¡Todo vapor! al infinito y más allá: 11 pasos

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

Una colaboración entre Alicia Blakey y Vanessa Krause

¿Quién diablos es Fibonacci?

Basándonos en el diseño de Alicia (los engranajes planetarios anidados), decidimos colaborar para intentar crear un sistema funcional de engranajes que se pueda mostrar en posición vertical. Idealmente, queremos que nuestra audiencia se sienta cómoda y obligada a interactuar con este diseño. Al utilizar una variedad de métodos descritos en este documento, hablaremos sobre el proceso de diseño y cómo luchamos con problemas matemáticos, lógica y elecciones de materiales.

Bin-it

Reclutar a nuestros hermanos inclinados a las matemáticas para ayudar: Mi hermano Joey me envió una Fórmula de Binet … sin explicación sobre cómo usarla. Cuando le envié un mensaje de texto y le dije: "Oye, Joey, ¿podrías explicármelo?" a lo que respondió: "¿Qué parte?"

Como no tengo ninguna inclinación matemática, le pedimos al hermano de Alicia, Merrick, que nos explicara cómo se podría aplicar la fórmula para hacer los engranajes de anidación. Pasó unos diez minutos resolviéndolo, respondió con "sí, funciona" y luego dijo "Tengo que irme" y nos dejó sin respuestas y sin fórmula traducida.

Pasamos otros 30 minutos buscando una respuesta a nuestra consulta …

Internet tiene respuestas

Para ir más allá de la barrera de Binet, decidimos buscar en Internet respuestas y sugerencias para resolver nuestro acertijo. Encontramos varios sitios que pueden crear engranajes compatibles.

Algunos de estos sitios son:

Planetario del generador de engranajes

Catalizador de engranajes

Una vez que tuvimos estos generadores de engranajes para ayudar con los aspectos matemáticos de este proyecto, pasamos a Adobe Illustrator para crear versiones de líneas de estos engranajes. Alicia se centró en hacer que cada equipo fuera compatible con las cortadoras láser en el centro 100 McCaul RP. Decidimos usar madera contrachapada Baltic Birch de ⅛”para el corte inicial, para asegurarnos de que las matemáticas se alinearan correctamente. Alicia hizo más de 3 pequeñas maquetas de cómo podrían verse estos engranajes. Con cada iteración, había problemas con la cortadora láser que quitaba muy poco o demasiado de los pequeños sistemas de engranajes, por lo que ya no se enclavaban y giraban de manera efectiva (usó acrílico y madera contrachapada (⅛”). Este proceso fue frustrante, pero nos ayudó a darnos cuenta de las limitaciones del corte por láser para este proyecto.

El profesor sabe mejor

Alicia y yo somos muy tercos y estamos decididos a resolver el enigma de los engranajes anidados. Estaba dispuesto a conformarme con engranajes planetarios entrelazados, sin embargo, ¡Alicia necesitaba respuestas! En un último intento por encontrar consuelo en las matemáticas, Alicia se puso en contacto con un profesor jubilado de la Queen's University. Explicó que para medir fácilmente las distancias entre cada uno de los engranajes, tendría que dividir y medir 37 segmentos. Esto permitiría que todos los dientes se alinearan correctamente. Al dedicar tiempo a resolver el acertijo, todavía había un pequeño problema matemático con la alineación. Nos decidimos por los engranajes planetarios, dada nuestra restricción de tiempo general.

¡Despegar

Mientras Alicia resolvía problemas matemáticos profundos, yo me concentré en imprimir naves espaciales en 3D. Esto ayudó a solidificar el tema general y también a darle a nuestra pieza una calidad interactiva más acogedora. Al usar Thingiverse, pude encontrar un divertido diseño de nave espacial retro (creado por cerberus333). Este diseño me permitió modificar la escala para que fuera mucho más pequeña. Al agregar la nave espacial, nuestra audiencia podrá aferrarse a ella, mientras los engranajes giran juntos. Esta fue una solución muy simple para hacer que la pieza fuera más acogedora para los demás. Basado en la naturaleza de código abierto de Thingiverse, cualquier persona con una computadora y acceso a una impresora 3D puede crear este objeto por sí mismo. La impresión también fue relativamente rápida (tomó menos de 2 horas imprimir 7 naves espaciales). Solo terminamos usando 3 o 7 copias impresas.

Disparar a la luna…

Basándonos en la idea de diseño inicial, Alicia y yo queríamos crear engranajes planetarios con muchas luces LED integradas que serían activadas por nuestros imanes (adjuntos a la parte posterior de cada engranaje) para que el modelo pudiera mantenerse erguido e iluminar cada "estrella". sistema mientras gira. Alicia fue a Home Hardware y compró el circuito LED del interruptor Reed y los sensores magnéticos. Usé un taladro y una sierra de mano para hacer la abertura correcta para que el LED y el sensor magnético encajaran en el tablero de madera contrachapada. Más tarde nos dimos cuenta de que los paquetes de baterías comprados en Home Hardware en College y Spadina en realidad estaban defectuosos y solo encendían una bombilla LED cuando pasaba el imán.

Más que solo vandalismo

Para este proyecto, también quería aplicar algunas técnicas creativas más prácticas. Aunque los engranajes de madera y acrílico eran hermosos por sí mismos, carecían de un tema común con las naves espaciales. Decidí usar pintura acrílica en aerosol Molotow para crear un motivo de galaxias para los sistemas de engranajes. Aunque estábamos planeando pintar con aerosol todo el tablero, nos encontramos con la pequeña escala de la cabina de pintura ubicada en el Maker Lab en nuestras instalaciones para graduados. Basándonos en esta limitación de tamaño, decidimos pintar con aerosol los engranajes de manera asimétrica. De esta manera, la nave espacial podría sentarse en uno de los engranajes lisos o pintados con aerosol para ayudar al participante a comprender nuestro tema general.

Orbita

Una vez que se ensamblaron todos los engranajes a gran escala, Alicia usó las herramientas de soldadura para soldar el sensor magnético y el LED. Decidimos la ubicación del 1 LED de trabajo y lo colocamos cerca del engranaje central. Cuando se colocaron 3 imanes fuertes debajo de la nave espacial, ¡sucedió el resultado deseado! ¡Teníamos luz! Sin embargo, tener otros imanes debajo de los engranajes (para sostenerlos verticalmente) habría interferido con el sensor magnético. Por lo tanto, decidimos que el diseño debía permanecer como una versión de sobremesa.

Lado oscuro de la luna

Los principales desafíos que enfrentamos en esta iteración colaborativa fueron las limitaciones del corte por láser y la tecnología de batería. El archivo de diseño, las naves espaciales de impresión 3D y el ensamblaje manual (usar herramientas tradicionales como taladros, una sierra de mano, pegamento y abrazaderas fue sorprendentemente fácil). Si alguien pudiera recrear esta pieza, el principal desafío sería usar las matemáticas para trazar el diseño más ideal que el láser puede cortar. También luchamos con la limitación de tiempo, e idealmente nos gustaría volver a visitar este proyecto en un futuro cercano para seguir expandiendo este concepto.

Herramientas y tecnología

Para crear este proyecto fielmente, necesitarían tener conocimientos básicos del proceso de diseño, matemáticas, cómo usar la IA y configurar correctamente para cortar un archivo láser. A continuación, necesitarían algunos conocimientos básicos de electricidad (LED, sensor magnético y soldadura). Necesitarán acceso a un área bien ventilada para pintar con aerosol y diseñar estos engranajes a la medida. Se usó un Taz Lulzbot 6 para imprimir la nave espacial, junto con el filamento PLA Village Plastics (cualquier color servirá, ya que también puede pintarlos en aerosol). Finalmente, necesitarán conocimientos básicos de cómo usar un taladro y una sierra de mano para cortar las dimensiones adecuadas de los orificios para cada LED y sensor magnético (esto debe medirse con cuidado, ya que el sensor no es muy fuerte y debe colocarse a poca distancia del imán). Finalmente, si desea recrear fielmente este proyecto, ¡también necesitará algo de espacio de montaje!

Un gran salto para la humanidad

¡Hemos llegado a MARTE! ¡Solo bromeo! Mediante el uso de métodos de fabricación digital, pudimos crear un sistema matemático de engranajes y hacerlo con madera y acrílico (a la velocidad que se necesita para ponerse el casco de astronauta). Esto no habría sido posible sin la tecnología de archivos de Adobe Illustrator combinada con el corte por láser. Los láseres son extremadamente precisos y rápidos. Algo que hubiera sido imposible de lograr con las herramientas de fabricación tradicionales por sí solas. Aunque los métodos tradicionales no se utilizaron en el proceso de fabricación principal, se volvieron extremadamente importantes en el ensamblaje final y la inclusión de tecnología.

Todo vapor

Desde un punto de vista educativo, este sistema de engranajes planetarios incorporó todos los fundamentos del aprendizaje práctico. La gamificación juega un papel importante en el producto final para que sea atractivo para los usuarios. Sin embargo, uno de los principales beneficiarios de este proyecto es la Educación. Este proyecto puede enseñar habilidades prácticas, comenzando con matemáticas, ingeniería, razonamiento espacial y ciclos electrónicos. Puede darles a los estudiantes la oportunidad de ver cómo las matemáticas se conectan con el mundo físico y cómo los procesos mecánicos (como el corte por láser) dependen de cálculos precisos. Finalmente, los estudiantes tienen la oportunidad de aplicar la creatividad y las artes visuales al proceso de agregar pintura, color, collage para especificar su diseño. También les permite crear un entorno de aprendizaje interactivo que apoya STEAM en el aula. STEAM se incluye en todos los criterios de creación de este proyecto incorporando efectivamente:

Ciencias

Tecnología

Ingenieria

Letras

Matemáticas

Ha habido un impulso reciente en años para mejorar la alfabetización mediática y el desarrollo en estudiantes tan jóvenes como el primer grado. Como sugiere el currículo de Ontario, tener oportunidades interdisciplinarias para la educación es importante para desarrollar el amor por el aprendizaje de los estudiantes (K-12). ¡Este proyecto es un enfoque consciente para la resolución de problemas, la colaboración y el aprendizaje práctico de código abierto que se necesita en muchas materias del plan de estudios de Ontario y más allá!

Constelaciones ilimitadas

Finalmente, es importante reconocer que este diseño podría mejorarse mucho en manos de otras personas. Esto significa que aunque todos los componentes se encuentran aquí, todavía hay muchas modificaciones y remezclas de este diseño que son posibles. Al trabajar en colaboración, este diseño tiene un potencial ilimitado. Es un gran proyecto de inicio para cualquier persona interesada en aplicar STEAM a su propia práctica de aprendizaje. Debido a que el diseño se basa en las matemáticas, se puede cambiar, alterar y rehacer en muchas constelaciones diferentes. Este proyecto promueve la idea de que no hay una sola forma de hacer.

Paso 1: ¡Bin It

¿Puedes resolver este rompecabezas?

Paso 2: generar los engranajes

Utilizando la sección de referencias que se puede encontrar a continuación, le proporcionamos herramientas para generar engranajes. Hay 2 sitios web, uno que es exclusivo para planos matemáticos y el otro sitio analiza los diferentes materiales y variaciones si tuviera que cortar los engranajes usted mismo.

Ambos son importantes al planificar y construir su archivo para corte con láser, ya que ambos lo ayudarán a considerar los materiales y comprender cómo trabajar dentro de las construcciones de ligeras variaciones imprevistas.

Investigación Infame por su conocimiento compartido, Matthias se hace eco en muchos proyectos de engranajes porque proporciona información simplificada sobre cómo cortar a mano sus propios engranajes. También proporciona información básica para que pueda comenzar su proyecto con una buena base. Esto es esencial para generar un sistema que funcione y habilidades de resolución de problemas para solucionar problemas más tarde. El siguiente glosario proporcionado fue creado y proporcionado por: [email protected]

Paso 3: espacio entre dientes

Número de milímetros de un diente al siguiente, a lo largo del diámetro primitivo.

Dientes del engranaje 1: Número de dientes en el engranaje que se van a renderizar para el engranaje. Controla la marcha izquierda cuando se muestran dos marchas. Introduzca un valor negativo para las ruedas dentadas.

Cremallera y piñón: Cambie el engranaje 1 a un engranaje lineal (cremallera). También puede convertir el otro engranaje en una cremallera ingresando "0" para el recuento de dientes.

Distancia de calibración medida (mm): Después de imprimir una página de prueba, mida la distancia entre las líneas marcadas "esto debería ser 150 mm". Si no es de 150 mm, ingrese el valor en este campo para compensar la escala de la impresora. La siguiente impresión debe tener el tamaño correcto.

Ángulo de contacto (grados): el ángulo de presión de los engranajes. Para engranajes con menor cantidad de dientes, ajústelo un poco más grande para obtener dientes más inclinados que tengan menos probabilidades de atascarse.

Engranaje 2 dientes: Número de dientes del engranaje de la derecha, si está renderizado. La casilla de verificación controla si se renderizan uno o dos engranajes.

Dos engranajes: al imprimir plantillas, es útil que solo se muestre un engranaje.

Radios: muestra el engranaje con radios. Los radios solo se muestran para engranajes con 16 o más dientes.

Paso 4: Matemáticas

Encontré la siguiente ecuación para ayudar a construir mi disposición de engranajes y para determinar que los engranajes funcionarán y encajarán juntos.

Denote R, S y P como el número de dientes en los engranajes.

La primera restricción para que funcione un engranaje planetario es que todos los dientes tienen el mismo paso o espacio entre dientes. Esto asegura que los dientes encajen. Lo que hice fue hacer 3 lados separados que tenían el mismo paso pero no coincidían entre sí para que los engranajes siempre se alinearan pero en un patrón diferente. La segunda restricción es: R = 2 × P + S

Es decir, el número de dientes en la corona es igual al número de dientes en el engranaje solar medio más el doble del número de dientes en los engranajes planetarios. Un ejemplo de esto sería 30 = 2 × 9 + 12. O puede ir al sitio web de generación de engranajes en https://geargenerator.com o

Paso 5: archivos SVG e Illustrator

Si está importando un archivo desde el generador de engranajes y no lo ha construido en Illustrator, tendrá que seguir las instrucciones a continuación para trabajar con archivos SVG en Illustrator.

Illustrator proporciona un conjunto predeterminado de efectos SVG. Puede utilizar los efectos con sus propiedades predeterminadas, editar el código XML para producir efectos personalizados o escribir nuevos efectos SVG.

Para importar un archivo SVG a Illustrator:

Elija Efecto> Filtro SVG> Importar filtro SVG.

Seleccione el archivo SVG desde el que desea importar efectos y haga clic en Abrir.

Para manipular un archivo SVG en Illustrator: seleccione un objeto o grupo (o seleccione una capa en el panel Capas).

Realice una de las siguientes acciones: Para aplicar un efecto con su configuración predeterminada, seleccione el efecto en la sección inferior del submenú Efecto> Filtros SVG.

Para aplicar un efecto con configuraciones personalizadas, elija Efecto> Filtros SVG> Aplicar filtro SVG.

En el cuadro de diálogo, seleccione el efecto y haga clic en el botón Editar filtro SVG fx.

Edite el código predeterminado y haga clic en Aceptar.

Para crear y aplicar un nuevo efecto, elija Efecto> Filtros SVG> Aplicar filtro SVG.

En el cuadro de diálogo, haga clic en el botón Nuevo filtro SVG, ingrese el nuevo código y haga clic en Aceptar.

Cuando aplica un efecto de filtro SVG, Illustrator muestra una versión rasterizada del efecto en la mesa de trabajo. Puede controlar la resolución de esta imagen de vista previa modificando la configuración de resolución de rasterización del documento.

Paso 6: guardar su archivo

Exporte su archivo como.eps o.ai.

Vaya a la configuración y asegúrese de que está trabajando en modo RGB, NO CMYK.

Puede cambiar esto yendo a:

Seleccione Archivo -> Modo de color del documento -> RGB

Todas las líneas de corte deben indicarse mediante líneas rojas, azules y verdes con un grosor de trazo de 0,01 puntos.

El láser interpretará los colores como líneas de corte ordenadas trabajando de adentro hacia afuera.

Comenzando con rojo (RGB: 255, 0, 0) seguido de azul (RGB 0, 0, 255) y finalmente verde (RGB 0, 255, 0).

Todos los cortes interiores deben cortarse primero y, por lo tanto, deben ser rojos, los cortes posteriores deben ser azules y los cortes exteriores finales deben ser verdes. Asegúrese de que todos sus engranajes encajen y que no haya líneas que se crucen antes de configurar la impresión.

Si parece que sus engranajes no están formateados correctamente, puede consultar la página del generador de engranajes y reevaluar sus cálculos.

Guárdelos como archivos.ai y transfiéralos al programa Bosslaser.

Este programa también le permite manipular su archivo. Puede utilizar este programa para enviar su archivo directamente a la cortadora láser.

Paso 7: Thingiverse e impresión 3D

Como se menciona en el esquema principal de este proyecto, ¡puede imprimir sus naves espaciales 3D en cualquier momento! Cree su propio diseño utilizando ThinkerCAD, OpenSCADFusion360 o Rhino, o vaya a Thingiverse y busque un proyecto de creative commons para imprimir. ¡Quizás incluso pueda modificar algunos de los archivos para adaptarlos a su desafío de diseño único! Estas naves espaciales se imprimieron en un Taz Lulzbot 6 con PLA Village Plastics a la velocidad más alta (tomó menos de 2 horas para 7 naves espaciales).

Paso 8: Circuito LED del interruptor de lengüeta

Un interruptor de lengüeta es un interruptor electromagnético que se enciende mediante un imán que se acerca.

Este circuito incorpora un interruptor de láminas, LED y fuente de alimentación de 3 V de 2 pilas AA.

Este proyecto forma los fundamentos de cómo funcionan los interruptores de lengüeta.

En el esquema a continuación, puede discernir dónde se colocan el LED y el interruptor.

La batería tiene 2 cables negro y rojo. El cable negro es tierra y el cable rojo es energía.

El cable rojo se va a soldar a cada extremo del interruptor de lengüeta.

El interruptor de lengüeta se soldará al lado largo + del LED. LED: el lado corto se soldará para conectar a tierra el cable negro que conduce a la batería.

Paso 9: Incorporación del circuito en la placa

Es importante que mida la distancia que el imán debe estar en la ubicación de su interruptor. Sin la prueba, podría perforar un orificio que esté demasiado lejos de su imán y luego el interruptor no funcionará correctamente. La fuerza de su imán significará que puede haber un espacio más ancho o más corto entre el interruptor de lengüeta y el imán. Medimos esto y luego perforamos un agujero para el LED y una abertura para el interruptor en nuestro tablero de abedul.

Paso 10: ¡Diviértete

Has trabajado mucho en este momento. ¡Es hora de ser creativo!

Utilice pintura en aerosol acrílica (Molotow) para lograr un efecto cosmos tanto en el acrílico como en la madera. Utilice los colores que se adapten a su proyecto. Asegúrese de usar un protector (idealmente un respirador de media cara o máscara para vapores orgánicos), use guantes para protegerse las manos y SIEMPRE trabaje en un área bien ventilada (¡nunca adentro!).

Deje que los engranajes se sequen durante unas 24 horas antes de colocarlos en el tablero para evitar rayar la pintura.

¡También puedes pintar con aerosol tus pequeñas naves espaciales!

Paso 11: Lista de materiales y otros recursos

Aquí hay una lista completa de materiales y otras referencias útiles:

Interruptor de láminas

Resistencia de 470Ω

1 LED blanco

Imán Adobe

Aplicación Illustrator CC para crear archivos vectoriales para corte por láser

Programa Bosslaser para configurar el archivo para la máquina de corte por láser.

Papel de lija de grado medio.

Madera contrachapada de abedul báltico de 1/8 48 pulgadas de largo x 27 pulgadas de alto x 2

1/8 acrílico transparente 48 pulgadas de largo x 27 pulgadas de alto x 1

Pintura acrílica en aerosol en varios colores.

Respirador con cartucho orgánico

Guantes

Taladro inalámbrico (con varias brocas)

Pegamento de madera

Pegamento instantáneo (para naves espaciales)

Cura para Lulzbot

Taz Lulzbot 6

Filamento de plástico PLA Village

Referencias útiles:

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, -563

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