Placas holográficas - Photonics Challenger Hackathon PhabLabs: 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

A principios de este año se me pidió que participara en el PhabLabs Photonics Hackathon en el Science Center Delft en los Países Bajos. Aquí tienen un gran espacio de trabajo con muchas máquinas que podrían usarse para crear algo que normalmente no podría hacer tan fácil.

Al comenzar el hackathon, pensé de inmediato que sería interesante hacer algo con las máquinas láser CNC que están disponibles allí.

En el taller tenían una pequeña placa de acrílico iluminada que estaba grabada con la patente de lego haciendo una especie de holograma, pero solo una capa, por lo que todavía era una imagen en 2D. Esto me hizo pensar en lo que sería posible si tomara varias capas de acrílico y creara una imagen holográfica en 3D real.

Comencé con solo una esfera y realmente comenzó a verse como una verdadera esfera suspendida, jugando con la iluminación, se me ocurrió la idea de si también podría jugar con el espectro de luz (blanca) acumulada. de luz roja, verde y azul, ¿sería realmente posible crear luz blanca nuevamente con estas placas colocadas una detrás de la otra, cada placa usando colores de luz primarios, rojo, verde o azul?

Paso 1: Paso 1 Materiales y herramientas necesarios

Instrumentos:

• Máquina de grabado y corte por láser CNC
• Soldador, etc.
• Pistola de silicona
• Impresora 3D (en fase inicial de creación de prototipos)
• Plyer
• Calibrador
• Papel de lija

Software:

• Fusion 360
• IDE de Arduino
• Cura

Materiales:

electrónica:

• LED (pequeñas tiras de LED SMD3535 delgadas para acercar las placas)
• ESP8266
• Fuente de alimentación 5v 10A
• Cableado, simples cables delgados para los leds de 5v

materiales para "escultura":

• Acrílico de 3 mm (grabado en máquina láser)
• Madera, láser para montar los LED y soportar el acrílico.
• Impresión 3D en el primer prototipo para montaje LED y soporte acrílico.
• material para hacer la caja, utilicé cartón pluma para comenzar a hacer una caja rápidamente y más tarde madera cortada con láser CNC.

Paso 2: Paso 2: Prueba de iluminación y grabado láser

Lo primero que quería probar era la posibilidad de hacer un holograma 3D con varias placas acrílicas, empezando por una esfera. se acumula a partir de varias placas.

Imprimí una base simple en PLA con mi impresora 3D y agregué algunos LED que todavía tenía por ahí.

Durante este proceso, tuve la idea de si sería posible crear blanco (luz) si coloreara los LED solo rojo, verde o azul, tener 3 placas en RGB, en teoría, haría blanco, pero ¿esto también funcionaría si estuviera en capas?.

Después de montar todo esto e iluminarlo, descubrí que en realidad funcionaba, no era un blanco perfecto, pero definitivamente mezclaba los colores en las capas detrás de él.

Pensé que tal vez funcionaría mejor si cambiaba de un grabado sólido para crear la forma a puntos para que la luz fuera más fácil de ver en múltiples capas y realmente funcionara como "píxeles" pero luego en 3D.

Para perfeccionar el proceso, hice algunas hojas de prueba con diferente densidad de puntos y también utilicé múltiples configuraciones diferentes para ajustar el láser a la fuerza de grabado perfecta. Debe ajustar el láser para la cantidad de energía que usa para grabar, mientras más energía use y más lento creará un grabado más profundo, y no todos funcionan tan bien como otros en esta situación. esto es diferente para cada láser, recomendaría usar un ajuste bastante bajo, no necesita un grabado profundo para esta escultura.

Paso 3: Paso 3: Prototipo final

Para el prototipo final, decidí hacer placas acrílicas de 20X20cm para que pudieras ver más detalles en ellas y tener una mejor idea de cómo podría verse incluso a mayor escala.

Hice un módulo de luz donde pude colocar un total de 21 placas en (7X3) porque quería usarlo para probar qué tan lejos sería posible llegar, cuántas placas se podrían colocar antes de que se pierda el efecto o como encontré cuando se vuelve "desordenado". Descubrí que 12 sería un máximo decente, subir más resultó en demasiado desenfoque.

También probé y jugué con la distancia entre las placas, al saltar una placa una vez se duplica el espacio entre las placas y además, aquí también descubrí que esto es bastante crucial, cuando se aumenta la distancia el efecto también cambia. Lo que creo que sucede es que a mayor distancia los ojos son más posibles para detectar la profundidad. Esto da como resultado que los colores se mezclen menos.

La "placa" de luz tiene una tira de luz de 9 leds para cada línea de datos de la placa que va hacia adelante y hacia atrás en zig-zag, con líneas eléctricas de 5v en cada lado, línea + en un lado y - línea en el otro lado, lo que también es bastante fácil de arreglar.

La fuente de alimentación de 5V 10A se utiliza para alimentar los LED y el ESP8266 a la vez.

Para el ESP, hicimos un código con la ayuda de codificadores más hábiles en el hackathon, esta pieza también fue un ejercicio de codificación para mí. El código que usé finalmente es un código que desvanece todas las placas como una vez de RGB a GRB a BRG y de regreso a RGB nuevamente en un bucle continuo. Agrupando el control de LED por 9 leds para que cada placa tenga un color, el código controla 12 placas / disparos, las otras simplemente están inactivas porque no las necesitaba. Agregué el código aquí.

También intenté controlar los LED usando el wifi en el ESP con artnet y madmapper, pero todavía no estaba contento con los resultados, esto debería funcionar bien, pero primero necesitaría tener una mejor comprensión de estas técnicas de "mapeo".

Paso 4: lecciones aprendidas

Lo primero que aprendí fue trabajar con la cortadora y grabadora láser CNC. En el pasado, utilicé estas técnicas para hacer modelos, pero nunca me tomé el tiempo para buscar la afinación más precisa, especialmente la afinación del grabado / grabado. Descubrí que esto hace una gran diferencia para la intensidad de la luz resultante, y no solo significa que un grabado "más profundo" es mejor, necesitaba encontrar el equilibrio del grabado lo suficiente, pero no demasiado.

Para este proyecto, también quería tenerlo como un objeto independiente, por lo que con un ESP codificado en este caso que controla los LED sin ninguna otra entrada necesaria, también porque quería comprender mejor la codificación, en el pasado hice algunos codificado realmente simple, y los códigos para esta pieza aún no son realmente complejos, pero cuando comencé este hackathon, partes de esto aún eran totalmente nuevas.

Luego, después de estas técnicas de fabricación, llegó a la comprensión de la luz. ¿Cómo se mezclaría esto y esto incluso se mezclaría? Descubrí que al trabajar con puntos en lugar de una forma totalmente grabada, se crean los "píxeles" como se indicó anteriormente. Primero descubrí que funciona, pero cuando aumenté la distancia entre las placas, el efecto en realidad disminuyó nuevamente, la percepción del ojo humano lo hizo funcionar y mezcló los colores, pero también sucedió algo mágico porque tus ojos no pueden captar lo que está sucediendo, no pueden. realmente enfócate en la profundidad. Pero si aumenta la distancia entre las placas, sus ojos pueden enfocarse en la profundidad, pero entonces la magia desaparece.

Paso 5: Mejoras potenciales

La primera mejora en la que todavía estoy trabajando es conseguir un código mejor y más complejo para controlar las placas. Mi objetivo es tener múltiples configuraciones y efectos precodificados que se puedan activar, por eso también elegí usar un ESP porque entonces podría activarlos / controlarlos fácilmente usando wifi.

Además, quiero hacer una luz para solo 12 placas como finalmente elegí usar, la pieza que hice ahora es perfecta para esta fase de prueba con distancia y número de placas, etc., pero ahora elegí ir por 12 placas que rehaceré. uno que está hecho para 12 placas y también hace que el montaje de los LED sea un poco mejor, ahora están pegados allí y se mantienen en su lugar con cartón pluma improvisado, durante mucho tiempo esto no será bueno para los LED, los pegaría en aluminio para mejor conductividad térmica y utilícelos como módulos, de modo que si algo se rompe, una tira se puede quitar y reemplazar fácilmente.

Para las placas también estoy probando qué hacer con los lados, ahora los lados están expuestos y puedes ver de qué color están iluminados, intenté construir un cerramiento alrededor de toda la pieza, pero no estaba contento con eso porque reflejó la luz de nuevo. Así que comencé a probar con algunos perfiles especiales impresos en 3D, pintando los bordes o usando una lámina reflectante para mantener la luz "dentro" de las placas.

Paso 6: Grita

Me gustaría dar un agradecimiento especial a las siguientes personas:

• Teun Verkerk por la invitación a participar en el hackathon
• Nabi Kambiz, Nuriddin Kadouri y Aidan Wyber, por su ayuda y orientación durante el hackathong. Ayudar y explicar todas las máquinas y materiales que estaban a mano y Aidan tuvo mucha paciencia para explicar y ayudar a este novato de codificación.
• Chun-Yian Liew, un compañero participante que también hizo un proyecto asombroso. Chun también me ayudó un par de veces cuando no entendía lo que estaba pasando con la codificación.