Holografické desky - Photonics Challenger Hackathon PhabLabs: 6 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Na začátku tohoto roku jsem byl požádán o účast na PhabLabs Photonics Hackathon ve vědeckém centru Delft v Nizozemsku. Tady mají skvělý pracovní prostor se spoustou strojů, které by se daly použít k vytvoření něčeho, co bych za normálních okolností nemohl tak usnadnit.

Po spuštění hackathonu mě hned napadlo, že by bylo zajímavé udělat něco s CNC laserovými stroji, které jsou tam k dispozici.

V dílně tam stála malá osvětlená akrylová destička, která byla vyleptaná patentem lega, který vytvořil jakýsi hologram, ale jen jednu vrstvu, takže to byl jen 2D obraz. To mě přimělo přemýšlet, co by bylo možné, kdybych vzal několik vrstev akrylu a vytvořil skutečný 3D holografický obraz.

Začal jsem jen s koulí a ve skutečnosti to opravdu začalo vypadat jako skutečná zavěšená koule, pohrával jsem si s osvětlením a přišel jsem na to, jestli by to také bylo schopné hrát se spektrem (bílého) světla, které se hromadí z červeného zeleného a modrého světla, bylo by skutečně možné znovu vytvořit bílé světlo s těmito deskami položenými za sebou, přičemž každá deska by používala pouze primární barvy světla, červenou zelenou nebo modrou.

Krok 1: Krok 1 Potřebné materiály a nástroje

Nástroje:

• CNC laserový řezací a leptací stroj
• Páječka atd.
• Horká lepicí pistole
• 3D tiskárna (v rané fázi prototypování)
• Plyer
• Třmeny
• Brusný papír

Software:

• Fusion 360
• Arduino IDE
• Cura

Materiály:

elektronika:

• LED diody (malé tenké LED pásky SMD3535, aby se desky přiblížily k sobě)
• ESP8266
• Napájení 5v 10A
• Zapojení, jen jednoduché tenké vodiče pro 5v LED

materiály pro „sochařství“:

• 3 mm akryl (leptaný v laserovém stroji)
• Dřevo, laser pro montáž LED diod na akryl
• 3D tisk v raných prototypech pro LED držák a akrylovou podporu.
• materiál na výrobu boxů, na začátku jsem použil pěnové desky, abych rychle vytvořil box a později laserem řezané dřevo CNC.

Krok 2: Krok 2: Laserové leptání a testování osvětlení

První věc, kterou jsem chtěl vyzkoušet, byla možnost vytvořit 3d hologram s několika akrylovými deskami, počínaje koulí. vybudovat z několika desek.

Vytiskl jsem jednoduchou základnu v PLA s mojí 3D tiskárnou je mít sám a přidal několik LED, které jsem měl stále kolem.

Během tohoto procesu jsem dostal nápad, zda by bylo možné vytvořit bílou (světlou), kdybych LED diody vybarvil pouze červeně zeleně nebo modře, mít 3 desky v RGB by pak teoreticky udělalo bílou, ale fungovalo by to také, kdyby její vrstvené.

Poté, co jsem to všechno spojil a rozsvítil, zjistil jsem, že to vlastně fungovalo, nebyla to dokonalá bílá, ale rozhodně míchala barvy ve vrstvách za sebou.

Říkal jsem si, že by to možná fungovalo lépe, kdybych přešel z plného leptu a vytvořil tvar na body, aby bylo světlo lépe vidět na více vrstev a ve skutečnosti fungovalo jako "pixely", ale pak ve 3D.

Pro zdokonalení procesu jsem vytvořil několik testovacích archů s různou hustotou bodů a také pomocí několika různých nastavení vyladil laser na dokonalou sílu leptání. Musíte vyladit laser na množství energie, kterou používá k leptání, čím více energie použijete a pomalejší leptání vytvoří hlubší lept, a ne všechny v této situaci fungují tak dobře jako ostatní. to je u každého laseru jiné, doporučil bych použít spíše nízké nastavení, u této sochy nepotřebujete hluboké leptání.

Krok 3: Krok 3: Konečný prototyp

Pro finální prototyp jsem se rozhodl vyrobit akrylové desky o rozměrech 20 x 20 cm, abyste v nich mohli vidět další detaily a získat lepší pocit, jak by to mohlo vypadat i ve větším měřítku.

Vytvořil jsem světelný modul, do kterého jsem mohl umístit celkem 21 destiček (7X3), protože jsem chtěl pomocí ní vyzkoušet, jak daleko by bylo možné zajít, kolik desek by bylo možné umístit, než se efekt ztratí, nebo jak jsem našel kdy začne být „nepořádek“. Zjistil jsem, že 12 by bylo slušné maximum, jít výš mělo za následek příliš mnoho rozmazání.

Také jsem testoval a hrál si se vzdáleností mezi deskami, přeskočením jedné desky se čas zdvojnásobí roztečí mezi deskami a dále, zde jsem také zjistil, že to je zcela zásadní, když se vzdálenost zvětší, účinek se také změní. Myslím, že se to stává, že s větší vzdáleností jsou oči lépe možné při detekci hloubky. Výsledkem je, že se barvy méně prolínají.

Světelná „deska“má světelný pás s 9 diodami pro každou datovou linku desky procházející cik -cak tam a zpět, s 5V napájecími vodiči na každé straně, + čárou na jedné straně a - čarou na druhé straně, takže je také docela snadno opravit.

Napájení 5V 10A slouží k napájení LED a ESP8266 najednou.

Pro ESP jsme vytvořili kód s trochou pomoci od zkušenějších kodérů na hackathonu, tento kousek byl pro mě také cvičením v kódování. Kód, který jsem nakonec použil, je kód, který vybledne všechny desky jednou z RGB na GRB do BRG a zpět do RGB znovu v souvislé smyčce. Seskupení ovládání LED podle 9 LED, aby každá deska měla jednu barvu, kód ovládá 12 desek/vypíná, ostatní jsou neaktivní, protože jsem je nepotřeboval. Kód jsem přidal sem.

Také jsem se pokusil ovládat LED diody pomocí wifi na ESP pomocí artnet a madmapper, ale nebyl jsem s výsledky ještě spokojen, mělo by to fungovat dobře, ale nejprve bych musel lépe porozumět těmto technikám „mapování“.

Krok 4: Poučení

První věc, kterou jsem se naučil, byla práce s CNC laserovou řezačkou a rytcem. V minulosti jsem tyto techniky používal k výrobě modelů, ale nikdy jsem si nenašel čas podívat se na přesnější ladění, zejména ladění rytí/leptání. Když jsem zjistil, že to má velký vliv na výslednou intenzitu světla, a ne jen jednoduše znamená „hlubší“rytinu, potřeboval jsem najít rovnováhu leptání dostatečně, ale ne příliš.

Pro tento projekt jsem také chtěl mít to jako samostatný objekt, takže s kódovaným ESP v tomto případě, který ovládá LED diody bez dalšího potřebného vstupu, také proto, že jsem chtěl lépe porozumět kódování, v minulosti jsem vytvořil několik opravdu jednoduché kódování a kódy pro tento kus stále nejsou opravdu složité, ale když jsem začal tento hackathon, jeho části byly stále úplně nové.

Potom po těchto výrobních technikách došlo k pochopení světla. jak by se tento mix a dokonce i tento mix? Zjistilo se, že práce s tečkami místo plně gravírovaného tvaru vytváří „pixely“, jak bylo uvedeno výše. První zjištění, že to funguje, ale když jsem zvětšil vzdálenost mezi deskami, účinek se ve skutečnosti opět snížil, vnímání lidského oka, které funguje, a míchání barev, ale také něco magického, protože vaše oči nemohou pochopit, co se děje, nemohou opravdu se zaměřte na hloubku. Pokud se však vzdálenost mezi deskami zvětší, vaše oči se mohou soustředit na hloubku, ale pak je kouzlo pryč.

Krok 5: Potenciální vylepšení

První vylepšení, na kterém stále pracuji, je lepší a složitější kód pro ovládání desek. Mým cílem je mít více nastavení a předkódovaných efektů, které lze spustit, proto jsem se také rozhodl použít ESP, protože pak jsem je mohl spouštět/ovládat snadno pomocí wifi.

Dále chci vytvořit světlo pro pouhých 12 desek, jak jsem se nakonec rozhodl použít, kus, který jsem nyní vyrobil, je ideální pro tuto fázi testování se vzdáleností a počtem desek atd., Ale teď jsem se rozhodl jít na 12 talířů, které předělám ten, který je vyroben pro 12 desek, a také vylepšuje montáž LED diod, nyní jsou tam přilepené a drží na místě s improvizovanou pěnovou deskou, po dlouhou dobu to nebude dobré pro LED diody, já bych je přilepil na hliník lepší tepelnou vodivost a mít je jako moduly, takže pokud by se něco rozbilo, jeden pás lze snadno vyjmout a vyměnit.

U desek také stále zkouším, co dělat s boky, nyní jsou strany jen odkryté a můžete vidět, jakou barvou svítí, zkoušel jsem postavit ohrazení kolem celého kusu, ale nebyl jsem s tím spokojen, protože odrazilo světlo zpět dovnitř. Začal jsem tedy testovat pomocí speciálních 3D tištěných profilů, malovat hrany nebo pomocí reflexní fólie držet světlo „uvnitř“desek.

Krok 6: Křičte

Chtěl bych poděkovat těmto osobám:

• Teunovi Verkerkovi za pozvání k účasti na hackathonu
• Nabi Kambiz, Nuriddin Kadouri a Aidan Wyberovi za pomoc a vedení během hackathongu. Pomáhat a vysvětlovat všechny stroje a materiály, které byly po ruce, a Aidan měl velkou trpělivost při vysvětlování a pomoci tomuto kódovacímu noobovi.
• Chun-Yian Liew, spoluúčastník, který také vytvořil úžasný projekt. Chun mi také několikrát pomohl, když jsem nechápal, co se děje s kódováním.