แผ่นโฮโลแกรม - Photonics Challenger Hackathon PhabLabs: 6 Steps

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

เมื่อต้นปีนี้ ฉันถูกขอให้เข้าร่วม PhabLabs Photonics Hackathon ที่ Science Center Delft ในเนเธอร์แลนด์ ที่นี่พวกเขามีพื้นที่ทำงานที่ยอดเยี่ยมพร้อมเครื่องจักรจำนวนมากที่สามารถใช้สร้างบางสิ่งที่ปกติแล้วฉันไม่สามารถทำให้ง่ายได้

การเริ่มต้น Hackathon ฉันคิดทันทีว่าการทำบางสิ่งกับเครื่องเลเซอร์ CNC ที่มีอยู่นั้นน่าสนใจ

ในเวิร์กช็อป พวกเขามีแผ่นอะครีลิคติดไฟเล็กๆ วางอยู่ที่นั่น ซึ่งสลักด้วยสิทธิบัตรของเลโก้ที่ทำเป็นโฮโลแกรม แต่มีเพียงชั้นเดียว ดังนั้นมันจึงยังคงเป็นภาพ 2 มิติ สิ่งนี้ทำให้ฉันคิดว่าจะเป็นไปได้อย่างไรถ้าฉันใช้อะคริลิกหลายชั้นและสร้างภาพโฮโลแกรม 3 มิติที่แท้จริง

ฉันเริ่มต้นด้วยแค่ทรงกลม และจริงๆ แล้วมันก็เริ่มดูเหมือนทรงกลมที่ลอยอยู่จริง ๆ เล่นไปรอบ ๆ ด้วยแสง ฉันเกิดความคิดว่าถ้ามันจะสามารถเล่นกับสเปกตรัมของแสง (สีขาว) ที่ก่อตัวขึ้นได้ ของแสงสีแดงสีเขียวและสีน้ำเงิน จะเป็นไปได้ไหมที่จะสร้างแสงสีขาวอีกครั้งโดยที่แผ่นเปลือกโลกเหล่านี้วางอยู่ด้านหลังกัน แต่ละจานใช้เพียงสีของแสงหลัก สีแดงสีเขียวหรือสีน้ำเงิน

ขั้นตอนที่ 1: ขั้นตอนที่ 1 วัสดุและเครื่องมือที่จำเป็น

เครื่องมือ:

• เครื่องตัดและแกะสลักด้วยเลเซอร์ CNC
• หัวแร้ง ฯลฯ
• ปืนกาวร้อน
• เครื่องพิมพ์ 3 มิติ (อยู่ในช่วงเริ่มต้นของการสร้างต้นแบบ)
• เพลเยอร์
• คาลิปเปอร์
• กระดาษทราย

ซอฟต์แวร์:

• ฟิวชั่น 360
• Arduino IDE
• คูรา

วัสดุ:

อิเล็กทรอนิกส์:

• ไฟ LED (แถบนำ SMD3535 ขนาดเล็กบางเพื่อให้แผ่นชิดกัน)
• ESP8266
• แหล่งจ่ายไฟ 5v 10A
• การเดินสายไฟ เพียงแค่สายไฟเส้นเล็กบางๆ สำหรับไฟ LED 5v

วัสดุสำหรับ "ประติมากรรม":

• อะคริลิค 3 มม. (สลักด้วยเครื่องเลเซอร์)
• ไม้, เลเซอร์สำหรับติดไฟ LED และรองรับอะคริลิก
• การพิมพ์ 3 มิติในต้นแบบรุ่นแรกสำหรับการติดตั้ง LED และอะครีลิก
• วัสดุในการทำกล่อง ฉันใช้แผ่นโฟมในตอนเริ่มต้นเพื่อทำกล่องอย่างรวดเร็วและภายหลังเลเซอร์ตัดไม้ด้วยเลเซอร์ CNC

ขั้นตอนที่ 2: ขั้นตอนที่ 2: การทดสอบการแกะสลักด้วยเลเซอร์และการจัดแสง

สิ่งแรกที่ฉันต้องการทดสอบคือความเป็นไปได้ในการสร้างโฮโลแกรม 3 มิติด้วยแผ่นอะคริลิกหลายแผ่น โดยเริ่มจากทรงกลม สร้างจากหลายแผ่น

ฉันพิมพ์ฐานอย่างง่ายใน PLA ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติของฉัน และเพิ่ม LED บางตัวที่ฉันยังคงวางอยู่

ในระหว่างกระบวนการนี้ ฉันได้แนวคิดว่าจะสามารถสร้างสีขาว (แสง) ได้หรือไม่ หากฉันจะให้สี LED เฉพาะสีแดงสีเขียวหรือสีน้ำเงิน การมี 3 แผ่นใน RGB ในทางทฤษฎีแล้วจะทำให้เป็นสีขาว แต่จะได้ผลหรือไม่หากเป็นชั้น.

หลังจากติดตั้งทั้งหมดนี้เข้าด้วยกันและจัดแสงสิ่งนี้ ฉันพบว่ามันใช้งานได้จริง มันไม่ใช่สีขาวที่สมบูรณ์แบบ แต่มันกำลังผสมสีในเลเยอร์ที่อยู่เบื้องหลังมันอย่างแน่นอน

ฉันคิดว่านั่นอาจจะใช้ได้ผลดีกว่าถ้าฉันเปลี่ยนจากการกัดแบบทึบเพื่อสร้างรูปร่างเป็นจุดๆ เพื่อให้มองเห็นแสงได้ง่ายกว่าในหลายเลเยอร์ และทำงานเป็น "พิกเซล" ได้จริง แต่หลังจากนั้นในรูปแบบ 3 มิติ

เพื่อทำให้กระบวนการสมบูรณ์แบบ ฉันได้สร้างแผ่นทดสอบที่มีความหนาแน่นของจุดต่างๆ ต่างกัน และยังใช้การตั้งค่าต่างๆ ที่หลากหลายเพื่อปรับแต่งเลเซอร์ให้มีความแข็งแรงในการกัดที่สมบูรณ์แบบ คุณต้องปรับเลเซอร์ตามปริมาณพลังงานที่ใช้ในการกัด ยิ่งใช้พลังมากเท่าไหร่และยิ่งกัดช้าลงจะสร้างการกัดที่ลึกขึ้น และอาจไม่ได้ผลดีเท่าตัวอื่นๆ ในสถานการณ์นี้ สิ่งนี้แตกต่างกันไปในแต่ละเลเซอร์ ฉันขอแนะนำให้ใช้การตั้งค่าที่ค่อนข้างต่ำ คุณไม่จำเป็นต้องแกะสลักลึกสำหรับประติมากรรมนี้

ขั้นตอนที่ 3: ขั้นตอนที่ 3: ต้นแบบขั้นสุดท้าย

สำหรับต้นแบบขั้นสุดท้าย ฉันตัดสินใจทำแผ่นอะคริลิกขนาด 20X20 ซม. เพื่อให้คุณได้เห็นรายละเอียดเพิ่มเติมในนั้นและรู้สึกดีขึ้นว่ามันจะดูเป็นอย่างไรในสเกลที่ใหญ่ขึ้น

ฉันสร้างโมดูลไฟที่ฉันสามารถวางเพลตทั้งหมด 21 แผ่นใน (7X3) เพราะฉันต้องการใช้มันเพื่อทดสอบว่ามันจะไปได้ไกลแค่ไหน สามารถวางเพลตได้กี่แผ่นก่อนที่เอฟเฟกต์จะหายไปหรือเหมือนที่ฉันพบ เมื่อไหร่จะ "ยุ่ง" ฉันพบว่า 12 จะเป็นค่าสูงสุดที่เหมาะสม การสูงขึ้นส่งผลให้เบลอมากเกินไป

ฉันยังทดสอบและเล่นกับระยะห่างระหว่างแผ่นเปลือกโลก โดยการข้ามแผ่นครั้งละหนึ่งแผ่นจะเพิ่มระยะห่างระหว่างแผ่นเปลือกโลกเป็นสองเท่าและอื่น ๆ ที่นี่ฉันยังพบว่าสิ่งนี้สำคัญมาก เมื่อระยะทางเพิ่มขึ้น เอฟเฟกต์ก็จะเปลี่ยนไปด้วย สิ่งที่ฉันคิดว่าเกิดขึ้นก็คือว่าด้วยระยะห่างที่มากขึ้น ดวงตาจะตรวจจับความลึกได้ดีกว่า ส่งผลให้สีกลมกลืนน้อยลง

ไฟ "เพลท" มีแถบไฟ LED 9 ดวงสำหรับสายดาต้าแต่ละแผ่นที่ซิกแซกไปมา โดยมีสายไฟ 5v อยู่แต่ละข้าง + เส้นที่ด้านหนึ่งและ - เส้นอีกด้านหนึ่งทำให้ค่อนข้าง ง่ายต่อการแก้ไข

แหล่งจ่ายไฟ 5V 10A ใช้สำหรับจ่ายไฟให้กับ LED และ ESP8266 ในคราวเดียว

สำหรับ ESP เราสร้างโค้ดด้วยความช่วยเหลือจากนักเขียนโค้ดที่มีทักษะมากขึ้นที่ Hackathon งานชิ้นนี้เป็นแบบฝึกหัดในการเขียนโค้ดสำหรับฉันด้วย ในที่สุดรหัสที่ฉันใช้คือรหัสที่ทำให้เพลตทั้งหมดจางหายไปทันทีจาก RGB เป็น GRB ถึง BRG และกลับไปที่ RGB อีกครั้งในวงต่อเนื่อง การจัดกลุ่มการควบคุม LED ต่อไฟ LED 9 ดวง ดังนั้นแต่ละเพลตจะมีสีเดียว รหัสควบคุม 12 เพลต/ทริป ส่วนอื่นๆ ไม่ทำงานเพราะฉันไม่ต้องการ ฉันเพิ่มรหัสที่นี่

ฉันยังพยายามควบคุมไฟ LED โดยใช้ wifi บน ESP ด้วย artnet และ madmapper แต่ยังไม่พอใจกับผลลัพธ์ มันน่าจะใช้ได้ดี แต่ก่อนอื่นฉันต้องเข้าใจเทคนิค "การทำแผนที่" เหล่านี้ให้ดีขึ้น

ขั้นตอนที่ 4: บทเรียนที่ได้รับ

สิ่งแรกที่ฉันได้เรียนรู้คือการทำงานกับเครื่องตัดและแกะสลักเลเซอร์ CNC ในอดีต ฉันใช้เทคนิคเหล่านี้เพื่อสร้างแบบจำลอง แต่ฉันไม่เคยใช้เวลาในการพิจารณาการปรับแต่งที่แม่นยำยิ่งขึ้นโดยเฉพาะการปรับแต่งการแกะสลัก/การแกะสลัก เมื่อพบว่าสิ่งนี้สร้างความแตกต่างให้กับความเข้มของแสงที่เกิดขึ้น และไม่ใช่แค่หมายถึงการแกะสลักที่ "ลึกกว่า" เท่านั้นดีกว่า ฉันต้องค้นหาความสมดุลของการแกะสลักให้เพียงพอแต่ไม่มาก

สำหรับโปรเจ็กต์นี้ ฉันยังต้องการให้มันเป็นวัตถุแบบสแตนด์อโลนด้วย ดังนั้นด้วยรหัส ESP ในกรณีนี้ ซึ่งควบคุม LED โดยไม่ต้องมีอินพุตอื่นใดอีก เนื่องจากฉันต้องการทำความเข้าใจเกี่ยวกับการเข้ารหัสให้ดีขึ้น ในอดีตฉันทำบางอย่าง โค้ดที่ง่ายมาก และโค้ดของงานชิ้นนี้ก็ยังไม่ซับซ้อนมากนัก แต่เมื่อผมเริ่มแฮกกาธอน ในส่วนนี้ยังใหม่โดยสิ้นเชิง

หลังจากทำเทคนิคเหล่านี้แล้ว ก็ได้เข้าใจถึงแสง สิ่งนี้จะผสมและนี้จะผสมได้อย่างไร พบว่าการทำงานกับจุดแทนที่จะเป็นรูปร่างที่สลักไว้ทั้งหมด ทำให้เกิด "พิกเซล" ตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้ ครั้งแรกพบว่าใช้งานได้ แต่เมื่อเพิ่มระยะห่างระหว่างแผ่นเปลือกโลก เอฟเฟกต์ก็ลดลงอีกครั้ง การรับรู้ของตามนุษย์ทำให้มันทำงานและผสมสี แต่ยังมีสิ่งมหัศจรรย์เกิดขึ้นเพราะดวงตาของคุณจับไม่ได้ว่าเกิดอะไรขึ้น พวกเขาทำไม่ได้ เน้นความลึกจริงๆ แต่ถ้าระยะห่างระหว่างแผ่นเปลือกโลกเพิ่มขึ้น ดวงตาของคุณสามารถโฟกัสไปที่ความลึกได้ แต่แล้วเวทมนตร์ก็หายไป

ขั้นตอนที่ 5: การปรับปรุงที่อาจเกิดขึ้น

การปรับปรุงครั้งแรกที่ฉันยังคงทำอยู่คือการใช้โค้ดที่ดีขึ้นและซับซ้อนมากขึ้นในการควบคุมเพลต เป้าหมายของฉันคือการมีการตั้งค่าหลายแบบและเอฟเฟกต์ที่กำหนดไว้ล่วงหน้าที่สามารถเรียกใช้งานได้ นั่นเป็นสาเหตุที่ฉันเลือกใช้ ESP เพราะฉันสามารถเรียก/ควบคุมสิ่งเหล่านี้ได้อย่างง่ายดายโดยใช้ wifi

นอกจากนี้ ฉันต้องการสร้างไฟสำหรับจาน 12 แผ่น เหมือนที่ฉันเลือกใช้ในที่สุด ชิ้นส่วนที่ฉันทำตอนนี้เหมาะสำหรับการทดสอบระยะนี้ด้วยระยะทางและจำนวนเพลต ฯลฯ แต่ตอนนี้ ฉันเลือกที่จะใช้จาน 12 แผ่น ฉันจะสร้างใหม่ อันที่ทำขึ้นสำหรับเพลต 12 แผ่นและยังทำให้การติดตั้งไฟ LED ดีขึ้นอีกเล็กน้อย ตอนนี้พวกมันติดอยู่ที่นั่นและยึดไว้กับที่ด้วยแผ่นโฟมแบบชั่วคราว เป็นเวลานานสิ่งนี้จะไม่ดีสำหรับไฟ LED ฉันจะติดมันกับอลูมิเนียมสำหรับ การนำความร้อนได้ดีกว่าและมีโมดูลเหล่านี้เป็นโมดูล ดังนั้นหากมีสิ่งใดแตกหักหนึ่งแถบก็สามารถถอดออกและเปลี่ยนใหม่ได้อย่างง่ายดาย

สำหรับจานนั้น ฉันยังคงทดสอบว่าจะทำอย่างไรกับด้านข้าง ตอนนี้ ด้านข้างเพิ่งเปิดออก และคุณสามารถเห็นได้ว่าพวกมันสว่างเป็นสีอะไร ฉันพยายามสร้างกรอบรอบๆ ชิ้นทั้งหมด แต่ไม่ค่อยพอใจกับสิ่งนั้นเพราะมัน สะท้อนแสงกลับเข้ามา ดังนั้นฉันจึงเริ่มทดสอบกับโปรไฟล์พิเศษที่พิมพ์ 3 มิติ ทาสีขอบหรือใช้ฟอยล์สะท้อนแสงเพื่อให้แสง "อยู่ภายใน" แผ่น

ขั้นตอนที่ 6: ตะโกนออกมา

ข้าพเจ้าขอขอบพระคุณเป็นพิเศษกับบุคคลดังต่อไปนี้

• Teun Verkerk สำหรับคำเชิญเข้าร่วม Hackathon
• Nabi Kambiz, Nuriddin Kadouri และ Aidan Wyber เพื่อขอความช่วยเหลือและคำแนะนำในระหว่างการแฮ็ก การช่วยเหลือและอธิบายเครื่องจักรและวัสดุทั้งหมดที่อยู่ในมือ และ Aidan มีความอดทนอย่างมากในการอธิบายและช่วยเหลือ Noob การเข้ารหัสนี้
• Chun-Yian Liew ผู้เข้าร่วมที่ทำโครงการที่น่าอัศจรรย์เช่นกัน Chun ยังช่วยฉันอีกสองสามครั้งเมื่อฉันไม่เข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นกับการเข้ารหัส