Holografiske plader - Photonics Challenger Hackathon PhabLabs: 6 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

I begyndelsen af dette år blev jeg bedt om at deltage i PhabLabs Photonics Hackathon på Science Center Delft i Holland. Her har de et fantastisk arbejdsområde med mange maskiner, der kan bruges til at skabe noget, som jeg normalt ikke ville kunne gøre så let.

Da jeg startede hackathon, tænkte jeg straks, at det ville være interessant at gøre noget med de CNC -lasermaskiner, der er tilgængelige der.

På værkstedet havde de en lille tændt akrylplade stående der, der var ætset med patentet på lego, der lavede en slags hologram, men kun et lag, så det var stadig et 2D -billede. Dette fik mig til at tænke på, hvad der ville være muligt, hvis jeg ville tage flere lag akryl og skabe et rigtigt 3D holografisk billede.

Jeg startede med bare en kugle, og det begyndte faktisk virkelig at ligne en rigtig ophængt kugle, mens jeg legede med belysningen, kom jeg på ideen, om det så også ville være i stand til at lege med spektret af (hvidt) lys, der bygger op af rødt grønt og blåt lys, ville det faktisk være muligt at skabe hvidt lys igen med disse plader lagt bag hinanden, hver plade bare ved hjælp af primære lyse farver, rød grøn eller blå.

Trin 1: Trin 1 Nødvendige materialer og værktøjer

Værktøjer:

• CNC laserskæring og ætsemaskine
• Loddejern mv.
• Varm limpistol
• 3D -printer (i tidlig prototypefase)
• Plyer
• Kalipre
• Slibepapir

Software:

• Fusion 360
• Arduino IDE
• Cura

Materialer:

elektronik:

• LED'er (små tynde SMD3535 led -strips for at få pladerne tæt på hinanden)
• ESP8266
• 5v 10A strømforsyning
• Kabelføring, bare simple tynde ledninger til 5v lysdioderne

materialer til "skulptur":

• 3 mm akryl (ætset i lasermaskine)
• Træ, laser til at montere lysdioderne på og understøtte akryl
• 3D -print i tidlig prototype til LED -montering og akrylunderstøttelse.
• materiale til fremstilling af kasse, jeg brugte skumplader i begyndelsen til at lave en kasse hurtigt og senere laser CNC -skåret træ.

Trin 2: Trin 2: Laserætsning og belysningstest

Det første, jeg ville teste, var muligheden for at lave et 3d hologram med flere akrylplader, startende med en kugle. bygge op af flere plader.

Jeg printede en simpel base i PLA med min 3d -printer er have myself og tilføjede nogle lysdioder, jeg stadig havde liggende.

I løbet af denne proces fik jeg ideen om, hvorvidt det ville være muligt at skabe hvidt (lys), hvis jeg kun ville farvelægge lysdioderne rødt grønt eller blåt, idet 3 plader i RGB så i teorien ville blive hvide, men ville det også fungere, hvis det var lagdelt.

Efter at have monteret det hele sammen og tændt dette fandt jeg ud af, at det faktisk fungerede, det var ikke perfekt hvidt, men det blandede helt sikkert farverne i lagene bag det.

Jeg tænkte, at det måske ville fungere bedre, hvis jeg ville skifte fra en solid ætsning for at skabe formen til prikker, så lyset ville være lettere at se over flere lag og faktisk fungere som "pixels", men derefter i 3D.

For at perfektionere processen lavede jeg nogle testark med forskellige tætheder af prikkerne og brugte også flere forskellige indstillinger til at indstille laseren til den perfekte ætsestyrke. Du er nødt til at indstille laseren til den mængde strøm, den bruger til at ætse, jo mere strøm du bruger, og jo langsommere du ætser vil skabe en dybere ætsning, og ikke alle fungerer lige så godt som andre i denne situation. dette er forskelligt for hver laser, jeg vil anbefale at bruge en temmelig lav indstilling, du behøver ikke en dyb ætsning til denne skulptur.

Trin 3: Trin 3: Endelig prototype

Til den sidste prototype besluttede jeg at lave akrylplader på 20X20cm, så du kunne se nogle flere detaljer i dem og få en bedre fornemmelse af, hvordan det endda kunne se ud i større skala.

Jeg lavede et lysmodul, hvor jeg kunne placere i alt 21 plader i (7X3), fordi jeg ville bruge det til at teste, hvor langt det ville være muligt at gå, hvor mange plader der kunne placeres, før effekten går tabt eller som jeg fandt ud hvornår bliver det til at blive "rodet". Jeg fandt ud af, at 12 ville være et anstændigt maksimum, at gå højere resulterede i for meget sløring.

Jeg testede og legede også med afstanden mellem pladerne, ved at springe en plade over en gang fordobles afstanden mellem pladerne og videre, her fandt jeg også ud af, at dette er ganske afgørende, når afstanden øges, ændres effekten også. Hvad jeg tror, der sker, er, at med større afstand er øjne bedre mulige til at registrere dybden. Dette resulterer derefter i, at farverne blander sig mindre.

Den lette "plade" har en lysstrimmel på 9 lysdioder for hver pladelatelinje, der går zig -zag frem og tilbage, med 5v strømledninger på hver side, + linje på den ene side og - linje på den anden side, hvilket gør, er også ganske let at reparere.

5V 10A strømforsyning bruges til at drive lysdioderne og ESP8266 på én gang.

Til ESP lavede vi en kode med hjælp fra flere dygtige kodere ved hackathon, dette stykke var også en øvelse i kodning for mig. Koden, jeg til sidst brugte, er en kode, der fader alle pladerne som en gang fra RGB til GRB til BRG og tilbage til RGB igen i en kontinuerlig sløjfe. Gruppering af LED -kontrollen pr. 9 lysdioder, så hver plade ville have en farve, koden styrer 12 plader/ture, de andre er bare inaktive, fordi jeg ikke havde brug for dem. Jeg tilføjede koden her.

Jeg forsøgte også at styre lysdioderne ved hjælp af wifi på ESP med artnet og madmapper, men var ikke tilfreds med resultaterne endnu, dette skulle fungere fint, men jeg skulle først have lidt bedre forståelse for disse "kortlægning" teknikker.

Trin 4: Lærte lektioner

Det første jeg lærte var at arbejde med CNC laserskærer og graver. Tidligere brugte jeg disse teknikker til at lave modeller, men jeg tog mig aldrig tid til at se nærmere på den mere præcise tuning, især ved at indstille graveringen/ætsningen. Da jeg fandt ud af, at dette gør en stor forskel for den resulterende lysintensitet, og ikke bare betyder, at en "dybere" gravering er bedre, var jeg nødt til at finde ætsningsbalancen lige nok, men ikke for meget.

Til dette projekt ville jeg også have det som et enkeltstående objekt, så med en kodet ESP i dette tilfælde, der styrer lysdioderne uden brug af andre input, også fordi jeg ønskede at få en bedre forståelse af kodning, tidligere lavede jeg nogle virkelig simpel kodet, og koderne til dette stykke er stadig ikke rigtig komplekse, men da jeg startede denne hackathon var dele af dette stadig helt nye.

Efter disse fremstillingsteknikker kom det til forståelse af lyset. hvordan ville denne blanding og ville denne endda blande sig? Fandt ud af at arbejde med prikker i stedet for en fuldstændigt indgraveret form, hvilket skabte "pixels" som tidligere nævnt. Først fandt jeg ud af, at det er værker, men da jeg øgede afstanden mellem pladerne faldt effekten faktisk igen, opfattelsen af det menneskelige øje får det til at virke og blande farverne, men også noget magisk, fordi dine øjne ikke kan gribe hvad der foregår, de kan ikke virkelig fokusere på dybden. Men hvis afstanden mellem pladerne øges, kan dine øjne fokusere på dybden, men så er magien væk.

Trin 5: Potentielle forbedringer

Den første forbedring, jeg stadig arbejder på, er at få en bedre og mere kompleks kode til at styre pladerne. Mit mål er at have flere indstillinger og forudkodede effekter, der kan udløses, derfor valgte jeg også at bruge en ESP, fordi jeg så let kunne udløse/styre disse ved hjælp af wifi.

Yderligere vil jeg lave et lys til kun 12 plader, som jeg til sidst valgte at bruge, det stykke jeg lavede nu er perfekt til denne fase af test med afstand og antal plader osv., Men nu valgte jeg at gå til 12 plader, jeg vil lave om en, der er lavet til 12 plader og også gør monteringen af lysdioderne en smule bedre, nu er de stukket derinde og holder på plads med improviseret skumplade, over lang tid vil dette ikke være godt for lysdioderne, jeg ville holde dem til aluminium til bedre varmeledningsevne og have disse som moduler, så hvis noget ville gå i stykker, kan en strimmel let tages ud og udskiftes.

Til pladerne tester jeg også stadig, hvad jeg skal gøre med siderne, nu er siderne bare udsat, og du kan se, hvilken farve de lyser, jeg prøvede at bygge et kabinet rundt om hele stykket, men var ikke tilfreds med det, fordi det reflekterede lyset tilbage. Så jeg begyndte at teste med nogle specielle 3D -printede profiler, male kanterne eller bruge reflekterende folie til at holde lyset "inde" i pladerne.

Trin 6: Råb ud

Jeg vil gerne rette en særlig tak til følgende personer:

• Teun Verkerk for invitationen til at deltage i hackathon
• Nabi Kambiz, Nuriddin Kadouri og Aidan Wyber, for assistance og vejledning under hackathong. Hjælp og forklarede alle de maskiner og materialer, der var til rådighed, og Aidan havde stor tålmodighed med at forklare og hjælpe denne kodning noob.
• Chun-Yian Liew, en meddeltager, der også lavede et fantastisk projekt. Chun hjalp mig også et par gange, da jeg ikke forstod, hvad der skete med kodning.