Plná pára vpřed! do nekonečna a dále: 11 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Spolupráce mezi Alicií Blakey a Vanessou Krause

Kdo je sakra Fibonacci?

Na základě návrhu Alicie (vnořené planetové převody) jsme se rozhodli spolupracovat a pokusit se vytvořit funkční systém převodů, které lze zobrazit ve vzpřímené poloze. V ideálním případě chceme, aby se naše publikum cítilo pohodlně a bylo nuceno s tímto designem komunikovat. Použitím různých metod popsaných v tomto dokumentu budeme hovořit o procesu návrhu a o tom, jak jsme se potýkali s matematickými problémy, logikou a výběrem materiálu.

Bin-it

Přivolání našich matematicky nakloněných sourozenců na pomoc: Můj bratr Joey mi poslal Binetovu formuli … bez vysvětlení, jak ji používat. Když jsem mu napsal SMS a řekl: „Hej, Joey, mohl bys mi to vysvětlit?“na což odpověděl: "Která část?"

Protože nemám absolutně žádný matematický sklon, požádali jsme Aliciinho bratra Merricka, aby vysvětlil, jak lze vzorec použít k vytvoření vnořených ozubených kol. Strávil to asi deset minut řešením, odpověděl „ano, funguje to“a poté řekl „musím jít“a nechal nám bez odpovědí a bez přeloženého vzorce.

Strávili jsme dalších 30 minut hledáním odpovědi na náš dotaz…

Internet má odpovědi

Abychom se dostali za Binet Barrier, rozhodli jsme se hledat na internetu odpovědi a návrhy na vyřešení naší hádanky. Našli jsme několik stránek, které jsou schopné vytvářet kompatibilní převody.

Některé z těchto webů jsou:

Gear Generator Planetary

Gear Catalyst

Jakmile jsme měli tyto generátory ozubených kol, abychom pomohli s matematickými aspekty tohoto projektu, přesunuli jsme se do Adobe Illustratoru, abychom vytvořili liniové verze těchto ozubených kol. Alicia se zaměřila na vykreslení každého zařízení tak, aby bylo kompatibilní s laserovými řezačkami ve středu 100 McCaul RP. Pro počáteční řez jsme se rozhodli použít překližku Baltic Birch ⅛”, abychom zajistili správné zarovnání matematiky. Alicia vyrobila přes 3 malé makety, jak by tyto převody mohly potenciálně vypadat. Při každé iteraci došlo k problémům s tím, že laserový řezač bral příliš málo nebo příliš mnoho z malých převodových systémů, takže se již účinně neuzamkly a neotáčely (použila jak akrylát, tak překližku (⅛”). Tento proces byl frustrující, ale pomohlo nám to uvědomit si omezení laserového řezání pro tento projekt.

Prof ví nejlépe

Alicia a já jsme oba velmi tvrdohlaví a odhodlaní vyřešit hádanku vnořených ozubených kol. Byl jsem ochoten usadit se na planetových blokovacích převodovkách, ale Alicia potřebovala odpovědi! V posledním pokusu najít útěchu matematikou Alicia kontaktovala profesora v důchodu z Queen’s University. Vysvětlil, že aby mohla snadno měřit vzdálenosti mezi každým z ozubených kol, musela by rozdělit a změřit 37 segmentů. To by umožnilo správné zarovnání všech zubů. Tím, že jsme strávili čas řešením hádanky, stále došlo k malému matematickému problému se zarovnáním. Vzhledem k celkovému časovému omezení jsme se usadili na planetových soukolích.

Zvedněte se

Zatímco Alicia řešila hluboké matematické problémy, zaměřil jsem se na tisk 3D vesmírných lodí. To pomohlo zpevnit celkové téma a také dát našemu dílu přívětivější interaktivní kvalitu. Pomocí Thingiverse jsem našel zábavný retro design vesmírné lodi (vytvořil cerberus333). Tento design mi umožnil upravit měřítko tak, aby bylo mnohem menší. Když přidáme vesmírnou loď, naše publikum se jí bude moci držet, protože se kola točí dohromady. Bylo to velmi jednoduché řešení, aby byl tento kousek pro ostatní přívětivější. Na základě open-source povahy Thingiverse si tento objekt může vytvořit kdokoli s počítačem a přístupem k 3D tiskárně. Tisk byl také poměrně rychlý (vytištění 7 vesmírných lodí trvalo méně než 2 hodiny). Nakonec jsme použili pouze 3 nebo 7 tištěných kopií.

Střílejte na měsíc…

Na základě původního nápadu na design jsme s Alicií chtěli vytvořit planetová ozubená kola s mnoha vestavěnými LED světly, která by byla aktivována našimi magnety (připevněnými na zadní straně každého ozubeného kola), aby model mohl stát vzpřímeně a rozsvítit každou „hvězdu“systém, jak se točí. Alicia šla do Home Hardware a koupila si LED obvod s magnetickým spínačem a magnetické senzory. Vrtákem a ruční pilou jsem vytvořil správný otvor pro LED a magnetický senzor, aby se vešel do dřevěné překližkové desky. Později jsme si uvědomili, že baterie zakoupené od Home Hardware na College a Spadina byly ve skutečnosti vadné a rozsvítily pouze jednu LED žárovku, když magnet procházel kolem.

Více než jen vandalismus

U tohoto projektu jsem také chtěl použít více rukou na kreativní techniky. Přestože byly převody ze dřeva a akrylu samy o sobě krásné, chybělo jim společné téma s vesmírnými loděmi. Rozhodl jsem se použít akrylovou barvu ve spreji Molotow k vytvoření motivu galaxie pro převodové systémy. Přestože jsme plánovali nástřik celé desky, setkali jsme se s malým rozsahem stříkací kabiny umístěné v laboratoři Maker v našem zařízení pro absolventy. Na základě tohoto omezení velikosti jsme se rozhodli pouze postříkat převody asymetrickými způsoby. Vesmírná loď tak mohla sedět na jednom z obyčejných nebo stříkaných ozubených kol, aby pomohla účastníkovi porozumět našemu celkovému tématu.

Obíhat

Jakmile byly všechny převody ve velkém měřítku sestaveny, Alicia pomocí pájecích nástrojů spojila magnetický senzor a LED diodu. Rozhodli jsme se pro umístění 1 pracovní LED diody a dali ji blízko středního kola. Když byly pod vesmírnou loď umístěny 3 silné magnety, došlo k požadovanému výsledku! Měli jsme světlo! Mít jiné magnety pod ozubenými koly (držet je svisle) by však rušilo senzor magnetu. Proto jsme se rozhodli, že design místo toho musí zůstat jako stolní verze.

Temná strana měsíce

Hlavními výzvami, kterým jsme v této kolaborativní iteraci čelili, byla omezení laserového řezání a technologie baterií. Soubor návrhu, vesmírné lodě pro 3D tisk a ruční montáž (použití tradičních nástrojů, jako jsou vrtačky, ruční pila, lepidlo a svorky, bylo překvapivě snadné). Pokud by někdo vytvořil tento kousek znovu, hlavní výzvou by pro něj bylo použít matematiku k mapování nejideálnějšího designu, který může laser řezat. Také jsme bojovali s časovým omezením a v ideálním případě bychom se v blízké budoucnosti chtěli k tomuto projektu vrátit, abychom tento koncept stále rozšiřovali.

Nástroje a technologie

Aby věrně vytvořili tento projekt, museli by mít základní znalosti o procesu návrhu, matematice, používání AI a správném nastavení pro řezání laserového souboru. Dále by potřebovali nějaké základní znalosti o elektřině (LED, magnetický senzor a pájení). Budou potřebovat přístup do dobře větraného prostoru pro stříkání a vlastní navrhování těchto zařízení. K tisku vesmírné lodi byl použit Taz Lulzbot 6 spolu s vláknem PLA Village Plastics (postačí jakákoli barva, protože tyto můžete také nastříkat barvou). Nakonec budou potřebovat základní znalosti o tom, jak pomocí vrtáku a ruční pily řezat správné rozměry otvorů pro každou LED a magnetický senzor (to je třeba měřit opatrně, protože senzor není příliš silný a je třeba jej umístit v těsné blízkosti magnetu). Konečně, pokud chcete věrně vytvořit tento projekt, budete také potřebovat nějaký montážní prostor!

Obrovský skok pro lidstvo

Dosáhli jsme MARS! Jen vtipkuje! Pomocí metod digitální výroby jsme byli schopni vytvořit matematický převodový systém a vyrábět ze dřeva a akrylu (rychlostí, jakou je potřeba nasadit si helmu astronauta). To by nebylo možné bez technologie souborů Adobe Illustrator kombinovaných s laserovým řezáním. Lasery jsou extrémně přesné a rychlé. Něco, čeho by bylo nemožné dosáhnout pouze pomocí tradičních výrobních nástrojů. Ačkoli v hlavním výrobním postupu nebyly použity tradiční metody, staly se extrémně důležitými při konečném sestavování a začlenění technologie.

Plná pára vpředu

Z hlediska vzdělávání tento planetární převodový systém zahrnoval všechny základy učení praxí. Gamifikace hraje v konečném produktu velkou roli, aby byla pro uživatele atraktivní. Jedním z hlavních příjemců tohoto projektu je však vzdělávání. Tento projekt může naučit praktické dovednosti, počínaje matematikou, strojírenstvím, prostorovým uvažováním a elektronickými cykly. Může dát studentům šanci vidět, jak se matematika propojuje s fyzickým světem a jak mechanické procesy (například řezání laserem) závisí na přesných výpočtech. Nakonec mají studenti šanci uplatnit kreativitu a výtvarné umění v procesu přidávání barev, barev a koláží, aby upřesnili svůj design. Umožňuje jim také vytvořit interaktivní učební prostředí, které podporuje STEAM ve třídě. STEAM je zahrnut ve všech kritériích vytváření tohoto projektu efektivním začleněním:

Věda

Technologie

Inženýrství

Umění

Matematika

V posledních letech došlo v posledních letech ke zlepšení mediální gramotnosti a rozvoje u studentů mladších 1. ročníku. Jak naznačuje osnova Ontaria, mít průřezové vzdělávací příležitosti je důležité při budování lásky studentů k učení (K-12). Tento projekt je všímavým přístupem k řešení problémů, spolupráci a otevřenému zdroji praktického učení, které je zapotřebí v mnoha předmětech v rámci osnov Ontario i mimo ně!

Neomezené souhvězdí

Nakonec je důležité uznat, že tento design by mohl být výrazně vylepšen v rukou jiných lidí. To znamená, že ačkoliv jsou zde nalezeny všechny komponenty, stále je možné mnoho úprav a remixů tohoto designu. Díky spolupráci má tento design neomezený potenciál. Je to skvělý startovací projekt pro každého, kdo má zájem aplikovat STEAM do své vlastní výukové praxe. Protože je design založen na matematice, lze jej měnit, měnit a předělávat v mnoha různých souhvězdích. Tento projekt podporuje myšlenku, že neexistuje jediný způsob výroby.

Krok 1: Bin It

Dokážete vyřešit tuto hádanku?

Krok 2: Generování ozubených kol

S využitím sekce referencí, kterou najdete níže, jsme vám poskytli nástroje pro generování ozubených kol. Existují 2 webové stránky, z nichž jeden je výhradní pro matematické plány a druhý web pojednává o různých materiálech a odchylkách, pokud byste museli snížit rychlostní stupeň sami.

Oba jsou důležité při plánování a konstrukci vašeho souboru pro řezání laserem, protože vám oba pomohou zvážit materiály a porozumět tomu, jak pracovat v konstrukcích mírných nepředvídaných odchylek.

Výzkum neslavný svými sdílenými znalostmi Matthias se odráží v mnoha projektech ozubených kol, protože poskytuje efektivní informace o tom, jak si ručně zařadit vlastní rychlost. Poskytuje také základní informace, abyste mohli svůj projekt zahájit s dobrým základem. To je nezbytné k vytvoření systému, který funguje, a dovedností k řešení problémů, které lze později řešit. Níže poskytnutý glosář vytváří a poskytuje: [email protected]

Krok 3: Rozteč zubů

Počet milimetrů od jednoho zubu k druhému podle průměru rozteče.

Ozubené kolo 1: Počet zubů na ozubeném kole, které se mají vykreslit pro ozubené kolo. Ovládá levý rychlostní stupeň, když ukazuje dva rychlostní stupně. Zadejte zápornou hodnotu pro ozubená kola.

Hřeben a pastorek: Změňte převodový stupeň 1 na lineární převod (ozubené kolo). Z druhého ozubeného kola můžete také udělat stojan zadáním „0“pro počet zubů.

Naměřená vzdálenost cal (mm): Po vytištění testovací stránky změřte vzdálenost mezi řádky označenými „toto by mělo být 150 mm“. Pokud to není 150 mm, zadejte hodnotu do tohoto pole, abyste kompenzovali změnu měřítka tiskárny. Další výtisk by měl mít správnou velikost.

Kontaktní úhel (deg): Tlakový úhel ozubených kol. U ozubených kol s menším počtem zubů nastavte toto o něco větší, abyste získali více šikmých zubů, u nichž je menší pravděpodobnost zaseknutí.

Ozubené kolo 2: Počet zubů ozubeného kola vpravo, je -li vykreslen. Zaškrtávací políčko určuje, zda bude vykreslen jeden nebo dva převody.

Dva rychlostní stupně: Při tisku šablon pomáhá mít zobrazený pouze jeden převodový stupeň.

Paprsky: Ukázat rychlostní stupeň s paprsky. Paprsky jsou zobrazeny pouze pro převody se 16 a více zuby.

Krok 4: Matematika

Níže uvedenou rovnici jsem našel, abych pomohl sestrojit uspořádání mého ozubeného kola a určit, že převody budou fungovat a zapadat do sebe.

Označte R, S a P jako počet zubů na ozubených kolech.

První podmínkou, aby planetový převod fungoval, je, aby všechny zuby měly stejnou rozteč neboli rozestup zubů. Tím je zajištěno, že zuby zapadnou. Udělal jsem 3 oddělené strany, které měly stejnou rozteč, ale navzájem se neshodovaly, takže ozubená kola byla vždy zarovnána, ale v jiném vzoru. Druhým omezením je: R = 2 × P + S

To znamená, že počet zubů v ozubeném věnci se rovná počtu zubů v prostředním centrálním kole plus dvojnásobek počtu zubů v planetových převodech. Příkladem by bylo 30 = 2 × 9 + 12. Nebo můžete přejít na web generující zařízení na https://geargenerator.com nebo

Krok 5: Soubory SVG a Illustrator

Pokud importujete soubor z generátoru zařízení a nevytvořili jste v Illustratoru, budete při práci se soubory SVG v Illustratoru muset postupovat podle následujících pokynů.

Illustrator poskytuje výchozí sadu efektů SVG. Můžete použít efekty s jejich výchozími vlastnostmi, upravit kód XML pro vytváření vlastních efektů nebo psát nové efekty SVG.

Import souboru SVG do aplikace Illustrator:

Zvolte Efekt> SVG filtr> Importovat SVG filtr.

Vyberte soubor SVG, ze kterého chcete importovat efekty, a klikněte na Otevřít.

Manipulace se souborem SVG v aplikaci Illustrator: Vyberte objekt nebo skupinu (nebo zacílete na vrstvu na panelu Vrstvy).

Proveďte jeden z následujících kroků: Chcete -li použít efekt s jeho výchozím nastavením, vyberte efekt ve spodní části podnabídky Efekt> Filtry SVG.

Chcete -li použít efekt s vlastním nastavením, vyberte Efekt> Filtry SVG> Použít filtr SVG.

V dialogovém okně vyberte efekt a klikněte na tlačítko Upravit filtr SVG fx.

Upravte výchozí kód a klikněte na OK.

Chcete -li vytvořit a použít nový efekt, zvolte Efekt> Filtry SVG> Použít filtr SVG.

V dialogovém okně klikněte na tlačítko Nový filtr SVG, zadejte nový kód a klikněte na OK.

Když použijete efekt filtru SVG, Illustrator zobrazí na kreslicí ploše rastrovanou verzi efektu. Rozlišení tohoto náhledového obrázku můžete ovládat úpravou nastavení rozlišení rastrování dokumentu.

Krok 6: Uložení souboru

Exportujte soubor jako.eps nebo.ai.

Přejděte do nastavení a ujistěte se, že pracujete v režimu RGB, NE CMYK.

Můžete to změnit tak, že přejdete na:

Vyberte Soubor -> Režim barev dokumentu -> RGB

Všechny čáry řezu je třeba označit červenými modrými a zelenými čarami se zdvihovou hmotností 0,01 bodu

Laser bude interpretovat barvy jako uspořádané čáry řezu pracující zevnitř ven.

Počínaje červenou (RGB: 255, 0, 0) následovanou modrou (RGB 0, 0, 255) a nakonec zelenou (RGB 0, 255, 0).

Všechny vnitřní řezy by měly být nejprve oříznuty, a proto by měly být červené, přičemž všechny další střihy jsou modré a konečné vnější střihy zelené. Před nastavením k tisku se ujistěte, že všechny vaše převody do sebe zapadají a že nejsou žádné protínající se čáry.

Pokud vaše ozubená kola vypadají, že nejsou správně naformátována, můžete se vrátit na stránku generátoru ozubených kol a přehodnotit své výpočty.

Uložit jako soubory.ai a přenést do programu Bosslaser.

Tento program vám také umožňuje manipulovat se souborem. Tento program můžete použít k odeslání souboru přímo do laserové řezačky.

Krok 7: Thingiverse & 3D Printing

Jak je uvedeno v hlavní osnově tohoto projektu, své 3D vesmírné lodě si můžete vytisknout kdykoli! Vymyslete svůj vlastní design pomocí ThinkerCAD, OpenSCADFusion360 nebo Rhino, nebo přejděte na Thingiverse a najděte kreativní společný projekt k tisku! Možná dokonce můžete některé soubory upravit tak, aby vyhovovaly vaší jedinečné výzvě v oblasti designu! Tyto vesmírné lodě byly vytištěny na Taz Lulzbot 6 s PLA Village Plastics nejvyšší rychlostí (u 7 kosmických lodí to trvalo méně než 2 hodiny).

Krok 8: LED obvod spínače jazýčku

Jazýčkový spínač je elektromagnetický spínač, který se zapíná magnetem přivedeným do jeho blízkosti.

Tento obvod obsahuje jazýčkový spínač, LED a 3 V napájení ze 2 baterií AA.

Tento projekt tvoří základy fungování jazýčkových spínačů.

Ze schématu níže můžete rozeznat, kde jsou umístěny LED a spínač.

Akumulátor má 2 vodiče černé a červené. Černý vodič je uzemněn a červený vodič je napájení.

Červený vodič se připájí na oba konce jazýčkového spínače.

Jazýčkový spínač bude připájen k dlouhé straně + LED. LED - krátká strana bude připájena k uzemnění černého vodiče vedoucího k baterii.

Krok 9: Začlenění obvodu do desky

Je důležité, abyste změřili vzdálenost, kterou musí magnet umístit na místo vašeho spínače. Bez testování byste mohli vyvrtat díru, která je daleko od vašeho magnetu, a pak nebude spínač fungovat správně. Síla vašeho magnetu bude znamenat, že mezi jazýčkovým spínačem a magnetem může být větší nebo kratší mezera. Změřili jsme to a poté vyvrtali otvor pro LED a otvor pro spínač v naší březové desce.

Krok 10: Bavte se

V tuto chvíli jste odvedli hodně tvrdé práce. Je čas být kreativní!

Pomocí akrylové barvy (Molotow) ve spreji dosáhnete kosmického účinku na akrylát i dřevo. Použijte barvy, které vyhovují vašemu projektu. Určitě noste ochranný (ideálně poloviční obličejový respirátor nebo masku), rukavice na ochranu rukou a VŽDY pracujte v dobře větraném prostoru (nikdy ne uvnitř!).

Před položením na desku nechte převody zaschnout asi 24 hodin, aby nedošlo k poškrábání barvy.

Na malé vesmírné lodě můžete také stříkat barvou!

Krok 11: Seznam materiálů a dalších zdrojů

Zde je obsáhlý seznam materiálů a další užitečné reference:

Jazýčkový spínač

Odpor 470Ω

1 LED bílá

Magnet Adobe

Aplikace Illustrator CC pro vytváření vektorových souborů pro řezání laserem

Program Bosslaser pro nastavení souboru pro laserový řezací stroj.

Brusný papír střední třídy.

1/8 překližka z baltské břízy 48 palců dlouhá x 27 palců vysoká x 2

1/8 čirý akryl 48 palců dlouhý x 27 palců vysoký x 1

Akrylová barva ve spreji v různých barvách

Respirátor s organickou kazetou

Rukavice

Aku vrtačka (s různými vrtáky)

Lepidlo na drevo

Okamžité lepidlo (pro vesmírné lodě)

Cura-pro Lulzbota

Taz Lulzbot 6

Plastové vlákno PLA Village

Užitečné reference:

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…