Голографические пластины - Photonics Challenger Hackathon PhabLabs: 6 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

В начале этого года меня пригласили поучаствовать в хакатоне PhabLabs Photonics Hackathon в Научном центре Делфта в Нидерландах. Здесь у них есть отличное рабочее пространство с множеством машин, которые можно использовать для создания чего-то, что я обычно не смог бы сделать так просто.

Приступая к хакатону, я сразу подумал, что было бы интересно что-нибудь сделать с имеющимися там лазерными станками с ЧПУ.

В мастерской у них стояла небольшая акриловая пластина с подсветкой, на которой был выгравирован патент на лего, делающий что-то вроде голограммы, но только один слой, так что это было просто 2D-изображение. Это заставило меня задуматься о том, что было бы, если бы я взял несколько слоев акрила и создал настоящее трехмерное голографическое изображение.

Я начал с просто сферы, и она действительно стала выглядеть как настоящая подвешенная сфера, поигравшись с освещением, я пришел к мысли, что тогда она также сможет играть со спектром (белого) света, создаваемого нарастанием. Из красного, зеленого и синего света можно было бы снова создать белый свет с этими пластинами, расположенными друг за другом, причем каждая пластина просто использует основные цвета света, красный, зеленый или синий.

Шаг 1: Шаг 1 Необходимые материалы и инструменты

Инструменты:

• Станок для лазерной резки и травления с ЧПУ
• Паяльник и др.
• Пистолет для горячего клея
• 3D-принтер (на ранней стадии прототипирования)
• Plyer
• Суппорты
• Наждачная бумага

Программное обеспечение:

• Fusion 360
• IDE Arduino
• Cura

Материалы:

электроника:

• Светодиоды (маленькие тонкие светодиодные ленты SMD3535 для сближения пластин)
• ESP8266
• Блок питания 5v 10A
• Проводка, простые тонкие провода для светодиодов 5в

материалы для «скульптуры»:

• Акрил 3мм (вытравка на лазерном станке)
• Дерево, лазер для крепления светодиодов и поддержки акрила
• 3D-печать в виде раннего прототипа для крепления светодиода и акриловой опоры.
• Материал для изготовления коробки. Сначала я использовал пенопласт, чтобы быстро сделать коробку, а позже вырезал дерево с помощью лазерного станка с ЧПУ.

Шаг 2: Шаг 2: лазерное травление и тестирование освещения

Первое, что я хотел проверить, это возможность создания трехмерной голограммы из нескольких акриловых пластин, начиная со сферы. собирать из нескольких пластин.

Я распечатал простую основу из PLA на своем 3D-принтере и добавил несколько светодиодов, которые у меня все еще лежали.

Во время этого процесса у меня возникла идея, можно ли создать белый (свет), если бы я покрасил светодиоды только в красный, зеленый или синий цвет, при наличии 3 пластин в RGB тогда теоретически будет белый цвет, но будет ли это также работать, если его многослойный.

После монтажа всего этого и освещения я обнаружил, что это действительно сработало, это не был идеальный белый цвет, но определенно смешивал цвета в слоях за ним.

Я подумал, что, возможно, это сработает лучше, если я перейду с сплошного травления на точки, чтобы свет было легче видеть на нескольких слоях и фактически работал как «пиксели», но тогда в 3D.

Чтобы улучшить процесс, я сделал несколько тестовых листов с разной плотностью точек, а также использовал несколько различных настроек, чтобы настроить лазер на идеальную силу травления. Вы должны настроить лазер на количество энергии, которое он использует для травления, чем больше мощности вы используете и чем медленнее вы травляете, тем глубже травление, и не все работают так же хорошо, как другие в этой ситуации. это различно для каждого лазера, я бы рекомендовал использовать довольно низкие настройки, вам не нужно глубокое травление для этой скульптуры.

Шаг 3: Шаг 3: Окончательный прототип

Для окончательного прототипа я решил сделать акриловые пластины размером 20X20 см, чтобы вы могли увидеть в них больше деталей и лучше понять, как они могут выглядеть в большем масштабе.

Я сделал световой модуль, в который я мог поместить в общей сложности 21 пластину (7x3), потому что я хотел использовать его, чтобы проверить, как далеко можно зайти, сколько пластин можно разместить до того, как эффект исчезнет, или как я нашел когда это становится "беспорядочным". Я обнаружил, что 12 будет приличным максимумом, увеличение значения приводит к слишком сильному размытию.

Я также протестировал и поиграл с расстоянием между пластинами, пропуская одну пластину за раз, удваивая расстояние между пластинами, и, кроме того, здесь я также обнаружил, что это очень важно, когда расстояние увеличивается, эффект также меняется. Я думаю, что это происходит потому, что на большем расстоянии глаза лучше определяют глубину. Это приводит к тому, что цвета меньше смешиваются.

Световая «пластина» имеет световую полосу из 9 светодиодов для каждой линии передачи данных пластины, идущей вперед и назад зигзагообразно, с линиями питания 5 В с каждой стороны, + линией с одной стороны и - линией с другой стороны, что также довольно легко исправить.

Блок питания 5V 10A используется для одновременного питания светодиодов и ESP8266.

Для ESP мы сделали код с помощью более опытных программистов на хакатоне, эта часть также была для меня упражнением в кодировании. Код, который я в конечном итоге использовал, представляет собой код, который постепенно меняет все пластины из RGB в GRB в BRG и снова обратно в RGB в непрерывном цикле. Группировка светодиодного управления по 9 светодиодам, чтобы каждая пластина имела один цвет, код контролирует 12 пластин / триггеров, остальные просто неактивны, потому что они мне не нужны. Я добавил сюда код.

Я также попытался управлять светодиодами с помощью Wi-Fi на ESP с помощью artnet и madmapper, но пока не был доволен результатами, это должно работать нормально, но сначала мне нужно было лучше понять эти методы «сопоставления».

Шаг 4: извлеченные уроки

Первое, что я узнал, это работа с лазерным резаком и гравером с ЧПУ. Раньше я использовал эти методы для изготовления моделей, но никогда не уделял времени более точной настройке, особенно настройке гравировки / травления. Обнаружив, что это имеет большое значение для итоговой интенсивности света, а не просто означает, что «более глубокая» гравировка лучше, мне нужно было найти баланс травления достаточно, но не слишком сильно.

Для этого проекта я также хотел иметь его как отдельный объект, поэтому в этом случае с закодированным ESP, который управляет светодиодами без какого-либо другого ввода, также потому, что я хотел лучше понять кодирование, в прошлом я сделал несколько действительно просто кодируется, и коды для этой части все еще не очень сложные, но когда я начал этот хакатон, части этого были все еще совершенно новыми.

Затем, после этих техник создания, пришло понимание света. как бы это смешать и будет ли это вообще смешиваться? Выяснилось, что при работе с точками вместо полностью выгравированной формы создаются «пиксели», как указывалось ранее. Сначала выяснилось, что это работает, но когда я увеличил расстояние между пластинами, эффект снова уменьшился, восприятие человеческого глаза заставляло его работать и смешивать цвета, но также происходило что-то волшебное, потому что ваши глаза не могли понять, что происходит, они не могут действительно сосредоточьтесь на глубине. Но если расстояние между пластинами увеличивается, ваши глаза могут сосредоточиться на глубине, но тогда волшебство исчезнет.

Шаг 5: Возможные улучшения

Первое улучшение, над которым я все еще работаю, - это создание лучшего и более сложного кода для управления пластинами. Моя цель - иметь несколько настроек и предварительно закодированных эффектов, которые можно запускать, поэтому я также решил использовать ESP, потому что тогда я мог бы легко запускать / контролировать их с помощью Wi-Fi.

Далее я хочу сделать свет только для 12 пластин, как я в конечном итоге решил использовать, деталь, которую я сделал сейчас, идеально подходит для этой фазы тестирования с расстоянием, количеством пластин и т. Д., Но теперь я решил пойти на 12 пластин, которые я переделаю. тот, который сделан для 12 пластин, а также немного улучшает монтаж светодиодов, теперь они приклеиваются туда и держатся на импровизированном пенопласте, долгое время это не годится для светодиодов, я бы приклеил их к алюминию для лучшая теплопроводность и иметь их в виде модулей, чтобы, если что-то сломается, одну полосу можно легко вынуть и заменить.

Что касается пластин, я все еще тестирую, что делать со сторонами, теперь стороны просто открыты, и вы можете видеть, каким цветом они светятся. Я попытался построить ограждение вокруг всей части, но это не понравилось, потому что это отражал свет обратно. Поэтому я начал тестировать несколько специальных профилей, напечатанных на 3D-принтере, закрашивая края или используя отражающую фольгу, чтобы свет оставался «внутри» пластин.

Шаг 6: крикнуть

Хочу особо поблагодарить следующих лиц:

• Теун Веркерк за приглашение к участию в хакатоне
• Наби Камбиз, Нуриддин Кадури и Эйдан Вайбер за помощь и руководство во время хакатонга. Помогая и объясняя все машины и материалы, которые были под рукой, Эйдан проявил огромное терпение, объясняя и помогая этому программисту.
• Чун-Янь Лью, тоже участник, который тоже сделал потрясающий проект. Чун также помогал мне пару раз, когда я не понимал, что происходит с кодированием.