Valomiekka 3D Tulostettu (Ja Ohjelmoitava) Tinkercad, BBC Micro.bit

Valomiekka on kuvitteellinen elegantti ase Tähtien Sota elokuvissa, jota käyttävät tunnetusti Jedi-ritarit ja Sithit. Tällä ohjeella voit suunnitella ja valmistaa itsellesi oman valomiekkasi!

Valmistamme valomiekan kahvan 3D-mallintamalla ja -tulostamalla, miekkaosuus on led-nauhalla sisältä valaistu akryyliputki (ja ainakin teoriassa BBC Micro:bit kontrolloi valoja ja mahdollisia muita toimintoja, kuten ääntä, ja virta saadaan erillisestä virtalähteestä kahvan sisältä.)

Huom! Tämä valomiekka ei ole tarkoitettu kaksintaisteluihin, eikä kestä sitä tai muuta rankempaa käyttöä. Se on tarkoitettu pääasiassa koriste käyttöön.

digitaalisen mallintamisen ja ohjelmoinnin valinnainen 9lk käsityökurssi, aiheena valomiekka

• Tehtävänä on suunnitella ja valmistaa oma valomiekka, jossa on led-valot ja ääniefektit, joita kontrolloidaan mikrokontrollerilla.
• Oletuksena on, että mallintaminen ja BBC Micro:bit ovat ennestään edes jonkin verran tutut oppilaille.
• Micro:bit ei jää oppilaan omaksi. Jos oppilas haluaa hyödyntää ohjelmoivaansa valomiekkaa vapaa-ajalla, voi hän ostaa oman mikrokontrollerin. Mikäli oppilas ei tarvitse ohjelmointia, mutta haluaa pitää miekan valo-ominaisuudet, saa hän johdottaa valomiekan toimimaan ilman mikrokontrolleria. Oppilaan täytyy kuitenkin osoittaa jollain tavalla, että ohjelmointi on toimivaa.

Tuntisuunnitelma kerroittain ( 2 x 45min per kerta)

1 . Valomiekan suunnittelu ja 3D mallinnus

• Opettajajohtoinen pohjustus valomiekoista
• Tehtävän anto, tehtävän rajaus ja sen tavoitteet
• Oppilaat alkavat suunnitella omaa valomiekkaansa

2 . 3D-mallinnus jatkuu

• Jatketaan oman valomiekan mallintamista
• Mikäli mallinnus tulee valmiiksi, niitä laitetaan tulostumaan. Pyritään siihen, että ensi kerralla valomiekan kahva on tulostettu tai tulostumassa.

3 . Valomiekan maalaus

• tulostettujen valomiekan kahvojen maalaaminen halutun näköiseksi.
• käytetään maaleja, jotka tarttuvat kovaan ja kiiltävään PETG-muoviin. Pelkkä akryylimaali voi olla herkkä naarmuille ilman suojaavaa pinnoitetta.

4 . Micro:bitin koodausta

• Micro:bit ohjaa valoja ja ääniefektejä
• Ohjeessa on näkyvillä esimerkki valomiekan valmiit koodaukset, mutta oppilaat saisivat itse miettiä, miten valomiekan valot ja äänet saadaan toimimaan, vain haluttuun aikaan.

5 . Jatketaan koodausta

6 . Elektroniikan liittäminen ja loppuun kokoaminen

• Ohjeessa näkyy esimerkki valomiekan valmiista johdotuksesta, mutta oppilaat voivat miettiä ensin itse, miten tarvittavat komponentit pitää asetella, jotta valomiekka toimii halutusti.
• Juotetaan elektroniikka komponentit paikalleen ja kootaan valomiekka valmiiksi.

Tarvitset:

• Tinkercad 3D-mallintamiseen
• 3D-tulostin
• PETG filamentti n.250g (käytetty 1.75mm halkaisijan filamenttia Prenta Duo XL SE tulostimessa)
• Micro:bit (Vol 2 versio summerin äänitehosteiden vuoksi)
• mutteri ja pultti M5 20mm
• n. 60-80cm led-valonauhaa
• Johtoa
• IRL 520 transistori
• 5V virtalähde USB-ulostulolla, joka mahtuu valomiekan sisälle (Esim. The 3sixT JetPak Pocket Power. Pituus 97mm, leveys 25mm ja korkeus 23mm)
• Micro USB-piuha
• USB-liitin
• Akryyliputki (60-80cm)
• PETG muoville sopiva liima (esim. Loctite Super Glue All Plastics -muoviliima, 2 g + 4 ml)
• vaaleaa pakkausmuovia tms. led-valojen häivyttämiseen
• maalit (esimerkissä käytetty Deka Lack akryyli väriä sävyssä 10-96 Silber, kultaisen väristä tussia ja punaista kynsilakkaa)
• naula/nauloja
• kuumaliimaa

Suunnittele valomiekkasi Tinkercad ohjelmalla. (Voit ensin luonnostella esim. paperille suunnitelmaasi)

Millainen valomiekkasi on? Millaisia sen "painikkeet", koristeet, kädenpaikat kahvassa ja muut yksityiskohdat ovat? Katsotko inspiraatiota jo olemassa olevien Star Wars valomiekkojen ulkonäöstä?

Mallinna lopullinen 3D-malli halutussa mittakaavassa. Huomioi 3D-tulostimen maksimi tulostus korkeus ja kappaleen maksimi pituus. Valomiekka saa olla max. 30cm. korkea kokonaisena ja on tulostettava kahdessa osassa ollessaan yli 20cm. Tämän esimerkkityön valomiekka on 27cm korkea.

Tämän esimerkin valomiekan mallina on katsottu suoraan mallia Anakin Skywalkerin valomiekasta.

Valomiekan kahva syntyy yhdistelemällä eri muotoja ja käyttämällä negatiivisia "kolo" muotoja.

Tämän valomiekan runko syntyy yhdistelemällä sylinteri muotoja negatiiviseen sylinteri ja ovaalimuotoon.

Valomiekan terän valo kulkee akryyliputken sisällä. Mallinna valomiekan runkoon paikka putkelle. Putken ulkohalkaisija on 25mm, tee kolosta hieman isompi. Jos kolo on liian pieni ja seinävahvuus ohut, voi käydä kuten malliesimerkille, jonka putken paikka murtui sen ollessa liian ahdas. Korvasin putken paikan liimaamalla ja ruuvaamalla samaan kohtaan sopivan kokoisen pullon korkin ja se peitettiin ilmastointiteipillä.

Lisää putkenpaikkaan myös kaksi reikää, joista voidaan myöhemmin porata akryyliputken läpi reiät nauloille. Naulat auttavat putkea pysymään paikoillaan.

Lisää haluamasi yksityiskohtaelementit. Yksityiskohtia voi rakentaa yhdistämällä rohkeasti muotoja ja kokeilemalla negatiivisilla paloilla muodon leikkaamista.

Käytä annettua Micro:bit-kotelo tiedostoa. Kotelossa on sulkemismekanismi, Micro:bit:in oma led näyttö on piilossa, kotelon pohjassa on kaksi reikää kiinnitystä varten ja Micro:bit V2 summerille on tehty kolo.

Linkki muokattuun koteloon: https://www.tinkercad.com/things/8aGARoKvGWM?sharecode=aJN9vFLhuYDFTtoFGHxuDn52Mq6jfOT6U81kjC_VZMI

(Jos oman valomiekkasi ohjelmointi tarvitsee Micro:bitin muita toimintoja, kuin summerin, A ja B näppäimet ja pääsyn pin riviin, muokkaa 3D-mallia tarpeesi mukaan)

Kotelo on muokattu valmistiedostosta (BBC Microbit Case reworked with closing mechanism by: t.van.tiel)

Valomiekan rungon tarvittavat kolot:

Iso ontto osio, jonne mahtuu virtalähde ja johdot,

koko rungon läpi menevä pitkä reikä, josta johdot menevät ledeihin,

kolo, josta mahtuu tulemaan USB piuha rungon sisältä,

ja

reiät Micro:bit-kotelon kiinnitykseen. Huom! Katso, että ne ovat samalla etäisyydellä, kuin kotelon reiät.

Kannelle/pohjalle on kaksi vaihtoehtoa:

1. liukuva kansi. liukuva kansi on halkaisijaltaan rungon ulkohalkaisijan kokoinen ja sen reunassa on reikä pienelle naulalle. Rungon sisällä on pieni laatikko, jonka keskellä oleva reikä on kohdakkain kannen reiän kanssa sen ollessa paikoillaan.
2. napsautettava kansi. Tämä kansi on juuri pohjan reiän halkaisijan kokoinen ja tulee virtalähteen ollessa sisällä sen perään.

Kun valomiekan runko on valmis, halkaise se kahtia. Tee niin kopioimalla toinen kappale valomiekastasi ja käyttämällä negatiivista elementtiä katkaise kappaleet niin, että sinulle jää ylä- ja alaosa mallista. Muista myös Micro:bit kotelon tiedosto.

Tallenna tiedosto STL. muodossa, 3D mallille tehdään toisella ohjelmalla viipalointi ja tukirakenteiden lisäys, jonka jälkeen se tulostetaan.

Maalaa valomiekka haluamallasi tavalla. Käytä maaleja, jotka tarttuvat kovaan ja kiiltävään PETG-muoviin. Esimerkissä käytetty Deka Lack akryyli väriä sävyssä 10-96 Silber, kultaisen väristä tussia ja punaista kynsilakkaa. (Huom. Pelkkä akryylimaali voi olla herkkä naarmuille ilman suojaavaa pinnoitetta)

Lisäsin myös polymeerimassasta muotoillun liipasinyksityiskohdan miekkaan.

Jotta valot eivät näy kirkkaan akryyliputken läpi, laita valojen ympärille jotain. Itse käärin valot kuplamuoviin ja aterinlaatikon liukuestemuoviin. Kuumaliimaa putki paikalleen.

Valomiekan ääntä ja valoja pitäisi kontrolloida Micro:bit. Yllä on kuva kytkentäkaaviosta ja koodista (koodi: https://makecode.microbit.org/_iYWKMj9C0CFR). USB-johto on haaroitettu ja virtalähde antaa transistorin avulla virtaa Micro:bitille ja käskyn tullessa, myös valoille.

Jostain selittämättömästä syystä, tämä kytkentä ei tuottanut haluttuja tuloksia. Valojen kuului syttyä, kun pin0 sai virtaa, mutta näin ei käynyt. Lopulta johdot uudelleen kytkettiin kulkemaan ilman mikrokontrolleria suoraan virtalähteestä valoihin. Tukin myös USB-johdolle ja mikrokontrollerin kotelolle tehdyt johtojen reiät liimalla ja maalilla. Nyt valomiekka on lopullisessa muodossaan olohuoneen tunnelmavalona kytkettynä puhelimen laturin adapteriin tai tarvittaessa matkavirtalähteeseen.

Törmäsin työtä tehdessä moniin ongelmiin, jotka vaativat ratkaisua: mallinnus itsessään, tilat tekniikalle, putken paikka murtui, elektroniikan toiminta, valojen ujutus putkeen (muovien kitka oli suuri) ja valojen ajoittaiset kosketushäiriöt jatkuvasta pujotuksesta. Kurssikaveri sanoikin, että tässä tarvitaan jo palkinto kärsivällisyydestä, kun kaikki menee pieleen. Kuitenkin kaikesta selvittiin ja olen TODELLA tyytyväinen valomiekkaani. :D