À toute vapeur! vers l'infini et au-delà : 11 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Une collaboration entre Alicia Blakey et Vanessa Krause

Qui est ce putain de Fibonacci ?

Sur la base de la conception d'Alicia (les engrenages planétaires imbriqués), nous avons décidé de collaborer pour essayer de créer un système fonctionnel d'engrenages pouvant être affichés en position verticale. Idéalement, nous voulons que notre public se sente à l'aise et obligé d'interagir avec cette conception. En utilisant une variété de méthodes décrites dans ce document, nous parlerons du processus de conception et de la façon dont nous nous sommes débattus avec les problèmes mathématiques, la logique et les choix de matériaux.

Bin-it

Enrôler nos frères et sœurs inclinés pour les mathématiques pour aider: Mon frère Joey m'a envoyé une formule de Binet… sans explication sur la façon de l'utiliser. Quand je lui ai envoyé un texto et lui ai dit "Hey Joey, peux-tu me l'expliquer?" auquel il a répondu: « Quelle partie ?

Comme je n'ai absolument aucune inclination mathématique, nous avons demandé au frère d'Alicia, Merrick, d'expliquer comment la formule pourrait être appliquée pour fabriquer les engrenages d'emboîtement. Il a passé environ dix minutes à le résoudre, a répondu « oui, ça marche », puis a dit « Je dois y aller » et nous a laissé sans réponse ni formule traduite.

Nous avons passé encore 30 minutes à chercher une réponse à notre question…

Internet a des réponses

Pour dépasser la barrière de Binet, nous avons décidé de parcourir Internet à la recherche de réponses et de suggestions pour résoudre notre énigme. Nous avons trouvé plusieurs sites capables de créer des engrenages compatibles.

Certains de ces sites sont:

Générateur d'engrenages planétaire

Catalyseur d'engrenage

Une fois que nous avons eu ces générateurs d'engrenages pour aider avec les aspects mathématiques de ce projet, nous sommes passés à Adobe Illustrator pour créer des versions de lignes de ces engrenages. Alicia s'est concentrée sur le rendu de chaque équipement pour qu'il soit compatible avec les découpeuses laser au centre 100 McCaul RP. Nous avons décidé d'utiliser du contreplaqué Baltic Birch ⅛" pour la coupe initiale, afin de nous assurer que les mathématiques s'alignent correctement. Alicia a réalisé plus de 3 petites maquettes de ce à quoi ces engrenages pourraient potentiellement ressembler. À chaque itération, il y avait des problèmes avec la découpeuse laser prenant trop peu ou trop de petits systèmes d'engrenages, de sorte qu'ils ne s'emboîtaient plus et ne tournaient plus efficacement (elle utilisait à la fois de l'acrylique et du contreplaqué (⅛"). Ce processus a été frustrant, mais nous a aidés à réaliser les limites de la découpe laser pour ce projet.

Le professeur sait le mieux

Alicia et moi sommes toutes les deux très têtues et déterminées à résoudre l'énigme des engrenages imbriqués. J'étais prêt à m'installer sur des engrenages planétaires imbriqués, cependant, Alicia avait besoin de réponses ! Dans une dernière tentative pour trouver du réconfort avec les mathématiques, Alicia a contacté un professeur à la retraite de l'Université Queen's. Il a expliqué que pour mesurer facilement les distances entre chacun des engrenages, elle devrait diviser et mesurer 37 segments. Cela permettrait à toutes les dents de s'aligner correctement. En passant du temps à résoudre l'énigme, il y avait encore un petit problème mathématique avec l'alignement. Nous avons opté pour des engrenages planétaires, compte tenu de notre contrainte de temps globale.

Enlever

Pendant qu'Alicia résolvait des problèmes mathématiques profonds, je me suis concentré sur l'impression de vaisseaux spatiaux en 3D. Cela a contribué à solidifier le thème général et à donner à notre pièce une qualité interactive plus accueillante. En utilisant Thingiverse, j'ai pu trouver un design de vaisseau spatial rétro amusant (créé par cerberus333). Cette conception m'a permis de modifier l'échelle pour qu'elle soit beaucoup plus petite. En ajoutant le vaisseau spatial, notre public pourra s'y accrocher, car les engrenages tournent ensemble. C'était une solution très simple pour rendre la pièce plus accueillante pour les autres. Sur la base de la nature open source de Thingiverse, toute personne disposant d'un ordinateur et ayant accès à une imprimante 3D peut créer cet objet pour elle-même. L'impression a également été relativement rapide (il a fallu moins de 2 heures pour imprimer 7 vaisseaux spatiaux). Nous n'avons finalement utilisé que 3 ou 7 exemplaires imprimés.

Viser la lune…

Sur la base de l'idée de conception initiale, Alicia et moi voulions créer des engrenages planétaires avec de nombreuses lumières LED intégrées qui seraient activées par nos aimants (attachés à l'arrière de chaque engrenage) afin que le modèle puisse se tenir droit et éclairer chaque "étoile" système pendant qu'il tourne. Alicia s'est adressée à Home Hardware et a acheté un circuit DEL à interrupteur Reed et des capteurs magnétiques. J'ai utilisé une perceuse et une scie à main pour faire l'ouverture correcte pour que la LED et le capteur magnétique s'insèrent dans la planche de contreplaqué en bois. Nous avons réalisé plus tard que les batteries achetées chez Home Hardware sur College et Spadina étaient en fait défectueuses et n'allumaient qu'une seule ampoule LED lorsque l'aimant passait.

Plus que du vandalisme

Pour ce projet, je voulais également appliquer des techniques créatives plus pratiques. Bien que les engrenages en bois et en acrylique soient beaux en eux-mêmes, il leur manquait un thème commun avec les vaisseaux spatiaux. J'ai décidé d'utiliser de la peinture acrylique en aérosol Molotow pour créer un motif de galaxie pour les systèmes d'engrenages. Bien que nous prévoyions de peindre au pistolet l'ensemble du tableau, nous avons été confrontés à la petite échelle de la cabine de pulvérisation située dans le laboratoire Maker de notre installation pour diplômés. Sur la base de cette limitation de taille, nous avons décidé de peindre les engrenages à la bombe de manière asymétrique. De cette façon, le vaisseau spatial pourrait s'asseoir sur l'un des engrenages unis ou peints à la bombe pour aider le participant à comprendre notre thème général.

Orbite

Une fois tous les engrenages à grande échelle assemblés, Alicia a utilisé les outils de soudage pour souder ensemble le capteur magnétique et la LED. Nous avons décidé de l'emplacement de la 1 LED de travail et l'avons placée près de l'engrenage du milieu. Lorsque 3 aimants puissants ont été placés sous le vaisseau spatial, le résultat souhaité s'est produit ! Nous avons eu de la lumière ! Cependant, avoir d'autres aimants sous les engrenages (pour les maintenir verticalement) aurait interféré avec le capteur magnétique. Par conséquent, nous avons décidé que le design devait rester une version de table à la place.

La face cachée de la lune

Les principaux défis auxquels nous avons été confrontés dans cette itération collaborative étaient les limites de la découpe laser et de la technologie des batteries. Le fichier de conception, les vaisseaux spatiaux d'impression 3D et l'assemblage manuel (à l'aide d'outils traditionnels tels que des perceuses, une scie à main, de la colle et des pinces était étonnamment facile). Si quelqu'un devait recréer cette pièce, le principal défi serait pour lui d'utiliser les mathématiques pour définir le design le plus idéal que le laser puisse couper. Nous avons également eu du mal avec la limitation du temps et aimerions idéalement revoir ce projet dans un proche avenir pour continuer à développer ce concept.

Outils et technologie

Pour créer fidèlement ce projet, ils devraient avoir des connaissances de base sur le processus de conception, les mathématiques, l'utilisation de l'IA et la configuration correcte pour un fichier laser à découper. Ensuite, ils auraient besoin de connaissances de base en électricité (LED, capteur magnétique et soudure). Ils auront besoin d'accéder à une zone bien ventilée pour la peinture au pistolet et la conception personnalisée de ces engrenages. Un Taz Lulzbot 6 a été utilisé pour imprimer le vaisseau spatial, ainsi que du filament PLA Village Plastics (n'importe quelle couleur fera l'affaire, car vous pouvez également les peindre au pistolet). Enfin, ils auront besoin de connaissances de base sur l'utilisation d'une perceuse et d'une scie à main pour couper les dimensions appropriées des trous pour chaque LED et capteur magnétique (cela doit être mesuré avec soin, car le capteur n'est pas très solide et doit être placé à une courte distance de l'aimant). Enfin, si vous souhaitez recréer fidèlement ce projet, vous aurez également besoin d'un espace d'assemblage !

Un pas de géant pour l'humanité

Nous avons atteint MARS ! Je plaisante seulement! En utilisant des méthodes de fabrication numérique, nous avons pu créer un système d'engrenage mathématique et le fabriquer en bois et en acrylique (à la vitesse qu'il faut pour mettre votre casque d'astronaute). Cela n'aurait pas été possible sans la technologie des fichiers Adobe Illustrator combinée à la découpe laser. Les lasers sont extrêmement précis et rapides. Quelque chose qui aurait été impossible à réaliser avec des outils de fabrication traditionnels seuls. Bien que les méthodes traditionnelles n'aient pas été utilisées dans le processus de fabrication principal, elles sont devenues extrêmement importantes dans l'assemblage final et l'inclusion de la technologie.

À toute vapeur

D'un point de vue éducatif, ce système d'engrenage planétaire a incorporé toutes les bases de l'apprentissage par la pratique. La gamification joue un rôle important dans le produit final pour le rendre attrayant pour les utilisateurs. Cependant, l'un des principaux bénéficiaires de ce projet est l'éducation. Ce projet peut enseigner des compétences pratiques, en commençant par les mathématiques, l'ingénierie, le raisonnement spatial et les cycles électroniques. Cela peut donner aux élèves une chance de voir comment les mathématiques se connectent au monde physique et comment les processus mécaniques (tels que la découpe au laser) dépendent de calculs précis. Enfin, les élèves ont la possibilité d'appliquer la créativité et les arts visuels au processus d'ajout de peinture, de couleur, de collage pour spécifier leur conception. Cela leur permet également de créer un environnement d'apprentissage interactif qui prend en charge STEAM en classe. STEAM s'inscrit dans tous les critères de création de ce projet en intégrant efficacement:

Science

La technologie

Ingénierie

Arts

Mathématiques

Il y a eu une poussée récente au cours des années pour améliorer la littératie et le développement des médias chez les élèves aussi jeunes que la première année. Ce projet est une approche consciente de la résolution de problèmes, de la collaboration, de l'apprentissage pratique libre qui est nécessaire dans de nombreuses matières du programme d'études de l'Ontario et au-delà!

Constellations illimitées

Enfin, il est important de reconnaître que cette conception pourrait être grandement améliorée entre les mains d'autres personnes. Cela signifie que bien que tous les composants se trouvent ici, il reste encore beaucoup de modifications et de remix de cette conception qui sont possibles. En travaillant en collaboration, cette conception a un potentiel illimité. C'est un excellent projet de démarrage pour toute personne intéressée à appliquer STEAM à sa propre pratique d'apprentissage. Parce que la conception est basée sur les mathématiques, elle peut être modifiée, modifiée et refaite dans de nombreuses constellations différentes. Ce projet promeut l'idée qu'il n'y a pas de façon unique de faire.

Étape 1: Bin It

Peux-tu résoudre ce puzzle?

Étape 2: génération des engrenages

En utilisant la section de références qui se trouve ci-dessous, nous vous avons fourni des outils pour générer des engrenages. Il existe 2 sites Web, l'un qui est exclusif aux plans mathématiques et l'autre site discute des différents matériaux et des variantes si vous deviez couper les engrenages vous-même.

Ceux-ci sont tous deux importants lors de la planification et de la construction de votre fichier pour la découpe au laser, car ils vous aideront tous les deux à prendre en compte les matériaux et à comprendre comment travailler dans les constructions de légères variations imprévues.

Recherche Infâme pour ses connaissances partagées, Matthias est repris dans de nombreux projets d'engrenages, car il fournit des informations simplifiées sur la façon de couper à la main vos propres engrenages. Il fournit également des informations de base afin que vous puissiez démarrer votre projet avec de bonnes bases. Ceci est essentiel pour générer un système qui fonctionne et des compétences en résolution de problèmes pour résoudre les problèmes plus tard. Le glossaire ci-dessous est créé et fourni par: [email protected]

Étape 3: espacement des dents

Nombre de millimètres d'une dent à l'autre, le long du diamètre primitif.

Dents d'engrenage 1: nombre de dents sur l'engrenage à rendre pour l'engrenage. Contrôle la vitesse gauche lors de l'affichage de deux vitesses. Entrez une valeur négative pour les couronnes dentées.

Crémaillère et pignon: Changez la vitesse 1 en une roue linéaire (crémaillère). Vous pouvez également faire de l'autre engrenage une crémaillère en entrant « 0 » pour le nombre de dents.

Distance cal mesurée (mm): Après avoir imprimé une page de test, mesurez la distance entre les lignes marquées "cela doit être de 150 mm". Si ce n'est pas 150 mm, entrez la valeur dans ce champ pour compenser la mise à l'échelle de l'imprimante. La prochaine impression doit être de la bonne taille.

Angle de contact (deg): L'angle de pression des engrenages. Pour les engrenages avec un plus petit nombre de dents, réglez-le un peu plus grand, pour obtenir des dents plus inclinées qui sont moins susceptibles de se coincer.

Engrenage 2 dents: nombre de dents pour l'engrenage de droite, si rendu. La case à cocher contrôle si un ou deux engrenages sont rendus.

Deux engrenages: lors de l'impression de modèles, il est utile d'avoir un seul engrenage affiché.

Rayons: montrez l'engrenage avec des rayons. Les rayons ne sont montrés que pour les engrenages avec 16 dents ou plus.

Étape 4: Mathématiques

J'ai trouvé l'équation ci-dessous pour aider à construire mon agencement d'engrenages et pour déterminer que les engrenages fonctionneront et s'emboîteront.

Notons R, S et P comme le nombre de dents sur les engrenages.

La première contrainte pour un engrenage planétaire à travailler est que toutes les dents ont le même pas, ou espacement des dents. Cela garantit que les dents s'engrènent. Ce que j'ai fait, c'est de créer 3 côtés séparés qui avaient le même pas mais ne correspondaient pas les uns aux autres de sorte que les engrenages soient toujours alignés mais dans un motif différent. La deuxième contrainte est: R = 2 × P + S

C'est-à-dire que le nombre de dents de la couronne est égal au nombre de dents de la roue solaire du milieu plus le double du nombre de dents des satellites. Un exemple de ceci serait 30 = 2 × 9 + 12. Ou vous pouvez aller sur le site Web de génération d'engrenages à l'adresse https://geargenerator.com ou

Étape 5: Fichiers SVG et Illustrator

Si vous importez un fichier à partir du générateur d'engrenages et que vous n'avez pas construit dans Illustrator, vous devrez suivre les instructions ci-dessous pour travailler avec des fichiers SVG dans Illustrator.

Illustrator fournit un ensemble par défaut d'effets SVG. Vous pouvez utiliser les effets avec leurs propriétés par défaut, modifier le code XML pour produire des effets personnalisés ou écrire de nouveaux effets SVG.

Pour importer un fichier SVG dans Illustrator:

Choisissez Effet > Filtre SVG > Importer le filtre SVG.

Sélectionnez le fichier SVG à partir duquel vous souhaitez importer des effets et cliquez sur Ouvrir.

Pour manipuler un fichier SVG dans Illustrator: Sélectionnez un objet ou un groupe (ou ciblez un calque dans le panneau Calques).

Effectuez l'une des opérations suivantes: Pour appliquer un effet avec ses paramètres par défaut, sélectionnez l'effet dans la section inférieure du sous-menu Effet > Filtres SVG.

Pour appliquer un effet avec des paramètres personnalisés, choisissez Effet > Filtres SVG > Appliquer le filtre SVG.

Dans la boîte de dialogue, sélectionnez l'effet et cliquez sur le bouton Modifier le filtre SVG fx.

Modifiez le code par défaut et cliquez sur OK.

Pour créer et appliquer un nouvel effet, choisissez Effet > Filtres SVG > Appliquer le filtre SVG.

Dans la boîte de dialogue, cliquez sur le bouton Nouveau filtre SVG, entrez le nouveau code et cliquez sur OK.

Lorsque vous appliquez un effet de filtre SVG, Illustrator affiche une version pixellisée de l'effet sur le plan de travail. Vous pouvez contrôler la résolution de cette image d'aperçu en modifiant le paramètre de résolution de rastérisation du document.

Étape 6: Enregistrer votre fichier

Exportez votre fichier au format.eps ou.ai.

Accédez aux paramètres et assurez-vous que vous travaillez en mode RVB, PAS en CMJN.

Vous pouvez changer cela en allant sur:

Sélectionnez Fichier -> Mode couleur du document -> RVB

Toutes les lignes de coupe doivent être indiquées à l'aide de lignes rouges, bleues et vertes avec un poids de trait de 0,01 pt

Le laser interprétera les couleurs comme des lignes de coupe ordonnées travaillant de l'intérieur vers l'extérieur.

En commençant par le rouge (RVB: 255, 0, 0) suivi du bleu (RVB 0, 0, 255) et enfin du vert (RVB 0, 255, 0).

Toutes les coupes intérieures doivent être coupées en premier et doivent donc être rouges, toutes les coupes ultérieures étant bleues et les coupes extérieures finales étant vertes. Assurez-vous que tous vos engrenages s'emboîtent et qu'il n'y a pas de lignes qui se croisent avant de préparer l'impression.

Si vos engrenages semblent ne pas être formatés correctement, vous pouvez vous référer à la page du générateur d'engrenages et réévaluer vos calculs.

Enregistrez en tant que fichiers.ai et transférez-les dans le programme Bosslaser.

Ce programme vous permet également de manipuler votre fichier. Vous pouvez utiliser ce programme pour envoyer votre fichier directement à la découpeuse laser.

Étape 7: Thingiverse et impression 3D

Comme mentionné dans les grandes lignes de ce projet, vous pouvez imprimer vos vaisseaux spatiaux 3D à tout moment ! Créez votre propre design en utilisant ThinkerCAD, OpenSCADFusion360 ou Rhino, ou allez sur Thingiverse et trouvez un projet Creative Commons à imprimer ! Peut-être pouvez-vous même modifier certains des fichiers en fonction de votre défi de conception unique ! Ces vaisseaux spatiaux ont été imprimés sur un Taz Lulzbot 6 avec PLA Village Plastics à la vitesse la plus élevée (cela a pris moins de 2 heures pour 7 vaisseaux spatiaux).

Étape 8: Circuit LED du commutateur à lames

Un interrupteur reed est un interrupteur électromagnétique qui est activé par un aimant amené à proximité.

Ce circuit intègre un interrupteur reed, une LED et une alimentation 3 V à partir de 2 piles AA.

Ce projet constitue les principes fondamentaux du fonctionnement des commutateurs à lames.

À partir du schéma ci-dessous, vous pouvez discerner où la LED et l'interrupteur sont placés.

La batterie a 2 fils noir et rouge. Le fil noir est la masse et le fil rouge est l'alimentation.

Le fil rouge va être soudé à chaque extrémité du commutateur à lames.

Le commutateur à lames sera soudé au côté long + de la LED. LED - le côté court sera soudé à la terre du fil noir menant à la batterie.

Étape 9: Incorporation du circuit dans la carte

Il est important que vous mesuriez la distance entre l'aimant et votre interrupteur. Sans test, vous pourriez percer un trou trop éloigné de votre aimant et l'interrupteur ne fonctionnera pas correctement. La force de votre aimant signifie qu'il peut y avoir un espace plus ou moins large entre le commutateur Reed et l'aimant. Nous avons mesuré cela puis percé un trou pour la LED et une ouverture pour l'interrupteur dans notre planche de bouleau.

Étape 10: Amusez-vous

Vous avez fait beaucoup de travail à ce stade. Il est temps de faire preuve de créativité !

Utilisez de la peinture en aérosol acrylique (Molotow) pour obtenir un effet cosmos sur l'acrylique et le bois. Utilisez les couleurs qui conviennent à votre projet. Assurez-vous de porter une protection (idéalement un demi-masque respiratoire à vapeur organique ou un masque), portez des gants pour protéger vos mains et travaillez TOUJOURS dans un endroit bien ventilé (jamais à l'intérieur !).

Laissez sécher les engrenages pendant environ 24 heures avant de les placer sur la planche pour éviter de rayer la peinture.

Vous pouvez également pulvériser de la peinture sur vos petits vaisseaux spatiaux !

Étape 11: Liste des matériaux et autres ressources

Voici une liste complète de matériaux et d'autres références utiles:

Interrupteur à lames

résistance 470Ω

1 LED blanche

Aimant Adobe

Application Illustrator CC pour créer des fichiers vectoriels pour la découpe laser

Programme Bosslaser pour la configuration du fichier pour la machine de découpe laser.

Papier de verre de qualité moyenne.

Contreplaqué de bouleau baltique 1/8 48 pouces de long x 27 pouces de haut x 2

1/8 acrylique transparent 48 pouces de long x 27 pouces de haut x 1

Peinture acrylique en aérosol de différentes couleurs

Respirateur avec cartouche organique

Des gants

Perceuse sans fil (avec divers forets)

Colle à bois

Colle instantanée (pour les vaisseaux spatiaux)

Cura-pour Lulzbot

Taz Lulzbot 6

Filament PLA Village Plastiques

Références utiles:

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

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