במלוא הקיטור! אל אינסוף ומעבר: 11 שלבים

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

שיתוף פעולה בין אלישיה בלייקי לוונסה קראוזה

מי זה Fibonacci?

בהתבסס על העיצוב של אלישיה (ההילוכים הפלנטאריים המקוננים) החלטנו לשתף פעולה ולנסות ליצור מערכת הילוכים עובדת שניתן להציג בעמידה זקופה. באופן אידיאלי, אנו רוצים שהקהל שלנו ירגיש בנוח ויאלץ לתקשר עם עיצוב זה. על ידי שימוש במגוון שיטות המתוארות במסמך זה, נדבר על תהליך העיצוב ועל האופן בו התמודדנו עם סוגיות מתמטיות, לוגיקה ובחירות חומריות.

Bin-it

גייסנו את אחינו המתמטיקה לעזור: אחי ג'ואי שלח לי פורמולה של בינט … ללא הסבר כיצד להשתמש בה. כששלחתי לו הודעה ואמרתי "היי ג'ואי, תוכל להסביר לי את זה?" אליו הגיב: "איזה חלק?"

מכיוון שאין לי נטייה מתמטית לחלוטין, ביקשנו מאריק אחיה של אלישיה להסביר כיצד ניתן ליישם את הנוסחה לייצור ציוד הקינון. הוא בילה כעשר דקות בפתרון, השיב "כן, זה עובד" ואז אמר "אני חייב ללכת" והשאיר אותנו ללא תשובות וללא נוסחה מתורגמת.

בילינו עוד 30 דקות בחיפוש אחר תשובה לשאילתתנו …

לאינטרנט יש תשובות

כדי לעבור את מחסום Binet, החלטנו לסייר באינטרנט אחר תשובות והצעות לפתרון החידה שלנו. מצאנו מספר אתרים המסוגלים ליצור הילוכים תואמים.

חלק מהאתרים הללו הם:

מחולל הילוכים פלנטרי

Gear Catalyst

ברגע שהיו לנו מחוללי ציוד אלה שיעזרו בהיבטים המתמטיים של הפרויקט הזה, עברנו ל- Adobe Illustrator כדי ליצור גרסאות קווים של ההילוכים האלה. אלישיה התמקדה בהפיכת כל הילוך להיות תואם את חותכי הלייזר במרכז RP 100 McCaul. החלטנו להשתמש בדיקט Baltic Birch ⅛”לחיתוך הראשוני, כדי לוודא שהמתמטיקה מיושרת כראוי. אלישיה עשתה למעלה מ -3 מאקות קטנות של איך ההילוכים האלה יכולים להיראות. עם כל איטרציה, היו בעיות עם חותך הלייזר שהוציא מעט מדי או יותר מדי ממערכות ההילוכים הקטנות, כך שהן כבר לא ישלבו ויסתובבו ביעילות (היא השתמשה גם באקריליק וגם בדיקט (⅛ ). תהליך זה היה מתסכל, אך עזר לנו להבין את המגבלות של חיתוך בלייזר לפרויקט זה.

פרופ 'יודע הכי טוב

אליסיה ואני שנינו עקשנים מאוד ונחושים לפתור את חידת ההילוכים המקוננים. הייתי מוכן להסתפק בהילוכים משתלבים פלנטרים, אולם אלישיה נזקקה לתשובות! בניסיון אחרון למצוא נחמה במתמטיקה, יצרה אלישיה קשר עם פרופסור בדימוס מאוניברסיטת קווינס. הוא הסביר שכדי למדוד את המרחקים בין כל אחת מההילוכים, יהיה עליה לחלק ולמדוד 37 קטעים. זה יאפשר לכל השיניים להתיישר כראוי. על ידי השקעת הזמן בפתרון החידה, עדיין הייתה בעיה מתמטית קטנה עם יישור. התיישבנו על הילוכים פלנטאריים, בהתחשב בזמן הכללי שלנו.

הרם

בזמן שאליסיה פתרה בעיות מתמטיות עמוקות, התמקדתי בהדפסת ספינות חלל תלת -ממדיות. זה עזר לגבש את הנושא הכולל, וגם לתת ליצירה שלנו איכות אינטראקטיבית יותר מסבירת פנים. באמצעות Thingiverse הצלחתי למצוא עיצוב חללית רטרו מהנה (שנוצר על ידי cerberus333). עיצוב זה אפשר לי לשנות את הסקאלה להיות הרבה יותר קטן. על ידי הוספת החללית הקהל שלנו יוכל להחזיק בה כשההילוכים מסתובבים יחדיו. זה היה פתרון פשוט מאוד להפוך את היצירה למסבירת פנים יותר לאחרים. בהתבסס על אופי הקוד הפתוח של Thingiverse, כל מי שיש לו מחשב וגישה למדפסת תלת מימד יכול ליצור לעצמו אובייקט זה. ההדפסה הייתה גם מהירה יחסית (לקח פחות משעתיים להדפיס 7 חלליות). בסופו של דבר השתמשנו רק ב -3 או ב -7 העותקים המודפסים.

לירות בשביל הירח…

בהתבסס על רעיון העיצוב הראשוני, אלישיה ואני רצינו ליצור הילוכים פלנטרים עם הרבה נורות LED מוטבעות שיופעלו על ידי המגנטים שלנו (המחוברים לגב כל הילוך), כך שהדגם יוכל לעמוד זקוף ולהדליק כל "כוכב" המערכת כשהיא מסתובבת. אליסיה ניגשה לחומרה הביתית ורכשה מעגל LED של Reed switch וחיישנים מגנטיים. השתמשתי במקדח ובמסור ידני כדי ליצור את הפתח הנכון עבור הלד והחיישן המגנטי שיתאימו ללוח העץ מעץ. מאוחר יותר הבנו שחבילות הסוללה שנרכשו מחומרה ביוורם בקולג 'וספאדינה היו למעשה פגומות והדליקו רק נורת LED אחת כשהמגנט עבר.

יותר מסתם ונדליזם

עבור הפרויקט הזה, רציתי גם ליישם עוד קצת ידיים על טכניקות יצירתיות. למרות שציוד העץ והאקריליק היו יפים בפני עצמם, היה חסר להם נושא משותף עם החלליות. החלטתי להשתמש בצבע תרסיס אקריליק של Molotow ליצירת מוטיב גלקסי למערכות ההילוכים. למרות שתכננו לרסס את כל הלוח, פגשנו את קנה המידה הקטן של תא התרסיס הממוקם במעבדת Maker במתקן הבוגר שלנו. בהתבסס על מגבלת גודל זו, החלטנו פשוט לרסס את הציוד בהילוכים בצורה לא סימטרית. בדרך זו יכולה החללית לשבת על אחד ההילוכים הפשוטים או הצבועים בהתזה כדי לסייע להבנת המשתתף בנושא הנושא הכללי שלנו.

מַסלוּל

לאחר שהורכבו כל ההילוכים בקנה מידה גדול, אלישיה השתמשה בכלי ההלחמה כדי לרתך את החיישן המגנטי ואת ה- LED. החלטנו על המיקום של ה- LED 1 העובד ושמנו אותו ליד ההילוך האמצעי. כאשר הונחו 3 מגנטים חזקים מתחת לחללית, התוצאה הרצויה קרתה! היה לנו אור! עם זאת, בעל מגנטים אחרים מתחת להילוכים (כדי להחזיק אותם אנכית) היה מפריע לחיישן המגנט. לכן, החלטנו כי העיצוב צריך להישאר כגרסת שולחן במקום.

הצד האפל של הירח

האתגרים העיקריים שעומדים בפנינו באיטרציה שיתופית זו היו המגבלות של חיתוך בלייזר וטכנולוגיית הסוללה. קובץ העיצוב, חלליות להדפסת תלת מימד והרכבה ידנית (שימוש בכלים מסורתיים כגון מקדחות, מסור ידני, דבק ומהדקים היה קל להפתיע). אם מישהו יוכל ליצור מחדש את היצירה הזו, האתגר העיקרי יהיה שישתמשו במתמטיקה כדי למפות את העיצוב האידיאלי ביותר שהלייזר יכול לחתוך. כמו כן, נאבקנו במגבלת הזמן, ובאופן אידיאלי נרצה לבקר בפרויקט זה בעתיד הקרוב כדי להמשיך ולהרחיב את הרעיון הזה.

כלים וטכנולוגיה

כדי ליצור פרויקט זה בצורה נאמנה, יהיה עליהם לקבל ידע בסיסי בתהליך העיצוב, במתמטיקה, כיצד להשתמש ב- AI ולהגדיר נכון את קובץ הלייזר. לאחר מכן, הם יזדקקו להבנה בסיסית של חשמל (LED, חיישן מגנטי והלחמה). הם יזדקקו לגישה לאזור מאוורר היטב לצורך ריסוס ועיצוב הילוכים בהתאמה אישית. Taz Lulzbot 6 שימש להדפסת החללית, יחד עם נימה PLA Village Plastics (כל צבע יעשה, כמו שאתה יכול גם לרסס אותם). לבסוף, הם יזדקקו לידע בסיסי כיצד להשתמש במקדח ובמסור יד כדי לחתוך את הממדים הנכונים של חורים לכל חיישן LED וחיישן מגנטי (יש למדוד זאת היטב, מכיוון שהחיישן אינו חזק במיוחד ויש למקם אותו. במרחק קרוב למגנט). לבסוף, אם אתה רוצה לשחזר נאמנה את הפרויקט הזה, תצטרך גם שטח הרכבה!

קפיצת ענק לאנושות

הגענו ל- MARS! רק צוחק! על ידי שימוש בשיטות ייצור דיגיטליות, הצלחנו ליצור מערכת הילוכים מתמטית ועשויה מעץ ואקריליק (במהירות הנדרשת להלבשת קסדת האסטרונאוט שלך). זה לא היה אפשרי ללא הטכנולוגיה של קבצי Adobe Illustrator בשילוב חיתוך בלייזר. לייזרים מדויקים ומהירים במיוחד. משהו שאי אפשר היה להשיג עם כלי ייצור מסורתיים בלבד. למרות שלא שימשו שיטות מסורתיות בתהליך הייצור העיקרי, הן הפכו להיות חשובות ביותר בהרכבה הסופית ובהכללת הטכנולוגיה.

במלוא הקיטור

מבחינה חינוכית, מערכת הילוכים פלנטרית זו שילבה את כל יסודות הלמידה על ידי עשייה. Gamification משחק תפקיד גדול במוצר הסופי כדי להפוך אותו למשוך את המשתמשים. עם זאת, אחד המרוויחים העיקריים מפרויקט זה הוא חינוך. פרויקט זה יכול ללמד מיומנויות מעשיות, החל במתמטיקה, הנדסה, חשיבה מרחבית ומחזורים אלקטרוניים. זה יכול לתת לתלמידים הזדמנות לראות כיצד מתמטיקה מתחברת לעולם הפיזי, וכיצד תהליכים מכניים (כגון חיתוך בלייזר) תלויים בחישובים מדויקים. לבסוף, לתלמידים יש הזדמנות ליישם יצירתיות ואמנות חזותית בתהליך הוספת צבע, צבע, קולאז 'כדי לציין את עיצובם. זה גם מאפשר להם ליצור סביבת למידה אינטראקטיבית התומכת ב- STEAM בכיתה. STEAM נכלל בכל הקריטריונים ליצירת פרויקט זה על ידי שילוב יעיל של:

מַדָע

טֶכנוֹלוֹגִיָה

הַנדָסָה

אמנויות

מָתֵימָטִיקָה

בשנים האחרונות חלה דחיפה לשפר את אוריינות התקשורת והתפתחות התלמידים עד גיל כיתה 1. כפי שתוכנית הלימודים של אונטריו מרמזת, קיום הזדמנויות חינוכיות חינוכיות חשוב בבניית האהבה של התלמידים (K-12) ללמידה. פרויקט זה הוא גישה מודעת לפתרון בעיות, שיתוף פעולה, למידה מעשית בקוד פתוח הדרושה בנושאים רבים ברחבי תכנית הלימודים של אונטריו ומחוצה לה!

קבוצות כוכבים ללא הגבלה

לבסוף, חשוב להכיר בכך שניתן לשפר מאוד את העיצוב הזה בידי אנשים אחרים. המשמעות היא שלמרות שכל המרכיבים נמצאים כאן, עדיין ניתן לשנות ולערוך מחדש את העיצוב הזה. על ידי עבודה משותפת, לעיצוב זה יש פוטנציאל בלתי מוגבל. זהו פרויקט התחלה נהדר לכל מי שמעוניין ליישם STEAM לתרגול הלמידה שלו. מכיוון שהעיצוב מבוסס על מתמטיקה, ניתן לשנותו, לשנותו ולעצב אותו מחדש בכוכבים רבים ושונים. פרויקט זה מקדם את הרעיון שאין דרך חד פעמית.

שלב 1: פח את זה

אתה יכול לפתור את הפאזל הזה?

שלב 2: יצירת ההילוכים

תוך שימוש בסעיף ההפניות שניתן למצוא להלן, סיפקנו לך כלים ליצירת הילוכים. ישנם 2 אתרים האחד הבלעדי לשרטוטים מתמטיים והאתר השני דן בחומרים ובשונות השונות אם היית צריך לחתוך את ההילוכים בעצמך.

שני אלה חשובים בעת תכנון ובניית הקובץ שלך לחיתוך בלייזר מכיוון ששניהם יעזרו לך להתחשב בחומרים ולהבין כיצד לעבוד בתוך מבנים של וריאציות קלות בלתי צפויות.

מחקר ידוע לשמצה על ידיעותיו המשותפות מתיאס מהדהד בפרויקטים רבים של ציוד מכיוון שהוא מספק מידע יעיל כיצד לחתוך את ההילוכים שלך בעצמך. הוא גם מספק מידע רקע, כך שתוכל להתחיל את הפרויקט שלך עם בסיס טוב. זה חיוני על מנת ליצור מערכת שעובדת ומיומנויות לפתרון בעיות לפתרון בעיות מאוחר יותר. מילון המונחים להלן נוצר ומסופק על ידי: [email protected]

שלב 3: מרווח שיניים

מספר מילימטרים משן אחת לשנייה, לאורך קוטר המגרש.

שיני הילוך 1: מספר השיניים בהילוך לעיבוד להילוך. שולט בהילוך שמאלי בעת הצגת שני הילוכים. הזן ערך שלילי להילוך טבעות.

Rack & Pinion: החלף הילוך 1 להילוך לינארי (מתלה). אתה יכול גם להפוך את ההילוך השני למדף על ידי הזנת "0" לספירת השן.

מרחק קל נמדד (מ"מ): לאחר הדפסת דף בדיקה, מודדים את המרחק בין השורות המסומנות "זה צריך להיות 150 מ"מ". אם זה לא 150 מ"מ, הזן את הערך בשדה זה כדי לפצות על קנה המידה של המדפסת. ההדפסה הבאה צריכה להיות בגודל הנכון.

זווית מגע (מעלות): זווית הלחץ של ההילוכים. עבור הילוכים עם מספר קטן יותר של שיניים, הגדר את זה קצת יותר גדול, כדי לקבל שיניים משופעות יותר שיש סיכוי פחות להיתקע.

שיני הילוך 2: מספר השיניים להילוך מימין, אם מעובד. תיבת הסימון קובעת אם הילוך אחד או שניים.

שני הילוכים: בעת הדפסת תבניות, זה עוזר להציג רק הילוך אחד.

דוברים: הצג את הציוד עם חישורים. החישורים מוצגים רק עבור הילוכים עם 16 שיניים או יותר.

שלב 4: מתמטיקה

מצאתי את המשוואה להלן כדי לסייע בבניית סידור ההילוכים שלי וכדי לקבוע כי ההילוכים יעבדו וישתלבו זה בזה.

ציינו R, S ו- P כמספר השיניים בהילוכים.

האילוץ הראשון של ציוד פלנטרי להתאמן הוא שלכל השיניים יש אותו המגרש, או מרווח השיניים. זה מבטיח שהשיניים משתלבות. מה שעשיתי היה 3 צדדים נפרדים בעלי אותו המגרש אך לא התאימו זה לזה כך שההילוכים תמיד מיושרים אך בתבנית אחרת. האילוץ השני הוא: R = 2 × P + S

כלומר, מספר השיניים בהילוך הטבעי שווה למספר השיניים בהילוך השמש האמצעי ועוד פי שניים ממספר השיניים בהילוכים הפלנטיים. דוגמה לכך תהיה 30 = 2 × 9 + 12. או שאתה יכול להיכנס לאתר ליצירת ציוד בכתובת https://geargenerator.com או

שלב 5: קבצי SVG ואילוסטרייטור

אם אתה מייבא קובץ ממחולל ההילוכים ולא בנית ב- Illustrator תצטרך לפעול לפי ההוראות הבאות בעבודה עם קבצי SVG ב- Illustrator.

Illustrator מספק סט ברירת מחדל של אפקטים של SVG. אתה יכול להשתמש באפקטים עם מאפייני ברירת המחדל שלהם, לערוך את קוד ה- XML כדי ליצור אפקטים מותאמים אישית או לכתוב אפקטים חדשים של SVG.

כדי לייבא קובץ SVG ל- Illustrator:

בחר אפקט> מסנן SVG> ייבא מסנן SVG.

בחר את קובץ ה- SVG שממנו ברצונך לייבא אפקטים ולחץ על פתח.

כדי לתפעל קובץ SVG ב- Illustrator: בחר אובייקט או קבוצה (או מיקוד לשכבה בחלונית Layers).

בצע אחת מהפעולות הבאות: כדי להחיל אפקט עם הגדרות ברירת המחדל שלו, בחר את האפקט בחלק התחתון של תפריט המשנה אפקט> מסנני SVG.

כדי להחיל אפקט עם הגדרות מותאמות אישית, בחר אפקט> מסנני SVG> החל מסנן SVG.

בתיבת הדו -שיח, בחר את האפקט ולחץ על הלחצן ערוך מסנן SVG fx.

ערוך את קוד ברירת המחדל ולחץ על אישור.

כדי ליצור ולהחיל אפקט חדש, בחר אפקט> מסנני SVG> החל מסנן SVG.

בתיבת הדו -שיח, לחץ על לחצן מסנן SVG חדש, הזן את הקוד החדש ולחץ על אישור.

כאשר אתה מחיל אפקט מסנן SVG, Illustrator מציג גרסה מאופיינת של האפקט על לוח היצירה. תוכל לשלוט ברזולוציה של תמונת תצוגה מקדימה זו על ידי שינוי הגדרת רזולוציית הרסטרציה של המסמך.

שלב 6: שמירת הקובץ שלך

ייצא את הקובץ כ-.eps או.ai.

עבור להגדרות וודא שאתה עובד במצב RGB, לא CMYK.

אתה יכול לשנות זאת על ידי מעבר אל:

בחר קובץ -> מצב צבע מסמך -> RGB

יש לציין את כל קווי החיתוך באמצעות קווים כחולים וירוקים אדומים במשקל שבץ של.01pt

הלייזר יפרש את הצבעים כקווים חתוכים מסודרים העובדים מבפנים החוצה.

החל באדום (RGB: 255, 0, 0) ואחריו כחול (RGB 0, 0, 255), ולבסוף ירוק (RGB 0, 255, 0).

כל הגזרות הפנימיות צריכות להיחתך תחילה ולכן צריכות להיות אדומות, כאשר כל הקיצוץ הנוסף יהיה כחול, והחתכים החיצוניים האחרונים יהיו ירוקים. וודא שכל ההילוכים שלך מתאימים זה לזה ואין קווים חוצים לפני הגדרת ההדפסה.

אם ההילוכים שלך נראים כאילו הם אינם בפורמט נכון, תוכל לחזור לדף מחולל ההילוכים ולהעריך מחדש את החישובים שלך.

שמור כקבצי.ai והעבר לתוכנית Bosslaser.

תוכנית זו גם מאפשרת לך לתפעל את הקובץ שלך. אתה יכול להשתמש בתוכנית זו כדי לשלוח את הקובץ שלך ישירות לחותך הלייזר.

שלב 7: עולם הדפסה ותלת -ממד

כפי שצוין במתאר הראשי של הפרויקט הזה, אתה יכול להדפיס את חלליות התלת מימד שלך בכל עת! מצא עיצוב משלך באמצעות ThinkerCAD, OpenSCADFusion360 או קרנף, או עבור אל Thingiverse ומצא פרויקט משותף יצירתי להדפסה! אולי תוכל אפילו לשנות חלק מהקבצים כך שיתאימו לאתגר העיצוב הייחודי שלך! ספינות חלל אלה הודפסו על Taz Lulzbot 6 עם PLA Village Plastics במהירות הגבוהה ביותר (לקח פחות משעתיים עבור 7 חלליות).

שלב 8: מעגל LED קנה מיתרי קנים

מתג קנים הוא מתג אלקטרומגנטי המופעל על ידי מגנט המובא לקרבתו.

מעגל זה כולל מתג קנים, LED וספק כוח של 3 וולט מ -2 סוללות AA.

פרויקט זה מהווה את יסודות האופן שבו מתגי קנים פועלים.

מהסכימה למטה ניתן להבחין היכן ממוקמים הלדים והמתג.

מארז הסוללה כולל 2 חוטים בשחור ואדום. חוט שחור טחון וחוט אדום הוא כוח.

החוט האדום הולך להלחם לשני קצוות מתג הקנה.

מתג הקנה יומלחל לצד הארוך + של ה- LED. LED - הצד הקצר יומלחם בכדי לקרקע את החוט השחור המוביל לחבילת הסוללות.

שלב 9: שילוב מעגל בלוח

חשוב שתמדוד את המרחק שהמגנט צריך להיות במיקום למתג שלך. ללא בדיקה אתה יכול לקדוח חור שנמצא רחוק מהמגנט שלך ואז המתג לא יפעל כראוי. כוחו של המגנט שלך אומר שיכול להיות פער רחב או קצר יותר בין מתג הקנה למגנט. מדדנו זאת ואז קידחנו חור למנורת הלד ופתח למתג בלוח ליבנה שלנו.

שלב 10: תהנה

עשית הרבה עבודה קשה בשלב זה. הגיע הזמן להיות יצירתיים!

השתמשו בצבע ריסוס אקרילי (Molotow) כדי להשיג אפקט קוסמוס על האקריליק והעץ כאחד. השתמש בכל הצבעים המתאימים לפרויקט שלך. הקפד ללבוש מכונת הגנה (אידיאלית לאדים אורגניים לחצי פנים, או מסכה), ללבוש כפפות כדי להגן על הידיים שלך ולעבוד תמיד באזור מאוורר היטב (לעולם לא בפנים!).

תן להילוכים להתייבש במשך כ -24 שעות לפני הנחתם על הלוח כדי להימנע מגירוד של הצבע.

אתה יכול גם לרסס לצבוע את החלליות הזעירות שלך!

שלב 11: רשימת חומרים ומשאבים אחרים

להלן רשימת חומרים מקיפה והפניות שימושיות נוספות:

מתג קנים

נגד 470Ω

1 LED לבן

מגנט אדובי

אפליקציית Illustrator CC ליצירת קבצי וקטור לחיתוך בלייזר

תוכנית Bosslaser להגדרת הקובץ למכונת חיתוך הלייזר.

נייר זכוכית בדרגה בינונית.

דיקט 1/8 אינץ 'ליבנה בלטית 48 אינץ' x 27 אינץ 'גבוה x 2

1/8 אקריליק שקוף באורך 48 אינץ 'x 27 אינץ' בגובה x 1

צבע ריסוס אקרילי בצבעים שונים

מכשיר הנשמה עם מחסנית אורגנית

כפפות

מקדחה אלחוטית (עם מקדחים שונים)

דבק לעץ

דבק מיידי (לספינות חלל)

Cura-for Lulzbot

טז לולזבוט 6

נימה פלסטיק PLA Village

הפניות שימושיות:

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

demonstrations.wolfram.com/NoncircularPlan…

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