Pilns STEAM priekšā! līdz bezgalībai un tālāk: 11 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Alicia Blakey un Vanessa Krause sadarbība

Kas ir tas Fibonači?

Pamatojoties uz Alisijas dizainu (ligzdotie planētu pārnesumi), mēs nolēmām sadarboties, lai mēģinātu izveidot funkcionējošu zobratu sistēmu, ko var attēlot vertikālā stāvoklī. Ideālā gadījumā mēs vēlamies, lai mūsu auditorija justos ērti un spiesta mijiedarboties ar šo dizainu. Izmantojot dažādas šajā dokumentā izklāstītās metodes, mēs runāsim par projektēšanas procesu un to, kā mēs cīnījāmies ar matemātiskiem jautājumiem, loģiku un materiālu izvēli.

Bin-it

Mūsu matemātikas piesaistīšana brāļiem un māsām palīdzēja: mans brālis Džoijs man atsūtīja Binet formulas … bez paskaidrojumiem, kā to izmantot. Kad es viņam uzrakstīju īsziņu un teicu: "Čau, Džoij, vai tu varētu man to paskaidrot?" uz ko viņš atbildēja: "Kura daļa?"

Tā kā man nav absolūti nekādu matemātisku tieksmju, mēs lūdzām Alisijas brāli Meriku paskaidrot, kā šo formulu varētu izmantot ligzdošanas rīku izgatavošanai. Viņš pavadīja apmēram desmit minūtes, lai to atrisinātu, atbildēja ar “jā, tas darbojas”, pēc tam teica: “Man jāiet” un atstāja mūs bez atbildēm un bez iztulkotas formulas.

Mēs pavadījām vēl 30 minūtes, meklējot atbildi uz mūsu jautājumu …

Internetā ir atbildes

Lai tiktu tālāk par Binet barjeru, mēs nolēmām meklēt internetā atbildes un ieteikumus par mūsu mīklas risināšanu. Mēs atradām vairākas vietnes, kas spēj izveidot saderīgus pārnesumus.

Dažas no šīm vietnēm ir:

Pārnesumu ģeneratora planēta

Pārnesumu katalizators

Kad mums bija šie pārnesumu ģeneratori, lai palīdzētu šī projekta matemātiskajos aspektos, mēs pārgājām uz Adobe Illustrator, lai izveidotu šo pārnesumu līniju versijas. Alīsija koncentrējās uz katra pārnesuma saderību ar lāzera griezējiem 100 McCaul RP centrā. Mēs nolēmām sākotnējā griezumā izmantot Baltijas bērza ⅛”saplāksni, lai nodrošinātu pareizu matemātisko izlīdzinājumu. Alīsija izveidoja vairāk nekā 3 mazas maketes par to, kā šie rīki varētu izskatīties. Katrā atkārtojumā radās problēmas ar to, ka lāzera griezējs pārāk maz vai pārāk daudz atņēma mazās pārnesumu sistēmas, lai tās vairs efektīvi nesaslēgtos un nepagrieztos (viņa izmantoja gan akrilu, gan saplāksni (⅛”).) nomākta, bet palīdzēja mums saprast šī projekta lāzera griešanas ierobežojumus.

Prof zina vislabāk

Mēs abi ar Alīsiju esam ļoti spītīgi un apņēmības pilni atrisināt ligzdoto zobratu mīklu. Es biju gatavs apmesties uz planētu bloķējošiem pārnesumiem, tomēr Alīsijai vajadzēja atbildes! Pēdējā mēģinājumā rast mierinājumu ar matemātiku Alīsija sazinājās ar pensionētu profesori no Karalienes universitātes. Viņš paskaidroja, ka, lai viegli izmērītu attālumus starp katru pārnesumu, viņai būtu jāsadala un jāmēra 37 segmenti. Tas ļautu visiem zobiem pareizi izlīdzināties. Pavadot laiku mīklas risināšanai, joprojām bija neliela matemātiska problēma ar izlīdzināšanu. Mēs izvēlējāmies planētu pārnesumus, ņemot vērā mūsu kopējo laika ierobežojumu.

Pacelt

Kamēr Alīsija risināja dziļas matemātikas problēmas, es koncentrējos uz 3D kosmosa kuģu drukāšanu. Tas palīdzēja nostiprināt kopējo tēmu, kā arī piešķīra mūsu gabalam viesmīlīgāku interaktīvu kvalitāti. Izmantojot Thingiverse, man izdevās atrast jautru retro kosmosa kuģa dizainu (izveidoja cerberus333). Šis dizains ļāva man mainīt skalu, lai tā būtu daudz mazāka. Pievienojot kosmosa kuģi, mūsu auditorija varēs to turēt, jo pārnesumi griežas kopā. Tas bija ļoti vienkāršs risinājums, lai padarītu gabalu draudzīgāku citiem. Pamatojoties uz Thingiverse atvērtā koda raksturu, ikviens, kam ir dators un kuram ir pieejams 3D printeris, var izveidot šo objektu sev. Drukāšana bija arī salīdzinoši ātra (7 kosmosa kuģu izdrukāšana prasīja mazāk nekā 2 stundas). Mēs izmantojām tikai 3 vai 7 drukātos eksemplārus.

Šaut uz Mēnesi…

Pamatojoties uz sākotnējo dizaina ideju, mēs ar Alisiju vēlējāmies izveidot planētu pārnesumus ar daudziem iebūvētiem LED lukturiem, kurus aktivizētu mūsu magnēti (piestiprināti katra pārnesuma aizmugurē), lai modelis varētu stāvēt vertikāli un iedegt katru “zvaigzni”. sistēma, kad tā griežas. Alīsija devās uz mājas aparatūru un iegādājās Reed slēdža LED ķēdi un magnētiskos sensorus. Es izmantoju urbi un rokas zāģi, lai izveidotu pareizu atvērumu, lai LED un magnētiskais sensors ietilptu koka saplākšņa plāksnē. Vēlāk mēs sapratām, ka akumulatori, kas iegādāti no Home Hardware College un Spadina, patiesībā bija kļūdaini un, magnētam ejot garām, iededza tikai vienu LED spuldzi.

Vairāk nekā tikai vandālisms

Šim projektam es vēlējos pielietot vēl dažas radošās tehnikas. Lai gan koka un akrila pārnesumi bija skaisti paši par sevi, tiem nebija kopīgas tēmas ar kosmosa kuģiem. Es nolēmu izmantot Molotow akrila aerosola krāsu, lai izveidotu galaktikas motīvu pārnesumu sistēmām. Lai gan mēs plānojām visu dēli krāsot ar smidzinātāju, mēs tikāmies ar nelielo smidzināšanas kabīnes mērogu, kas atrodas mūsu augstskolas Maker laboratorijā. Pamatojoties uz šo izmēru ierobežojumu, mēs nolēmām zobus pārklāt tikai ar smidzināšanas krāsu asimetriskā veidā. Tādā veidā kosmosa kuģis varētu sēdēt uz viena no vienkāršajiem vai ar aerosolu krāsotajiem pārnesumiem, lai palīdzētu dalībniekam izprast mūsu vispārējo tēmu.

Orbīta

Kad visi liela mēroga pārnesumi bija samontēti, Alicia izmantoja lodēšanas rīkus, lai sametinātu magnētisko sensoru un gaismas diodi. Mēs nolēmām izvietot 1 darba gaismas diodi un novietot to pie vidējā pārnesuma. Kad zem kosmosa kuģa tika novietoti 3 spēcīgi magnēti, notika vēlamais rezultāts! Mums bija gaisma! Tomēr, ja zem pārnesumiem būtu citi magnēti (lai tos turētu vertikāli), tas būtu traucējis magnēta sensoram. Tāpēc mēs nolēmām, ka dizainam tā vietā jāpaliek kā galda versijai.

Mēness tumšā puse

Galvenie izaicinājumi, ar kuriem mēs saskārāmies šajā sadarbības iterācijā, bija lāzera griešanas un akumulatoru tehnoloģijas ierobežojumi. Dizaina fails, 3D drukas kosmosa kuģi un manuāla montāža (izmantojot tradicionālos instrumentus, piemēram, urbjus, rokas zāģi, līmi un skavas, bija pārsteidzoši viegli). Ja kāds varētu no jauna izveidot šo gabalu, galvenais izaicinājums būtu viņiem izmantot matemātiku, lai noteiktu ideālāko dizainu, ko lāzers var sagriezt. Mēs arī cīnījāmies ar laika ierobežojumu, un ideālā gadījumā mēs vēlētos tuvākajā laikā pārskatīt šo projektu, lai turpinātu paplašināt šo koncepciju.

Instrumenti un tehnoloģija

Lai uzticami izveidotu šo projektu, viņiem ir jābūt pamatzināšanām par projektēšanas procesu, matemātiku, AI izmantošanu un pareizi jāiestata lāzera faila izgriešana. Tālāk viņiem būtu nepieciešama pamatzināšanas par elektrību (LED, magnētiskais sensors un lodēšana). Viņiem būs nepieciešama piekļuve labi vēdināmai vietai, lai krāsotu ar smidzinātāju un pielāgotu šo pārnesumu dizainu. Kosmosa kuģa drukāšanai tika izmantots Taz Lulzbot 6 kopā ar PLA Village Plastics kvēldiegu (derēs jebkura krāsa, jo jūs varat tos arī izsmidzināt). Visbeidzot, viņiem būs nepieciešamas pamatzināšanas par urbja un rokas zāģa izmantošanu, lai izgrieztu pareizos caurumu izmērus katram LED un magnētiskajam sensoram (tas ir rūpīgi jāmēra, jo sensors nav ļoti spēcīgs un ir jānovieto tuvā attālumā no magnēta). Visbeidzot, ja vēlaties uzticīgi atjaunot šo projektu, jums būs nepieciešama arī vieta montāžai!

Milzīgs lēciens cilvēcei

Esam sasnieguši MARSU! Tikai jokoju! Izmantojot digitālās izgatavošanas metodes, mēs varējām izveidot matemātisku pārnesumu sistēmu un izgatavot no koka un akrila (tādā ātrumā, kāds nepieciešams, lai uzvilktu jūsu astronautu ķiveri). Tas nebūtu bijis iespējams bez Adobe Illustrator failu tehnoloģijas apvienojumā ar lāzergriešanu. Lāzeri ir ārkārtīgi precīzi un ātri. Kaut ko tādu, ko nebūtu bijis iespējams sasniegt tikai ar tradicionālajiem ražošanas rīkiem. Lai gan tradicionālās metodes netika izmantotas galvenajā ražošanas procesā, tās kļuva ārkārtīgi svarīgas galīgajā montāžā un tehnoloģiju iekļaušanā.

Pilns STEAM priekšā

No izglītības viedokļa šī planētu pārnesumu sistēma ietvēra visus mācīšanās darīšanas pamatus. Gamifikācijai ir liela nozīme gala produktā, lai tā būtu pievilcīga lietotājiem. Tomēr viens no galvenajiem ieguvējiem no šī projekta ir Izglītība. Šis projekts var iemācīt praktiskas iemaņas, sākot ar matemātiku, inženierzinātnēm, telpisko spriešanu un elektroniskajiem cikliem. Tas var dot studentiem iespēju redzēt, kā matemātika savienojas ar fizisko pasauli un kā mehāniskie procesi (piemēram, griešana ar lāzeru) ir atkarīgi no precīziem aprēķiniem. Visbeidzot, studentiem ir iespēja izmantot radošumu un vizuālo mākslu krāsas, krāsas, kolāžas pievienošanas procesā, lai precizētu savu dizainu. Tas arī ļauj viņiem izveidot interaktīvu mācību vidi, kas atbalsta STEAM klasē. STEAM ir iekļauts visos šī projekta izveidošanas kritērijos, efektīvi iekļaujot:

Zinātne

Tehnoloģija

Inženierzinātnes

Māksla

Matemātika

Pēdējos gados ir vērsts spiediens uzlabot medijpratību un attīstību 1. klases skolēnu vidū. Kā liecina Ontario mācību programma, starppriekšmetu izglītības iespējas ir svarīgas, veidojot skolēnu (K-12) mīlestību pret mācībām. Šis projekts ir saprātīga pieeja problēmu risināšanai, sadarbībai, atvērtā pirmkoda praktiskai mācīšanai, kas nepieciešama daudzos mācību priekšmetos visā Ontario mācību programmā un ārpus tās!

Neierobežoti zvaigznāji

Visbeidzot, ir svarīgi atzīt, ka šo dizainu varētu ievērojami uzlabot citu cilvēku rokās. Tas nozīmē, ka, lai gan visas sastāvdaļas ir atrodamas šeit, joprojām ir daudz šī dizaina modifikāciju un remiksēšanas. Sadarbojoties, šim dizainam ir neierobežots potenciāls. Tas ir lielisks iesācēju projekts ikvienam, kas vēlas izmantot STEAM savā mācību praksē. Tā kā dizains ir balstīts uz matemātiku, to var mainīt, mainīt un pārtaisīt daudzos dažādos zvaigznājos. Šis projekts veicina ideju, ka nepastāv vienots veids.

1. solis: Bin It

Vai jūs varat atrisināt šo mīklu?

2. darbība: pārnesumu ģenerēšana

Izmantojot atsauču sadaļu, kas atrodama zemāk, mēs esam nodrošinājuši rīkus zobratu ģenerēšanai. Ir divas vietnes, no kurām viena ir ekskluzīva matemātiskiem rasējumiem, un otrā vietne apspriež dažādus materiālus un atšķirības, ja jums pašam vajadzētu griezt zobratus.

Tie ir svarīgi, plānojot un konstruējot failu lāzera griešanai, jo tie palīdzēs jums apsvērt materiālus un izpratni par to, kā strādāt ar nelielām neparedzētām izmaiņām.

Pētījumi Bēdīgi slaveni ar savām kopīgajām zināšanām Matiass tiek atkārtots daudzos pārnesumu projektos, jo viņš sniedz racionalizētu informāciju par to, kā pašam griezt zobratus. Viņš arī sniedz pamatinformāciju, lai jūs varētu sākt savu projektu ar labu pamatu. Tas ir būtiski, lai radītu funkcionējošu sistēmu un problēmu risināšanas prasmes, lai vēlāk novērstu problēmas. Zemāk sniegto glosāriju veido un nodrošina: [email protected]

3. solis: atstarpe starp zobiem

Milimetru skaits no viena zoba līdz otram gar piķa diametru.

1. pārnesuma zobi: zobu skaits uz zobrata, kas jāveido pārnesumam. Rāda divus pārnesumus, kontrolē kreiso pārnesumu. Ievadiet gredzena pārnesumu negatīvo vērtību.

Plaukts un zobrats: Mainiet 1. pārnesumu uz lineāru pārnesumu (statīvu). Jūs varat arī padarīt otru pārnesumu par plauktu, ievadot "0" zobu skaitīšanai.

Izmērītais attālums (mm): pēc testa lapas drukāšanas izmēriet attālumu starp līnijām, kas apzīmētas ar “šim jābūt 150 mm”. Ja tas nav 150 mm, ievadiet vērtību šajā laukā, lai kompensētu printera mērogošanu. Nākamajai izdrukai jābūt pareizā izmērā.

Kontakta leņķis (grādi): zobratu spiediena leņķis. Pārnesumiem ar mazāku zobu skaitu iestatiet to nedaudz lielāku, lai iegūtu vairāk slīpu zobu, kas retāk iesprūst.

Pārnesums 2 zobi: zobu skaits zobratam labajā pusē, ja tas ir atkausēts. Šī izvēles rūtiņa nosaka, vai tiek atveidots viens vai divi pārnesumi.

Divi pārnesumi: drukājot veidnes, palīdz parādīt tikai vienu pārnesumu.

Spieķi: Parādiet zobratu ar spieķiem. Spiķi tiek rādīti tikai pārnesumiem ar 16 vai vairāk zobiem.

4. solis: matemātika

Es atradu zemāk redzamo vienādojumu, lai palīdzētu izveidot manu pārnesumu izkārtojumu un noteiktu, vai pārnesumi darbosies un saderēs kopā.

Apzīmē R, S un P kā zobu skaitu uz pārnesumiem.

Pirmais planetāro pārnesumu ierobežojums ir tas, ka visiem zobiem ir vienāds solis vai attālums starp zobiem. Tas nodrošina zobu sasiešanu. Tas, ko es darīju, tika izgatavots no 3 atsevišķām pusēm, kurām bija vienāds piķis, bet tās neatbilda viena otrai, lai pārnesumi vienmēr būtu izlīdzināti, bet atšķirīgā veidā. Otrais ierobežojums ir: R = 2 × P + S

Tas nozīmē, ka zobu skaits gredzena pārnesumā ir vienāds ar zobu skaitu vidējā saules zobratā plus divas reizes lielāks zobu skaits planētas pārnesumos. Piemērs tam būtu 30 = 2 × 9 + 12. Vai arī varat doties uz pārnesumu ģenerēšanas vietni vietnē https://geargenerator.com vai

5. darbība: SVG faili un ilustrators

Ja importējat failu no pārnesumu ģeneratora un neesat izveidojis Illustrator, jums būs jāievēro tālāk sniegtie norādījumi, strādājot ar SVG failiem ilustratorā.

Illustrator nodrošina noklusējuma SVG efektu kopumu. Varat izmantot efektus ar to noklusējuma rekvizītiem, rediģēt XML kodu, lai radītu pielāgotus efektus, vai rakstīt jaunus SVG efektus.

Lai importētu SVG failu Illustrator:

Izvēlieties Efekts> SVG filtrs> Importēt SVG filtru.

Atlasiet SVG failu, no kura vēlaties importēt efektus, un noklikšķiniet uz Atvērt.

Lai manipulētu ar SVG failu programmā Illustrator: atlasiet objektu vai grupu (vai atlasiet slāni panelī Slāņi).

Veiciet vienu no šīm darbībām: Lai lietotu efektu ar noklusējuma iestatījumiem, izvēlieties efektu apakšizvēlnes Efekts> SVG filtri apakšējā sadaļā.

Lai lietotu efektu ar pielāgotiem iestatījumiem, izvēlieties Efekts> SVG filtri> Lietot SVG filtru.

Dialoglodziņā atlasiet efektu un noklikšķiniet uz pogas Rediģēt SVG filtru fx.

Rediģējiet noklusējuma kodu un noklikšķiniet uz Labi.

Lai izveidotu un lietotu jaunu efektu, izvēlieties Efekts> SVG filtri> Lietot SVG filtru.

Dialoglodziņā noklikšķiniet uz pogas Jauns SVG filtrs, ievadiet jauno kodu un noklikšķiniet uz Labi.

Lietojot SVG filtra efektu, Illustrator uz tāfeles parāda efekta rastrētu versiju. Jūs varat kontrolēt šī priekšskatījuma attēla izšķirtspēju, mainot dokumenta rastrēšanas izšķirtspējas iestatījumu.

6. darbība: faila saglabāšana

Eksportējiet failu kā.eps vai.ai.

Dodieties uz iestatījumiem un pārliecinieties, ka strādājat RGB režīmā, nevis CMYK.

To var mainīt, dodoties uz:

Atlasiet Fails -> Dokumentu krāsu režīms -> RGB

Visas griezuma līnijas jānorāda, izmantojot sarkanzilas un zaļas līnijas ar gājiena svaru 0,01pt

Lāzers krāsas interpretēs kā pasūtītas griezuma līnijas, kas darbojas no iekšpuses uz āru.

Sākot ar sarkanu (RGB: 255, 0, 0), kam seko zils (RGB 0, 0, 255) un visbeidzot zaļš (RGB 0, 255, 0).

Visus iekšējos griezumus vispirms vajadzētu sagriezt, un tāpēc tiem jābūt sarkaniem, bet turpmāki griezumi ir zili, bet pēdējie ārējie griezumi ir zaļi. Pirms drukāšanas iestatīšanas pārliecinieties, ka visi jūsu pārnesumi ir savienoti kopā un vai nav krustojošu līniju.

Ja jūsu pārnesumi izskatās kā nepareizi formatēti, varat atgriezties pārnesumu ģeneratora lapā un pārvērtēt savus aprēķinus.

Saglabājiet kā.ai failus un pārsūtiet uz Bosslaser programmu.

Šī programma arī ļauj jums manipulēt ar jūsu failu. Jūs varat izmantot šo programmu, lai nosūtītu failu tieši lāzera griezējam.

7. darbība: Thingiverse un 3D drukāšana

Kā minēts šī projekta galvenajā izklāstā, jūs varat izdrukāt savus 3D kosmosa kuģus jebkurā laikā! Izgudrojiet savu dizainu, izmantojot ThinkerCAD, OpenSCADFusion360 vai Rhino, vai dodieties uz Thingiverse un atrodiet radošu kopīgu projektu drukāšanai! Varbūt jūs pat varat mainīt dažus failus, lai tie atbilstu jūsu unikālajam dizaina izaicinājumam! Šie kosmosa kuģi tika izdrukāti uz Taz Lulzbot 6 ar PLA Village Plastics vislielākajā ātrumā (7 kosmosa kuģiem bija nepieciešamas mazāk nekā 2 stundas).

8. solis: Niedru slēdža LED ķēde

Niedru slēdzis ir elektromagnētiskais slēdzis, ko ieslēdz magnēts, kas tiek nogādāts tā tuvumā.

Šī shēma ietver niedru slēdzi, LED un 3 V barošanas avotu no 2 AA baterijām.

Šis projekts veido niedru slēdžu darbības pamatus.

Zemāk redzamajā shēmā varat noteikt, kur ir novietots LED un slēdzis.

Akumulatora komplektā ir 2 vadi melnā un sarkanā krāsā. Melnais vads ir iezemēts, bet sarkanais - barošana.

Sarkanais vads tiks pielodēts abos niedru slēdža galos.

Niedru slēdzis tiks pielodēts gaismas diodes garajā pusē +. LED - īsā puse tiks pielodēta, lai iezemētu melno vadu, kas ved uz akumulatoru.

9. solis: shēmas iekļaušana valdē

Ir svarīgi izmērīt attālumu, kādā magnētam jāatrodas jūsu slēdzim. Bez pārbaudes jūs varētu urbt caurumu, kas atrodas tālu no magnēta, un tad slēdzis nedarbosies pareizi. Magnēta stiprums nozīmē, ka starp niedru slēdzi un magnētu var būt plašāka vai īsāka atstarpe. Mēs to izmērījām, pēc tam mūsu bērza plāksnē izurbām caurumu gaismas diodei un atvērumu slēdzim.

10. solis: izklaidējieties

Šajā brīdī jūs esat izdarījis daudz smaga darba. Ir pienācis laiks kļūt radošam!

Izmantojiet akrila (Molotow) aerosola krāsu, lai panāktu kosmosa efektu uz akrila un koka. Izmantojiet jebkuras krāsas, kas atbilst jūsu projektam. Noteikti valkājiet aizsarglīdzekļus (ideālā gadījumā organisko tvaiku pussejas respiratoru vai masku), valkājiet cimdus, lai aizsargātu rokas, un VIENMĒR strādājiet labi vēdināmā vietā (nekad iekšā!).

Ļaujiet zobratiem nožūt apmēram 24 stundas, pirms tos novietojat uz tāfeles, lai nesaskrāpētu krāsu.

Jūs varat arī izsmidzināt krāsu saviem mazajiem kosmosa kuģiem!

11. darbība. Materiālu un citu resursu saraksts

Šeit ir visaptverošs materiālu saraksts un citas noderīgas atsauces:

Niedru slēdzis

470Ω rezistors

1 LED balta

Magnēts Adobe

Illustrator CC lietotne vektoru failu izveidei lāzergriešanai

Bosslaser programma faila iestatīšanai lāzera griešanas mašīnai.

Vidējas kvalitātes smilšpapīrs.

1/8 Baltijas bērza saplāksnis 48 collas garš x 27 collas augsts x 2

1/8 collu caurspīdīgs akrils 48 collas garš x 27 collas augsts x 1

Akrila aerosola krāsa dažādās krāsās

Respirators ar organisko kasetni

Cimdi

Akumulatora urbis (ar dažādiem urbjiem)

Koka līme

Tūlītēja līme (kosmosa kuģiem)

Cura-Lulzbot

Tazs Lulzbots 6

PLA ciemata plastmasas šķiedra

Noderīgas atsauces:

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…