3D Print uw eigen tastbare meetinstrumenten voor slechtzienden - 💡 Fix My Ideas

3D Print uw eigen tastbare meetinstrumenten voor slechtzienden

3D Print uw eigen tastbare meetinstrumenten voor slechtzienden


Auteur: Ethan Holmes, 2019

In samenwerking met de Missouri School of the Blind creëert het D'Arcy Lab in de afdeling Scheikunde van de universiteit van Washington in St. Louis spannende didactische hulpmiddelen voor studenten met een visuele beperking. Bijzondere nadruk wordt gelegd op meting en ruimtelijke oriëntatie - gefinaliseerde ontwerpen omvatten zowel een braillemaatraad als een brailleschuifmaat (die beschikbaar zijn om te downloaden). We proberen de reikwijdte van ons project te vergroten door meer complexe objecten te maken die de studenten helpen de basisbeginselen van symmetrie te begrijpen, een concept dat essentieel is voor de chemie, wiskunde, schone kunsten en meer.

Studenten in de undergraduate organische chemie cursussen raken vaak een muur waar een tweedimensionale weergave van een molecuul niet vertaalt naar het beoogde driedimensionale object. De moeilijkheid bij het conceptualiseren van de driedimensionale ruimte is voor veel mensen een bron van frustratie, omdat kennis niet kan worden meegegeven door rote memorisatie. Het is gebruikelijk voor academische chemiecursussen op universitair niveau om het gebruik van "modelleringskits" aan te bevelen om studenten te helpen bij het maken van voelbare verbindingen met gevisualiseerde concepten. Deze kits zijn vaak beperkt in hun vermogen om systemen met uitzonderingen weer te geven, waarbij ten onrechte een notie wordt gegeven van "stijfheid" van de geometrie die samenhangt met chemie, terwijl tegelijkertijd de studenten leren van gunstige geometrische vervormingen en overgangstoestanden.Omdat een groep voornamelijk uit chemici bestaat, hebben we in eerste instantie onze inspanningen gericht op het ontwerpen van "uitzonderlijke" moleculen voor 3D-printen, waardoor we geometrische vervormingen zouden kunnen begrijpen. We hebben dit concept verder ontwikkeld door de moleculen te markeren met tactiele hobbels en indicatoren, waardoor je de manipulatie van een molecuul in de ruimte alleen via aanraking kunt volgen.

Het doorsturen van informatie op basis van alleen de tactiliteit is geen nieuw idee. Misschien is de meest succesvolle en gemakkelijk herkenbare realisatie van een tactiel schrijfsysteem bekend als Braille, ontwikkeld door de Franse schrijver Louis Braille in 1824 op de leeftijd van vijftien. We begonnen te experimenteren met manieren om Braille in onze ontwerpen te implementeren; naar het blijkt, maakt het proces van afdrukken met gesmolten depositie-modellering het gemakkelijk creëren van verhoogde hobbels op niet-vlakke vlakken, perfect voor Braille. Onze eerste ontwerpen waren simplistisch en gecentreerd rond moleculaire geometrie (zoals de 3D-afdrukken die in de onderstaande foto worden getoond), een poging om ons vertrouwd te maken met het ontwerpen en afdrukken van 3D-modellen.

Braille ingebed in een moleculaire weergave van koolstofdioxide, met ammoniak, ammonium, een tetraëder en een octaëder in de buurt. Structuren ontworpen en gedrukt door Zac Christensen, Emma Mehlmann en Daniel Cotton.

Een afdruk van lineair koolstofdioxide is ingebed met onze poging om "CO2" in Braille te schrijven - het leest nogal onhandig als "hoofdletter c kapitaal o nummer drie drie." Het is belangrijk op te merken dat de braille die vandaag wordt gebruikt niet direct transliteratief is. Terwijl Braille kan worden gebruikt om alle 26 letters van het Latijnse alfabet uit te drukken, wat kan leiden tot een mogelijke transliteratie van elke tekst in elke taal door een eenvoudige verandering van het lettertype, is het door de jaren heen geoptimaliseerd voor verschillende talen. Uniform Engels braille bestaat uit een uitgebreid archief van weeën, indicatoren en symbolen die de leesbaarheid van teksten geschreven in Braille maximaliseren. De achterkant van het model leest correct "Lineair", verwijzend naar de moleculaire geometrie van koolstofdioxide, maar uiteindelijk wisten we dat de ingebedde informatie in toekomstige ontwerpen duidelijk en beknopt moest worden doorgegeven zonder overmatige verwarring te veroorzaken. Dit doel zou onmogelijk te bereiken zijn zonder de hulp van de Braille-geletterde opvoeders en studenten van de nabijgelegen Missouri School for the Blind, die ons waardevolle feedback en suggesties bezorgt. De Missouri School for the Blind wordt erkend als de eerste instelling in de Verenigde Staten om Braille officieel in 1860 te adopteren. Het geduld en de bereidheid van de leraren en studenten van MSB om met ons samen te werken en eerlijke en grondige feedback te geven op onze ontwerpen heeft ons naar het werk dat hierin wordt beschreven.

Bij het tonen van onze modellen aan verschillende leraren bij MSB en het bespreken van pedagogie, noemde de wiskundeleraar de moeilijkheid die haar studenten metingen met heersers uitvoerden. De studenten worden voorzien van linialen ingesloten met braille, verdeeld door het American Printing House for the Blind (APH). Het blijkt dat de grootste moeilijkheid bij het meten niet afkomstig is van de linialen zelf, maar van de ruimtelijke oriëntatie die nodig is om drie afzonderlijke dimensies te meten, d.w.z. lengte, breedte en hoogte. Studenten roteren vaak voorwerpen in hun handen tijdens het uitvoeren van metingen, waardoor ze snel uit het oog verliezen welke zijde eerder was gemeten, wat tot verwarring leidde. Dit is volkomen begrijpelijk - er is geen vast-assysteem bij het roteren van een object in de ruimte en daarom zijn de onderscheidingen van "hoogte, breedte en lengte" volledig willekeurig. Dit maakt het bijzonder moeilijk voor een leraar om ervoor te zorgen dat haar hele klas met dezelfde reeks assen werkt. We gingen op zoek naar objecten waarmee de student bepaalde kanten kon onderscheiden, zelfs na rotatie. Deze cuboïden hebben ingebedde structuren om een ​​vaste toewijzing van zijden en richtingen mogelijk te maken:

Ons oorspronkelijke ontwerp omvat naar boven wijzende driehoeken om zowel de zijde aan te duiden die gewoonlijk wordt toegewezen als "lengte" en de bovenkant van het object. De "breedte" zijde is ingebed met parallelle verticale randen. Een ander ontwerp omvat een "kruisvormige" indicator voor de bovenkant van het object en loodrechte lijnen op beide sets vlakken voor zowel een rechthoek als een kubus. Er wordt ook een poging weergegeven om het idee van een vaste Cartesiaanse coördinatenas door te geven, waarbij een oorsprongspunt (0, 0, 0) wordt gedefinieerd door de kruising van drie unieke opstaande rand-ID's, één vierkant, één afgerond en één gescheiden bollen . Het model kan vrij worden geroteerd in de ruimte met behoud van de oorspronkelijke assen.

Bij de introductie van deze objecten bij de studenten van MSB waren we verheugd dat ze zo gefascineerd waren door het daadwerkelijke proces van 3D-printen. Hun tastzin is zo verfijnd dat ze de randen tussen afzonderlijke lagen van het PLA-filament onmiddellijk opmerkten voordat ze een van de grotere textuurverschillen tussen de zijden opmerken. We realiseerden ons dat het vereiste niveau van uitleg deze objecten snel tot een bron van verwarring maakte - "zijn de driehoeken van iedereen naar boven gericht aan de linker- en rechterkant van hun cuboïden?" Is niet noodzakelijk beknopt noch duidelijk. Bovendien maakte het feit dat meten beperkt was tot speciaal ontworpen objecten de uitvoering onpraktisch - wat als de student een boek wil meten?

Door te brainstormen met de leraren bij MSB kwamen we op het idee om een ​​"basis" te creëren die zou dienen als een vast driedimensionaal coördinatensysteem. Op deze manier kan elk object worden gemeten, omdat het niet met speciale markeringen voor oriëntatie hoeft te worden ingebed. Gedurende verschillende maanden werd het ontwerp geoptimaliseerd en het eindproduct wordt hieronder getoond. Het bord is ontworpen in AutoCAD, geïmporteerd in VCarve Pro en uiteindelijk gesneden van hardboard met een gemiddelde dichtheid en een Shopbot Desktop CNC-router. Aanvankelijk waren we van plan om drie APH-brailleschalen te gebruiken als onze x-, y- en z-assen. Dit is compatibel met de y- en z-assen, maar bij rotatie van de liniaal voor de x-as, is de nummering achterstevoren. Daarom wilden we onze eigen brailleschalen ontwerpen, die gemakkelijk in een willekeurige FDM-printer konden worden afgedrukt. Omdat dit meestal platte objecten zijn met verhoogde letters, zijn ze ongelooflijk gemakkelijk om in hoge resolutie af te drukken. De braille die op hun oppervlak is ingesloten, komt helder naar buiten, zij het een beetje ruw volgens de studenten, dus was wat licht schuren noodzakelijk. De z-as is speciaal ontworpen met groeven zodat een geleider op en neer langs de liniaal kan schuiven om de bepaling van de hoogte van een object te vergemakkelijken. Er werden verschillende iteraties van dit ontwerp gemaakt en er werd vastgesteld dat groeven optimaal waren, waardoor de gids met zachte kracht kon glijden, maar niet vanwege de zwaartekracht.

De volledige z-asliniaal met gids

Er is ruimte voorzien voor "titel" -tegels, waarmee men het meetsysteem (dat wil zeggen metrisch, 1cm demarkaties) kan beschrijven.

Een cartesiaanse coördinatenas meet de afmetingen van een schaalmodel van de eenheidscel van een diamantkristalrooster. Diamantrooster ontworpen en gedrukt door Micah Rubin.

Het ontwerp van de z-as bracht ons ertoe een ander ontwerp te overwegen dat onafhankelijk van of in combinatie met het meetbord kon worden gebruikt. Een student in het bijzonder was enthousiast over het vooruitzicht dat hij zijn eigen meetbord en linialen thuis had, dus we wilden een iets meer draagbare tool ontwerpen, geliefd bij makers: een remklauw. Het ontwerp van de liniaal is vergelijkbaar met dat van de y-asliniaal in de bovenstaande foto, hoewel de braille enigszins is aangepast om te tellen van 0-18 cm. De remklauw wordt in vier delen afgedrukt: een basis, een bovenkant, een dia en de liniaal zelf. De schuif is op de geleiderails gemonteerd en de bovenkant en onderkant zijn met epoxy aan de liniaal bevestigd, zoals weergegeven in de onderstaande foto.

Een volledig 3D-geprinte draagbare Braille-schuifmaat voor eenvoudige metingen.

De samenwerking tussen ons laboratorium en de Missouri School for Blind is aan de gang en we verwachten nog veel meer spannende ontwerpen te ontvangen. Als resultaat van dit project heeft de MSB een aanzienlijke subsidie ​​ontvangen waarmee ze hun eigen 3D-printer konden kopen. Dit is natuurlijk een hit bij de studenten. We hebben docenten van het MSB-experiment geholpen met het 3D-modelleringsprogramma Rhinoceros, een krachtig hulpmiddel waarmee ze onze ontwerpen kunnen aanpassen en hun eigen ontwerpen kunnen maken wanneer dat nodig is. Toekomstige projecten omvatten moleculaire structuren met interne tandwielen die bindingrotaties en aanpassing van de bindingshoek mogelijk maken, modellen met gelabelde moleculaire orbitalen, complexere kristalroosters en meer.

U bent van harte welkom om de STL- en 3DM-bestanden te downloaden voor de hier getoonde modellen. Voor contactinformatie en meer over deze projecten, bezoek de website van ons lab. Voor meer informatie kunt u ook de Missouri School for the Blind bezoeken.



U Bent Wellicht Geïnteresseerd Zijn

Crouching Phoenix, Flying Dragon

Crouching Phoenix, Flying Dragon


Pop Culture Quotes Hilarious Contrast met Found Paintings

Pop Culture Quotes Hilarious Contrast met Found Paintings


Countdown to Maker Faire: The Unisphere

Countdown to Maker Faire: The Unisphere


Ultimaker Goes Global

Ultimaker Goes Global