Lastre olografiche - Photonics Challenger Hackathon PhabLabs: 6 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

All'inizio di quest'anno mi è stato chiesto di partecipare al PhabLabs Photonics Hackathon presso il Science Centre Delft nei Paesi Bassi. Qui hanno un grande spazio di lavoro con molte macchine che potrebbero essere utilizzate per creare qualcosa che normalmente non sarei in grado di rendere così facile.

Iniziando l'hackathon ho subito pensato che sarebbe stato interessante fare qualcosa con le macchine laser CNC che sono disponibili lì.

Nel laboratorio c'era una piccola lastra acrilica illuminata su cui era inciso il brevetto del lego che creava una sorta di ologramma ma solo uno strato, quindi era ancora un'immagine 2D. Questo mi ha fatto pensare a cosa sarebbe possibile se prendessi diversi strati di acrilico e creassi una vera immagine olografica 3D.

Ho iniziato con solo una sfera e in realtà ha iniziato a sembrare una vera sfera sospesa, giocando con l'illuminazione mi è venuta l'idea se fosse anche in grado di giocare con lo spettro della luce (bianca) che si accumula di luce rossa verde e blu, sarebbe effettivamente possibile creare di nuovo luce bianca con queste lastre disposte una dietro l'altra, ciascuna lastra utilizzando solo i colori della luce primaria, rosso verde o blu.

Passaggio 1: Passaggio 1 Materiali e strumenti necessari

Utensili:

• Macchina per taglio e incisione laser CNC
• Saldatore ecc.
• Pistola per colla a caldo
• Stampante 3D (in fase iniziale di prototipazione)
• Plyer
• Calibri
• Carta abrasiva

Software:

• Fusione 360
• Arduino IDE
• cura

Materiali:

elettronica:

• LED (strisce led sottili SMD3535 per avvicinare le piastre)
• ESP8266
• Alimentazione 5v 10A
• Cablaggio, solo semplici fili sottili per i led 5v

materiali per "scultura":

• Acrilico 3mm (inciso a macchina laser)
• Legno, laser per montare i LED e supportare l'acrilico
• Stampa 3D nel primo prototipo per montaggio LED e supporto acrilico.
• materiale per fare la scatola, ho usato il foamboard all'inizio per fare una scatola velocemente e poi il legno tagliato al laser a CNC.

Passaggio 2: Passaggio 2: incisione laser e test di illuminazione

La prima cosa che ho voluto testare è stata la possibilità di realizzare un ologramma 3D con più lastre acriliche, partendo da una sfera. accumularsi su più lastre.

Ho stampato una semplice base in PLA con la mia stampante 3D e ho aggiunto alcuni LED che avevo ancora in giro.

Durante questo processo ho avuto l'idea se sarebbe stato possibile creare il bianco (luce) se avessi colorato i LED solo di rosso, verde o blu, avere 3 piastre in RGB in teoria renderebbe il bianco, ma funzionerebbe anche se è stratificato.

Dopo aver montato tutto insieme e acceso questo ho scoperto che in realtà ha funzionato, non era un bianco perfetto ma sicuramente stava mescolando i colori negli strati dietro di esso.

Ho pensato che forse avrebbe funzionato meglio se avessi cambiato da un'incisione solida per creare la forma in punti in modo che la luce fosse più facile da vedere su più livelli e funzionasse effettivamente come "pixel" ma poi in 3D.

Per perfezionare il processo ho realizzato alcuni fogli di prova con diversa densità dei punti e ho anche utilizzato più impostazioni diverse per sintonizzare il laser sulla forza di incisione perfetta. Devi sintonizzare il laser per la quantità di potenza che usa per incidere, più potenza usi e più lentamente incidi creerà un'incisione più profonda, e non tutti funzionano bene come gli altri in questa situazione. questo è diverso per ogni laser, consiglierei di usare un'impostazione piuttosto bassa, non hai bisogno di un'incisione profonda per questa scultura.

Passaggio 3: Passaggio 3: prototipo finale

Per il prototipo finale ho deciso di realizzare lastre acriliche di 20X20 cm in modo da poter vedere alcuni dettagli in più e avere una sensazione migliore di come potrebbe apparire anche su una scala più grande.

Ho realizzato un modulo luce in cui potevo posizionare un totale di 21 lastre in (7X3) perché volevo usarlo per testare fino a che punto sarebbe stato possibile andare, quante lastre potevano essere posizionate prima che l'effetto si perdesse o come ho trovato quando diventa "disordinato". Ho scoperto che 12 sarebbe un massimo decente, andare più in alto ha provocato troppa sfocatura.

Ho anche testato e giocato con la distanza tra i piatti, saltando un piatto alla volta si raddoppia la spaziatura tra i piatti e ulteriormente, anche qui ho scoperto che questo è abbastanza cruciale, quando si aumenta la distanza cambia anche l'effetto. Quello che penso succeda è che con la distanza maggiore gli occhi riescono meglio a rilevare la profondità. Questo risulta quindi che i colori si fondono meno.

La "targa" luminosa ha una striscia luminosa di 9 led per ogni linea dati targa che va avanti e indietro a zig-zag, con linee di alimentazione 5v su ogni lato, + linea su un lato e - linea sull'altro lato, fare è anche abbastanza facile da riparare.

L'alimentatore 5V 10A viene utilizzato per alimentare i LED e l'ESP8266 contemporaneamente.

Per l'ESP abbiamo creato un codice con l'aiuto di programmatori più esperti all'hackathon, questo pezzo è stato anche un esercizio di programmazione per me. Il codice che alla fine ho usato è un codice che sfuma tutte le lastre come una volta da RGB a GRB a BRG e di nuovo a RGB in un ciclo continuo. Raggruppando il controllo LED per 9 led in modo che ogni piastra abbia un colore, il codice controlla 12 piastre/viaggi gli altri sono solo inattivi perché non ne avevo bisogno. Ho aggiunto il codice qui.

Ho anche provato a controllare i LED usando il wifi sull'ESP con artnet e madmapper, ma non ero ancora soddisfatto dei risultati, dovrebbe funzionare bene ma prima avrei bisogno di avere una migliore comprensione di queste tecniche di "mappatura".

Passaggio 4: lezioni apprese

La prima cosa che ho imparato è stata lavorare con il laser cutter e l'incisore CNC. In passato ho usato queste tecniche per realizzare modelli, ma non ho mai avuto il tempo di esaminare la messa a punto più precisa, in particolare la messa a punto dell'incisione/incisione. Scoprendo che questo fa una bella differenza per l'intensità della luce risultante, e non significa semplicemente che un'incisione "più profonda" è migliore, avevo bisogno di trovare l'equilibrio dell'incisione quanto basta ma non troppo.

Per questo progetto ho voluto averlo anche come oggetto stand alone quindi con un ESP codificato in questo caso che controlla i led senza bisogno di nessun altro input, anche perchè volevo capire meglio la codifica, in passato ne ho fatti alcuni codificato in modo molto semplice, e i codici per questo pezzo non sono ancora molto complessi, ma quando ho iniziato questo hackathon parti di questo erano ancora totalmente nuove.

Poi, dopo queste tecniche di fabbricazione, si è giunti alla comprensione della luce. come si mescolerebbe questo e si mescolerebbe anche questo? Ho scoperto che lavorare con i punti invece di una forma completamente incisa, creando i "pixel" come affermato in precedenza. Prima ho scoperto che funziona ma quando ho aumentato la distanza tra le lastre l'effetto in realtà è diminuito di nuovo, la percezione dell'occhio umano facendolo funzionare e mescolando i colori ma anche succedendo qualcosa di magico perché i tuoi occhi non riescono a capire cosa sta succedendo, non possono concentrarsi davvero sulla profondità. Ma se la distanza tra le lastre aumenta, i tuoi occhi possono concentrarsi sulla profondità, ma poi la magia svanisce.

Passaggio 5: potenziali miglioramenti

Il primo miglioramento su cui sto ancora lavorando è ottenere un codice migliore e più complesso per controllare le piastre. Il mio obiettivo è avere più impostazioni ed effetti precodificati che possono essere attivati, ecco perché ho anche scelto di usare un ESP perché così potrei attivarli/controllarli facilmente usando il wifi.

Inoltre voglio fare una luce per soli 12 piatti come alla fine ho scelto di usare, il pezzo che ho fatto ora è perfetto per questa fase di test con distanza e numero di piatti ecc., ma ora ho scelto di andare per 12 piatti che rifarò uno che è fatto per 12 piastre e rende anche un po' migliore il montaggio dei LED, ora sono attaccati lì e si tengono in posizione con un pannello di gommapiuma improvvisato, per molto tempo questo non andrà bene per i LED, li attaccherei all'alluminio per una migliore conduttività termica e avere questi come moduli, quindi se qualcosa si rompe una striscia può essere facilmente rimossa e sostituita.

Per le piastre sto ancora testando cosa fare con i lati, ora i lati sono appena esposti e puoi vedere di che colore sono accesi, ho provato a costruire un recinto attorno all'intero pezzo ma non ero contento perché rifletteva la luce all'interno. Così ho iniziato a testare con alcuni speciali profili stampati in 3D, dipingendo i bordi o usando un foglio riflettente per mantenere la luce "dentro" le lastre.

Passaggio 6: gridare

Vorrei rivolgere un ringraziamento speciale alle seguenti persone:

• Teun Verkerk per l'invito a partecipare all'hackathon
• Nabi Kambiz, Nuriddin Kadouri e Aidan Wyber, per assistenza e guida durante l'hackathong. Aiutando e spiegando tutte le macchine e i materiali che erano a portata di mano e Aidan ha avuto una grande pazienza nello spiegare e nell'aiutare questo noob della programmazione.
• Chun-Yian Liew, un altro partecipante che ha anche realizzato un progetto straordinario. Chun mi ha anche aiutato un paio di volte quando non capivo cosa stesse succedendo con la programmazione.