Holografiske plater - Photonics Challenger Hackathon PhabLabs: 6 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

I begynnelsen av dette året ble jeg bedt om å delta i PhabLabs Photonics Hackathon på Science Center Delft i Nederland. Her har de et flott arbeidsområde med mange maskiner som kan brukes til å lage noe som jeg normalt ikke ville gjort så enkelt.

Da jeg startet hackathonet tenkte jeg umiddelbart at det ville være interessant å gjøre noe med CNC -lasermaskinene som er tilgjengelige der.

På verkstedet hadde de en liten opplyst akrylplate som sto etset med et patent på lego som laget et slags hologram, men bare ett lag, så det var fortsatt et 2D -bilde. Dette fikk meg til å tenke på hva som ville være mulig hvis jeg ville ta flere lag akryl og lage et ekte 3D holografisk bilde.

Jeg begynte med bare en kule, og den begynte virkelig å ligne en skikkelig suspendert kule. Jeg lekte med belysningen og jeg kom på ideen om den også ville kunne leke med spekteret av (hvitt) lys som bygger seg opp av rødt grønt og blått lys, ville det faktisk være mulig å lage hvitt lys igjen med disse platene lagt bak hverandre, hver plate bare ved å bruke primære lysfarger, rød grønn eller blå.

Trinn 1: Trinn 1 Materialer og verktøy som trengs

Verktøy:

• CNC laserskjære- og etsemaskin
• Loddejern etc.
• Varm limpistol
• 3D -skriver (i tidlig prototypefase)
• Plyer
• Callipers
• Slipepapir

Programvare:

• Fusion 360
• Arduino IDE
• Cura

Materialer:

elektronikk:

• Lysdioder (små tynne SMD3535 led -strips for å få platene tett sammen)
• ESP8266
• 5v 10A strømforsyning
• Kabling, bare enkle tynne ledninger for 5v lysdioder

materialer for "skulptur":

• 3 mm akryl (etset i lasermaskin)
• Tre, laser for å montere lysdiodene på og støtte akryl
• 3D -print i tidlig prototype for LED -feste og akrylstøtte.
• materiale for å lage eske, jeg brukte skumplater i begynnelsen for å lage en eske raskt og senere laser CNC -kuttet tre.

Trinn 2: Trinn 2: Laseretsing og belysningstesting

Det første jeg ønsket å teste var muligheten for å lage et 3d hologram med flere akrylplater, med en kule. bygge opp av flere plater.

Jeg skrev ut en enkel base i PLA med min 3d -skriver er har meg selv og la til noen lysdioder jeg fortsatt hadde liggende.

I løpet av denne prosessen fikk jeg ideen om det ville være mulig å lage hvitt (lys) hvis jeg bare ville fargelegge lysdiodene rødt grønt eller blått, å ha 3 plater i RGB ville i teorien bli hvitt, men ville dette også fungere hvis det var lagdelt.

Etter å ha montert alt sammen og tent dette fant jeg ut at det faktisk fungerte, det var ikke perfekt hvitt, men det var definitivt å blande fargene i lagene bak det.

Jeg trodde det kanskje ville fungere bedre hvis jeg ville bytte fra en solid ets for å lage formen til prikker, slik at lyset ville være lettere å se over flere lag og faktisk fungere som "piksler", men da i 3D.

For å perfeksjonere prosessen laget jeg noen testark med forskjellig tetthet av prikkene og brukte også flere forskjellige innstillinger for å stille laseren til den perfekte etsestyrken. Du må stille inn laseren for hvor mye strøm den bruker for å etse, jo mer strøm du bruker og jo saktere du etser vil skape en dypere ets, og ikke alle fungerer like bra som andre i denne situasjonen. Dette er forskjellig for hver laser. Jeg vil anbefale å bruke en ganske lav innstilling, du trenger ikke en dyp ets for denne skulpturen.

Trinn 3: Trinn 3: Endelig prototype

For den siste prototypen bestemte jeg meg for å lage akrylplater på 20X20cm, slik at du kunne se noen flere detaljer i dem og få en bedre følelse av hvordan det kan se ut i større skala.

Jeg laget en lysmodul hvor jeg kunne plassere totalt 21 plater i (7X3) fordi jeg ville bruke den til å teste hvor langt det ville være mulig å gå, hvor mange plater som kunne plasseres før effekten er tapt eller som jeg fant ut når blir det å bli "rotete". Jeg fant ut at 12 ville være et anstendig maksimum, å gå høyere resulterte i for mye uskarphet.

Jeg testet og lekte også med avstanden mellom platene, ved å hoppe over en plate en gang dobles avstanden mellom platene og videre, her fant jeg også ut at dette er ganske avgjørende, når avstanden økes endres effekten også. Det jeg tror det skjer er at øynene med større avstand er bedre mulige for å oppdage dybden. Dette resulterer da i at fargene blandes mindre.

Den lyse "tallerkenen" har en lysstrimmel på 9 lysdioder for hver platedatalinje som går frem og tilbake i sikksakk, med 5v kraftledninger på hver side, + linje på den ene siden og - linje på den andre siden, noe som gjør det også ganske lett å fikse.

5V 10A strømforsyning brukes til å drive lysdiodene og ESP8266 samtidig.

For ESP laget vi en kode med litt hjelp fra flere dyktige kodere på hackathon, dette stykket var også en øvelse i koding for meg. Koden jeg til slutt brukte er en kode som fader alle platene som en gang fra RGB til GRB til BRG og tilbake til RGB igjen i en kontinuerlig sløyfe. Gruppering av LED -kontrollen per 9 lysdioder slik at hver plate ville ha en farge, koden kontrollerer 12 plater/turer de andre er bare inaktive fordi jeg ikke trengte dem. Jeg la til koden her.

Jeg prøvde også å kontrollere lysdiodene ved hjelp av wifi på ESP med artnet og madmapper, men var ikke fornøyd med resultatene ennå, dette skulle fungere fint, men jeg må først ha litt bedre forståelse av disse "kartleggingsteknikkene".

Trinn 4: Lærte leksjoner

Det første jeg lærte var å jobbe med CNC laserskjærer og graver. Tidligere brukte jeg disse teknikkene til å lage modeller, men jeg tok meg aldri tid til å se nærmere på den mer presise tuningen, spesielt tuning av gravering/etsning. Å finne ut at dette gjør en stor forskjell for den resulterende lysintensiteten, og ikke bare å bety at en "dypere" gravering er bedre, jeg trengte å finne balansen mellom etsning akkurat nok, men ikke for mye.

For dette prosjektet ønsket jeg også å ha det som et frittstående objekt, så med en kodet ESP i dette tilfellet som styrer lysdiodene uten noen annen input nødvendig, også fordi jeg ønsket å få en bedre forståelse av koding, tidligere har jeg laget noen veldig enkel kodet, og kodene for dette stykket er fremdeles ikke veldig komplekse, men da jeg startet dette hackathonet var deler av dette fortsatt helt nytt.

Etter disse fremstillingsteknikkene kom det til forståelse av lyset. hvordan ville denne blandingen og ville denne blandes? Fant ut at det å jobbe med prikker i stedet for en fullt gravert form, og skaper "pikslene" som nevnt tidligere. Først fant jeg ut at det fungerer, men da jeg økte avstanden mellom platene, reduserte effekten faktisk igjen, oppfatningen av det menneskelige øyet som får det til å fungere og blande fargene, men også noe magisk som skjer fordi øynene dine ikke klarer å gripe det som skjer, de kan ikke fokuser virkelig på dybden. Men hvis avstanden mellom platene økes, kan øynene dine fokusere på dybden, men da er magien borte.

Trinn 5: Mulige forbedringer

Den første forbedringen jeg fortsatt jobber med er å gå til en bedre og mer kompleks kode for å kontrollere platene. Målet mitt er å ha flere innstillinger og forhåndskodede effekter som kan utløses, det er derfor jeg også valgte å bruke en ESP, for da kunne jeg enkelt utløse/kontrollere disse ved hjelp av wifi.

Videre vil jeg lage et lys for bare 12 tallerkener som jeg til slutt valgte å bruke, stykket jeg lagde nå er perfekt for denne fasen av testing med avstand og antall plater osv., Men nå valgte jeg å gå for 12 tallerkener jeg skal lage på nytt en som er laget for 12 plater og også gjør monteringen av lysdiodene litt bedre, nå er de stukket inn der og holder seg på plass med improvisert skumplate, over lang tid vil dette ikke være bra for lysdiodene, jeg ville holde dem på aluminium for bedre varmeledningsevne og ha disse som moduler, så hvis noe ville gå i stykker, kan en stripe lett tas ut og byttes ut.

For platene tester jeg også fremdeles hva jeg skal gjøre med sidene, nå er sidene bare avslørt og du kan se hvilken farge de lyser, jeg prøvde å bygge et kabinett rundt hele stykket, men var ikke fornøyd med det fordi det reflekterte lyset tilbake. Så jeg begynte å teste med noen spesielle 3D -trykte profiler, male kantene eller bruke reflekterende folie for å holde lyset "inne" i platene.

Trinn 6: Rop ut

Jeg vil rette en spesiell takk til følgende personer:

• Teun Verkerk for invitasjonen til å delta i hackathon
• Nabi Kambiz, Nuriddin Kadouri og Aidan Wyber, for hjelp og veiledning under hackathong. Hjelp og forklarte alle maskinene og materialene som var tilgjengelig, og Aidan hadde stor tålmodighet med å forklare og hjelpe denne kodingen.
• Chun-Yian Liew, en meddeltaker som også gjorde et fantastisk prosjekt. Chun hjalp meg også et par ganger da jeg ikke forsto hva som skjedde med koding.