STEAM Penuh Menjelang! ke Infinity & Beyond: 11 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Kerjasama antara Alicia Blakey dan Vanessa Krause

Siapa f ** k itu Fibonacci?

Berdasarkan reka bentuk Alicia (roda gigi planet bersarang) kami memutuskan untuk berkolaborasi untuk mencuba dan membuat sistem gear yang dapat berfungsi dalam kedudukan tegak. Sebaik-baiknya, kami mahu penonton kami merasa selesa dan terpaksa berinteraksi dengan reka bentuk ini. Dengan menggunakan pelbagai kaedah yang digariskan dalam dokumen ini, kita akan berbicara dengan proses reka bentuk dan bagaimana kita berjuang melalui masalah matematik, logik dan pilihan bahan.

Bin-it

Meminta adik-beradik kami yang cenderung matematik untuk membantu: Abang Joey menghantar saya Formula Binet… tanpa penjelasan mengenai cara menggunakannya. Ketika saya menghantar SMS kepadanya dan berkata "Hei Joey, bolehkah anda menjelaskannya kepada saya?" yang mana dia menjawab: "Bahagian mana?"

Oleh kerana saya sama sekali tidak mempunyai kecenderungan matematik, kami meminta saudara Alicia Merrick untuk menjelaskan bagaimana formula itu dapat digunakan untuk membuat peralatan bersarang. Dia menghabiskan kira-kira sepuluh minit untuk menyelesaikannya, menjawab dengan "ya, ia berfungsi" dan kemudian berkata "Saya harus pergi" dan meninggalkan kami tanpa jawapan dan tidak ada formula yang diterjemahkan.

Kami menghabiskan 30 minit lagi untuk mencari jawapan untuk pertanyaan kami…

Internet mempunyai Jawapan

Untuk melepasi Binet Barrier, kami memutuskan untuk menjelajahi internet untuk mendapatkan jawapan dan cadangan untuk menyelesaikan teka-teki kami. Kami menemui beberapa laman web yang dapat membuat gear yang serasi.

Beberapa laman web ini adalah:

Gear Generator Planetary

Pemangkin Gear

Setelah kami mempunyai penjana gear ini untuk membantu aspek matematik projek ini, kami beralih ke Adobe Illustrator untuk membuat versi garisan gear ini. Alicia memfokuskan pada menjadikan setiap gear serasi dengan Laser Cutter di pusat 100 McCaul RP. Kami memutuskan untuk menggunakan papan lapis Baltic Birch for”untuk pemotongan awal, untuk memastikan matematiknya selaras dengan betul. Alicia membuat lebih dari 3 maet kecil seperti apa yang berpotensi kelihatan seperti gear ini. Dengan setiap lelaran, terdapat masalah dengan pemotong laser yang terlalu sedikit, atau terlalu banyak dari sistem gear kecil, sehingga mereka tidak lagi berkesan dan saling berpusing (dia menggunakan kedua-dua akrilik dan papan lapis (⅛ ). Proses ini adalah mengecewakan, tetapi membantu kami menyedari batasan pemotongan laser untuk projek ini.

Prof Tahu Terbaik

Saya dan Alicia sangat degil dan bertekad untuk menyelesaikan teka-teki peralatan bersarang. Saya rela menggunakan roda gigi interlocking planet, namun, Alicia memerlukan jawapan! Dalam percubaan terakhir untuk mencari ketenangan dengan matematik, Alicia menghubungi seorang pesara profesor dari Universiti Queen. Dia menjelaskan bahawa untuk mengukur jarak antara setiap roda gigi dengan mudah, dia harus membelah dan mengukur 37 segmen. Ini akan membolehkan semua gigi sejajar dengan betul. Dengan meluangkan masa untuk menyelesaikan teka-teki, masih ada masalah matematik kecil dengan penjajaran. Kami berpegang pada gear Planetary, memandangkan keseluruhan catatan masa kami.

Angkat

Semasa Alicia menyelesaikan masalah matematik yang mendalam, saya fokus untuk mencetak kapal angkasa 3D. Ini membantu memantapkan tema keseluruhan, dan juga memberikan karya interaktif yang lebih mesra. Dengan menggunakan Thingiverse, saya dapat mencari reka bentuk kapal angkasa retro yang menyeronokkan (dibuat oleh cerberus333). Reka bentuk ini membolehkan saya mengubah skala menjadi lebih kecil. Dengan menambahkan kapal angkasa, khalayak kita akan dapat menahannya, ketika roda gigi berputar bersama. Ini adalah penyelesaian yang sangat mudah untuk menjadikan karya itu lebih mesra orang lain. Berdasarkan sifat sumber terbuka Thingiverse, sesiapa sahaja yang mempunyai komputer dan akses ke pencetak 3D dapat membuat objek ini untuk mereka sendiri. Cetakannya juga agak pantas (tidak sampai 2 jam untuk mencetak 7 kapal angkasa). Kami akhirnya menggunakan 3 atau 7 salinan bercetak.

Tembak untuk bulan …

Berdasarkan idea reka bentuk awal, Alicia dan saya ingin membuat roda gigi planet dengan banyak lampu LED tertanam yang akan diaktifkan oleh magnet kami (terpasang di bahagian belakang setiap roda gigi) sehingga model dapat berdiri tegak dan menerangi setiap "bintang" sistem kerana berputar. Alicia pergi ke perkakasan rumah dan membeli litar LED suis Reed dan sensor Magnetik. Saya menggunakan gerudi dan gergaji tangan untuk membuat bukaan yang betul untuk sensor LED dan magnet untuk dimasukkan ke dalam papan lapis kayu. Kami menyedari kemudian bahawa pek bateri yang dibeli dari Perkakasan Rumah di Kolej dan Spadina sebenarnya rosak dan hanya menyalakan satu mentol lampu LED ketika magnet melintas.

Lebih daripada sekadar Vandalisme

Untuk projek ini, saya juga ingin menggunakan teknik kreatif. Walaupun peralatan kayu dan akrilik cantik sendiri, mereka tidak mempunyai tema umum dengan kapal angkasa. Saya memutuskan untuk menggunakan cat Molotow Acrylic Spray untuk membuat motif galaksi untuk sistem gear. Walaupun kami berencana untuk menyemprotkan cat di seluruh papan, kami bertemu dengan skala kecil bilik semburan yang terletak di Makmal Pembuat di kemudahan Siswazah kami. Berdasarkan batasan ukuran ini, kami memutuskan untuk hanya menyemburkan cat gear dengan cara yang tidak simetri. Dengan cara ini, kapal angkasa boleh menggunakan salah satu roda gigi polos atau cat semburan untuk membantu pemahaman peserta mengenai tema keseluruhan kami.

Orbit

Setelah semua roda gigi berskala besar dipasang, Alicia menggunakan alat pematerian untuk menyatukan sensor magnet dan LED. Kami memutuskan penempatan 1 LED berfungsi dan meletakkannya di dekat gear tengah. Apabila 3 magnet kuat diletakkan di bawah kapal angkasa, hasil yang diinginkan berlaku! Kami mempunyai cahaya! Akan tetapi, dengan mempunyai magnet lain di bawah roda gigi (untuk menahannya secara menegak) akan mengganggu sensor magnet. Oleh itu, kami memutuskan bahawa reka bentuk perlu kekal sebagai versi papan atas.

Bahagian gelap bulan

Cabaran utama yang kami hadapi dalam iterasi kolaboratif ini adalah batasan pemotongan laser dan teknologi bateri. Fail reka bentuk, kapal angkasa percetakan 3D dan pemasangan manual (menggunakan alat tradisional seperti gerudi, gergaji tangan, lem dan pengapit sangat mudah). Sekiranya seseorang di mana untuk membuat semula karya ini, cabaran utama adalah mereka menggunakan matematik untuk memetakan reka bentuk paling ideal yang boleh dipotong oleh laser. Kami juga berjuang dengan batasan waktu, dan dengan idealnya ingin melihat semula projek ini dalam masa terdekat untuk terus mengembangkan konsep ini.

Alat & Teknologi

Untuk membuat projek ini dengan setia, mereka perlu mempunyai pengetahuan asas mengenai proses reka bentuk, matematik, cara menggunakan AI dan mengatur dengan betul agar fail laser dapat dipotong. Seterusnya, mereka memerlukan sedikit pemahaman asas mengenai elektrik (LED, sensor magnetik dan pematerian). Mereka memerlukan akses ke kawasan yang berventilasi baik untuk melukis semburan dan merancang reka bentuk gear ini. A Taz Lulzbot 6 digunakan untuk mencetak kapal angkasa, bersama dengan filamen Plastik Desa PLA (warna apa pun akan berlaku, kerana anda juga boleh menyemburkan cat ini). Akhirnya, mereka memerlukan pengetahuan asas tentang bagaimana menggunakan gerudi dan gergaji tangan untuk memotong dimensi lubang yang tepat untuk setiap sensor LED dan magnet (ini perlu diukur dengan teliti, kerana sensornya tidak terlalu kuat dan perlu diletakkan dalam jarak dekat dengan magnet). Akhirnya, jika anda ingin membuat projek ini dengan setia, anda memerlukan ruang perhimpunan juga!

Lompatan Raksasa untuk Manusia

Kami telah mencapai MARS! Hanya bergurau! Dengan menggunakan kaedah fabrikasi digital, kami dapat membuat sistem gear matematik dan membuat dari kayu dan akrilik (dalam kelajuan yang diperlukan untuk memakai helmet angkasawan anda). Ini tidak akan mungkin berlaku tanpa teknologi fail Adobe Illustrator yang digabungkan dengan pemotongan laser. Laser sangat tepat dan pantas. Sesuatu yang mustahil dicapai dengan alat fabrikasi tradisional sahaja. Walaupun kaedah tradisional tidak digunakan dalam proses fabrikasi utama, kaedah ini menjadi sangat penting dalam penyatuan akhir dan penyertaan teknologi.

STEAM Penuh Menjelang

Dari sudut pendidikan, sistem gear planet ini menggabungkan semua asas pembelajaran dengan melakukan. Gamifikasi memainkan peranan besar dalam produk akhir untuk menjadikannya menarik bagi pengguna. Walau bagaimanapun, salah satu penerima manfaat utama projek ini adalah Pendidikan. Projek ini dapat mengajar kemahiran langsung, bermula dengan matematik, kejuruteraan, penaakulan ruang dan kitaran elektronik. Ini dapat memberi peluang kepada pelajar untuk melihat bagaimana matematik menghubungkan ke dunia fizikal, dan bagaimana proses mekanikal (seperti pemotongan laser) bergantung pada pengiraan yang tepat. Akhirnya, pelajar berpeluang menerapkan kreativiti dan seni visual untuk proses penambahan cat, warna, kolaj untuk menentukan reka bentuknya. Ia juga membolehkan mereka membuat persekitaran pembelajaran interaktif yang menyokong STEAM di dalam kelas. STEAM termasuk dalam semua kriteria membuat projek ini dengan menggabungkan:

Sains

Teknologi

Kejuruteraan

Kesenian

Matematik

Terdapat desakan baru-baru ini dalam beberapa tahun untuk meningkatkan literasi dan perkembangan media pada pelajar semuda Gred 1. Seperti yang disarankan oleh Kurikulum Ontario, mempunyai peluang merentas kurikulum untuk pendidikan adalah penting dalam membina minat belajar (K-12) pelajar. Projek ini adalah pendekatan penuh perhatian untuk menyelesaikan masalah, kolaborasi, pembelajaran langsung sumber terbuka yang diperlukan dalam banyak mata pelajaran di seluruh Kurikulum Ontario dan seterusnya!

Buruj yang tidak terhad

Akhirnya, adalah penting untuk menyedari bahawa reka bentuk ini dapat diperbaiki di tangan orang lain. Ini bermaksud bahawa walaupun semua komponen terdapat di sini, masih banyak pengubahsuaian dan penyesuaian semula reka bentuk ini yang mungkin. Dengan bekerja secara kolaboratif, reka bentuk ini mempunyai potensi yang tidak terhad. Ini adalah projek permulaan yang hebat bagi sesiapa sahaja yang berminat untuk menerapkan STEAM dalam latihan pembelajaran mereka sendiri. Kerana reka bentuknya didasarkan pada matematik, ia dapat diubah, diubah dan dibuat semula dalam banyak rasi bintang. Projek ini mempromosikan idea bahawa tidak ada cara pembuatan.

Langkah 1: Bin

Bolehkah anda menyelesaikan teka-teki ini?

Langkah 2: Menjana Gear

Dengan menggunakan bahagian rujukan yang terdapat di bawah ini, kami telah menyediakan anda alat untuk menghasilkan gear. Terdapat 2 laman web satu yang eksklusif untuk cetak biru matematik dan laman web yang lain membincangkan pelbagai bahan dan perbezaan sekiranya anda terpaksa memotong sendiri.

Kedua-duanya penting semasa merancang dan membina fail anda untuk pemotongan laser kerana kedua-duanya akan membantu anda memberi pertimbangan kepada bahan dan pemahaman tentang cara bekerja dalam konstruksi sedikit variasi yang tidak dijangka.

Penyelidikan Terkenal kerana pengetahuannya yang dikongsi oleh Matthias digemari dalam banyak projek gear kerana dia memberikan maklumat yang ringkas mengenai cara memotong gigi anda sendiri. Dia juga memberikan maklumat latar belakang supaya anda dapat memulakan projek anda dengan asas yang baik. Ini penting untuk menghasilkan sistem yang berfungsi dan kemahiran menyelesaikan masalah untuk menyelesaikan masalah kemudian. Glosari di bawah yang disediakan dibuat dan disediakan oleh: [email protected]

Langkah 3: Jarak Gigi

Bilangan milimeter dari satu gigi ke gigi yang lain, sepanjang diameter padang.

Gigi 1 gigi: Bilangan gigi pada gear untuk diberikan untuk gear. Mengawal gear kiri ketika menunjukkan dua gear. Masukkan nilai negatif untuk gear cincin.

Rack & Pinion: Tukar gear 1 ke gear linear (rak). Anda juga boleh menjadikan gear lain sebagai rak dengan memasukkan "0" untuk mengira gigi.

Jarak cal yang diukur (mm): Setelah mencetak halaman ujian, ukur jarak antara garis yang bertanda "ini harus 150 mm". Sekiranya tidak 150 mm, masukkan nilai di medan ini untuk mengimbangi penskalaan pencetak. Cetakan seterusnya mestilah ukuran yang betul.

Sudut sentuhan (deg): Sudut tekanan gear. Untuk gigi dengan bilangan gigi yang lebih kecil, tetapkan ini sedikit lebih besar, untuk mendapatkan gigi lebih miring yang cenderung tidak macet.

Gigi 2 gigi: Bilangan gigi untuk roda gigi di sebelah kanan, jika diberikan. Kotak pilihan mengawal sama ada satu atau dua gear diberikan.

Dua gear: Semasa mencetak templat, hanya dapat ditunjukkan satu gear sahaja.

Jurucakap: Tunjukkan gear dengan jari. Cakap hanya ditunjukkan untuk gigi dengan gigi 16 atau lebih.

Langkah 4: Matematik

Saya menjumpai persamaan di bawah ini untuk membantu membina susunan gear saya dan menentukan bahawa gear akan berfungsi dan sesuai.

Tandakan R, S, dan P sebagai bilangan gigi pada gear.

Kekangan pertama untuk melakukan gear planet adalah bahawa semua gigi mempunyai nada yang sama, atau jarak gigi. Ini memastikan bahawa gigi berikat. Apa yang saya buat ialah dibuat 3 sisi terpisah yang mempunyai nada yang sama tetapi tidak sepadan antara satu sama lain sehingga roda gigi selalu sejajar tetapi dalam corak yang berbeza. Kekangan kedua adalah: R = 2 × P + S

Maksudnya, jumlah gigi di gigi cincin sama dengan jumlah gigi di gigi tengah matahari ditambah dua kali jumlah gigi di roda gigi planet. Contohnya ialah 30 = 2 × 9 + 12. Atau anda boleh pergi ke laman web penjana gear di https://geargenerator.com atau

Langkah 5: SVG Files & Illustrator

Sekiranya anda mengimport fail dari penjana gear dan belum dibina di Illustrator, anda perlu mengikuti arahan di bawah ini untuk bekerja dengan fail SVG dalam ilustrator.

Illustrator menyediakan sekumpulan kesan SVG lalai. Anda boleh menggunakan kesan dengan sifat lalai mereka, mengedit kod XML untuk menghasilkan kesan tersuai, atau menulis kesan SVG baru.

Untuk mengimport fail SVG ke Illustrator:

Pilih Kesan> Penapis SVG> Import Penapis SVG.

Pilih fail SVG yang anda mahu impor kesannya dan klik Buka.

Untuk memanipulasi fail SVG di Illustrator: Pilih objek atau kumpulan (atau target lapisan di panel Lapisan).

Lakukan salah satu perkara berikut: Untuk menerapkan kesan dengan tetapan lalai, pilih kesan dari bahagian bawah submenu Effect> SVG Filters.

Untuk menerapkan kesan dengan tetapan tersuai, pilih Effect> SVG Filter> Terapkan SVG Filter.

Di kotak dialog, pilih kesannya, dan klik butang Edit SVG Filter fx.

Edit kod lalai dan klik OK.

Untuk membuat dan menggunakan kesan baru, pilih Effect> SVG Filter> Apply SVG Filter.

Dalam kotak dialog, klik butang SVG Filter Baru, masukkan kod baru, dan klik OK.

Apabila anda menggunakan kesan penapis SVG, Illustrator memaparkan versi kesan yang ditayangkan pada papan seni. Anda boleh mengawal resolusi gambar pratonton ini dengan mengubah tetapan resolusi rasterisasi dokumen.

Langkah 6: Menyimpan Fail Anda

Eksport fail anda sebagai.eps atau.ai.

Pergi ke tetapan dan pastikan anda bekerja dalam mod RGB, BUKAN CMYK.

Anda boleh mengubahnya dengan pergi ke:

Pilih Fail -> Mod Warna Dokumen -> RGB

Semua garis potong perlu ditunjukkan menggunakan garis Merah Biru dan Hijau dengan berat pukulan.01pt

Laser akan mentafsirkan warna sebagai garis potong yang diperintahkan bekerja dari dalam ke luar.

Bermula dengan Merah (RGB: 255, 0, 0) diikuti oleh Biru (RGB 0, 0, 255), dan akhirnya Hijau (RGB 0, 255, 0).

Semua potongan dalaman hendaklah dipotong terlebih dahulu dan oleh itu mestilah Merah, dengan potongan selanjutnya berwarna Biru, dan potongan luaran terakhir berwarna Hijau. Pastikan semua gear anda sesuai dan tidak ada garisan yang bersilang sebelum disiapkan untuk mencetak.

Sekiranya gear anda tidak diformat dengan betul maka anda boleh merujuk kembali ke halaman penjana gear dan menilai semula pengiraan anda.

Simpan sebagai fail.ai dan pindahkan ke program Bosslaser.

Program ini juga membolehkan anda memanipulasi fail anda. Anda boleh menggunakan program ini untuk menghantar fail anda terus ke pemotong laser.

Langkah 7: Percetakan Thingiverse & 3D

Seperti yang dinyatakan dalam garis besar utama projek ini, anda boleh mencetak kapal angkasa 3D anda kapan saja! Tentukan reka bentuk anda sendiri dengan menggunakan ThinkerCAD, OpenSCADFusion360, atau Rhino, atau pergi ke Thingiverse dan cari projek kreatif untuk dicetak! Mungkin anda boleh mengubahsuai beberapa fail agar sesuai dengan cabaran reka bentuk unik anda! Kapal angkasa ini dicetak pada Taz Lulzbot 6 dengan PLA Village Plastics pada kelajuan tertinggi (mengambil masa kurang dari 2 jam untuk 7 kapal angkasa).

Langkah 8: Litar LED Reed Switch

Suis reed adalah suis elektromagnetik yang dihidupkan oleh magnet yang dibawa ke sekitarnya.

Litar ini menggabungkan suis reed, LED dan bekalan kuasa 3 V dari 2 bateri AA.

Projek ini membentuk asas bagaimana suis reed beroperasi.

Dari skema di bawah ini, anda dapat mengetahui di mana LED dan suis diletakkan.

Pek bateri mempunyai 2 wayar hitam dan merah. Kawat hitam adalah tanah dan wayar merah adalah daya.

Kawat merah akan disolder ke salah satu hujung suis buluh.

Suis buluh akan disolder ke sisi panjang + LED. LED - sisi pendek akan disolder ke ground wayar hitam yang menuju ke pek bateri.

Langkah 9: Memasukkan Litar Ke Papan

Penting untuk anda mengukur jarak yang perlu ada pada magnet ke suis anda. Tanpa menguji anda boleh mengebor lubang yang jauh dari magnet anda dan kemudian suis tidak akan berfungsi dengan betul. Kekuatan magnet anda bermaksud terdapat jurang yang lebih luas atau lebih pendek antara Reed Switch dan magnet. Kami mengukur ini kemudian menggerudi lubang untuk LED dan bukaan untuk suis di papan birch kami.

Langkah 10: Bersenang-senang

Anda telah melakukan banyak kerja keras ketika ini. Sudah tiba masanya untuk menjadi kreatif!

Gunakan cat semburan akrilik (Molotow) untuk mencapai kesan kosmos pada akrilik dan kayu. Gunakan warna apa sahaja yang sesuai dengan projek anda. Pastikan memakai pelindung (alat pernafasan setengah muka wap organik, atau topeng), pakai sarung tangan untuk melindungi tangan anda dan SELALU bekerja di kawasan yang berventilasi baik (tidak pernah berada di dalam!).

Biarkan gear kering selama kira-kira 24 jam sebelum meletakkannya di papan untuk mengelakkan calar cat.

Anda juga boleh menyemburkan cat kapal angkasa kecil anda!

Langkah 11: Senarai Bahan & Sumber Lain

Berikut adalah senarai bahan dan rujukan berguna yang lebih lengkap:

Suis Reed

Perintang 470Ω

1 LED berwarna putih

Magnet Adobe

Aplikasi Illustrator CC untuk membuat fail vektor untuk pemotongan laser

Program Bosslaser untuk menyiapkan fail untuk mesin pemotong laser.

Kertas pasir gred sederhana.

Papan lapis Baltic Birch 1/8 panjang 48 inci x tinggi 27 inci x 2

1/8 akrilik bening 48 inci panjang x 27 inci tinggi x 1

Cat semburan akrilik dalam pelbagai warna

Respirator dengan Kartrij Organik

Sarung tangan

Bor tanpa wayar (dengan pelbagai bit gerudi)

Gam Kayu

Gam Segera (untuk kapal angkasa)

Cura-untuk Lulzbot

Taz Lulzbot 6

Filamen Plastik Desa PLA

Rujukan Berguna:

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…