Full DAMP fremover! til Infinity & Beyond: 11 trinn

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

Et samarbeid mellom Alicia Blakey og Vanessa Krause

Hvem faen er Fibonacci?

Basert på Alicias design (de nestede planetgirene) bestemte vi oss for å samarbeide for å prøve å lage et fungerende girsystem som kan vises i oppreist posisjon. Ideelt sett ønsker vi at publikummet vårt skal føle seg komfortabel og tvunget til å samhandle med dette designet. Ved å bruke en rekke metoder som er beskrevet i dette dokumentet, vil vi snakke til designprosessen og hvordan vi slet med matematiske problemstillinger, logikk og materialvalg.

Bin-it

Verve våre matematiske tilbøyelige søsken til å hjelpe: Min bror Joey sendte meg en Binet's Formula … uten forklaring på hvordan jeg skulle bruke den. Da jeg sendte ham en tekstmelding og sa "Hei Joey, kan du forklare det for meg?" som han svarte: "Hvilken del?"

Siden jeg absolutt ikke har noen matematisk tilbøyelighet, spurte vi Alicias bror Merrick om å forklare hvordan formelen kan brukes for å lage hekkeutstyr. Han brukte omtrent ti minutter på å løse det, svarte med "ja, det fungerer" og sa "jeg må gå" og etterlot oss ingen svar og ingen oversatt formel.

Vi brukte ytterligere 30 minutter på å lete etter svar på spørringen vår …

Internett har svar

For å komme utover Binet Barrier bestemte vi oss for å lete på internett for å finne svar og forslag til løsning av gåten vår. Vi fant flere nettsteder som er i stand til å lage kompatible gir.

Noen av disse nettstedene er:

Gear Generator Planetary

Gear Catalyst

Når vi hadde disse utstyrsgeneratorene til hjelp med de matematiske aspektene ved dette prosjektet, flyttet vi inn i Adobe Illustrator for å lage linjeversjoner av disse tannhjulene. Alicia fokuserte på å gjengi hvert utstyr for å være kompatibelt med laserskjærene på 100 McCaul RP -senter. Vi bestemte oss for å bruke Baltic Birch p”kryssfiner for det første snittet, for å sikre at matematikken var riktig justert. Alicia laget over 3 små maquettes av hvordan disse tannhjulene potensielt kan se ut. Med hver iterasjon var det problemer med laserskjæreren som tok for lite eller for mye av de små girsystemene, slik at de ikke lenger effektivt låste seg og svingte (hun brukte både akryl og kryssfiner (⅛”). Denne prosessen var frustrerende, men hjalp oss med å innse begrensningene ved laserskjæring for dette prosjektet.

Prof vet best

Alicia og jeg er begge veldig sta og fast bestemt på å løse gåten om nestede gir. Jeg var villig til å bosette meg på planetariske forriglingsgir, men Alicia trengte svar! I et siste forsøk på å finne trøst med matematikk, kontaktet Alicia en pensjonert professor fra Queen's University. Han forklarte at for å enkelt måle avstandene mellom hvert av girene, måtte hun dele og måle 37 segmenter. Dette gjør at alle tennene kan justeres riktig. Ved å bruke tiden på å løse gåten, var det fortsatt et lite matematisk problem med justering. Vi bestemte oss for planetgir, gitt vår generelle tidskontroll.

Ta av

Mens Alicia løste dype matematiske problemer, fokuserte jeg på å skrive ut 3D -romskip. Dette bidro til å befeste det overordnede temaet, og også gi stykket vårt en mer innbydende interaktiv kvalitet. Ved å bruke Thingiverse klarte jeg å finne et morsomt retro romskipdesign (laget av cerberus333). Denne designen tillot meg å endre skalaen til å være mye mindre. Ved å legge til romskipet, vil vårt publikum kunne holde på det mens girene snurrer sammen. Dette var en veldig enkel løsning for å gjøre stykket mer innbydende for andre. Basert på Thingiverses åpen kildekode, kan alle med en datamaskin og tilgang til en 3D-skriver lage dette objektet for seg selv. Utskriften var også relativt rask (det tok mindre enn 2 timer å skrive ut 7 romskip). Vi endte bare opp med å bruke 3 eller 7 trykte eksemplarer.

Skyt for månen …

Basert på den første designideen, ønsket Alicia og jeg å lage planetgir med mange innebygde LED -lys som ville bli aktivert av våre magneter (festet på baksiden av hvert gir) slik at modellen kunne stå oppreist og lyse opp hver “stjerne” systemet mens det snurrer. Alicia gikk til Home Hardware og kjøpte Reed switch LED -krets og magnetiske sensorer. Jeg brukte en drill og håndsag for å lage den riktige åpningen for LED og magnetisk sensor for å passe inn i trefinerplaten. Vi innså senere at batteripakkene som ble kjøpt fra Home Hardware on College og Spadina faktisk var defekte og bare tente én LED -pære da magneten gikk forbi.

Mer enn bare hærverk

For dette prosjektet ønsket jeg også å bruke noen flere hender på kreative teknikker. Selv om tannhjulene og akrylgirene var vakre alene, manglet de et felles tema med romskipene. Jeg bestemte meg for å bruke Molotow Akryl Spraymaling for å lage et galaksmotiv for girsystemene. Selv om vi planla å spraymale hele brettet, ble vi møtt av den lille skalaen til sprøytekabinen i Maker Lab på vårt Graduate -anlegg. Basert på denne størrelsesbegrensningen bestemte vi oss for å bare sprøyte tannhjulene på asymmetriske måter. På denne måten kunne romskipet sitte på et av de vanlige eller spraymalte tannhjulene for å hjelpe deltakerens forståelse av vårt overordnede tema.

Bane

Når alle de store girene var montert, brukte Alicia loddeverktøyene til å sveise sammen den magnetiske sensoren og LED -en. Vi bestemte oss for plasseringen av 1 fungerende LED og plasserte den i nærheten av mellomgiret. Da 3 sterke magneter ble plassert under romskipet, skjedde det ønskede resultatet! Vi hadde lys! Å ha andre magneter under tannhjulene (for å holde dem vertikalt) ville imidlertid ha forstyrret magnetsensoren. Derfor bestemte vi oss for at designet måtte forbli som en bordversjon i stedet.

Den mørke siden av månen

Hovedutfordringene vi møtte i denne samarbeidende iterasjonen var begrensningene ved laserskjæring og batteriteknologi. Designfilen, 3D-utskrift av romskip og manuell montering (bruk av tradisjonelle verktøy som bor, en håndsag, lim og klemmer var overraskende enkelt). Hvis noen skulle gjenopprette dette stykket, ville hovedutfordringen være for dem å bruke matematikk for å kartlegge den mest ideelle designen laseren kan klippe. Vi slet også med tidsbegrensningen, og vil ideelt sett gjerne gå tilbake til dette prosjektet i nær fremtid for å fortsette å utvide dette konseptet.

Verktøy og teknologi

For å skape dette prosjektet trofast, må de ha grunnleggende kunnskap om designprosessen, matematikk, hvordan man bruker AI og konfigurere riktig for at en laserfil skal kuttes. Deretter trenger de en grunnleggende forståelse av elektrisitet (LED, magnetisk sensor og lodding). De trenger tilgang til et godt ventilert område for spraymaling og tilpasset utforming av disse tannhjulene. En Taz Lulzbot 6 ble brukt til å skrive ut romskipet, sammen med PLA Village Plastics filament (hvilken som helst farge vil gjøre, som du også kan spraymale disse). Til slutt trenger de grunnleggende kunnskap om hvordan man bruker en drill og håndsag for å kutte de riktige hulldimensjonene for hver LED og magnetisk sensor (dette måles nøye, da sensoren ikke er veldig sterk og må plasseres i nær avstand til magneten). Til slutt, hvis du vil gjenskape dette prosjektet trofast, trenger du også litt monteringsplass!

Et gigantisk sprang for menneskeheten

Vi har nådd MARS! Bare tuller! Ved å bruke digitale fabrikasjonsmetoder klarte vi å lage et matematisk girsystem og laget av tre og akryl (i den hastigheten det tar å ta på astronauthjelmen). Dette hadde ikke vært mulig uten teknologien til Adobe Illustrator -filer kombinert med laserskjæring. Lasere er ekstremt nøyaktige og raske. Noe som ville vært umulig å oppnå med tradisjonelle fabrikasjonsverktøy alene. Selv om tradisjonelle metoder ikke ble brukt i hovedproduksjonsprosessen, ble de ekstremt viktige i den siste monteringen og inkluderingen av teknologi.

Full DAMP fremover

Fra et pedagogisk synspunkt innlemmet dette planetariske girsystemet alle grunnlaget for læring ved å gjøre. Gamification spiller en stor rolle i sluttproduktet for å gjøre det attraktivt for brukerne. En av hovedmottakerne av dette prosjektet er imidlertid Education. Dette prosjektet kan lære praktiske ferdigheter, som begynner med matematikk, ingeniørfag, romlig resonnement og elektroniske sykluser. Det kan gi elevene en sjanse til å se hvordan matematikk kobles til den fysiske verden, og hvordan mekaniske prosesser (for eksempel laserskjæring) avhenger av nøyaktige beregninger. Til slutt har studentene en sjanse til å anvende kreativitet og visuell kunst på prosessen med å legge til maling, farge, collage for å spesifisere deres design. Det lar dem også lage et interaktivt læringsmiljø som støtter STEAM i klasserommet. STEAM er inkludert i alle kriteriene for å lage dette prosjektet ved effektivt å inkorporere:

Vitenskap

Teknologi

Engineering

Kunst

Matematikk

Det har vært et nytt press på flere år for å forbedre mediekunnskap og utvikling hos studenter helt ned i 1. klasse. Som Ontario-læreplanen antyder, er det viktig å ha tverrfaglige muligheter for utdanning for å bygge elevenes (K-12) kjærlighet til læring. Dette prosjektet er en bevisst tilnærming til problemløsning, samarbeid, åpen kildekode-praktisk læring som er nødvendig i mange fag på tvers av Ontario Curriculum og videre!

Ubegrensede konstellasjoner

Til slutt er det viktig å erkjenne at dette designet kan forbedres sterkt i hendene på andre mennesker. Dette betyr at selv om alle komponentene finnes her, er det fortsatt mye modifikasjon og remiksing av dette designet. Ved å samarbeide har dette designet et ubegrenset potensial. Det er et flott startprosjekt for alle som er interessert i å bruke STEAM til sin egen læringspraksis. Fordi designet er basert på matematikk, kan det endres, endres og gjøres om i mange forskjellige konstellasjoner. Dette prosjektet fremmer ideen om at det ikke er noen enkel måte å lage det på.

Trinn 1: Bin It

Kan du løse dette puslespillet?

Trinn 2: Generering av girene

Ved å bruke referansedelen som du finner nedenfor, har vi gitt deg verktøy for å generere tannhjul. Det er to nettsteder, et som er eksklusivt for matematiske tegninger, og det andre nettstedet diskuterer de forskjellige materialene og avvikene hvis du måtte kutte girene selv.

Disse er begge viktige når du planlegger og konstruerer filen for laserskjæring, da de begge vil hjelpe deg med å vurdere materialene og forståelsen for hvordan du arbeider innenfor konstruksjonene av små uforutsette variasjoner.

Forskning Beryktet for sin delte kunnskap Matthias gjenspeiles i mange utstyrsprosjekter fordi han gir strømlinjeformet informasjon om hvordan du håndklipper dine egne gir. Han gir også bakgrunnsinformasjon slik at du kan starte prosjektet ditt med et godt grunnlag. Dette er avgjørende for å generere et system som fungerer og problemløsningskunnskaper for å feilsøke senere. Ordlisten nedenfor er opprettet og levert av: [email protected]

Trinn 3: Tannavstand

Antall millimeter fra en tann til den neste, langs stigningsdiameteren.

Gir 1 tenner: Antall tenner på giret som skal gjengis for gir. Kontrollerer venstre gir når to gir vises. Angi negativ verdi for ringgir.

Rack & Pinion: Bytt gir 1 til et lineært gir (stativ). Du kan også gjøre det andre giret til et stativ ved å skrive "0" for tanntelling.

Målt kal -avstand (mm): Etter at du har skrevet ut en testside, måler du avstanden mellom linjene merket "dette skal være 150 mm". Hvis den ikke er 150 mm, angir du verdien i dette feltet for å kompensere for skalering av skriveren. Den neste utskriften skal ha riktig størrelse.

Kontaktvinkel (grader): Trykkvinkelen til girene. For tannhjul med mindre antall tenner, sett dette litt større for å få flere skrå tenner som er mindre sannsynlig å klemme seg fast.

Tannhjul 2: Antall tenner for giret til høyre, hvis det gjengis. Avmerkingsboksen kontrollerer om ett eller to gir blir gjengitt.

To gir: Når du skriver ut maler, hjelper det å bare vise ett gir.

Eiker: Vis utstyret med eiker. Eiker er bare vist for tannhjul med 16 eller flere tenner.

Trinn 4: Matematikk

Jeg fant ligningen nedenfor for å hjelpe til med å konstruere utstyret mitt og for å bestemme at tannhjulene vil fungere og passe sammen.

Betegn R, S og P som antall tenner på tannhjulene.

Den første begrensningen for et planetgir å trene er at alle tennene har samme tonehøyde eller tannavstand. Dette sikrer at tennene henger sammen. Det jeg gjorde var tre separate sider som hadde samme tonehøyde, men som ikke passet hverandre, slik at girene alltid var justert, men i et annet mønster. Den andre begrensningen er: R = 2 × P + S

Det vil si at antall tenner i ringgiret er lik antall tenner i det midterste solhjulet pluss to ganger antall tenner i planetgirene. Et eksempel på dette vil være 30 = 2 × 9 + 12. Eller du kan gå til nettstedet for å generere utstyr på https://geargenerator.com eller

Trinn 5: SVG Files & Illustrator

Hvis du importerer en fil fra girgeneratoren og ikke har konstruert i Illustrator, må du følge instruksjonene nedenfor når du arbeider med SVG -filer i illustrator.

Illustrator tilbyr et standard sett med SVG -effekter. Du kan bruke effektene med standardegenskapene, redigere XML -koden for å produsere tilpassede effekter eller skrive nye SVG -effekter.

Slik importerer du en SVG -fil til Illustrator:

Velg Effekt> SVG -filter> Importer SVG -filter.

Velg SVG -filen du vil importere effekter fra, og klikk på Åpne.

Slik manipulerer du SVG -filen i Illustrator: Velg et objekt eller en gruppe (eller mål et lag i lagpanelet).

Gjør ett av følgende: For å bruke en effekt med standardinnstillingene, velg effekten fra den nederste delen av undermenyen Effekt> SVG -filtre.

For å bruke en effekt med egendefinerte innstillinger, velg Effekt> SVG -filtre> Bruk SVG -filter.

Velg effekten i dialogboksen, og klikk på Rediger SVG -filter -knappen fx.

Rediger standardkoden og klikk OK.

Hvis du vil opprette og bruke en ny effekt, velger du Effekt> SVG -filtre> Bruk SVG -filter.

Klikk dialogboksen Ny SVG -filter i dialogboksen, skriv inn den nye koden og klikk OK.

Når du bruker en SVG -filtereffekt, viser Illustrator en rasterisert versjon av effekten på tegnebrettet. Du kan kontrollere oppløsningen til dette forhåndsvisningsbildet ved å endre dokumentets innstilling for rastreringsoppløsning.

Trinn 6: Lagre filen

Eksporter filen som.eps eller.ai.

Gå til innstillinger og kontroller at du jobber i RGB -modus, IKKE CMYK.

Du kan endre dette ved å gå til:

Velg Fil -> Dokumentfargemodus -> RGB

Alle kuttelinjer må angis med rødblå og grønne linjer med en slagvekt på.01pt

Laseren vil tolke fargene som bestilte kuttelinjer som jobber fra innsiden og ut.

Starter med rødt (RGB: 255, 0, 0) etterfulgt av blått (RGB 0, 0, 255), og til slutt grønt (RGB 0, 255, 0).

Alle innvendige kutt bør kuttes først og derfor være røde, med ytterligere kutt som er blå, og de siste utsnittene er grønne. Sørg for at alle tannhjulene passer sammen og at det ikke er kryssende linjer før du begynner å skrive ut.

Hvis tannhjulene dine ser ut som om de ikke er riktig formatert, kan du gå tilbake til girgeneratorsiden og revurdere beregningene dine.

Lagre som.ai -filer og overfør til Bosslaser -programmet.

Dette programmet lar deg også manipulere filen din. Du kan bruke dette programmet til å sende filen direkte til laserskjæreren.

Trinn 7: Thingiverse og 3D -utskrift

Som nevnt i hovedoversikten over dette prosjektet, kan du skrive ut 3D -romskip når som helst! Kom på ditt eget design ved å bruke ThinkerCAD, OpenSCADFusion360 eller Rhino, eller gå til Thingiverse og finn et kreativt felles prosjekt å skrive ut! Kanskje du til og med kan endre noen av filene for å passe til din unike designutfordring! Disse romskipene ble skrevet ut på en Taz Lulzbot 6 med PLA Village Plastics med høyeste hastighet (tok mindre enn 2 timer for 7 romskip).

Trinn 8: LED -krets for Reed Switch

En sivbryter er en elektromagnetisk bryter som slås på av en magnet som bringes til dens nærhet.

Denne kretsen inneholder en sivbryter, LED og 3 V strømforsyning fra 2 AA -batterier.

Dette prosjektet danner grunnlaget for hvordan sivbrytere fungerer.

Fra skjemaet nedenfor kan du se hvor LED og bryter er plassert.

Batteripakken har to ledninger i svart og rødt. Svart ledning er malt og rød ledning er strøm.

Den røde ledningen kommer til å bli loddet til hver ende av sivbryteren.

Reed -bryteren blir loddet til langsiden + av LED -en. LED - kortsiden blir loddet for å jorde den svarte ledningen som fører til batteripakken.

Trinn 9: Inkorporering av krets i styret

Det er viktig at du måler avstanden som magneten trenger for å være på plass til bryteren. Uten testing kan du bore et hull som er for langt fra magneten din, og da fungerer ikke bryteren som den skal. Styrken til magneten din vil bety at det kan være et større eller kortere gap mellom Reed Switch og magneten. Vi målte dette og boret deretter et hull for LED -en og en åpning for bryteren i bjørkebrettet.

Trinn 10: Ha det gøy

Du har gjort mye hardt arbeid på dette tidspunktet. Det er på tide å bli kreativ!

Bruk spraymaling i akryl (Molotow) for å oppnå en kosmoseffekt på både akryl og tre. Bruk hvilken farge som passer ditt prosjekt. Sørg for å bruke et beskyttende (ideelt organisk damp halvmaske, eller maske), bruk hansker for å beskytte hendene og arbeid ALLTID i et godt ventilert område (aldri inne!).

La tannhjulene tørke i omtrent 24 timer før du legger dem på brettet for å unngå riper i malingen.

Du kan også spraymale de små romskipene dine!

Trinn 11: Liste over materialer og andre ressurser

Her er en omfattende materialliste og ytterligere nyttige referanser:

Reed Switch

470Ω motstand

1 LED hvit

Magnet Adobe

Illustrator CC -app for å lage vektorfiler for laserskjæring

Bosslaser -program for å sette opp filen for laserskjæremaskinen.

Sandpapir av middels kvalitet.

1/8 Baltic Birch kryssfiner 48 tommer lang x 27 tommer høy x 2

1/8 klar akryl 48 tommer lang x 27 tommer høy x 1

Akryl spraymaling i forskjellige farger

Åndedrettsvern med organisk kassett

Hansker

Batteridrevet bor (med forskjellige bor)

Tre lim

Instant Lim (for romskip)

Cura-for Lulzbot

Taz Lulzbot 6

PLA Village Plastics Filament

Nyttige referanser:

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…