל זה בהחלט ערבב את הצבעים בשכבות שמאחורי זה.

חשבתי שאולי זה יעבוד טוב יותר אם אשנה מחריטה מוצקה כדי ליצור את הצורה לנקודות כך שיהיה קל יותר לראות את האור על פני שכבות מרובות ולמעשה לעבוד כ"פיקסלים "אבל אז בתלת מימד.

כדי לשכלל את התהליך הכנתי כמה דפי בדיקה עם צפיפות שונה של הנקודות וגם השתמשתי במספר הגדרות שונות כדי לכוון את הלייזר לעוצמת התחריט המושלמת. עליך לכוונן את הלייזר לפי כמות הכוח שהוא משתמש כדי לחרוט, ככל שתשתמש יותר כוח ותחרוט לאט יותר תיצור תחריט עמוק יותר, ולא כולם יעבדו טוב כמו אחרים במצב זה. זה שונה עבור כל לייזר, אני ממליץ להשתמש בסביבה די נמוכה, לא צריך תחריט עמוק לפסל הזה.

שלב 3: שלב 3: אב טיפוס סופי

לאב טיפוס הסופי החלטתי להכין לוחות אקריליים בגודל 20X20 ס מ כדי שתוכלו לראות בהם עוד פרטים ולקבל תחושה טובה יותר כיצד הוא יכול להיראות בקנה מידה גדול יותר.

הכנתי מודול אור שבו אוכל למקם 21 לוחות בסך הכל (7X3) מכיוון שרציתי להשתמש בו כדי לבדוק כמה רחוק אפשר יהיה להגיע, כמה צלחות אפשר להניח לפני שהאפקט יאבד או כמו שמצאתי מתי זה הופך להיות "מבולגן". גיליתי ש -12 יהיה מקסימום הגון, עלייה גבוהה יותר מביאה לטשטוש רב מדי.

בדקתי ושיחקתי גם עם המרחק בין הצלחות, על ידי דילוג על צלחת אחת בכל פעם המרווח בין הצלחות הוא כפול והמשך, כאן גם גיליתי שזה די קריטי, כאשר המרחק מוגדל האפקט גם משתנה. מה שאני חושב שזה קורה הוא שעם המרחק הגדול יותר העיניים אפשריות טוב יותר בזיהוי העומק. כתוצאה מכך, הצבעים משתלבים פחות.

ל"צלחת "הקלה יש רצועה קלה של 9 נוריות לכל קו נתוני צלחת הלוך ושוב בזיג זג, עם קווי מתח של 5V בכל צד, + קו בצד אחד ו - קו בצד השני, ביצוע הוא גם די קל לתקן.

ספק כוח 5V 10A משמש להפעלת הנורות וה- ESP8266 בבת אחת.

עבור ה- ESP יצרנו קוד בעזרת קצת מקודדים מיומנים יותר בהאקתון, הקטע הזה היה גם תרגיל לקידוד בשבילי. הקוד שבסופו של דבר השתמשתי בו הוא קוד שדהה את כל הלוחות כפעם אחת מ- RGB ל- GRB ל- BRG וחזר ל- RGB שוב בלולאה רציפה. קיבוץ בקרת ה- LED לכל 9 נוריות כך שלכל צלחת יהיה צבע אחד, הקוד שולט על 12 צלחות/נסיעות והאחרות פשוט לא פעילות כי לא הייתי צריך אותן. הוספתי את הקוד כאן.

ניסיתי גם לשלוט בנוריות באמצעות ה- wifi ב- ESP עם artnet ו- madmapper, אך עדיין לא הייתי מרוצה מהתוצאות, זה אמור לעבוד בסדר אבל קודם כל אצטרך להבין קצת יותר את טכניקות ה"מיפוי "האלה.

שלב 4: לקחים

הדבר הראשון שלמדתי היה עבודה עם חותך הלייזר והמחרט. בעבר השתמשתי בטכניקות אלה כדי ליצור דגמים אך מעולם לא לקחתי את הזמן לבדוק את הכוונון המדויק יותר במיוחד כוונון החריטה/התחריט. לגלות שזה עושה די הבדל בעוצמת האור המתקבלת, ולא רק הכוונה לחריטה "עמוקה" עדיפה, הייתי צריך למצוא את איזון התחריט מספיק מספיק אבל לא יותר מדי.

לפרויקט זה רציתי גם שיהיה לו אובייקט עצמאי ולכן עם ESP מקודד במקרה זה השולט בנורות ללא כל קלט אחר הדרוש, גם כי רציתי להבין טוב יותר לגבי קידוד, בעבר הכנתי כמה מקודד ממש פשוט, והקודים ליצירה הזו עדיין לא ממש מורכבים, אבל כשהתחלתי את ההאקתון חלקים מזה עדיין היו חדשים לגמרי.

לאחר מכן לאחר טכניקות ייצור אלה הגיע להבנת האור. איך זה יתערבב והאם זה אפילו יתערבב? גיליתי שעבודה עם נקודות במקום צורה חקוקה במלואה, ויוצרת את ה"פיקסלים "כאמור קודם. קודם כל גיליתי שזה עובד אבל כשהגדלתי את המרחק בין הלוחות האפקט למעשה ירד שוב, התפיסה של העין האנושית גורמת לה לעבוד ולמזג את הצבעים אבל גם משהו קסום קורה כי העיניים שלך לא יכולות לתפוס את מה שקורה, הן לא יכולות באמת להתמקד בעומק. אבל אם המרחק בין הלוחות גדל העיניים שלך יכולות להתמקד בעומק אבל אז הקסם נעלם.

שלב 5: שיפורים פוטנציאליים

השיפור הראשון שאני עדיין עובד עליו הוא לבחור בקוד טוב ומורכב יותר לשליטה בלוחות. המטרה שלי היא לקבל מספר הגדרות ואפקטים מקודדים שניתן להפעיל, לכן בחרתי גם להשתמש ב- ESP כיוון שאז אוכל להפעיל/לשלוט בקלות באמצעות wifi.

יתר על כן אני רוצה להכין אור רק ל -12 צלחות כמו שבסוף בחרתי להשתמש בה, היצירה שהכנתי עכשיו מושלמת לשלב הבדיקה הזה עם מרחק ומספר צלחות וכו ', אבל עכשיו בחרתי ללכת על 12 צלחות שאעשה מחדש. אחת שמיועדת ל -12 צלחות וגם הופכת את הרכבה של הלדים למעט טובה יותר, עכשיו הם נדבקים שם ומחזיקים במקום עם קצף מאולתר, לאורך זמן זה לא יהיה טוב לנורות, הייתי מדביק אותם לאלומיניום עבור מוליכות חום טובה יותר ויהיו אלה כמודולים, כך שאם משהו יישבר ניתן בקלות להוציא ולהחליף רצועה אחת.

לגבי הלוחות אני גם עדיין בודק מה לעשות עם הצדדים, עכשיו הצדדים פשוט חשופים ואתה יכול לראות באיזה צבע הם מוארים, ניסיתי לבנות מארז סביב כל החלק אבל לא הייתי מרוצה מזה כי זה החזרתי את האור פנימה. אז התחלתי לבדוק עם כמה פרופילים מיוחדים המודפסים בתלת -ממד, לצבוע את הקצוות או להשתמש בנייר רפלקטיבי כדי לשמור על האור "בתוך" הלוחות.

שלב 6: צעק החוצה

ברצוני להודות לאנשים הבאים:

• טון ורקק על ההזמנה להשתתף בהאקתון
• נבי קמביז, נורידין כדורי ואיידן ווייבר, לסיוע והכוונה במהלך ההאקתונג. עזר והסביר את כל המכונות והחומרים שהיו בהישג יד ולאיידן הייתה סבלנות רבה להסביר ולעזור לנוב קידוד זה.
• צ'ון-ייאן ליו, משתתף אחר שעשה גם הוא פרויקט מדהים. צ'ון גם עזר לי כמה פעמים כאשר לא הבנתי מה קורה עם קידוד.