Холографски плочи - Photonics Challenger Hackathon PhabLabs: 6 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

В началото на тази година бях помолен да участвам в PhabLabs Photonics Hackathon в Научния център Делфт, Холандия. Тук те имат страхотно работно пространство с много машини, които могат да се използват за създаване на нещо, което обикновено не бих могъл да направя толкова лесно.

Стартирайки хакатона веднага си помислих, че би било интересно да направя нещо с лазерните машини с ЦПУ, които се предлагат там.

В работилницата имаха малка осветена акрилна плоча, която стоеше там, която е гравирана с патента на lego, правещ нещо като холограма, но само един слой, така че това беше просто 2D изображение. Това ме накара да се замисля какво би било възможно, ако взема няколко слоя акрил и създам истинско 3D холографско изображение.

Започнах само със сфера и всъщност наистина започна да прилича на истинска окачена сфера, играейки със светлината и стигнах до идеята дали тогава тя също ще може да играе със спектъра на (бяла) светлина, която се натрупва червена зелена и синя светлина, би ли било възможно действително да се създаде отново бяла светлина с тези плочи, разположени една зад друга, като всяка плоча използва само основни светли цветове, червено зелено или синьо.

Стъпка 1: Стъпка 1 Необходими материали и инструменти

Инструменти:

• CNC машина за лазерно рязане и офорт
• Поялник и др.
• Пистолет за горещо лепило
• 3D принтер (в ранна фаза на прототипиране)
• Plyer
• Дебеломер
• Шлифовъчна хартия

Софтуер:

• Fusion 360
• Arduino IDE
• Кура

Материали:

електроника:

• LED (малки тънки LED ленти SMD3535 за сближаване на плочите)
• ESP8266
• 5v 10A захранване
• Окабеляване, просто прости тънки проводници за 5v светодиоди

материали за "скулптура":

• 3 мм акрил (гравиран в лазерна машина)
• Дърво, лазер за монтиране на светодиодите и поддържане на акрила
• 3D печат в ранен прототип за LED монтаж и акрилна поддръжка.
• материал за направата на кутия, използвах пенопласт в началото, за да направя кутия бързо и по -късно лазерно рязане на дърво с ЦПУ.

Стъпка 2: Стъпка 2: Лазерно офорт и тестване на осветление

Първото нещо, което исках да тествам, беше възможността да направя 3d холограма с множество акрилни плочи, започвайки от сфера. изграждане от множество плочи.

Отпечатах обикновена основа в PLA с моя 3D принтер и си добавих някои светодиоди, които все още имах.

По време на този процес ми хрумна идеята дали би било възможно да се създаде бяло (светло), ако бих оцветил светодиодите само в червено зелено или синьо, като 3 пластини в RGB тогава на теория биха направили бяло, но би ли работило и това, ако е наслоено.

След като монтирах всичко това и осветих това, разбрах, че наистина работи, не беше перфектно бяло, но определено смесваше цветовете в слоевете зад него.

Мислех, че това може би ще работи по -добре, ако премина от твърдо гравиране, за да създам формата на точки, така че светлината да бъде по -лесна за видимост на множество слоеве и всъщност да работи като "пиксели", но след това в 3D.

За да усъвършенствам процеса, направих няколко тестови листа с различна плътност на точките, а също така използвах множество различни настройки, за да настроя лазера към перфектната сила на ецване. Трябва да настроите лазера за количеството енергия, което той използва за гравиране, колкото повече мощност използвате и по -бавното гравиране ще създаде по -дълбоко ецване и не всички ще работят толкова добре, колкото другите в тази ситуация. това е различно за всеки лазер, бих препоръчал да използвате доста ниска настройка, не се нуждаете от дълбоко гравиране за тази скулптура.

Стъпка 3: Стъпка 3: Краен прототип

За окончателния прототип реших да направя акрилни плочи с размери 20X20 см, за да можете да видите повече подробности в тях и да добиете по -добро усещане как може дори да изглежда в по -голям мащаб.

Направих светлинен модул, където мога да поставя общо 21 плочи в (7X3), защото исках да го използвам, за да тествам докъде би било възможно да се стигне, колко плочи могат да бъдат поставени, преди ефектът да се загуби или както открих кога става „разхвърлян“. Разбрах, че 12 ще бъде приличен максимум, а по -високото доведе до твърде много размазване.

Също така тествах и играх с разстоянието между плочите, като пропускам една плоча наведнъж, удвоява разстоянието между плочите и по -нататък, тук също открих, че това е много важно, когато разстоянието се увеличи, ефектът също се променя. Това, което мисля, че се случва е, че с по -голямо разстояние очите са по -добри за откриване на дълбочината. В резултат на това цветовете се смесват по -малко.

Светлинната "плоча" има светлинна лента от 9 светодиода за всяка линия за данни, която върви напред -назад зиг -заг, с 5v захранващи линии от всяка страна, + линия от едната страна и - линия от другата страна, което също е доста лесно да се поправи.

Захранване 5V 10A се използва за захранване на светодиодите и ESP8266 наведнъж.

За ESP направихме код с известна помощ от по -опитни кодери в хакатона, това парче също беше упражнение за кодиране за мен. Кодът, който в крайна сметка използвах, е код, който избледнява всички плочи веднъж от RGB до GRB до BRG и обратно към RGB отново в непрекъснат цикъл. Групирането на светодиодното управление на 9 светодиода, така че всяка плоча да има един цвят, кодът контролира 12 плочи/прекъсвания, останалите са просто неактивни, защото нямах нужда от тях. Добавих кода тук.

Опитах се също да контролирам светодиодите, използвайки wifi на ESP с artnet и madmapper, но все още не бях доволен от резултатите, това би трябвало да работи добре, но първо трябва да имам по -добро разбиране на тези техники за „картографиране“.

Стъпка 4: Извлечени уроци

Първото нещо, което научих, беше работата с лазерна фреза и гравер с ЦПУ. В миналото използвах тези техники за направата на модели, но никога не отделих време да разгледам по -прецизната настройка, особено настройването на гравирането/офорта. Откривайки, че това прави голяма разлика за получената интензивност на светлината, а не просто означава, че "по -дълбокото" гравиране е по -добро, трябваше да намеря баланса на ецването само достатъчно, но не много.

За този проект също исках да го имам като самостоятелен обект, така че с кодиран ESP в този случай, който контролира светодиодите без никакъв друг вход, също защото исках да разбера по -добре кодирането, в миналото направих някои наистина просто кодирано и кодовете за това парче все още не са наистина сложни, но когато започнах този хакатон, частите от това бяха все още напълно нови.

След това след тези техники на правене се стигна до разбирането на светлината. как ще се смеси това и това дори ще се смеси? Установено е, че се работи с точки вместо с изцяло гравирана форма, създавайки "пикселите", както е посочено по -рано. Първо разбрах, че това работи, но когато увеличих разстоянието между плочите, ефектът действително отново намаля, възприемането на човешкото око, което го караше да работи и смесва цветовете, но и нещо магическо, което се случва, защото очите ти не могат да схванат какво се случва, те не могат наистина се съсредоточете върху дълбочината. Но ако разстоянието между плочите се увеличи, очите ви могат да се съсредоточат върху дълбочината, но магията изчезва.

Стъпка 5: Потенциални подобрения

Първото подобрение, върху което все още работя, е да намеря по -добър и по -сложен код за контрол на плочите. Моята цел е да има множество настройки и предварително кодирани ефекти, които могат да се задействат, затова и аз избрах да използвам ESP, защото тогава бих могъл да ги задействам/контролирам лесно с помощта на wifi.

Освен това искам да направя светлина само за 12 чинии, които в крайна сметка избрах да използвам, парчето, което направих сега, е идеално за тази фаза на тестване с разстояние и брой плочи и т.н., но сега избрах да отида за 12 чинии, които ще преработя такъв, който е направен за 12 плочи и също така прави монтажа на светодиодите малко по -добър, сега те са залепени там и се държат на място с импровизирана пенопласт, за дълго време това няма да е добре за светодиодите, бих ги залепил за алуминий за по -добра топлопроводимост и ги имайте като модули, така че ако нещо се счупи, една лента може лесно да се извади и замени.

За плочите също все още тествам какво да правя със страните, сега страните са просто изложени и можете да видите какъв цвят са осветени, опитах се да построя заграждение около цялото парче, но не бях доволен от това, защото отрази светлината обратно. Затова започнах да тествам с някои специални 3D отпечатани профили, боядисвайки ръбовете или използвайки отразяващо фолио, за да запазя светлината „вътре“в плочите.

Стъпка 6: Извикайте

Бих искал да изкажа някои специални благодарности на следните хора:

• Teun Verkerk за поканата за участие в хакатона
• Наби Камбиз, Нуридин Кадури и Айдан Уайбър, за помощ и напътствия по време на хакатонга. Помагайки и обяснявайки всички машини и материали, които бяха под ръка, и Ейдън имаше голямо търпение да обяснява и помага на този код за кодиране.
• Chun-Yian Liew, съучастник, който също направи невероятен проект. Чун също ми помогна няколко пъти, когато не разбирах какво се случва с кодирането.