Volle STOOM Vooruit! na Infinity & Beyond: 11 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

'N Samewerking tussen Alicia Blakey en Vanessa Krause

Wie is Fibonacci?

Op grond van die ontwerp van Alicia (die geneste planetêre ratte) het ons besluit om saam te werk om 'n werkende stelsel van ratte te skep wat in 'n regop posisie vertoon kan word. Ideaal gesproke wil ons hê dat ons gehoor gemaklik en verplig voel om met hierdie ontwerp te kommunikeer. Deur gebruik te maak van 'n verskeidenheid metodes wat in hierdie dokument uiteengesit word, sal ons praat oor die ontwerpproses en hoe ons met wiskundige probleme, logika en materiaalkeuses gesukkel het.

Binne-dit

Ons broers en susters het wiskunde ingeroep om te help: My broer Joey het vir my 'n Binet's Formula gestuur … sonder verduideliking oor hoe ek dit moet gebruik. Toe ek hom 'n SMS stuur en sê: "Hey Joey, kan jy dit vir my verduidelik?" waarop hy geantwoord het: "Watter deel?"

Aangesien ek absoluut geen wiskundige neiging het nie, het ons die broer van Alicia, Merrick, gevra om te verduidelik hoe die formule toegepas kan word om die ratte te maak. Hy spandeer ongeveer tien minute om dit op te los, reageer met 'ja, dit werk' en sê dan 'ek moet gaan' en laat ons sonder antwoorde en geen vertaalde formule nie.

Ons het nog 30 minute lank gesoek na 'n antwoord op ons navraag …

Die internet het antwoorde

Om verby die Binet -versperring te kom, het ons besluit om op die internet te soek vir antwoorde en voorstelle om ons raaisel op te los. Ons het verskeie webwerwe gevind wat versoenbare ratte kan skep.

Sommige van hierdie webwerwe is:

Gear Generator Planetary

Gear Catalyst

Sodra ons hierdie ratopwekkers gehad het om te help met die wiskundige aspekte van hierdie projek, het ons oorgegaan na Adobe Illustrator om lynweergawes van hierdie ratte te skep. Alicia het daarop gefokus om elke rat versoenbaar te maak met die lasersnyers by 100 McCaul RP -sentrum. Ons het besluit om Baltic Birch ⅛”laaghout te gebruik vir die eerste snit, om te verseker dat die wiskunde behoorlik in lyn kom. Alicia het meer as 3 klein makette gemaak van hoe hierdie ratte moontlik kan lyk. By elke herhaling was daar probleme met die lasersnyer wat te min of te veel van die klein ratstelsels afneem, sodat hulle nie meer effektief sou ineenstort en draai nie (sy gebruik beide akriel en laaghout (⅛”). Hierdie proses was frustrerend, maar het ons gehelp om die beperkings van lasersny vir hierdie projek te besef.

Prof weet die beste

Alicia en ek is albei baie hardkoppig en vasbeslote om die raaisel van geneste ratte op te los. Ek was bereid om my te vestig op planetêre versnellingsratte, maar Alicia het antwoorde nodig! In 'n laaste poging om troos met wiskunde te vind, het Alicia 'n afgetrede professor van Queen's University gekontak. Hy het verduidelik dat sy 37 segmente moet verdeel en meet om die afstande tussen elk van die ratte maklik te meet. Dit sal toelaat dat al die tande behoorlik in lyn is. Deur tyd te spandeer aan die oplossing van die raaisel, was daar nog 'n klein wiskundige probleem met belyning. Gegewe ons algehele tydsbestuur, het ons besluit op planetêre ratte.

Op styg

Terwyl Alicia diep wiskundige probleme oplos, het ek gefokus op die druk van 3D -ruimteskepe. Dit het gehelp om die algehele tema te versterk en ook 'n meer verwelkomende interaktiewe kwaliteit aan ons stuk te gee. Deur Thingiverse te gebruik, kon ek 'n prettige retro ruimteskip ontwerp kry (geskep deur cerberus333). Met hierdie ontwerp kon ek die skaal baie kleiner verander. Deur die ruimteskip by te voeg, sal ons gehoor dit kan vashou terwyl die ratte saamdraai. Dit was 'n baie eenvoudige oplossing om die stuk meer verwelkomend vir ander te maak. Op grond van die open-source aard van Thingiverse, kan almal met 'n rekenaar en toegang tot 'n 3D-drukker hierdie voorwerp vir hulself skep. Die afdruk was ook relatief vinnig (dit het minder as 2 uur geneem om 7 ruimteskepe te druk). Uiteindelik het ons slegs 3 of die 7 gedrukte eksemplare gebruik.

Skiet vir die maan …

Op grond van die aanvanklike ontwerpidee, wou ek en Alicia planetêre ratte skep met baie ingeboude LED -ligte wat deur ons magnete (aan die agterkant van elke rat) geaktiveer sou word, sodat die model regop kan staan en elke 'ster' kan verlig stelsel terwyl dit draai. Alicia het na Home Hardware gegaan en 'n Reed switch LED -kring en magnetiese sensors gekoop. Ek het 'n boor en handsaag gebruik om die korrekte opening van die LED en magnetiese sensor in die houthoutbord te maak. Ons het later besef dat die batterypakkies wat by Home Hardware on College en Spadina gekoop is, eintlik foutief is en net een LED -gloeilamp aangesteek het toe die magneet verby is.

Meer as net vandalisme

Vir hierdie projek wou ek ook meer kreatiewe tegnieke toepas. Alhoewel die ratte van hout en akriel op hul eie pragtig was, het dit nie 'n algemene tema met die ruimteskepe gehad nie. Ek het besluit om Molotow Acrylic Spray -verf te gebruik om 'n sterrestelselmotief vir die ratstelsels te skep. Alhoewel ons van plan was om die hele bord te spuit, het ons die klein skaal van die spuithok in die Maker Lab by ons Graduate -fasiliteit ontmoet. Op grond van hierdie groottebeperking het ons besluit om die ratte net asimmetries te spuit. Op hierdie manier kan die ruimteskip op een van die gewone of gespuitde ratte sit om die deelnemer se begrip van ons algemene tema te help.

Wentelbaan

Nadat al die groot ratte gemonteer is, het Alicia die soldeergereedskap gebruik om die magnetiese sensor en die LED saam te las. Ons besluit oor die plasing van die 1 werkende LED en plaas dit naby die middelste rat. Toe drie sterk magnete onder die ruimteskip geplaas word, het die gewenste resultaat gebeur! Ons het lig gehad! Om ander magnete onder die ratte te hê (om dit vertikaal op te hou) sou egter die magneetsensor inmeng. Daarom het ons besluit dat die ontwerp eerder as 'n tafelblad-weergawe moet bly.

Donker kant van die maan

Die belangrikste uitdagings wat ons in hierdie samewerkende iterasie in die gesig gestaar het, was die beperkings van lasersny en batterytegnologie. Die ontwerplêer, ruimteskepe vir 3D-druk en handmatige montering (met behulp van tradisionele gereedskap soos bore, 'n handsaag, gom en klampe was verbasend maklik). As iemand hierdie stuk wil herskep, sou die grootste uitdaging vir hulle wees om wiskunde te gebruik om die mees ideale ontwerp wat die laser kan sny, in kaart te bring. Ons het ook gesukkel met die tydsbeperking, en ons wil verkieslik in die nabye toekoms hierdie projek weer besoek om aan te hou uitbrei oor hierdie konsep.

Gereedskap en tegnologie

Om hierdie projek getrou te skep, moet hulle basiese kennis hê van die ontwerpproses, wiskunde, hoe om AI te gebruik en korrek opgestel word om 'n laserlêer te sny. Vervolgens sou hulle 'n basiese begrip van elektrisiteit benodig (LED, magnetiese sensor en soldeer). Hulle benodig toegang tot 'n goed geventileerde area vir spuitverf en die ontwerp van hierdie ratte. 'N Taz Lulzbot 6 is gebruik om die ruimteskip te druk, tesame met PLA Village Plastics -filament (enige kleur sal dit doen, aangesien u dit ook kan spuitverf). Laastens benodig hulle basiese kennis van hoe om 'n boor en handsaag te gebruik om die regte afmetings van gate vir elke LED en magnetiese sensor te sny (dit moet noukeurig gemeet word, aangesien die sensor nie baie sterk is nie en geplaas moet word) naby die magneet). Ten slotte, as u hierdie projek getrou wil herskep, benodig u ook 'n bietjie vergaderruimte!

'N Reuse sprong vir die mensdom

Ons het MARS bereik! Net 'n grap! Deur digitale vervaardigingsmetodes te gebruik, kon ons 'n wiskundige ratstelsel skep en gemaak van hout en akriel (in die spoed wat dit neem om u ruimtevaarderhelm aan te trek). Dit sou nie moontlik gewees het sonder die tegnologie van Adobe Illustrator -lêers gekombineer met lasersnit nie. Lasers is uiters akkuraat en vinnig. Iets wat onmoontlik was om te bereik met tradisionele vervaardigingsinstrumente alleen. Alhoewel tradisionele metodes nie in die hoofvervaardigingsproses gebruik is nie, het dit uiters belangrik geword by die finale samestelling en insluiting van tegnologie.

Volle STOOM Vooruit

Vanuit opvoedkundige oogpunt bevat hierdie planetêre ratstelsel al die fondamente van leer deur te doen. Gamification speel 'n groot rol in die eindproduk om dit vir gebruikers aantreklik te maak. Een van die belangrikste begunstigdes van hierdie projek is egter Onderwys. Hierdie projek kan praktiese vaardighede aanleer, wat begin met wiskunde, ingenieurswese, ruimtelike beredenering en elektroniese siklusse. Dit kan studente 'n kans gee om te sien hoe wiskunde aansluit by die fisiese wêreld, en hoe meganiese prosesse (soos lasersny) afhang van akkurate berekeninge. Uiteindelik kry studente die geleentheid om kreatiwiteit en visuele kunste toe te pas op die proses om verf, kleur en collage by te voeg om hul ontwerp te spesifiseer. Dit stel hulle ook in staat om 'n interaktiewe leeromgewing te skep wat STEAM in die klas ondersteun. STEAM is ingesluit by al die kriteria vir die oprigting van hierdie projek deur effektief in te sluit:

Wetenskap

Tegnologie

Ingenieurswese

Kunste

Wiskunde

Daar is 'n onlangse stoot in jare om mediageletterdheid en -ontwikkeling by studente so jonk as graad 1 te verbeter. Soos die Ontario-kurrikulum suggereer, is interkurrikulêre geleenthede vir onderwys belangrik om studente (K-12) se liefde vir leer op te bou. Hierdie projek is 'n bewuste benadering tot probleemoplossing, samewerking, open source praktiese leer wat nodig is in baie vakke in die Ontario-kurrikulum en verder!

Onbeperkte sterrebeelde

Ten slotte is dit belangrik om te erken dat hierdie ontwerp in die hande van ander mense aansienlik verbeter kan word. Dit beteken dat alhoewel al die komponente hier voorkom, daar nog baie aanpassings en hervermenging van hierdie ontwerp moontlik is. Deur saam te werk, het hierdie ontwerp onbeperkte potensiaal. Dit is 'n wonderlike beginprojek vir almal wat belangstel om STEAM toe te pas op hul eie leerpraktyk. Omdat die ontwerp op wiskunde gebaseer is, kan dit in baie verskillende konstellasies verander, verander en herontwerp word. Hierdie projek bevorder die idee dat daar nie een manier is om te maak nie.

Stap 1: Bêre dit

Kan u hierdie raaisel oplos?

Stap 2: Genereer die ratte

Met behulp van die verwysingsafdeling wat u hieronder kan vind, het ons u gereedskap gegee om ratte te genereer. Daar is 2 webwerwe, een wat eksklusief is vir wiskundige bloudrukke, en die ander webwerf bespreek die verskillende materiale en afwykings as u self die ratte moes sny.

Albei is belangrik by die beplanning en konstruksie van u lêer vir lasersnit, aangesien dit u beide sal help om die materiaal in ag te neem en te verstaan hoe om te werk binne die konstruksies van geringe onvoorsiene variasies.

Navorsing Berug oor sy gedeelde kennis, Matthias word in baie toerustingprojekte weergalm, omdat hy vaartbelynde inligting verskaf oor hoe u u eie ratte moet sny. Hy verskaf ook agtergrondinligting, sodat u met 'n goeie basis met u projek kan begin. Dit is noodsaaklik om 'n werkende stelsel en probleemoplossingsvaardighede te genereer om later probleme op te los. Die onderstaande woordelys word gemaak en verskaf deur: [email protected]

Stap 3: Tandafstand

Aantal millimeter van een tand na die volgende, langs die steekdiameter.

Versnelling 1 tande: aantal tande op rat om vir rat te lewer. Beheer die linker rat wanneer twee ratte gewys word. Voer negatiewe waarde in vir ratte.

Rack & Pinion: Skakel rat 1 na 'n lineêre rat (rek). U kan die ander rat ook 'n rek maak deur "0" in te voer vir die teltelling.

Gemete cal -afstand (mm): Na die druk van 'n toetsbladsy, meet die afstand tussen die lyne gemerk "dit moet 150 mm wees". As dit nie 150 mm is nie, voer die waarde in hierdie veld in om die skaal van die drukker te vergoed. Die volgende afdruk moet die regte grootte hê.

Kontakhoek (deg): Die drukhoek van die ratte. Vir ratte met 'n kleiner aantal tande, stel dit 'n bietjie groter om meer skuins tande te kry wat minder geneig is om vas te val.

Versnelling 2 tande: Aantal tande vir die rat aan die regterkant, indien weergegee. Die kassie bepaal of een of twee ratte gelewer word.

Twee ratte: As u sjablone druk, help dit om net een rat te wys.

Speke: Toon die rat met speke. Speke word slegs getoon vir ratte met 16 of meer tande.

Stap 4: Wiskunde

Ek het die onderstaande vergelyking gevind om te help om my ratkas op te stel en om te bepaal dat die ratte sal werk en bymekaar pas.

Dui R, S en P aan as die aantal tande op die ratte.

Die eerste beperking vir 'n planetêre rat om uit te werk, is dat alle tande dieselfde toonhoogte of tandafstand het. Dit verseker dat die tande inmekaar trek. Wat ek gedoen het, is gemaak van 3 afsonderlike sye wat dieselfde toonhoogte het, maar nie by mekaar pas nie, sodat die ratte altyd in lyn was, maar in 'n ander patroon. Die tweede beperking is: R = 2 × P + S

Dit wil sê, die aantal tande in die ratkas is gelyk aan die aantal tande in die middelste sonrat plus twee keer die aantal tande in die planeetratte. 'N Voorbeeld hiervan is 30 = 2 × 9 + 12. Of u kan na die webwerf vir die opwekking van toestelle gaan by https://geargenerator.com of

Stap 5: SVG -lêers en illustrator

As u 'n lêer vanaf die ratkraggenerator invoer en nie in Illustrator gebou het nie, moet u die onderstaande instruksies volg om met SVG -lêers in illustrator te werk.

Illustrator bied 'n standaardstel SVG -effekte. U kan die effekte met hul standaardeienskappe gebruik, die XML -kode wysig om pasgemaakte effekte te produseer of nuwe SVG -effekte te skryf.

Om 'n SVG -lêer in Illustrator in te voer:

Kies Effek> SVG -filter> Voer SVG -filter in.

Kies die SVG -lêer waarvan u die effekte wil invoer en klik op Open.

Om die SVG -lêer in Illustrator te manipuleer: Kies 'n voorwerp of groep (of teiken 'n laag in die paneel Lage).

Doen een van die volgende: Om 'n effek met sy standaardinstellings toe te pas, kies die effek in die onderste gedeelte van die submenu Effek> SVG Filters.

Om 'n effek met pasgemaakte instellings toe te pas, kies Effek> SVG -filters> Pas SVG -filter toe.

Kies die effek in die dialoogkassie, en klik op die knoppie Bewerk SVG -filter fx.

Wysig die standaardkode en klik op OK.

Om 'n nuwe effek te skep en toe te pas, kies Effek> SVG -filters> Pas SVG -filter toe.

Klik in die dialoogkassie op die knoppie Nuwe SVG -filter, voer die nuwe kode in en klik op OK.

As u 'n SVG -filter -effek toepas, vertoon Illustrator 'n gerasteriseerde weergawe van die effek op die kunsbord. U kan die resolusie van hierdie voorskoubeeld beheer deur die instelling van die resolusie -resolusie van die rasterisasie -dokument te verander.

Stap 6: Stoor u lêer

Voer u lêer uit as.eps of.ai.

Gaan na instellings en maak seker dat u in die RGB -modus werk, NIE CMYK nie.

U kan dit verander deur na:

Kies Lêer -> Dokumentkleurmodus -> RGB

Alle snylyne moet aangedui word met rooi blou en groen lyne met 'n slaggewig van.01pt

Die laser sal die kleure interpreteer as geordende snylyne wat van binne na buite werk.

Begin met rooi (RGB: 255, 0, 0) gevolg deur Blue (RGB 0, 0, 255), en uiteindelik groen (RGB 0, 255, 0).

Alle binne snitte moet eers gesny word en daarom moet dit rooi wees, met enige verdere snitte wat blou is, en die laaste snitte aan die buitekant groen. Maak seker dat al u ratte bymekaar pas en dat daar geen snylyne is voordat u begin druk nie.

As u ratte lyk asof dit nie korrek geformateer is nie, kan u teruggaan na die ratgeneratorbladsy en u berekeninge herevalueer.

Stoor as.ai -lêers en dra dit oor na die Bosslaser -program.

Met hierdie program kan u ook u lêer manipuleer. U kan hierdie program gebruik om u lêer direk na die lasersnyer te stuur.

Stap 7: Thingiverse en 3D -drukwerk

Soos in die hoofomskrywing van hierdie projek genoem, kan u u 3D -ruimtetuie altyd afdruk! Stel u eie ontwerp op deur ThinkerCAD, OpenSCADFusion360 of Rhino te gebruik, of gaan na Thingiverse en vind 'n kreatiewe gemeenskaplike projek om af te druk! Miskien kan u selfs sommige van die lêers aanpas by u unieke ontwerpuitdaging! Hierdie ruimteskepe is teen die hoogste snelheid op 'n Taz Lulzbot 6 met PLA Village Plastics gedruk (dit het minder as 2 uur geneem vir 7 ruimteskepe).

Stap 8: LED -stroombaan met rietskakelaars

'N Rietskakelaar is 'n elektromagnetiese skakelaar wat aangeskakel word deur 'n magneet wat in die omgewing gebring word.

Hierdie kring bevat 'n rietskakelaar, LED en 3 V -kragbron van 2 AA -batterye.

Hierdie projek vorm die grondbeginsels van hoe rietskakelaars werk.

Uit die onderstaande skema kan u sien waar die LED en skakelaar geplaas is.

Die battery het twee drade swart en rooi. Swart draad word gemaal en rooi draad is krag.

Die rooi draad gaan aan elke kant van die rietskakelaar gesoldeer word.

Die rietskakelaar word aan die lang kant + van die LED gesoldeer. LED - kort kant sal gesoldeer word om die swart draad wat na die battery lei, te grond.

Stap 9: Kring in die bord opneem

Dit is belangrik dat u die afstand wat die magneet benodig, moet meet tot by u skakelaar. Sonder om te toets, kan u 'n gat boor wat te ver van u magneet is, en dan werk die skakelaar nie korrek nie. Die sterkte van u magneet beteken dat daar 'n groter of korter gaping tussen die rietskakelaar en die magneet kan wees. Ons meet dit en boor 'n gat vir die LED en 'n opening vir die skakelaar in ons berkbord.

Stap 10: Om pret te hê

U het op hierdie stadium baie moeite gedoen. Dit is tyd om kreatief te raak!

Gebruik akriel (Molotow) spuitverf om 'n kosmos -effek op sowel akriel as hout te verkry. Gebruik die kleure wat by u projek pas. Dra 'n beskermende (ideaal asemhalingsmasker of organiese damp), handskoene om u hande te beskerm en werk altyd in 'n goed geventileerde omgewing (nooit binne nie!).

Laat die ratte ongeveer 24 uur droog word voordat u dit op die bord plaas om te voorkom dat die verf krap.

U kan ook u klein ruimtetjies spuitverf!

Stap 11: Lys met materiaal en ander hulpbronne

Hier is 'n uitgebreide lys materiaal en verdere nuttige verwysings:

Rietskakelaar

470Ω weerstand

1 LED wit

Magnet Adobe

Illustrator CC -app om vektorlêers vir lasersnit te skep

Bosslaser -program om die lêer vir die lasersnymasjien op te stel.

Medium graad skuurpapier.

1/8 Baltiese berk laaghout 48 duim lank x 27 duim hoog x 2

1/8 helder akriel 48 duim lank x 27 duim hoog x 1

Akriel spuitverf in verskillende kleure

Respirator met organiese patroon

Handskoene

Koordlose boor (met verskillende boorpunte)

Houtgom

Instant Glue (vir ruimteskepe)

Cura-vir Lulzbot

Taz Lulzbot 6

PLA Village Plastics Filament

Nuttige verwysings:

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…