Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

3Д штампање Ваших сопствених тактилних мерних инструмената за особе оштећеног вида

У партнерству са школом за слијепе у Мисурију, лабораторија Д'Арци у катедри за хемију на Универзитету у Вашингтону у Ст. Лоуису ствара узбудљиве дидактичке алате за ученике са оштећеним видом. Посебан фокус је на мјерењу и просторној оријентацији - финализирани дизајни укључују и Брајеву мјерну плочу и Брајеву калибарску плочицу (која је доступна за преузимање). Настојимо да допринесемо обиму нашег пројекта тако што ћемо створити сложеније објекте који ће помоћи студентима да разумеју основе симетрије, концепта виталног за хемију, математику, ликовну уметност и друго.

Студенти на додипломском студију органске хемије често ударају у зид гдје се дводимензионални приказ молекула не преводи у циљани тродимензионални објект. Тешкоћа у концептуализацији тродимензионалног простора је извор фрустрације за многе, јер се знање не може пренијети кроз паметно памћење. Уобичајено је да курсеви органске хемије на нивоу колеџа препоручују употребу “комплета за моделирање” како би се ученицима помогло да успостављају тактилне везе са визуелизованим концептима. Ови комплети су често ограничени у својој способности да представљају системе са изузетцима, лажно преносивши неки појам „ригидности“ геометрије повезане са хемијом, док истовремено ученици уче о повољним геометријским дисторзијама и транзиционим стањима.Као група коју су углавном образовали хемичари, у почетку смо се фокусирали на дизајнирање „изузетних“ молекула за 3Д штампање, што би помогло да се разумеју геометријске дисторзије. Овај концепт смо унапредили означавањем молекула тактилним ударцима и индикаторима, што је омогућило праћење манипулације молекула у простору само додиром.

Пренос информација само на основу тактилности није нова идеја. Можда је најуспјешнија и најпрепознатљивија реализација тактилног система писања позната као Брајево писмо, који је развио француски писац Лоуис Браилле 1824. у раној доби од петнаест година. Почели смо да експериментишемо са начинима имплементације Брајевог писма у наш дизајн; како се испоставило, процес фузионисаног штампања моделирања омогућава лакше креирање подигнутих неравнина на непланираним површинама, савршеним за Брајеву писму. Наши први пројекти били су поједностављени и усредсређени на геометрију молекула (као што су 3Д отисци приказани на слици испод), покушај да се упознају са дизајном и штампањем 3Д модела.

Брајево писмо је уграђено у молекуларну репрезентацију угљендиоксида, са амонијаком, амонијумом, тетраедром и октаедром у близини. Структуре које су дизајнирали и штампали Зац Цхристенсен, Емма Мехлманн и Даниел Цоттон.

Отисак линеарног угљен-диоксида уграђен је у наш покушај писања "ЦО2" на Брајевом писму - он је прилично неспретно описан као "капитални капитал о број три три". Важно је напоменути да Браиллеово писмо које данас користимо није директно транслитеративно. Док се Брајевом писму може користити за изражавање свих 26 слова латиничне абецеде, што доводи до могуће транслитерације било ког текста на било ком језику једноставном променом фонта, он је оптимизован током година за различите језике. Унифиед Енглисх Браилле се састоји од огромне архиве контракција, индикатора и симбола који служе за максималну читљивост текстова написаних на Брајевом писму. На полеђини модела исправно пише “Линеар”, који се односи на молекуларну геометрију угљичног диоксида, али смо на крају знали да се уграђене информације у будућим пројектима морају јасно и језгровито пренијети, а да при томе не узрокују прекомјерну конфузију. Овај циљ би било немогуће постићи без помоћи едукатора и студената на Брајевом писму у оближњој школи за слијепе у Миссоурију која нам даје вриједне повратне информације и сугестије. Школа за слијепе у Миссоурију је призната као прва институција у Сједињеним Државама која је званично усвојила Брајеву писму 1860. године. Стрпљење и спремност наставника и студената у МСБ-у да раде са нама и пружају искрене и темељне повратне информације о нашим дизајну довели су нас до овдје описани рад.

Пошто смо показали наше моделе неколицини наставника у МСБ-у и дискутовали о педагогији, наставник математике је поменуо потешкоће које су њени ученици имали с мјерењима с владарима. Ученицима су обезбијеђени владари уклопљени у Браиллеово писмо, које дистрибуира Америчка штампарија за слијепе (АПХ). Показало се да највећа потешкоћа у мерењу не долази од самих владара, већ је просторна оријентација потребна за мерење три одвојене димензије, тј. Дужине, ширине и висине. Ученици често ротирају објекте у рукама док врше мјерења, брзо губећи траг од које је стране раније мјерена, што доводи до забуне. То је сасвим разумљиво - не постоји фиксни систем осовине при ротирању објекта у простору, па су разлике "висине, ширине и дужине" потпуно произвољне. Због тога је посебно тешко за наставника да осигура да цијела класа ради са истим сетом оси. Намеравали смо да створимо објекте који ће омогућити ученику да диференцира одређене стране чак и након ротације. Ови кубоиди имају уграђене текстуре које омогућавају фиксну расподелу страна и праваца:

Наш почетни дизајн је укључивао троуглове који су показивали навише да би означили и страну која је обично додељена као “дужина” и врх објекта. "Ширина" страна је уграђена паралелним вертикалним гребенима. Други дизајн укључује „криж“ у облику индикатора за врх објекта, и окомите линије на оба сета лица и за коцку и за коцку. Приказан је и покушај преношења идеје о фиксној картезијанској координатној оси, где је почетна тачка (0, 0, 0) дефинисана пресеком три јединствена идентификатора уздигнутих ивица, једног квадрата, једне заобљене и једне одвојене сфере. . Модел се може слободно ротирати у простору уз задржавање оригиналног скупа оса.

Након што смо представили ове објекте студентима на МСБ-у, били смо узбуђени што их видимо тако фасциниран стварним процесом 3Д штампања. Њихов осећај додира је толико профињен да су одмах приметили гребене између појединачних слојева ПЛА филамента пре него што су приметили било коју од већих текстурних разлика између страна. Схватили смо да је ниво објашњења потребан да се ови објекти брзо претворе у извор конфузије - „да ли су сви троугли окренути према горе на левој и десној страни њихових кубоида?“ Није нужно језгровит или јасан. Штавише, чињеница да је мерење ограничено на специјално дизајниране објекте учинило је имплементацију непрактичном - шта ако ученик жели да измери књигу?

Браинсторминг са наставницима МСБ-а довео нас је до идеје о стварању "базе" која би служила као фиксни тродимензионални координатни систем. На овај начин, сваки објекат се може мерити, јер не мора да буде уграђен са било којим посебним оријентационим маркерима. Током неколико месеци, дизајн је оптимизован, а коначни производ је приказан испод. Плоча је дизајнирана у АутоЦАД-у, увезена у ВЦарве Про и коначно изрезана са плоча средње густине са Схопбот Десктоп ЦНЦ рутером. Првобитно смо планирали да користимо три АПХ Брајлова владара као наше к, и и з осе. Ово је компатибилно са и и з осама, али након ротације равнала за к-осу, пронађено је да је нумерација назад. Тако смо кренули да дизајнирамо властите Брајловске владаре који се могу лако одштампати на било ком ФДМ штампачу. Пошто се ради о углавном равним објектима са повећаним словима, они се невероватно лако штампају у високој резолуцији. Брајев редак на њиховим површинама излази јасан, иако мало груб према ученицима, тако да је било потребно лагано брушење. З-оса је посебно дизајнирана са жљебовима како би се омогућило водилици да се померају горе-доле по лењиру како би се олакшало одређивање висине објекта. Направљено је неколико итерација овог дизајна, и утврђено је да су жљебови оптимални, омогућавајући водилици да клизне са благом силом, али не због гравитације.

Пуна равнина з-оси са водичем

Простор је предвиђен за “насловне” плочице, што омогућава да се опише систем мерења (тј. Метричке, 1цм демаркације).

Картезијска координатна оса мери димензије модела скале јединичне ћелије кристалне решетке. Дијамантна решетка коју је дизајнирао и одштампао Мицах Рубин.

Дизајн з-осе нас је навео да размотримо још један дизајн који би се могао користити независно од мерне плоче или заједно са њим. Нарочито је један ученик био узбуђен због могућности да има сопствену мерну плочу и владаре код куће, тако да смо кренули да осмислимо нешто више преносивог алата, који је омиљен међу произвођачима: калипер. Дизајн равнала је сличан оном код владара и-осе на горњој фотографији, иако је Брајевом писму било мало модификовано да броји од 0 до 18цм. Чељуст је одштампана у четири дела: подножје, врх, слајд и сам равнало. Клизач је монтиран на водилицама, а горња и доња страна су причвршћене за равнало са епоксидом, као што је приказано на слици испод.

Потпуно 3Д штампана ручна Браиллеова чељуст за лако мерење.

Сурадња између наше лабораторије и школе за слијепе у Мисурију је у току и очекујемо да ће доћи још много узбудљивих дизајна. Као резултат овог пројекта, МСБ-у је додијељен значајан грант који им је омогућио куповину властитог 3Д штампача. То је, наравно, био хит међу студентима. Помажемо учитељима у МСБ експерименту са програмом за 3Д моделирање Рхиноцерос, моћним алатом који ће им омогућити да модификују наше дизајне, као и да креирају сопствени дизајн када се појаве потребе. Будући пројекти укључују молекуларне структуре са унутрашњим зупчаницима који омогућавају ротацију везе и подешавање угла везе, моделе с означеним молекулским орбиталима, сложеније кристалне решетке и још много тога.

Можете да преузмете СТЛ и 3ДМ датотеке за овде приказане моделе. За контакт информације и више о овим пројектима, посјетите веб страницу наше лабораторије. За више информација, можете посјетити и школу за слијепе у Миссоурију.

Удео

Оставите Коментар