IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
3D лампа - источник яркого неонового света
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Паспорт проектной работы
Название проекта: 3D лампа – источник яркого неонового света .
Учебный предмет, в рамках которого проводится проектная работа: информатика.
Учебные предметы, близкие к выполнению проекта: физика, компьютерная графика, геометрия.
Состав проектной группы: ученик 8Б класса.
Тип проекта:
По характеру результатов: практико-направленный;
По форме: практикозначимый;
По профилю: межпредметный;
По числу участников: индивидуальный;
По продолжительности: долгосрочный;
На основе материалов: исследовательский, информационный, практико-направленный.
Цель проекта: Создать тематическую для дома 3D лампу для освещения рабочего места.
Задачи проекта:
Изучить основы моделирования и программирования в ходе выполнения работы;
Познакомиться и выбрать программное обеспечение для создания и настройки лампы.
Изучение программ SOLIDWORKS 2017для создания 3D модели. Ultimaker Cura-4.4.1 для перевода модели в файл для печати, Arduino для создания кода.
Подбор компонентов и сборка нужных микросхем;
Сборка лампы;
Написание и отладка кода
Тестирование работы лампы
Наметить план для нового проекта.
Сформулировать для себя вывод о полученной информации.
Вопрос проекта: Можно ли создать лампу, используя 3D принтер, способную изменять цвет и тип освещения по желанию владельца?
Предполагаемый продукт проекта: Предмет для освещения помещения (светодиодная настольная 3D лампа).
Программные обеспечения, в которых создавался проект:
программное обеспечение SOLIDWORKS 2017,
Ultimaker Cura-4.4.1,
Arduino.
Материалы: Пластик для 3D печати PLA Белый, Светодиодная RGB лента с адресной адресацией WS2812b, макетная плата NodeMCU 1.3, блок питания для зарядки телефонов мощностью 3A, USB кабель, клей, паяльник.
Техническое обеспечение: компьютер, 3D Принтер Tevo Tarantula pro.
Этапы работы над проектом:
Первый этап – Разработка проекта.
Второй этап – Соединение внутренних частей лампы, сборка микросхемы.
Третий этап – Моделирование основания и верхнюю часть в программе SOLIDWORKS 2017 .
Четвертый этап – Выбор литографии (рисунка) для поверхности лампы.
Пятый этап – Форматирование файлов компонентов лампы в формат STL для печати на 3D принтере, распечатка 3D деталей
Шестой этап – Помещение микросхемы и светодиодной ленты на распечатанное основание.
Седьмой этап – Склеивание деталей лампы.
Восьмой этап – Программирование кода.
Девятый этап – тестирование и отладка программы.
Введение
Ещё с древних времён люди нуждались в свете. Изначально люди довольствовались натуральным солнечным светом, так как солнечный свет необходим человеку биологически. Но мы знаем, что солнечный свет согревает землю только часть суток. А темнота издавна пугала человека, и поэтому люди стали использовать другие источники света: костры, факел, очаг, камин и т.д. С эволюцией люди стали изобретать новые методы получения света и придумывать все более совершенные источники света: лампы накаливания, фонари, люстры, Бра и т.д. Одна из причин создания искусственного света – не потерять рассудок во тьме. Современные технологии дошли до того, что человек сам может создать и “настроить” для себя свой свет.
Актуальность. Моя работа направлена на то, чтобы показать людям, что приятное освещение для своего рабочего места может сделать каждый без особых усилий и затрат.
Особенность.
Приемлемые затраты и немного потраченного для изучения азов программных обеспечений времени выдают приемлемый результат в виде
настраиваемой лампы.
ArduinoLamp - приложение, способное управлять эффектами лампы
14 необычных и красивых эффектов
Настройка скорости и яркости для каждого режима
Встроенный в микросхему Wi-Fi менеджер для удобной настройки сети.
Настройка эффектов с телефона.
Целью моего проекта является Создание благоприятного для работы освещение с минимальными затратами, используя 3D принтер.
Задачи проекта:
Изучить основы моделирования и программирования в ходе выполнения работы;
Познакомиться и выбрать программное обеспечение для создания и настройки лампы.
Изучение программ SOLIDWORKS 2017для создания 3D модели. Ultimaker Cura-4.4.1 для перевода модели в файл для печати, Arduino для создания кода.
Подбор компонентов и сборка нужных микросхем;
Сборка лампы;
Написание и отладка кода
Тестирование работы лампы
Наметить план для нового проекта.
Сформулировать для себя вывод о полученной информации.
Практическая значимость работы заключается в том, что созданный продукт может быть использован в быту в помещениях, в качестве декораций к спектаклям и кино. Его универсальность и небольшой размер делают его достаточно мобильным и позволяют принести его в любое место. Помимо яркого света, можно менять цвет и скорость эффекта освещения, например- переливание радуги на вертикали, горизонтали или диагонали тем самым меняя обстановку и настроение.
Для того, чтобы выполнить проект, мне не хватало достаточно знаний.
Информацию я черпал из различных источников: Основы моделирования я изучал по книге Питера Ратнера «Трехмерное моделирование». А при изучении электрических схем мне помогла книга Ванюшина М «Занимательная электроника и электротехника для начинающих и не только...»,., 2017.
Основная часть
Что же послужило толчком к созданию проекта. Желание создать комфортное рабочее место не покидала меня. Спустя немного времени, я наткнулся на работы инженера Алекса Гайвера (Alex Gyver), занимающегося самодельными поделками. Один из его проектов – “Огненная Wi-Fi лампа”(Приложение 1), и подтолкнул меня на создание подобного продукта.
Приступая к своей работе, первым делом я изучил литературу. Первой книгой стала «Трехмерное моделирование» Питера Ратнера. Еще мне были необходимы программы для создания моделей и написания кода. Изучив в интернете такие программы, я остановился на следующих: SOLIDWORKS 2017, Ultimaker Cura-4.4.1, Arduino.
В первую очередь необходимо было разработать план создания лампы. В этом плане я наметил последовательность выполняемых шагов и перечислил составляющие моей лампы: сборка электрической схемы, создание деталей лампы в программе, распечатка деталей на 3D принтере, сборка лампы, написание программы работы лампы0 отладка и тестирование.
Следующим шагом стала сборка электрической схемы Задача была соединить макетную плату NodeMCU 1.3 и светодиодную RGB ленту с адресацией WS2812b. Спаяв провода, я закончил этап соединения ленты с платой и получил готовую схему. (Приложение 2)
Далее мне нужно было создать корпус лампы, который состоит из основания, центральной части, на которой крепится светодиодная лента, декоративной части, верхней крышки и ножек. Остановился я на том, что лампа будет цилиндрической формы.
Начался компьютерный этап работы. Необходимо было перенести свои задумки сначала в виртуальный, а потом и материальный мир. В программном обеспечении SOLIDWORKS 2017 я начал разрабатывать части лампы. Мне очень хотелось, чтобы у моей лампы было необычное оформление. Поэтому важным компонентом стал и рисунок на наружной части лампы – литография. На сайте я остановился на изображении космоса (Приложение 3). Скачав получившуюся модель, я принялся делать следующий шаг.
В программном обеспечении Ultimaker Cura v4.4.1, 3D модели были переформатированы из своих изначальных форматов в STL. STL — формат файла, широко используемый для хранения трёхмерных моделей объектов для использования в аддитивных технологиях, а также для печати этих моделей на 3D принтере. Затем я начал печать (Приложение 4). Печать на 3D принтере занимает достаточно много времени, поэтому этот этап был длительный. Хочу заметить, что мне удалось напечатать мои заготовки с первого раза, никаких трудностей или брака не было. Детали получились ровные и правильной формы.
Уложив светодиодную ленту на внутреннее основание и посадив её на клей, я убедился в правильности посадки, что подтвердило правильность расчетов параметров деталей. (Приложение 5)
Далее оставалось собрать детали в полную конструкцию (Приложение 6). Взяв основание с лентой, я закрепил её на подставке, и туда же закрепил часть с литографией. Закрыл сверху крышкой с восемью шестиугольниками, у которых закруглены углы. Снизу закрыл таким же дном. Последним шагом были ножки. Посадив все части на клей, я оставил лампу до полного высыхания.
Сам же начал выполнять следующий этап. В программе Arduino мне необходимо было установить нужные для платы драйверы. В настройках я нашёл подходящую мне модель, после чего начал установку. По окончании, проверив драйвера на наличие ошибок, я убедился, что всё в порядке. Теперь необходимо было провести тестирование. Для этого я использовал приложение ArduinoLamp Подключившись через Wi-Fi со смартфона и зайдя в приложение, я запустил программу.
Лампа включилась, и мою комнату озарило яркое приятное свечение (Приложение 7).
Первый опыт оказался удачным, что вдохновило меня на дальнейшие эксперименты. Мне захотелось создать гирлянду с необычными маленькими плафонами в виде фигурок, напечатанных на 3D принтере.
Работа потребовала от меня усидчивости и сосредоточенности. Я получил новые знания и сумел применить их на практике. Приобрел бесценный опыт работы в области моделирования и создал действующую модель лампы с нуля.
Заключение.
Основной частью моей работы является создание 3Dмодели на принтере, поиск наиболее оптимальных методов достижения результата.
В ходе работы я выполнил все поставленные задачи: изучил литературу по требуемой теме, освоил азы моделирования, подобрал специальные программы для создания лампы., научился работать в этих программах достаточно свободно.
И достиг поставленной цели – создал лампу.
Добившись нужного результата, можно сказать, что я:
Получил много полезной информации;
Научился основам программированию и моделирования.
Интересно попрактиковался;
Обеспечил своё рабочее место приятным светом;
Рекомендации для работы. В качестве первой модели лучше выбирать предметы простых геометрических форм, чтобы научиться правильно задавать параметры и размеры для деталей.
Знания и опыт, приобретенные мной в ходе работы над проектом, пригодятся мне в дальнейшем. Потому что я планирую связать свою профессию с этими направлениями.
Вывод
Закончив проект, можно делать для себя выводы:
При желании можно осуществить задуманное;
Собрав нужную информацию, вы повысите свой интеллектуальный уровень.
Потенциал полученных знаний всегда сможете применить на практике;
Я показал что, спустя небольшое количество времени, можно подарить себе или близким приятное освещение для не менее приятной комнаты.
Список литературы
Источник вдохновения, создатель идеи - https://alexgyver.ru/gyverlamp/
Питер Ратнер. Трехмерное (3D) моделирование и анимация человека , 2 издание Компьютерное издательство "Диалектика", 2005г.
Ванюшина М «Занимательная электроника и электротехника для начинающих и не только...»,., 2017.
Уроки по работе SOLIDWORKS 2017 http://www.solidworksvideo.ru/lessons/496/#223
Настройка Cura. Углубленное изучение самого популярного слайсера для 3d принтера. https://getfab.ru/post/47783/
Сайт работы на электронной платформе с открытым исходным кодом Ардуино. https://tproger.ru/curriculum/arduino-quick-start/
Сайт с созданием литографии – https://lithophanemaker.com
Приложения.
Приложение 1 Огненная лампа.
Приложение 2. Электрическая цепь со светодиодной лампой.
Приложение 3 Текстура наружной части лампы – литография «Космос»
Приложение 4. Печать деталей
Видеофайлы
Приложение 5. Крепление светодиодной ленты на внутреннее основание.
Приложение 6. Детали лампы.
Приложение 7. Готовая лампа на рабочем месте.
Видеофайл.
Части лампы: