Placas holográficas - Photonics Challenger Hackathon PhabLabs: 6 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

No início deste ano, fui convidado a participar do PhabLabs Photonics Hackathon no Science Center Delft na Holanda. Aqui eles têm um ótimo espaço de trabalho com várias máquinas que poderiam ser usadas para criar algo que normalmente não seria capaz de tornar tão fácil.

Iniciando o hackathon eu imediatamente pensei que seria interessante fazer algo com as máquinas a laser CNC que estão disponíveis lá.

Na oficina, eles tinham uma pequena placa de acrílico iluminada que estava gravada com a patente de lego fazendo uma espécie de holograma, mas apenas uma camada, então ainda era apenas uma imagem 2D. Isso me fez pensar o que seria possível se eu pegasse várias camadas de acrílico e criasse uma imagem holográfica 3D real.

Comecei com apenas uma esfera e realmente começou a realmente parecer uma esfera suspensa real, brincando com a iluminação, pensei se também seria capaz de brincar com o espectro de luz (branca) construída de luz vermelha, verde e azul, seria realmente possível criar luz branca novamente com essas placas colocadas uma atrás da outra, cada placa usando apenas cores de luz primárias, vermelho, verde ou azul.

Etapa 1: Etapa 1 Materiais e ferramentas necessários

Ferramentas:

• Máquina de corte e gravação a laser CNC
• Ferro de soldar etc.
• Pistola de cola quente
• Impressora 3D (em fase inicial de prototipagem)
• Plyer
• Callipers
• Papel de lixa

Programas:

• Fusion 360
• IDE Arduino
• Cura

Materiais:

eletrônicos:

• LEDs (pequenas tiras de LED SMD3535 para aproximar as placas)
• ESP8266
• Fonte de alimentação 5v 10A
• Fiação, apenas fios finos simples para os leds de 5v

materiais para "escultura":

• Acrílico de 3 mm (gravado em máquina a laser)
• Madeira, laser para montar os LEDs e apoiar o acrílico
• Impressão 3D no protótipo inicial para montagem de LED e suporte de acrílico.
• material para fazer a caixa, usei foamboard no começo para fazer uma caixa rápido e depois corte a madeira CNC a laser.

Etapa 2: Etapa 2: Teste de gravação e iluminação a laser

A primeira coisa que eu queria testar era a possibilidade de fazer um holograma 3D com várias placas de acrílico, começando com uma esfera. acumular em placas múltiplas.

Eu imprimi uma base simples em PLA com minha impressora 3D e adicionei alguns LEDs que ainda tinha por aí.

Durante este processo eu tive a ideia se seria possível criar branco (luz) se eu colorisse os LEDs apenas de vermelho verde ou azul, ter 3 placas em RGB faria em teoria o branco, mas isso também funcionaria se fosse em camadas.

Depois de montar tudo junto e acender, descobri que realmente funcionava, não era um branco perfeito, mas definitivamente estava misturando as cores nas camadas por trás dele.

Achei que talvez funcionasse melhor se eu mudasse de um etch sólido para criar a forma em pontos para que a luz fosse mais fácil de ver em várias camadas e funcionasse realmente como "pixels", mas em 3D.

Para aperfeiçoar o processo, fiz algumas folhas de teste com diferentes densidades de pontos e também usei várias configurações diferentes para ajustar o laser para a força de gravação perfeita. Você tem que ajustar o laser para a quantidade de energia que ele usa para gravar, quanto mais energia você usar e mais devagar criará uma gravação mais profunda, e nem todos funcionam tão bem quanto outros nesta situação. isso é diferente para cada laser, eu recomendaria usar uma configuração bastante baixa, você não precisa de uma gravação profunda para esta escultura.

Etapa 3: Etapa 3: Protótipo Final

Para o protótipo final decidi fazer placas de acrílico de 20X20cm para que você pudesse ver mais alguns detalhes nelas e ter uma noção melhor de como ficaria mesmo em uma escala maior.

Fiz um módulo de luz onde poderia colocar um total de 21 placas (7X3) porque queria usá-lo para testar o quão longe seria possível ir, quantas placas poderiam ser colocadas antes que o efeito fosse perdido ou como eu encontrei quando começa a ficar "confuso". Descobri que 12 seria um máximo decente, subir mais alto resultava em muito desfoque.

Também testei e brinquei com a distância entre os pratos, pulando um prato por vez duplicava o espaçamento entre os pratos e mais, aqui também descobri que isso é bastante crucial, quando a distância é aumentada o efeito também muda. O que eu acho que acontece é que com a maior distância os olhos são mais capazes de detectar a profundidade. O resultado é que as cores se misturam menos.

A "placa" de luz tem uma faixa de luz de 9 leds para cada linha de dados da placa indo e voltando em zigue-zague, com linhas de força de 5v de cada lado, linha + de um lado e - linha do outro lado, tornando também bastante fácil de consertar.

A fonte de alimentação 5V 10A é usada para alimentar os LEDs e o ESP8266 de uma só vez.

Para o ESP, fizemos um código com a ajuda de programadores mais habilidosos no hackathon, essa peça também foi um exercício de codificação para mim. O código que acabei usando é um código que desvanece todas as placas como uma vez de RGB para GRB para BRG e de volta para RGB novamente em um loop contínuo. Agrupando o controle de LED por 9 leds para que cada placa tivesse uma cor, o código controla 12 placas / viagens as outras ficam inativas porque não precisei delas. Eu adicionei o código aqui.

Eu também tentei controlar os LEDs usando o wi-fi no ESP com artnet e madmapper, mas não estava feliz com os resultados ainda, isso deve funcionar bem, mas primeiro eu preciso ter um melhor entendimento dessas técnicas de "mapeamento".

Etapa 4: Lições Aprendidas

A primeira coisa que aprendi foi trabalhar com o cortador e gravador CNC a laser. No passado eu usei essas técnicas para fazer modelos, mas nunca tive tempo para olhar para a afinação mais precisa, especialmente afinando a gravura / gravura. Descobrindo que isso faz uma grande diferença para a intensidade de luz resultante, e não apenas significando que uma gravação "mais profunda" é melhor, eu precisava encontrar o equilíbrio da gravura apenas o suficiente, mas não muito.

Para este projeto, eu também queria tê-lo como um objeto autônomo, então com um ESP codificado, neste caso, que controla os LEDs sem qualquer outra entrada necessária, também porque eu queria obter um melhor entendimento sobre a codificação, no passado fiz alguns codificados realmente simples, e os códigos para esta peça ainda não são realmente complexos, mas quando comecei este hackathon, partes disso ainda eram totalmente novas.

Então, após essas técnicas de fabricação, veio a compreensão da luz. como isso se misturaria e isso ainda se misturaria? Descobri que trabalhar com pontos em vez de uma forma totalmente gravada, criando os "pixels" conforme afirmado anteriormente. Primeiro descobrir que funciona, mas quando eu aumentei a distância entre as placas, o efeito realmente diminuiu novamente, a percepção do olho humano fazendo funcionar e misturando as cores, mas também algo mágico acontecendo porque seus olhos não conseguem ver o que está acontecendo, eles não conseguem realmente foque na profundidade. Mas se a distância entre as placas aumentar, seus olhos podem focar na profundidade, mas a magia se foi.

Etapa 5: melhorias potenciais

A primeira melhoria em que ainda estou trabalhando é obter um código melhor e mais complexo para controlar as placas. Meu objetivo é ter várias configurações e efeitos pré-codificados que podem ser acionados, é por isso que eu também escolhi usar um ESP, porque então eu poderia acionar / controlar facilmente usando wi-fi.

Além disso, quero fazer uma luz para apenas 12 placas como eventualmente escolhi usar, a peça que fiz agora é perfeita para essa fase de teste com distância e número de placas etc, mas agora optei por 12 placas que vou refazer uma que é feita para 12 placas e também deixa a montagem dos leds um pouco melhor, agora eles estão colados lá e seguram com foamboard improvisado, com o tempo isso não vai ser bom para os leds, eu colocaria no alumínio para melhor condutividade de calor e tê-los como módulos, de modo que, se algo quebrar, uma tira pode ser facilmente removida e substituída.

Para as placas também ainda estou testando o que fazer com as laterais, agora as laterais estão apenas expostas e você pode ver de que cor elas estão iluminadas, tentei construir um cercado em volta de toda a peça, mas não fiquei feliz com isso porque refletiu a luz de volta. Então comecei a testar alguns perfis especiais impressos em 3D, pintando as bordas ou usando folha refletiva para manter a luz "dentro" das placas.

Etapa 6: grite

Eu gostaria de dar alguns agradecimentos especiais às seguintes pessoas:

• Teun Verkerk pelo convite para participar do hackathon
• Nabi Kambiz, Nuriddin Kadouri e Aidan Wyber, pela assistência e orientação durante o hackathong. Ajudando e explicando todas as máquinas e materiais que estavam à mão e Aidan teve muita paciência explicando e ajudando este noob de codificação.
• Chun-Yian Liew, um colega participante que também fez um projeto incrível. Chun também me ajudou algumas vezes quando eu não entendia o que estava acontecendo com a codificação.