Holografische platen - Fotonica Challenger Hackathon PhabLabs - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Begin dit jaar werd ik gevraagd om deel te nemen aan de PhabLabs Photonics Hackathon in het Science Centre Delft in Nederland. Hier hebben ze een geweldige werkruimte met veel machines die kunnen worden gebruikt om iets te maken dat ik normaal niet zo gemakkelijk zou kunnen maken.

Bij het starten van de hackathon dacht ik meteen dat het interessant zou zijn om iets te doen met de CNC-lasermachines die daar beschikbaar zijn.

In de werkplaats hadden ze daar een kleine verlichte acrylplaat staan die was geëtst met het patent van lego waardoor een soort hologram werd gemaakt maar slechts één laag, dus het was nog steeds een 2D-beeld. Dit zette me aan het denken wat er mogelijk zou zijn als ik meerdere lagen acryl zou nemen en een echt 3D holografisch beeld zou maken.

Ik begon met alleen een bol en het begon er eigenlijk echt uit te zien als een echte hangende bol, spelend met de verlichting kwam ik op het idee of het dan ook zou kunnen spelen met het spectrum van (wit) licht dat wordt opgebouwd van Rood Groen en Blauw licht, zou het eigenlijk mogelijk zijn om weer wit licht te creëren met deze platen achter elkaar, waarbij elke plaat alleen primaire lichtkleuren gebruikt, Rood Groen of Blauw.

Stap 1: Stap 1 Benodigde materialen en gereedschappen

Gereedschap:

• CNC lasersnij- en etsmachine
• Soldeerbout enz.
• Heet lijmpistool
• 3D-printer (in vroege prototypefase)
• Plyer
• Remklauwen
• Schuurpapier

Software:

• Fusie 360
• Arduino IDE
• Cura

Materialen:

elektronica:

• LED's (kleine dunne SMD3535 ledstrips om de platen dicht bij elkaar te krijgen)
• ESP8266
• 5v 10A voeding
• Bedrading, gewoon simpele dunne draden voor de 5v leds

materialen voor "sculptuur":

• 3 mm acryl (geëtst in lasermachine)
• Hout, laser om de LED's op te monteren en het acryl te ondersteunen
• 3D-print in vroeg prototype voor LED-montage en acrylondersteuning.
• materiaal om doos te maken, ik gebruikte foamboard in het begin om snel een doos te maken en later laser CNC gesneden hout.

Stap 2: Stap 2: Laseretsen en lichttesten

Het eerste wat ik wilde testen was de mogelijkheid om een 3D hologram te maken met meerdere acrylplaten, te beginnen met een bol. opgebouwd uit meerdere platen.

Ik heb een eenvoudige basis in PLA geprint met mijn 3D-printer die ik zelf heb en enkele LED's toegevoegd die ik nog had liggen.

Tijdens dit proces kreeg ik het idee of het mogelijk zou zijn om wit (licht) te creëren als ik de LED's alleen rood groen of blauw zou kleuren, 3 platen in RGB zou dan in theorie wit maken, maar zou dit ook werken als het gelaagd is.

Nadat ik dit allemaal in elkaar had gezet en aangestoken, ontdekte ik dat het eigenlijk een beetje werkte, het was niet perfect wit, maar het was absoluut de kleuren in de lagen erachter mengen.

Ik dacht dat het misschien beter zou werken als ik zou veranderen van een solide ets om de vorm in stippen te creëren, zodat het licht gemakkelijker te zien zou zijn over meerdere lagen en eigenlijk zou werken als "pixels", maar dan in 3D.

Om het proces te perfectioneren heb ik een aantal testvellen gemaakt met verschillende dichtheid van de punten en ook meerdere verschillende instellingen gebruikt om de laser af te stemmen op de perfecte etssterkte. U moet de laser afstemmen op de hoeveelheid stroom die hij gebruikt om te etsen, hoe meer stroom u gebruikt en hoe langzamer u etst, hoe dieper u etst, en niet alle lasers werken zo goed als andere in deze situatie. dit is per laser verschillend, ik raad aan om een vrij lage stand te gebruiken, voor dit beeld heb je geen diepe ets nodig.

Stap 3: Stap 3: Definitief prototype

Voor het uiteindelijke prototype heb ik besloten om acrylplaten van 20X20cm te maken, zodat je er wat meer details in kunt zien en een beter idee krijgt van hoe het er zelfs op grotere schaal uit zou kunnen zien.

Ik heb een lichtmodule gemaakt waar ik in totaal 21 platen in kon plaatsen (7X3) omdat ik het wilde gebruiken om te testen hoe ver het mogelijk zou zijn om te gaan, hoeveel platen er geplaatst zouden kunnen worden voordat het effect verloren gaat of zoals ik vond uit wanneer wordt het "rommelig". Ik kwam erachter dat 12 een behoorlijk maximum zou zijn, hoger gaan resulteerde in te veel onscherpte.

Ik heb ook getest en gespeeld met de afstand tussen de platen, door één plaat per keer over te slaan verdubbelt de afstand tussen de platen en verder, hier kwam ik er ook achter dat dit vrij cruciaal is, wanneer de afstand wordt vergroot, verandert het effect ook. Wat ik denk dat er gebeurt, is dat met de grotere afstand de ogen beter in staat zijn om de diepte te detecteren. Dit heeft dan tot gevolg dat de kleuren minder overvloeien.

De licht "plaat" heeft een lichtstrip van 9 leds voor elke plaat datalijn die zigzag heen en weer gaat, met 5v hoogspanningslijnen aan elke kant, + lijn aan de ene kant en - lijn aan de andere kant, waardoor het ook vrij eenvoudig te repareren.

5V 10A voeding wordt gebruikt om de LED's en de ESP8266 tegelijk van stroom te voorzien.

Voor de ESP hebben we een code gemaakt met wat hulp van meer ervaren programmeurs op de hackathon, dit stuk was ook een oefening in coderen voor mij. De code die ik uiteindelijk heb gebruikt, is een code die alle platen vervaagt als een keer van RGB naar GRB naar BRG en weer terug naar RGB in een continue lus. De LED-besturing groeperen per 9 leds zodat elke plaat één kleur zou hebben, de code bestuurt 12 platen/trips, de anderen zijn gewoon inactief omdat ik ze niet nodig had. Ik heb de code hier toegevoegd.

Ik heb ook geprobeerd om de LED's te bedienen met behulp van de wifi op de ESP met artnet en madmapper, maar was nog niet tevreden met de resultaten, dit zou goed moeten werken, maar ik zou eerst wat beter begrip moeten hebben van deze "mapping" -technieken.

Stap 4: Geleerde lessen

Het eerste wat ik leerde was het werken met de CNC lasersnijder en graveur. In het verleden gebruikte ik deze technieken om modellen te maken, maar ik heb nooit de tijd genomen om te kijken naar de preciezere afstemming, vooral het afstemmen van de gravure/ets. Toen ik ontdekte dat dit nogal een verschil maakt voor de resulterende lichtintensiteit, en niet alleen maar betekent dat een "diepere" gravure beter is, moest ik de balans van het etsen net genoeg vinden, maar niet te veel.

Voor dit project wilde ik het ook als een op zichzelf staand object hebben, dus met een gecodeerde ESP in dit geval die de LED's bestuurt zonder dat andere invoer nodig is, ook omdat ik een beter begrip wilde krijgen van codering, in het verleden heb ik enkele heel eenvoudig gecodeerd, en de codes voor dit stuk zijn nog steeds niet echt ingewikkeld, maar toen ik met deze hackathon begon, waren delen hiervan nog helemaal nieuw.

Na deze maaktechnieken kwam het tot het begrijpen van het licht. hoe zou dit mengen en zou dit zelfs mengen? Ik kwam erachter dat het werken met stippen in plaats van een volledig gegraveerde vorm, de "pixels" creëerde zoals eerder vermeld. Eerst erachter komen dat dat werkt, maar toen ik de afstand tussen de platen vergrootte, nam het effect eigenlijk weer af, de perceptie van het menselijk oog waardoor het werkte en de kleuren vermengden, maar er gebeurde ook iets magisch omdat je ogen niet kunnen begrijpen wat er aan de hand is, ze kunnen niet echt focussen op de diepte. Maar als de afstand tussen de platen groter wordt, kunnen je ogen focussen op de diepte, maar dan is de magie weg.

Stap 5: Potentiële verbeteringen

De eerste verbetering waar ik nog aan werk is een betere en complexere code om de platen te besturen. Mijn doel is om meerdere instellingen en voorgecodeerde effecten te hebben die kunnen worden geactiveerd, daarom heb ik er ook voor gekozen om een ESP te gebruiken, omdat ik deze dan gemakkelijk via wifi zou kunnen activeren / bedienen.

Verder wil ik een lamp maken voor slechts 12 platen zoals ik uiteindelijk heb gekozen om te gebruiken, het stuk dat ik nu heb gemaakt is perfect voor deze testfase met afstand en aantal platen enz., maar nu heb ik ervoor gekozen om voor 12 platen te gaan die ik opnieuw zal maken een die gemaakt is voor 12 platen en ook de montage van de LED's een beetje beter maakt, nu worden ze erin geplakt en op hun plaats gehouden met geïmproviseerd foamboard, dit zal op den duur niet goed zijn voor de LED's, ik zou ze op aluminium plakken voor betere warmtegeleiding en deze als modules hebben, zodat als er iets zou breken, een strip gemakkelijk kan worden verwijderd en vervangen.

Voor de platen ben ik ook nog aan het testen wat ik met de zijkanten moet doen, nu zijn de zijkanten gewoon zichtbaar en kun je zien welke kleur ze verlicht zijn, ik heb geprobeerd een omheining rond het hele stuk te bouwen maar was daar niet blij mee omdat het weerkaatste het licht weer naar binnen. Dus begon ik te testen met een aantal speciale 3D-geprinte profielen, waarbij ik de randen schilderde of reflecterende folie gebruikte om het licht "binnen" de platen te houden.

Stap 6: Schreeuw het uit

Een speciaal woord van dank wil ik richten aan de volgende personen:

• Teun Verkerk voor de uitnodiging om deel te nemen aan de hackathon
• Nabi Kambiz, Nuriddin Kadouri en Aidan Wyber, voor hulp en begeleiding tijdens de hackathong. Helpen en uitleggen van alle machines en materialen die voorhanden waren en Aidan had veel geduld om deze codeernoob uit te leggen en te helpen.
• Chun-Yian Liew, een mede-deelnemer die ook een geweldig project heeft gemaakt. Chun heeft me ook een paar keer geholpen toen ik niet begreep wat er gebeurde met coderen.