Täyttä höyryä eteenpäin! Infinity & Beyond: 11 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Yhteistyö Alicia Blakeyn ja Vanessa Krausen välillä

Kuka helvetti on Fibonacci?

Alician suunnittelun (sisäkkäiset planeettahammaspyörät) perusteella päätimme tehdä yhteistyötä ja luoda toimivan vaihdejärjestelmän, joka voidaan näyttää pystyasennossa. Ihannetapauksessa haluamme yleisömme tuntevan olonsa mukavaksi ja pakotetuksi vuorovaikutukseen tämän mallin kanssa. Käyttämällä erilaisia tässä asiakirjassa kuvattuja menetelmiä puhumme suunnitteluprosessista ja siitä, miten kamppailimme matemaattisten kysymysten, logiikan ja materiaalivalintojen kautta.

Bin-it

Matematiikkamme käyttäminen taipui sisaruksiin auttamaan: Veljeni Joey lähetti minulle Binetin kaavan… ilman selitystä sen käytöstä. Kun kirjoitin hänelle tekstiviestin ja sanoin "Hei Joey, voisitko selittää sen minulle?" johon hän vastasi: "Mikä osa?"

Koska minulla ei ole lainkaan matemaattista taipumusta, pyysimme Alician veljeä Merrickiä selittämään, miten kaavaa voitaisiin soveltaa pesivälineiden tekemiseen. Hän käytti noin kymmenen minuuttia ratkaistakseen sen, vastasi "kyllä, se toimii" ja sanoi sitten "minun on mentävä" eikä jättänyt meille mitään vastauksia eikä käännettyä kaavaa.

Käytimme vielä 30 minuuttia etsimään vastausta kysymykseemme…

Internetissä on vastauksia

Päästäksemme Binetin esteen yli päätimme etsiä Internetistä vastauksia ja ehdotuksia arvoituksemme ratkaisemiseksi. Löysimme useita sivustoja, jotka pystyvät luomaan yhteensopivia vaihteita.

Jotkut näistä sivustoista ovat:

Gear Generator Planetary

Vaihdekatalyytti

Kun meillä oli nämä hammaspyörägeneraattorit auttamaan tämän projektin matemaattisissa näkökohdissa, siirryimme Adobe Illustratoriin luomaan linjaversiot näistä vaihteista. Alicia keskittyi tekemään jokaisesta vaihteesta yhteensopivan laserleikkureiden kanssa 100 McCaul RP -keskuksessa. Päätimme käyttää Baltic Birch p”-vaneria ensimmäisessä leikkauksessa varmistaaksemme, että matematiikka on kohdakkain. Alicia teki yli 3 pientä makettia siitä, miltä nämä vaihteet mahdollisesti näyttävät. Jokaisella iteroinnilla oli ongelmia, kun laserleikkuri otti liian vähän tai liikaa pois pienistä hammaspyöräjärjestelmistä, jotta ne eivät enää lukittuisi ja kääntyisi tehokkaasti (hän käytti sekä akryyliä että vaneria (⅛”). turhauttavaa, mutta auttoi meitä ymmärtämään laserleikkauksen rajoitukset tässä projektissa.

Prof tietää parhaiten

Alicia ja minä olemme molemmat erittäin itsepäisiä ja päättäneet ratkaista sisäkkäisten vaihteiden arvoituksen. Olin valmis asettumaan planeettojen lukitusvaihteisiin, mutta Alicia tarvitsi vastauksia! Viimeisenä yrittäessään saada lohtua matematiikasta Alicia otti yhteyttä Queen's Universityn eläkkeellä olevaan professoriin. Hän selitti, että jokaisen vaihteen välisten etäisyyksien mittaamiseksi hänen olisi jaettava ja mitattava 37 segmenttiä. Tämä antaisi kaikkien hampaiden kohdistaa oikein. Käyttämällä aikaa arvoituksen ratkaisemiseen oli vielä pieni matemaattinen ongelma kohdistamisessa. Päätimme käyttää planeettavaihteita ottaen huomioon kokonaisaikamme.

Nosta pois

Kun Alicia ratkaisi syviä matemaattisia kysymyksiä, keskityin 3D -avaruusalusten tulostamiseen. Tämä auttoi kiinteyttämään yleistä teemaa ja antamaan kappaleellemme myös vieraanvaraisemman vuorovaikutteisen laadun. Thingiversen avulla löysin hauskan retro -avaruusaluksen (luonut cerberus333). Tämä muotoilu antoi minulle mahdollisuuden muuttaa asteikkoa paljon pienemmäksi. Lisäämällä avaruusaluksen yleisömme voi pitää siitä kiinni, kun vaihteet pyörivät yhdessä. Tämä oli hyvin yksinkertainen ratkaisu, jotta kappale olisi vieraanvaraisempi. Thingiversen avoimen lähdekoodin luonteen perusteella jokainen, jolla on tietokone ja pääsy 3D-tulostimeen, voi luoda tämän objektin itselleen. Tulostus oli myös suhteellisen nopeaa (7 avaruusaluksen tulostamiseen meni alle 2 tuntia). Käytimme vain 3 tai 7 painettua kopiota.

Ammu kuuhun…

Alkuperäisen suunnitteluidean perusteella Alicia ja minä halusimme luoda planeettavaihteita, joissa oli monia upotettuja LED -valoja, jotka magneetit aktivoisivat (kiinnitetty jokaisen vaihteen takaosaan), jotta malli pystyisi seisomaan ja sytyttämään jokaisen "tähden" järjestelmän pyöriessä. Alicia meni Home Hardwareen ja osti Reed -kytkimen LED -piirin ja magneettiset anturit. Tein poralla ja käsisahalla oikean aukon, jotta LED- ja magneettianturi sopisivat puulevylevyyn. Myöhemmin huomasimme, että Home Hardware Collegesta ja Spadinasta ostetut akut olivat itse asiassa viallisia ja sytyttivät vain yhden LED -lampun magneetin ohi.

Enemmän kuin pelkkä vandalismi

Tässä projektissa halusin myös käyttää enemmän luovia tekniikoita. Vaikka puu- ja akryylivaihteet olivat kauniita yksinään, niiltä puuttui yhteinen teema avaruusalusten kanssa. Päätin käyttää Molotow Acrylic Spray -maalia luomalla galaksimotiivin hammaspyöräjärjestelmille. Vaikka suunnittelimme koko levyn ruiskumaalausta, tapasimme pienen mittakaavan ruiskutuskoppia, joka sijaitsee Graduate -laitoksemme Maker Labissa. Tämän kokorajoituksen perusteella päätimme vain ruiskumaalata hammaspyörät epäsymmetrisesti. Tällä tavalla avaruusalus voisi istua jossakin tavallisista tai ruiskumaalatuista hammaspyöristä auttaakseen osallistujaa ymmärtämään kokonaisteemamme.

Kiertorata

Kun kaikki suurikokoiset hammaspyörät oli koottu, Alicia hitsaa magneettianturin ja LEDin yhteen juotosvälineillä. Päätimme sijoittaa 1 toimivan LEDin ja laittaa sen lähelle keskivaihdetta. Kun 3 vahvaa magneettia asetettiin avaruusaluksen alle, haluttu tulos tapahtui! Meillä oli valo! Muiden magneettien käyttäminen hammaspyörien alla (niiden pystysuorassa pitämiseksi) olisi kuitenkin häirinnyt magneettianturia. Siksi päätimme, että suunnittelun on pysyttävä pöytäversiona.

Kuun pimeä puoli

Suurimmat haasteet, joita kohtasimme tässä yhteistyössä, olivat laserleikkauksen ja akkutekniikan rajoitukset. Suunnittelutiedosto, 3D-tulostuksen avaruusalukset ja manuaalinen kokoonpano (perinteisten työkalujen, kuten porakoneiden, käsisahan, liiman ja puristimien käyttö oli yllättävän helppoa). Jos joku haluaa luoda tämän kappaleen uudelleen, suurin haaste olisi heidän käyttää matematiikkaa kartoittaakseen ihanteellisimman mallin, jonka laser voi leikata. Kamppailimme myös aikarajoitusten kanssa ja haluaisimme ihanteellisesti palata tähän projektiin lähitulevaisuudessa, jotta voimme jatkaa tämän käsitteen laajentamista.

Työkalut ja tekniikka

Jotta he voisivat luoda tämän projektin uskollisesti, heillä on oltava perustiedot suunnitteluprosessista, matematiikasta, tekoälyn käyttämisestä ja asetusten määrittämisestä oikein leikatun laser -tiedoston leikkaamiseksi. Seuraavaksi he tarvitsevat perustiedot sähköstä (LED, magneettianturi ja juotos). He tarvitsevat pääsyn hyvin ilmastoituun alueeseen ruiskumaalausta ja näiden vaihteiden mukautettua suunnittelua varten. Avaruusaluksen tulostamiseen käytettiin Taz Lulzbot 6: ta yhdessä PLA Village Plastics -hehkulangan kanssa (mikä tahansa väri sopii, koska voit myös ruiskuttaa maalin). Lopuksi he tarvitsevat perustiedot poran ja käsisahan käyttämisestä reikien oikeiden mittojen leikkaamiseen kullekin LED- ja magneettianturille (tämä on mitattava huolellisesti, koska anturi ei ole kovin vahva ja se on sijoitettava lähellä magneettia). Lopuksi, jos haluat luoda tämän projektin uskollisesti, tarvitset myös kokoustilaa!

Jättiläinen harppaus ihmiskunnalle

Olemme saavuttaneet MARSIN! Vitsi, vitsi! Käyttämällä digitaalisia valmistusmenetelmiä pystyimme luomaan matemaattisen hammaspyöräjärjestelmän ja valmistamaan puusta ja akryylistä (nopeudella, joka tarvitaan astronautin kypärän asettamiseen). Tämä ei olisi ollut mahdollista ilman Adobe Illustrator -tiedostojen tekniikkaa yhdistettynä laserleikkaukseen. Laserit ovat erittäin tarkkoja ja nopeita. Jotain, mitä olisi ollut mahdotonta saavuttaa pelkästään perinteisillä työkaluilla. Vaikka perinteisiä menetelmiä ei käytetty päävalmistusprosessissa, niistä tuli erittäin tärkeitä lopullisessa kokoonpanossa ja tekniikan sisällyttämisessä.

Täyttä höyryä eteenpäin

Koulutukselliselta kannalta tämä planeettapyöräjärjestelmä sisälsi kaikki tekemisen kautta oppimisen perusteet. Pelaamisella on suuri merkitys lopputuotteessa, jotta se olisi houkutteleva käyttäjille. Yksi hankkeen tärkeimmistä edunsaajista on kuitenkin Koulutus. Tämä projekti voi opettaa käytännön taitoja, alkaen matematiikasta, tekniikasta, paikkatiedoista ja elektronisista sykleistä. Se voi antaa opiskelijoille mahdollisuuden nähdä, miten matematiikka yhdistää fyysiseen maailmaan ja kuinka mekaaniset prosessit (kuten laserleikkaus) riippuvat tarkista laskelmista. Lopuksi opiskelijoilla on mahdollisuus soveltaa luovuutta ja kuvataidetta maalin, värin ja kollaasin lisäämisprosessiin määritelläkseen suunnittelunsa. Sen avulla he voivat myös luoda interaktiivisen oppimisympäristön, joka tukee STEAMia luokkahuoneessa. STEAM sisältyy kaikkiin tämän hankkeen luomisen kriteereihin sisällyttämällä tehokkaasti:

Tiede

Tekniikka

Tekniikka

Taide

Matematiikka

Viime vuosina on viime vuosina pyritty parantamaan medialukutaitoa ja -kehitystä jo 1. luokan oppilailla. Kuten Ontarion opetussuunnitelma ehdottaa, monialaisten koulutusmahdollisuuksien tarjoaminen on tärkeää oppilaiden (K-12) oppimisrakkauden rakentamisessa. Tämä projekti on tietoinen lähestymistapa ongelmanratkaisuun, yhteistyöhön, avoimen lähdekoodin käytännön oppimiseen, jota tarvitaan monissa aiheissa Ontarion opetussuunnitelmassa ja sen ulkopuolella!

Rajoittamaton tähtikuvio

Lopuksi on tärkeää tunnustaa, että tätä muotoilua voitaisiin parantaa huomattavasti muiden ihmisten käsissä. Tämä tarkoittaa sitä, että vaikka kaikki komponentit löytyvät täältä, tähän muotoiluun on vielä tehty paljon muutoksia ja uudelleenmiksauksia, jotka ovat mahdollisia. Yhteistyössä tämä muotoilu tarjoaa rajattomat mahdollisuudet. Se on loistava aloitusprojekti kaikille, jotka ovat kiinnostuneita soveltamaan STEAMia omaan oppimiskäytäntöönsä. Koska suunnittelu perustuu matematiikkaan, sitä voidaan muuttaa, muuttaa ja uudistaa monissa eri tähtikuvioissa. Tämä projekti edistää ajatusta siitä, että ei ole yhtä tapaa tehdä.

Vaihe 1: Bin It

Voitko ratkaista tämän palapelin?

Vaihe 2: Vaihteiden luominen

Hyödyntämällä alla olevaa viiteosaa olemme tarjonneet sinulle työkaluja vaihteiden luomiseen. On kaksi verkkosivustoa, joista toinen on yksinomaan matemaattisten piirustusten piirissä, ja toisella sivustolla keskustellaan eri materiaaleista ja vaihteluista, jos joudut leikkaamaan vaihteet itse.

Nämä ovat molemmat tärkeitä, kun suunnittelet ja rakennat tiedostoasi laserleikkausta varten, koska ne molemmat auttavat sinua harkitsemaan materiaaleja ja ymmärtämään, kuinka työskennellä pienien odottamattomien vaihtelujen rakenteissa.

Tutkimus pahamaineinen jaetusta tiedosta Matthias toistetaan monissa vaihdehankkeissa, koska hän antaa virtaviivaista tietoa omien vaihteiden leikkaamisesta käsin. Hän antaa myös taustatietoja, jotta voit aloittaa projektisi hyvällä pohjalla. Tämä on välttämätöntä toimivan järjestelmän luomiseksi ja ongelmanratkaisutaitojen vianmääritykseksi myöhemmin. Alla olevan sanaston luo ja toimittaa: [email protected]

Vaihe 3: Hampaiden väli

Millimetrien määrä hampaasta toiseen, pitkin halkaisijaa.

Vaihde 1 hampaat: Hammaspyörän hampaiden lukumäärä vaihteelle. Hallitsee vasenta vaihdetta, kun näytetään kaksi vaihdetta. Syötä rengasvaihteille negatiivinen arvo.

Hammaspyörä ja hammaspyörä: Vaihda vaihde 1 lineaarivaihteeseen (telineeseen). Voit myös tehdä toisesta vaihteesta telineen syöttämällä "0" hampaiden lukumäärään.

Mitattu cal -etäisyys (mm): Mittaa testisivun tulostamisen jälkeen "tämän pitäisi olla 150 mm" -merkittyjen viivojen välinen etäisyys. Jos se ei ole 150 mm, kirjoita arvo tähän kenttään tulostimen skaalauksen kompensoimiseksi. Seuraavan tulosteen tulee olla oikean kokoinen.

Kosketuskulma (astetta): Vaihteiden painekulma. Vaihteissa, joissa on pienempi määrä hampaita, aseta tämä hieman suuremmalle, jotta saat kaltevammat hampaat, jotka eivät todennäköisesti tukkeudu.

Vaihde 2 hammasta: Hammasluku hammaspyörälle oikealla, jos se on renderoitu. Valintaruutu määrittää, muodostetaanko yksi vai kaksi vaihetta.

Kaksi vaihdetta: Kun tulostat malleja, auttaa vain yhden vaihteen näyttäminen.

Pinnat: Näytä vaihde pinnoilla. Pinnat näytetään vain vaihteilla, joissa on vähintään 16 hammasta.

Vaihe 4: Matematiikka

Löysin alla olevan yhtälön auttaakseni rakentamaan vaihdejärjestelyni ja määrittämään, että vaihteet toimivat ja sopivat yhteen.

Merkitse R, S ja P hammaspyörien hampaiden lukumääräksi.

Ensimmäinen rajoitus planeettapyörän toimivuudelle on, että kaikilla hampailla on sama nousu tai hammasväli. Tämä varmistaa, että hampaat yhdistyvät. Tein kolme erillistä puolta, joilla oli sama nousu, mutta jotka eivät vastanneet toisiaan, joten vaihteet olivat aina kohdakkain, mutta eri mallilla. Toinen rajoitus on: R = 2 × P + S

Toisin sanoen rengaspyörän hampaiden määrä on yhtä suuri kuin keskimmäisen aurinkopyörän hampaiden määrä plus kaksi kertaa hammaslukujen määrä hammaspyörissä. Esimerkki tästä olisi 30 = 2 × 9 + 12. Tai voit siirtyä hammaspyörää tuottavalle verkkosivustolle osoitteessa https://geargenerator.com tai

Vaihe 5: SVG Files & Illustrator

Jos tuot tiedostoa hammaspyörägeneraattorista etkä ole rakentanut Illustratoria, sinun on noudatettava alla olevia ohjeita työskennellessäsi SVG -tiedostojen kanssa illustratorissa.

Illustrator tarjoaa SVG -tehosteiden oletusjoukon. Voit käyttää tehosteita niiden oletusominaisuuksilla, muokata XML -koodia tuottaaksesi mukautettuja tehosteita tai kirjoittaa uusia SVG -tehosteita.

SVG -tiedoston tuominen Illustratoriin:

Valitse Tehoste> SVG -suodatin> Tuo SVG -suodatin.

Valitse SVG -tiedosto, josta haluat tuoda tehosteita, ja napsauta Avaa.

SVG -tiedoston käsittely Illustratorissa: Valitse objekti tai ryhmä (tai kohdista taso Tasot -paneelista).

Tee jokin seuraavista: Jos haluat ottaa tehosteen käyttöön oletusasetuksillaan, valitse tehoste Tehoste> SVG -suodattimet -alivalikon alaosasta.

Jos haluat käyttää tehostetta mukautetuilla asetuksilla, valitse Tehoste> SVG -suodattimet> Käytä SVG -suodatinta.

Valitse valintaikkunassa tehoste ja napsauta Muokkaa SVG -suodatinta -painiketta fx.

Muokkaa oletuskoodia ja napsauta OK.

Luo ja ota käyttöön uusi tehoste valitsemalla Tehoste> SVG -suodattimet> Käytä SVG -suodatinta.

Napsauta valintaikkunassa Uusi SVG -suodatin -painiketta, kirjoita uusi koodi ja napsauta OK.

Kun otat käyttöön SVG -suodatintehosteen, Illustrator näyttää tehosteesta rasteroidun version piirtoalustalle. Voit hallita tämän esikatselukuvan tarkkuutta muuttamalla asiakirjan rasterointitarkkuusasetusta.

Vaihe 6: Tiedoston tallentaminen

Vie tiedosto tiedostona.eps tai.ai.

Siirry asetuksiin ja varmista, että työskentelet RGB -tilassa, EI CMYK -tilassa.

Voit muuttaa tätä siirtymällä osoitteeseen:

Valitse Tiedosto -> Asiakirjan väritila -> RGB

Kaikki leikkausviivat on ilmoitettava käyttämällä punaisia sinisiä ja vihreitä viivoja, joiden iskupaino on.01pt

Laser tulkitsee värit tilatuiksi leikkausviivoiksi, jotka toimivat sisäpuolelta ulospäin.

Alkaen punaisella (RGB: 255, 0, 0), jota seuraa sininen (RGB 0, 0, 255) ja lopuksi vihreä (RGB 0, 255, 0).

Kaikki sisäleikkaukset on leikattava ensin ja siksi niiden on oltava punaisia. Varmista ennen tulostamista, että kaikki hammaspyörät sopivat yhteen ja että niissä ei ole leikkaavia viivoja.

Jos vaihteesi eivät ole muotoiltu oikein, voit palata hammaspyörästön sivulle ja arvioida laskelmasi uudelleen.

Tallenna.ai -tiedostoina ja siirrä Bosslaser -ohjelmaan.

Tämän ohjelman avulla voit myös muokata tiedostoasi. Tämän ohjelman avulla voit lähettää tiedostosi suoraan laserleikkurille.

Vaihe 7: Thingiverse & 3D -tulostus

Kuten tämän projektin pääsuunnitelmassa mainittiin, voit tulostaa 3D -avaruusaluksesi milloin tahansa! Keksi oma suunnittelu ThinkerCAD-, OpenSCADFusion360- tai Rhino -ohjelmien avulla tai mene Thingiverseen ja löydä tulostettava Creative Commons -projekti! Ehkä voit jopa muokata joitain tiedostoja ainutlaatuisen suunnitteluhaasteesi mukaan! Nämä avaruusalukset painettiin Taz Lulzbot 6 -laitteeseen PLA Village Plasticsilla suurimmalla nopeudella (kesti alle 2 tuntia 7 avaruusaluksella).

Vaihe 8: Reed -kytkimen LED -piiri

Ruoko -kytkin on sähkömagneettinen kytkin, joka kytketään päälle magneetin tuomalla sen lähelle.

Tämä piiri sisältää reed -kytkimen, LED -valon ja 3 V: n virtalähteen kahdesta AA -paristosta.

Tämä projekti muodostaa reed -kytkinten toiminnan perusteet.

Alla olevasta kaaviosta näet, mihin LED ja kytkin on sijoitettu.

Akussa on 2 johtoa, musta ja punainen. Musta johto on maadoitettu ja punainen johto on virta.

Punainen johto juotetaan ruoko -kytkimen kumpaankin päähän.

Ruoko -kytkin juotetaan LEDin pitkälle sivulle +. LED - lyhyt puoli juotetaan maadoittamaan akkuun johtava musta johto.

Vaihe 9: Piirin sisällyttäminen piirilevyyn

On tärkeää mitata etäisyys, jonka magneetin on oltava kytkimestään. Ilman testausta voit porata reiän, joka on kaukana magneetistasi, ja sitten kytkin ei toimi oikein. Magneetin vahvuus tarkoittaa, että Reed -kytkimen ja magneetin välillä voi olla leveämpi tai lyhyempi rako. Mittasimme tämän ja porasimme reiän LEDille ja aukon koivulevyllemme.

Vaihe 10: Pidä hauskaa

Olet tehnyt paljon kovaa työtä tässä vaiheessa. On aika olla luova!

Käytä akryyli (Molotow) ruiskumaalia saavuttaaksesi kosmosevaikutuksen sekä akryylille että puulle. Käytä projektiin sopivia värejä. Varmista, että käytät suojaavaa (mieluiten orgaanisen höyryn puolinaamari-hengityssuojainta tai naamaria), käytä käsineitä käsiesi suojaamiseksi ja työskentele AINA hyvin tuuletetussa tilassa (älä koskaan sisällä!).

Anna hammaspyörien kuivua noin 24 tuntia ennen kuin asetat ne levylle, jotta maali ei naarmuunnu.

Voit myös spraymaalilla pienet avaruusaluksesi!

Vaihe 11: Luettelo materiaaleista ja muista resursseista

Tässä on kattava luettelo materiaaleista ja muita hyödyllisiä viitteitä:

Reed -kytkin

470Ω vastus

1 LED valkoinen

Magneetti Adobe

Illustrator CC -sovellus vektoritiedostojen luomiseen laserleikkausta varten

Bosslaser -ohjelma tiedoston leikkaamiseen laserleikkauskonetta varten.

Keskikokoinen hiekkapaperi.

1/8 Itämeren koivuvaneri 48 tuumaa pitkä x 27 tuumaa korkea x 2

1/8 kirkasta akryylia 48 tuumaa pitkä x 27 tuumaa korkea x 1

Akryyli spraymaali eri väreissä

Hengityssuojain ja orgaaninen patruuna

Käsineet

Akkuporakone (erilaisilla poranterillä)

Puuliima

Välitön liima (avaruusaluksille)

Cura-for Lulzbot

Taz Lulzbot 6

PLA Village Plastics Filament

Hyödyllisiä viitteitä:

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, -563https://woodgears.ca/gear_cutting/template.html

demonstrations.wolfram.com/NoncircularPlan…

helpx.adobe.com/ca/illustrator/using/svg.h…