Celoten STEAM naprej! do neskončnosti in naprej: 11 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Sodelovanje med Alicio Blakey in Vanesso Krause

Kdo za vraga je Fibonacci?

Na podlagi Alicijine zasnove (gnezdenih planetarnih zobnikov) smo se odločili za sodelovanje, da bi poskušali ustvariti delujoč sistem zobnikov, ki jih je mogoče prikazati v pokončnem položaju. V idealnem primeru želimo, da se naše občinstvo počuti prijetno in prisiljeno sodelovati s to zasnovo. Z uporabo različnih metod, opisanih v tem dokumentu, bomo govorili o procesu oblikovanja in o tem, kako smo se spopadali z matematičnimi vprašanji, logiko in izbiro materiala.

Bin-it

Za pomoč našim matematičnim nagnjenim bratom in sestram: Moj brat Joey mi je poslal Binetovo formulo … brez pojasnil, kako jo uporabiti. Ko sem mu poslal sporočilo in rekel "Hej Joey, mi lahko to razložiš?" na kar je odgovoril: "Kateri del?"

Ker nimam nobenega matematičnega nagnjenja, smo prosili Alicijinega brata Merricka, da pojasni, kako bi lahko formulo uporabili za izdelavo gnezdilk. Za reševanje je porabil približno deset minut, odgovoril z "ja, deluje", nato pa rekel "moram iti" in nas zapustil brez odgovorov in brez prevedene formule.

Še 30 minut smo iskali odgovor na naše vprašanje …

Internet ima odgovore

Da bi presegli Binet Barrier, smo se odločili pobrskati po internetu za odgovore in predloge za rešitev naše uganke. Našli smo več spletnih mest, ki lahko ustvarijo združljive zobnike.

Nekatera od teh spletnih mest so:

Generator gonila planetarni

Gear Catalyst

Ko smo imeli te generatorje zobnikov za pomoč pri matematičnih vidikih tega projekta, smo se preselili v Adobe Illustrator, da bi ustvarili linijske različice teh zobnikov. Alicia se je osredotočila na to, da bo vsaka prestava združljiva z laserskimi rezalniki v centru 100 McCaul RP. Odločili smo se, da bomo za prvo rezanje uporabili vezano ploščo Baltic Birch ⅛”, da zagotovimo, da je matematika pravilno poravnana. Alicia je naredila več kot 3 majhne makete, kako bi lahko izgledali ti zobniki. Z vsako ponovitvijo je prišlo do težav, ko je laserski rezalnik premalo ali preveč odstranil majhne zobniške sisteme, tako da se niso mogli več učinkovito blokirati in obračati (uporabila je tako akril kot vezane plošče (⅛ ). Ta postopek je bil frustrirajoče, vendar so nam pomagale spoznati omejitve laserskega rezanja za ta projekt.

Profesor ve najbolje

Alicia in jaz sva zelo trmasta in odločena, da rešita uganko ugnezdenih zobnikov. Bil sem pripravljen poseči po planetarno prepletenih zobnikih, vendar je Alicia potrebovala odgovore! V zadnjem poskusu tolažbe z matematiko se je Alicia obrnila na upokojenega profesorja z Queen's University. Pojasnil je, da bi morala za enostavno merjenje razdalj med vsakim od zobnikov razdeliti in izmeriti 37 segmentov. To bi omogočilo pravilno poravnavo vseh zob. Ker smo porabili nekaj časa za reševanje uganke, je pri usklajevanju še vedno obstajala majhna matematična težava. Glede na našo časovno omejitev smo se odločili za planetarne prestave.

Dvignite se

Medtem ko je Alicia reševala globoka matematična vprašanja, sem se osredotočil na tiskanje 3D vesoljskih ladij. To je pomagalo utrditi splošno temo in našemu komadu dati bolj prijazno interaktivno kakovost. Z uporabo Thingiverse sem lahko našel zabavno retro vesoljsko zasnovo (ustvaril cerberus333). Ta zasnova mi je omogočila, da sem lestvico spremenil v precej manjšo. Z dodajanjem vesoljske ladje se bo naše občinstvo lahko držalo, saj se zobniki vrtijo skupaj. To je bila zelo preprosta rešitev, da bi bil del bolj prijeten za druge. Na podlagi odprtokodne narave Thingiverse lahko vsak predmet z računalnikom in dostopom do 3D tiskalnika ustvari sam. Tiskanje je bilo tudi razmeroma hitro (za tiskanje 7 vesoljskih ladij je trajalo manj kot 2 uri). Na koncu smo uporabili le 3 ali 7 natisnjenih izvodov.

Ustreli za luno …

Na podlagi začetne zamisli o oblikovanju sva z Alicio želela ustvariti planetarne zobnike z veliko vgrajenimi LED lučmi, ki bi jih aktivirali naši magneti (pritrjeni na zadnji strani vsake prestave), da bi model lahko stal pokonci in osvetlil vsako "zvezdo" sistem, ko se vrti. Alicia je odšla v Home Hardware in kupila LED vezje Reed stikala in magnetne senzorje. S svedrom in ročno žago sem naredil pravilno odprtino za LED in magnetni senzor, ki se prilega leseni plošči iz vezanega lesa. Kasneje smo ugotovili, da so akumulatorji, kupljeni pri podjetju Home Hardware na College in Spadina, pravzaprav okvarjeni in so prižgali le eno LED žarnico, ko je magnet šel mimo.

Več kot samo vandalizem

Za ta projekt sem želel uporabiti še nekaj rok za ustvarjalne tehnike. Čeprav so bili leseni in akrilni zobniki sami po sebi lepi, jim ni bilo skupne teme z vesoljskimi ladjami. Odločil sem se, da bom z akrilnim razpršilcem Molotow ustvaril motiv galaksije za zobniške sisteme. Čeprav smo načrtovali barvanje celotne plošče z razpršilom, smo naleteli na majhno količino brizgalne kabine, ki se nahaja v laboratoriju Maker v naši ustanovi za podiplomske študente. Na podlagi te omejitve velikosti smo se odločili, da zobnike preprosto razpršimo na asimetrične načine. Na ta način bi lahko vesoljska ladja sedela na enem od navadnih ali brizganih zobnikov, da bi udeležencu pomagala razumeti našo celotno temo.

Orbita

Ko so bili sestavljeni vsi veliki zobniki, je Alicia z orodji za spajkanje zvarila magnetni senzor in LED. Odločili smo se za postavitev 1 delujoče LED in jo postavili blizu srednje prestave. Ko so pod vesoljsko ladjo postavili 3 močne magnete, se je zgodil želeni rezultat! Imeli smo svetlobo! Vendar pa bi imeli drugi magneti pod zobniki (da bi jih držali navpično) motili senzor magneta. Zato smo se odločili, da mora zasnova ostati namesto namizne različice.

Temna stran lune

Glavni izzivi, s katerimi smo se soočili pri tej skupni ponovitvi, so bile omejitve laserskega rezanja in tehnologije baterij. Oblikovalska datoteka, vesoljske ladje za 3D tiskanje in ročno sestavljanje (z uporabo tradicionalnih orodij, kot so vrtalniki, ročna žaga, lepilo in spone, je bilo presenetljivo enostavno). Če bi nekdo znova ustvaril ta del, bi bil glavni izziv, da z matematiko izmisli najbolj idealno zasnovo, ki jo laser lahko izreže. Prav tako smo se borili s časovno omejitvijo in bi v idealnem primeru želeli v bližnji prihodnosti ponovno pregledati ta projekt, da bi se ta koncept še naprej širil.

Orodja in tehnologija

Za zvesto ustvarjanje tega projekta bi morali imeti osnovno znanje o postopku oblikovanja, matematiki, uporabi umetne inteligence in pravilno nastaviti lasersko datoteko za rezanje. Nato bi potrebovali osnovno razumevanje električne energije (LED, magnetni senzor in spajkanje). Potrebovali bodo dostop do dobro prezračevanega prostora za barvanje z brizganjem in oblikovanje teh zobnikov po meri. Za tiskanje vesoljske ladje je bil uporabljen Taz Lulzbot 6 skupaj s filamentom PLA Village Plastics (vsaka barva je primerna, saj jih lahko tudi razpršite). Nazadnje bodo potrebovali osnovno znanje o tem, kako z vrtalnikom in ročno žago izrezati ustrezne dimenzije lukenj za vsako LED in magnetno tipalo (to je treba natančno izmeriti, saj senzor ni zelo močan in ga je treba namestiti v neposredni bližini magneta). Nazadnje, če želite zvesto poustvariti ta projekt, boste potrebovali tudi nekaj prostora za montažo!

Velik preskok za človeštvo

Prišli smo do MARS -a! Se samo hecam! Z uporabo digitalnih metod izdelave smo lahko ustvarili matematični sistem orodij iz lesa in akrila (s hitrostjo, ki jo potrebujete za namestitev čelade astronavta). To ne bi bilo mogoče brez tehnologije datotek Adobe Illustrator v kombinaciji z laserskim rezanjem. Laserji so zelo natančni in hitri. Nekaj, kar bi bilo nemogoče doseči samo s tradicionalnimi orodji za izdelavo. Čeprav tradicionalne metode niso bile uporabljene v glavnem procesu izdelave, so postale izjemno pomembne pri končni sestavi in vključitvi tehnologije.

Celoten STEAM pred nami

Z izobraževalnega vidika je ta sistem planetarnih zobnikov vključeval vse temelje učenja z delom. Gamification igra veliko vlogo pri končnem izdelku, zato je privlačen za uporabnike. Eden glavnih upravičencev tega projekta pa je izobraževanje. Ta projekt se lahko nauči praktičnih veščin, začenši z matematiko, inženiringom, prostorskim sklepanjem in elektronskimi cikli. Učencem lahko omogoči, da vidijo, kako se matematika povezuje s fizičnim svetom in kako so mehanski procesi (na primer lasersko rezanje) odvisni od natančnih izračunov. Končno imajo študentje možnost uporabiti ustvarjalnost in vizualno umetnost v postopku dodajanja barve, barve, kolaža, da določijo svojo zasnovo. Omogoča jim tudi ustvarjanje interaktivnega učnega okolja, ki podpira STEAM v razredu. STEAM je vključen v vsa merila za ustvarjanje tega projekta z učinkovitim vključevanjem:

Znanost

Tehnologija

Inženiring

Umetnost

Matematika

V zadnjih letih je prišlo do nedavnega prizadevanja za izboljšanje medijske pismenosti in razvoja učencev, ki so že v 1. razredu. Kot navaja učni načrt Ontarija, je medpredmetno izobraževanje pomembno za krepitev ljubezni učencev (K-12) do učenja. Ta projekt je premišljen pristop k reševanju problemov, sodelovanju, odprtokodnemu praktičnemu učenju, ki je potrebno pri številnih predmetih v učnem načrtu Ontario in širše!

Neomejeno ozvezdje

Nazadnje je pomembno priznati, da bi lahko to zasnovo v rokah drugih ljudi močno izboljšali. To pomeni, da čeprav so vse komponente najdene tukaj, je še vedno možno veliko sprememb in ponovnih mešanic. S sodelovanjem ima ta zasnova neomejen potencial. To je odličen začetni projekt za vse, ki jih zanima uporaba STEAM -a v svoji učni praksi. Ker zasnova temelji na matematiki, jo je mogoče spreminjati, spreminjati in predelati v številnih različnih ozvezdjih. Ta projekt spodbuja idejo, da ni enotnega načina izdelave.

1. korak: Odložite ga

Ali lahko rešite to uganko?

2. korak: Ustvarjanje orodja Gears

Z uporabo referenčnega razdelka, ki ga najdete spodaj, smo vam dali orodja za ustvarjanje zobnikov. Obstajata dve spletni strani, ki je izključno za matematične načrte, druga pa obravnava različne materiale in razlike, če bi morali sami prerezati orodje.

Oba sta pomembna pri načrtovanju in izdelavi datoteke za lasersko rezanje, saj vam bosta pomagala upoštevati materiale in razumeti, kako delati v konstrukcijah z rahlimi nepredvidenimi spremembami.

Raziskave, znane po njegovem skupnem znanju, je Matthias odmeven v številnih projektih zobnikov, ker ponuja racionalizirane informacije o tem, kako ročno sami odrezati orodje. Zagotavlja tudi osnovne informacije, tako da lahko svoj projekt začnete z dobrimi temelji. To je bistveno za ustvarjanje sistema, ki deluje, in spretnosti za reševanje težav, ki jih lahko pozneje odpravite. Spodnji slovarček ustvari in posreduje: [email protected]

Korak: Razmik med zobmi

Število milimetrov od enega zoba do drugega po premeru koraka.

Zobje 1 zobnika: Število zob na orodju za upodabljanje. Upravlja levo prestavo, ko prikazuje dve prestavi. Vnesite negativno vrednost za obročna zobnika.

Rack & Pinion: Prestavite prestavo 1 v linearno prestavo (stojalo). Drugo orodje lahko naredite tudi za stojalo, tako da za število zob vnesete "0".

Izmerjena kalorijska razdalja (mm): Po tiskanju preskusne strani izmerite razdaljo med vrsticami z oznako "to naj bo 150 mm". Če ni 150 mm, vnesite vrednost v to polje, da kompenzirate povečanje tiskalnika. Naslednji izpis mora biti pravilne velikosti.

Kontaktni kot (stopinje): kot pritiska tlaka. Pri zobnikih z manjšim številom zob nastavite to vrednost nekoliko večje, da dobite bolj nagnjene zobe, za katere je manj verjetno, da se bodo zagozdili.

Menjalnik 2 zob: Število zob za orodje na desni, če je prikazano. Potrditveno polje nadzoruje, ali sta upodobljena ena ali dve prestavi.

Dve prestavi: Pri tiskanju predlog je koristno prikazati samo eno prestavo.

Napele: Opremo pokažite s špicami. Napele so prikazane samo pri zobnikih s 16 ali več zobmi.

4. korak: Matematika

Spodnjo enačbo sem našel za pomoč pri sestavi orodja in določitvi, da bodo zobniki delovali in se ujemali.

R, S in P označimo kot število zob na zobnikih.

Prva omejitev planetarnega orodja je, da imajo vsi zobje enako višino ali razmik med zobmi. To zagotavlja, da se zobje očesa. Kar sem naredil, so bile 3 ločene strani, ki so imele enak naklon, vendar se niso ujemale, tako da so bile prestave vedno poravnane, vendar v drugačnem vzorcu. Druga omejitev je: R = 2 × P + S

To pomeni, da je število zob v obročnem obroču enako številu zob v srednjem sončnem orodju plus dvakrat večje število zob v planetarnih zobnikih. Primer tega bi bil 30 = 2 × 9 + 12. Ali pa pojdite na spletno mesto za ustvarjanje orodja na naslovu https://geargenerator.com ali

5. korak: Datoteke SVG & Illustrator

Če uvozite datoteko iz generatorja zobnikov in niste izdelali v Illustratorju, boste morali pri delu z datotekami SVG v Illustratorju upoštevati spodnja navodila.

Illustrator ponuja privzeti nabor učinkov SVG. Učinke lahko uporabite s privzetimi lastnostmi, uredite kodo XML za izdelavo učinkov po meri ali napišete nove učinke SVG.

Če želite uvoziti datoteko SVG v Illustrator:

Izberite Učinek> Filter SVG> Uvozi filter SVG.

Izberite datoteko SVG, iz katere želite uvoziti učinke, in kliknite Odpri.

Za upravljanje datoteke SVG v Illustratorju: Izberite predmet ali skupino (ali ciljajte na plast na plošči Sloji).

Naredite nekaj od naslednjega: Če želite uporabiti učinek s privzetimi nastavitvami, izberite učinek v spodnjem delu podmenija Učinek> Filtri SVG.

Če želite uporabiti učinek z nastavitvami po meri, izberite Učinek> Filtri SVG> Uporabi filter SVG.

V pogovornem oknu izberite učinek in kliknite gumb Uredi filter SVG fx.

Uredite privzeto kodo in kliknite V redu.

Če želite ustvariti in uporabiti nov učinek, izberite Učinek> Filtri SVG> Uporabi filter SVG.

V pogovornem oknu kliknite gumb Nov filter SVG, vnesite novo kodo in kliknite V redu.

Ko uporabite učinek filtra SVG, Illustrator prikaže rastrsko različico učinka na umetniški plošči. Ločljivost te slike za predogled lahko nadzirate tako, da spremenite nastavitev ločljivosti rastrskega dokumenta.

6. korak: Shranite datoteko

Izvažite datoteko kot.eps ali.ai.

Pojdite v nastavitve in se prepričajte, da delate v načinu RGB, NE CMYK.

To lahko spremenite tako:

Izberite Datoteka -> Način barvnega dokumenta -> RGB

Vse rezane črte je treba označiti z rdečo modro in zeleno črto z maso udarca 0,01pt

Laser bo barve interpretiral kot urejene linije reza, ki delujejo od znotraj navzven.

Začenši z rdečo (RGB: 255, 0, 0), ki ji sledi modra (RGB 0, 0, 255) in končno zelena (RGB 0, 255, 0).

Vse notranje reze je treba najprej odrezati, zato morajo biti rdeče, vsi nadaljnji kosi so modri, zadnji zunanji kosi pa zeleni. Preden nastavite tiskanje, se prepričajte, da so vsi zobniki skupaj in da se ne križajo črte.

Če so vaši zobniki videti, kot da niso pravilno oblikovani, se lahko vrnete na stran generatorja zobnikov in ponovno ocenite svoje izračune.

Shranite kot datoteke.ai in prenesite v program Bosslaser.

Ta program vam omogoča tudi upravljanje datotek. S tem programom lahko datoteko pošljete neposredno na laserski rezalnik.

7. korak: Thingiverse in 3D tiskanje

Kot je omenjeno v osnutku tega projekta, lahko svoje 3D vesoljske ladje kadar koli natisnete! S pomočjo ThinkerCAD -a, OpenSCADFusion360 ali Rhino si omislite svoj dizajn ali pojdite na Thingiverse in poiščite ustvarjalni skupni projekt za tiskanje! Morda lahko celo spremenite nekatere datoteke, da bodo ustrezale vašemu edinstvenemu oblikovalskemu izzivu! Te vesoljske ladje so bile natisnjene na Taz Lulzbot 6 s PLA Village Plastics pri največji hitrosti (trajalo je manj kot 2 uri za 7 vesoljskih ladij).

Korak 8: LED vezje Reed Switch

Reed stikalo je elektromagnetno stikalo, ki se vklopi z magnetom, ki ga vnesemo v njegovo bližino.

To vezje vključuje trstično stikalo, LED in 3 V napajanje iz 2 baterij AA.

Ta projekt predstavlja osnovo delovanja trstičnih stikal.

Iz spodnje sheme lahko razberete, kje sta LED in stikalo.

Baterija ima 2 črni in rdeči žici. Črna žica je ozemljena, rdeča pa napajanje.

Rdeča žica bo spajkana na oba konca trstičnega stikala.

Reed stikalo bo spajkano na dolgi strani + LED. LED - kratka stran bo spajkana, da ozemlji črno žico, ki vodi do baterije.

9. korak: Vključitev vezja v ploščo

Pomembno je, da izmerite razdaljo, do katere mora biti magnet na mestu do stikala. Brez testiranja bi lahko izvrtali luknjo, ki je daleč od vašega magneta, nato pa stikalo ne bo delovalo pravilno. Moč vašega magneta bo pomenila, da je lahko med reed stikalom in magnetom širša ali krajša vrzel. To smo izmerili in nato izvrtali luknjo za LED in odprtino za stikalo v naši brezovi plošči.

10. korak: Zabavajte se

Na tem mestu ste naredili veliko trdega dela. Čas je za ustvarjalnost!

Uporabite akrilno (Molotow) razpršilno barvo, da dosežete učinek kozmosa na akrilu in lesu. Uporabite barve, ki ustrezajo vašemu projektu. Nosite zaščitno opremo (v najboljšem primeru organski parni respirator za pol obraza ali masko), nosite rokavice za zaščito rok in VEDNO delajte v dobro prezračevanem prostoru (nikoli v notranjosti!).

Zobnike pustite, da se posušijo približno 24 ur, preden jih položite na desko, da se izognete praskanju barve.

Svoje drobne vesoljske ladje lahko tudi razpršite!

11. korak: Seznam materialov in drugih virov

Tu je izčrpen seznam materialov in dodatne koristne reference:

Reed stikalo

470Ω upor

1 LED bela

Magnet Adobe

Ilustrator CC aplikacija za ustvarjanje vektorskih datotek za lasersko rezanje

Bosslaser program za nastavitev datoteke za stroj za lasersko rezanje.

Srednje kakovostni brusni papir.

1/8 vezana plošča iz baltske breze 48 cm dolga x 27 palcev visoka x 2

1/8 prozorni akril 48 cm dolg x 27 palcev visok x 1

Akrilna barva v različnih barvah

Respirator z organsko kartušo

Rokavice

Akumulatorski vrtalnik (z različnimi svedri)

Lepilo za les

Instant lepilo (za vesoljske ladje)

Cura-for Lulzbot

Taz Lulzbot 6

PLA Village Plastic Filament

Koristne reference:

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…