«Protopiper» или как сделать устройство для создания 3D-моделей в реальном масштабе

Перевел SaorY для mozgochiny.ru

Доброго дня, мозгочины! Protopiper — это компьютеризированное, сделанное своими руками устройство, позволяющее создавать в реальных размерах 3D-прототипы таких вещей, как, например, мебель вашей комнаты. Интригует? Тогда читаем далее…

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley55

Суть этой мозгоподелки в том, что она сворачивает клейкую ленту в трубку, которая затем выступает в качестве основного материала для построения габаритных моделей, а не использует для этого какой-либо экструдированный пластик или фотополимеры. Трубки создаваемые самоделкой, полые, то есть обладают отличным соотношением прочности/веса, и при всем этом хорошо размечаются для построение габаритных конструкций.

Официальная страница проекта Human Computer Interacion Lab — Hasso Plattner Institute.

 

Шаг 1: Знакомство с устройством

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley48

Наша поделка формирует трубку по принципу обычной сборочной линии: сначала вытягивает ленту с катушки, сворачивает в трубку, склеивает ее, далее делает соединительные надрезы и, наконец, отрезает готовую трубку.

Все файлы с дизайном и кодом для этого мозгоустройства можно найти на Dropbox.

 

Шаг 2: Пластина основы

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley1

Основа всей поделки это листа 6мм-го акрила, на который установлены все остальные детали устройства. Эту пластинку-основу можно вырезать на лазерном резаке.

propipeplate

 

Шаг 3: Монтаж стоек «С» и «Е»

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley2

С помощью винтов М3 16мм крепим к пластине-основе стойки «С» и «Е» в предназначенные для них местах, при этом не забываем их верно сориентировать.

propipestoiki

 

Шаг 4: Усиливающий резьбовой стержень

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley3

 

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley4

Через отверстия в стойках «С» и «Е» пропускаем 130мм-й стержень с резьбой М5, на один конец которого, с лицевой стороны стойки «Е», крепится держатель шестерни, а на другой, с тыльной стороны стойки «С», крепится роликодержатель. На сам стержень накручиваем по гайке у каждой внутренней стороне стоек.

 

Шаг 5: Установка держателя шестерни и роликодержателя

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley5

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley6

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley7

В держателе шестерни и роликодержателе нарезаем резьбу М5, и накручиваем их на соответствующие концы резьбового стержня. Затем ориентируем их прорези вертикально и затягиваем, при этом начинаем с держателя мозгошестерни!

propipeholder

 

Шаг 6: Монтаж шестерни и ролика

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley8

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley9

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley10

Осью ролика послужит 16мм-й винт М3, поэтому для облегчения монтажа в отверстиях роликодержателя нарезаем резьбу.

Шестерню необходимо подрезать, чтобы она смогла поместиться в прорезь держателя (см. фото). Выступающие концы оси шестерни также подрезаем, потому что эта деталь будет располагаться внутри трубки.

propipewheel

 

Шаг 7: Монтаж вытягивающего сервопривода на стойку «Е»

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley11

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley12

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley13

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley14

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley49

В данной самоделке используется следующий сервопривод.

С помощью супер-клея вклеиваем в отверстия боковой стороны сервопривода шляпки болтов М2.5. (первое фото). На сам сервопривод устанавливаем шестерню, используя для этого специальный держатель. 25мм-м болтом М2.5, проходящим сквозь ось шестерни и входящий в центральное отверстие вала сервопривода, крепим эту шестерню на сервопривод, а потом затягиваем червячный винт на шестерне. Далее устанавливаем сервопривод в прорезь стойки «Е» и крепим его гайками. Позже, перемещая сервопривод по прорези, можно будет отрегулировать устройство так, чтобы получались отличные прямые трубки.

 

Шаг 8: Рулонодержатель и сворачивающий механизм

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley15

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley16

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley17

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley18

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley19

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley20

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley21

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley22

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley23

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley50

Винтом М6 скрепляем две вырезанные на лазерном резаке детали рулонодержателя (см. фото), и затягиваем гайкой. На свободных концах этих деталей нарезаем резьбу М6, в этих резьбовых отверстиях будут располагаться оси ролика рулонодержателя и вспомогательного ролика. Далее, собственно, вкручиваем эти оси, которыми выступают 70мм-е болты М6, и крепим их гайками (третье фото), при этом необходимо убедиться, что ролик может свободно вращаться.

Собираем вместе вспомогательный мозгоролик и держатель этого ролика, в его боковой паз вставляем резинку, и монтируем его на соответствующую ось, как и ролик рулонодержателя.

Между двумя кронштейнами роликодержателей натягиваем пружину, которая будет удерживать их вместе. По мозгозадумке они должны быть довольно прочно связаны друг с другом, но при этом ролики могли легко вращаться.

Собранный механизм крепим к пластине-основе винтами М4.

propipewind

 

Шаг 9: Держатель поворотного переключателя

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley24

На пластину-основу крепим 16мм-ми винтами М3 держатель поворотного переключателя.

propipeswitch

 

Шаг 10: Установка рукоятки

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley25

В отверстиях рукоятки нарезаем резьбу М3 и теми же 16мм-ми винтами М3 крепим ее к пластине-основе, не забыв вставить в рукоятку 16мм-ю кнопку подачи.

propipehand

 

Шаг 11: БЦ дисплей

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley26

В специально предназначенный паз вставляем буквенно-цифровой дисплей, и если он будет «сидеть» не плотно, то скотчем или мозгоклеем исправляем это.

 

Шаг 12: Режущий механизм

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley27

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley28

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley29

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley30

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley31

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley32

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley33

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley34

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley35

Посредством двух 64мм-х осей диаметром 3мм собираем вмести детали режущего механизма: держатель манжет, левую и правую манжеты. Ориентируем зубцы шестеренок так, чтобы манжеты соединялись точно посередине.

На стабилизатор трубки левой стороны нужно установить пружину, которая будет толкать внутрь зажимы стабилизатора. Назначение этого стабилизатора в том, что но должен будет захватывать и центрировать трубку, прежде чем отрезающая проволока начнет свое дело.

Итак, берем подходящую пружинку, обрезаем ее и отгибаем концы, так как показано на фото. Сверлим тонким сверлом отверстия под концы пружины в нужным местах, чтобы она толкала зажимы внутрь, и при этом поворотная сила была бы довольно небольшой.

Собранный механизм крепим к пластине-основанию двумя 16мм-ми винтами М3.

С нижней стороны пластины крепим сервопривод, тем же способом, что и вытягивающий сервопривод.

Важное замечание: Не нужно плотно совмещать шестерню сервопривода с шестерней манжет, так как необходимо еще найти его начальное положение во время первого запуска самоделки.

В соответствующие отверстия на краю пластины вставляем изгибающий квадрат.

propipecuff

 

Шаг 13: Подключение режущих проводов

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley36

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley37

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley38

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley39

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley40

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley41

Из соединительной клеммы вынимаем винтовые зажимы и вставляем их в пазы распечатанных манжет, при это следует убедиться, что выбрали подходящие клеммы. А затем вставляем в эти зажимы отрезные проводки (Ø0.25мм 10 Ом/м), как показано на фото.

После этого закрепляем длинный горизонтальный провод, с ним придется повозиться, так как его следует накрутить на иголки, чтобы он мог входить внутрь трубки, и при этом должен проходить позади среднего вертикального проводка и спереди двух боковых вертикальных.

Прикрепленные провода подключаем к двум отдельным контурам, чтобы делать прямой и соединительный разрезы. В один контур входят два срединных вертикальных проводка, соединенных последовательно. Две верхние клеммы следует соединить вместе, так как они могут соприкасаться при сжатии манжет. Одну нижнюю клемму нужно соединить с положительным выходом аккумулятора, а вторую с МОП-транзистором на плате управления.

Все остальные мозгопроводки соединяем последовательно, при этом порядок роли не играет, но все же будет проще, если сделать это рационально. В этом контуре одна конечная клемма так же подключается к «+» аккумулятора, а вторая — к МОП-транзистору на плате управления.

https://github.com/jfrohnhofen/protopiper

Подключенные режущие проводки могут потреблять до 3-4 Ампер, и поэтому для их подключения необходимо использовать провода с сечением не менее 0.75мм2.

propipecutt

 

Шаг 14: Электроника и программирование

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley42

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley43

Электроцепь самоделки можно собрать на печатной плате так, чтобы она могла уместиться внутри рукоятки. Сама схема находится в прикрепленном ниже файле.

Код скачиваем с нашего репозитория на Bitbucket, компилируем его и загружаем на Arduino Nano через USB кабель.

Все мозгоустройство запитывается от 3-х ячеечного LiPo-аккумулятора примерно на 1000мАч.

propipeschem

 

Шаг 15: Заправка ленты

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley44

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley45

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley47

Мозгоподелку заправляем лентой шириной 60мм, например такую как ORAFOL Oracal 8500, она дает превосходную жесткость, необходимую для создания габаритных 3D-моделей.

Свободный конец ленты обрезаем в виде конуса, отделяем защитный слой и пропускаем сквозь прорези стоек «С» и «Е» липкой стороной вверх. А свободный конец защитного слоя вставляем в прорезь вспомогательного ролика, и вор время работы он будет автоматически отделяться.

Далее нажимаем кнопку подачи и аккуратно протягиваем ленту, пока шестерня не зацепит ее.

 

Шаг 16: Применение устройства

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley51

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley46

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley52

protopiper-ili-kak-sdelat-ustroystvo-dlya-sozdaniya-3d-modeley53

Главные функции мозгоустройства таковы, что одной кнопкой включается подача трубки, а второй она обрезается. На БЦ-дисплее отображаются активная функция и длина поданной трубки. Есть еще дополнительные, более профессиональные функции, которые упрощают создание точных конструкций. С помощью поворотного переключателя можно выбрать одну из функций точной подачи трубы, например, точное повторение длины ранее поданной трубки или создание диагональной подпорки для прямоугольной рамки.

Protopiper подает трубку, пока нажата кнопка подачи, а при двойном нажатии на эту кнопку, можно «выдавить» трубку той же длины, что и у ранее поданной трубки, причем это значение сохраняется в одном из слотов памяти (А, В, С на дисплее). При вращении поворотного переключателя можно выбрать один из этих слотов, а еще задать нужную диагональ (АА, АВ, АС, СD, а также 3D-диагональ в параллелепипеде со сторонами А, В, С).

Несколько функций имеется и у кнопки обрезания:
первая — одно короткое нажатие выравнивает для изгиба,
вторая — двойное нажатие включает прямое обрезание,
третья — при тройном нажатии делаются соединительные надрезы.

Совет: длина трубки, отображающаяся на дисплее всегда отсчитывается от срединного вертикального отрезного проводка.

При изгибе, трубка немного подается на длину точно соответствующую изгибающему квадрату.

Еще вы можете найти инструмент для очистки проводов и другие функции для хранения и транспортировки устройства, а так же узнать статистику о том, сколько надрезов было сделано, и какой длины была выдавлена трубка.

Вот и все об этом мозгодевайсе, надеюсь было интересно!

(A-z Source)

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ!


5 Replies to “«Protopiper» или как сделать устройство для создания 3D-моделей в реальном масштабе”

  1. Ну да принципе должна ,Саорай к тебе вопрос :за 4 года моего посещения этого сайта я видел как ты сделал огромную кучу прикольных и интересных штуковин,,,, куда и где ты их складирушешь,уж очень интересно

    1. А садиться на них и не предполагается, это НАГЛЯДНЫЕ модели, то есть они лишь помогут понять как объект будет выглядеть в реальном масштабе. 🙂

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

* Copy This Password *

* Type Or Paste Password Here *