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Hoverlay – schwebendes Display

Concept Art-03

hier geht’s zum Artikel zum Nachfolger, dem Hoverlay II

Ansonsten einfach weiterlesen 🙂

Ich habe eine Menge Feedback bekommen, dass dieses Display ja gar nicht holografisch oder 3D ist. Nun, es hängt vom Projektor ab, den man benutzt. Ein normaler Lichtfeldprojektor aus dem Elektronikmarkt um die Ecke ist völlig ausreichend. Falls ihr keinen Lichtfeldprojektor habt, ein paar Tropfen LSD im Wasserbecken haben in etwa den selben Effekt*.

(*Ernsthaft, tut das niemals!)

Wenn man zum ersten Mal einen „Fogscreen“ oder ein „Vapor-Display“ sieht kann das schon sehr irritierend sein, vorausgesetzt, man hat die Vision von schwebenden Bildern immer noch als Sci-Fi-Hokuspokus abgeschrieben. Das folgende Video zeigt das Heliodisplay, ein kommerzielles „Vapor-Display“ Projekt, erfunden von Chad Dyner, der auch die Patente für diese Technologie hält:

Als ich zum ersten mal auf einer Messe einen sochen Screen sehen durfte musste ich meine Hand mehrmals durch den dünnen Luftstrom hindurchstecken, um zu begreifen, was da passiert. Es ist ein gutes Beispiel dafür, wie man verblüffende Effekte mit relativ einfachen Mitteln erreichen kann. Hier könnt Ihr noch einen original Fogscreen® (ein anderes kommerzielles Produkt) sehen, das ähnlich funktioniert. Meinem aktuellen Recherchestand nach wird es in naher Zukunft wohl kaum weitere kommerzielle Projekte in dieser Richtung geben, einerseits aufgrund der Patent-Schranke, andererseits wegen des kleinen Marktes für diese Art von Geek-Spielzeug. Ich entschied mich deshalb dazu, dieses Projekt namens „Hoverlay“ zu starten, um Informationen, neue Ideen und Designs für diese Art von Leinwänden zusammenzutragen und zu entwickeln.

Concept-Art-03

Das Kernprinzip hinter dem nebligen Bildschirm ist anerkannterweise, dass er aus Nebel besteht. Wasser oder Nebelmaschinenflüssigkeit wird verdampft/verdunstet und aus dem Nebel wird auf die eine oder andere Weise ein flacher (oder gebogener) Luftstrom geformt, auf den ein Videoprojektor die Bilder (rück-)projeziert. Der Nebel streut das Licht des Projektors, und in der Nebelwand entsteht auf der anderen Seite der Nebelwand ein sichtbares Bild. Im Moment gibt es sowohl die Firma namens „Fogscreen“, die riesige Fogscreens herstellt, verkauft und vermietet, als auch andere kommerzielle oder selbstbau-Projekte, und jedes setzt die Kernidee etwas anders um. Alle gemein haben allerdings folgendes:

  • Nebel wird erzeugt
  • der Nebel wird in einen laminaren Strom geformt
  • Die Nebelfläche dient als Rückprojektionsfläche für einen Videoprojektor

Für die erste der beiden Aufgaben gibt es mehrere Lösungen Nebelerzeugung:

Strom-Formung:

Einige nutzen also Nebelmaschinen, andere Ultraschallverdunster um den Nebel zu erzeugen. Manche pusten den Luftstrom von oben nach unten, andere von unten nach oben. Manche kühlen den Nebel und nutzen die Schwerkraft, und fast alle benutzen Strohalme. Ein paar zusätzliche Gedanken dazu:

  • Indem man den Nebel und die Luftströme elektrostatisch aufläd, ließe sich möglicherweise verhindern, dass sie sich zu früh vermischen (ein Kommilitone von mir ist auf diese clevere Idee gekommen)
  • Anstelle von Ultraschall-Verdunstern oder Nebelmaschinen könnte Dampf von kochendem Wasser, z.B. aus einem Dampfreiniger, eine pragmatische Alternative sein.
  • Das Design sollte modular und erweiterbar sein. Durch das hinzufügen von Modulen ließe sich so der Screen vergrößern.
  • Es wäre nett, eine über DMX/Artnet steuerbare, mechanische Klappe einzubauen, um den Nebel schnell an und abzuschalten. Durch dieses „Zerhacken“ des Nebels ließen sich möglicherweise weitere Muster in der Nebelwand herstellen.

Aus diesen Gedanken entwickelte ich dann das erste Prototypendesign. Für diesen Schritt benutze ich meistens Adobe Illustrator. Es gibt bessere CAD-Tools, da ich aber in der Medienecke zu Hause bin, bin ich mit Illustrator immer noch ein paar Hausnummern schneller. So könnte „Hoverlay“ also aussehen:

Concept-Art-01Concept-Art-02

Im Grunde ist das Ganze eine Kiste, gefüllt mit Lüftern, einem Wasserbecken mit den Ultraschallverdunstern, und einigen Stromformenden Elementen. Die Querschnitt-Ansicht zeigt, wie das Hoverlay im Inneren funktioniert:

Concept-Art-05

Dieser Prototyp muss nicht perfekt sondern möglichst günstig und schnell zu bauen sein und soll dabei einen möglichst großen Lerneffekt liefern. Ich werde Ihn als Proof of Concept benutzen und um eine Checkliste aufzustellen, welche Überlegungen noch für den Bau einer V1 erforderlich sind. Für diesen Prototypen verbaue ich voraussichtlich:

  • 4 Platten 1,5 x 0,5 m PVC (aus dem Baumarkt für 15,- €/Stück)
  • 8 Stück 80mm Lüfter mit ~40 CFM (von pollin.de für 1,10 €/Stück)
  • 4 Stück Ultraschall Nebler (von ebay, 3-5 €/Stück)
  • 24 V AC Trafo (min. 70 W) für die Nebler, diese arbeiten mit 24 V Wechselstrom
  • 12 V DC Netzteil (min. 15 W) für die Lüfter, diese arbeiten mit 12 V Gleichstrom

Ich habe also das Layout für die Teile in Adobe Illustrator angelegt, als DXF exportiert und daraus mittels Estlcam G-Code erzeugt. Der Prozess ist keine Raketenwissenschaft. Wenn du ein ähnliches Projekt planst, und keine Fräse / keinen Lasercutter in Reichweite hast, wirf doch mal einen Blick auf mein PVC-Hartschaum-Platten Tutorial über die Herstellung geeigneter Teile ohne schweres Gerät. Das ist das Layout für eine Haltevorrichtung, die die Ulterschall-Nebler in Position halten soll und die ich dann mit den Einstellungen aus dem rechten Bild als DXF exportiert habe.

Atomizer-Holder-Illustratordxf-export

Estlcam untersterstützt nur normale Pfade, keinen Illustrator-Spezialkram. Das Layout besitzt genau die Maße, die das Teil später haben wird, ohne Rücksicht auf Fräserdurchmesser oder Schnittfugenbreite. Nach dem Importieren der DXF in Estlcam legt man normalerweise erstmal die notwendigen Werkzeuge in der Werkzeugliste an, hier werden dann Fräserdurchmesser und Schnittfugenbreite in das ø-Feld eingetragen. Schneide Materialien mit der geeigneten Vorschubgeschwindigkeit (F) und Drehzahl (S), wenn du diese Parameter weißt.

tools

Ich bin nicht der Erfahrenste an der CNC Fräse, aber die PVC Hartschauplatten lassen sich mit mindestens 3000 mm/min Vorschub bei niedriger Drehzahl mit einem 2-schneidigen Fräser am besten schneiden. So bekommt man schöne Schnittkanten statt geschmolzenem Kunststoff. Im nächsten Schritt (linkes Bild unten) werden die Teile angelegt, und dann die Ausschnitte (rechtes Bild unten). Am besten wählt man das richtige Werkzeug in der Liste aus, bevor man das Teil anlegt.

estlcam-create-partestlcam-create-cutout

Nachdem alle Teile angelegt sind, wird die Reihenfolge festgelegt, in der die Teile und Ausschnitte abgefahren werden. Faustregel: Ausschnitte zuerst, dann Teile. Du findest die Funktion unter Bearbeiten -> „Fräsreihenfolge festlegen“. Wähle „Vorwärts“ aus und klicke alle Teile und Ausschnitte in der Reihenfolge an, in der sie später gefräst werden sollen.

estlcam-finished-camestlcam-set-order

Danach werden die Teile in G-Code übersetzt („NC-Programm erstellen“). Estlcam zeigt nach dem Erstellen automatisch eine Art Simulationsansicht, in der man den G-Code abspielen kann.

estlcam-generate-gcodegcode-simulator

Mit den G-Code Dateien auf einem USB-Stick geht es über in die nächste Phase: das Fräsen der Teile. Wenn ihr so etwas vorhabt und noch keine Erfahrung mit CNC-Maschinen habt, lasst euch von einem Profi mal durch den gesamten Prozess anleiten, vom Layouter der Teile über das generieren des G-Code bis hin zum Fräsen. CNC-Maschinen sind in der Regel:

  1. relative teuer, man sollte sie nicht unbedingt leichtsinnig zerstören. Selbiges gilt für gute Fräser.
  2. extrem kraftvoll, man sollte aufpassen, um sich nicht daran zu verletzen
  3. gut gewartet und 100 % funktionstüchtig, andernfalls sollte man sie gar nicht benutzen
  4. extrem dumm, denken muss man selbst, sonst passieren 1 oder 2. In dem Fall kann die Maschine leider gar nichts dafür, sondern man selbst, auch wenn 3

Milling-PrepMilling-2

Der Vakuumtisch an dieser Fräse war zu schwach, um die Platten in Position zu halten (er wird von einem alten Staubsauger angetrieben), also hab ich mir 10 Anti-Rusch Matten für insgesamt 7 € aus dem Billigladen um die Ecke geholt. Ich kann sagen, dass diese Matten sich extrem gut für den Einsatz auf der CNC Fräse eignen. Sie machen auf jeden Fall einen besseren Job als jeder Billig-Vakuumtisch, und das zu einem Bruchteil des Preises.

Drying-Pads

Trotzdem bedarf es einiger Hingabe, die Matten zu reinigen, da sie Ihre Haftung nach einigen gefrästen Platten auch wieder verlieren. Klebrig wie sie sind, setzen sie sich schnell zu mit Staub und Spänen.

Frame-PartsConnections

Am Ende hatte ich ein paar schöne Teile. Die Anbindungen im rechten oberen Bild hätte ich getrost weglassen können, da die Anti-Rutsch-Matten stark genug hielten. Die restlichen Teile habe ich ohne Anbindungen gefräst.

Glue-MarksAssembly-1

Dann war es Zeit, die Teile zusammenzukleben. Wie gesagt, das ist ein Prototyp, es sollte schnell gehen und billig sein, und Kunststoffkleber ist genau das. Nur der äußere Rahmen wird angeschraubt, um später einfach die Elektronik einbauen zu können.

Assembly-2Assembly-4

Der nächste wichtige Bestandteil ist der Stromformer. Ich hatte mich für die Mainstream-Variante entschieden und ein Paket mit knapp 1000 günstigen schwarzen Strohalmen auf ebay ersteigert. Mit einem Lasercutter habe ich die dann auf 4 cm kurze Stücke zugeschnitten. Der Lasercutter (eigentlich -gravierer) arbeitet mit einer 1W laserdiode, weshalb dieser Arbeitsschritt fast einen ganzen Tag dauerte. Trotz der geringen Laserleistung, bei der Benutzung solcher Geräte ist eine Laserschutzbrille absolut unerlässlich. Die Kamera, mit der ich das Bild aufgenommen habe, ist ersätzlich, euer Augenlicht ist es nicht (noch nicht).

cutting-strawsstraw-pieces

Dann musste ich die Strohalmstücke irgendwie zusammenfügen. Einige der Stücke sind beim Laserschneiden schon miteinander verschmolzen, sodass es mir eine gute Idee zu sein schien, die Strohhalme zu verschweißen. Ich hab dann as einem alten Lötkolben und einer aufgebogenen Büroklammer eine Art Stohalmschweißgerät gebastelt (linkes Bild unten). Mit diesem Werkzeug ging das verschweißen schnell von der Hand, die etwa 500 Strohalmstücke sind in weniger als einer Stunde zu schaffen. Die Stücke werden einfach zusammengehalten und mit dem Haken am Schweißwerkzeug ein kleines Loch durch die beiden Strohhalmwände gebohrt. Das hält:

straw-welderstraw-duo

straw-fiverstraw-belt

straw-welding-blockstraw-block

Nachdem schließlich alles fertig zusammengebaut war, konne ich natürlich nicht erwarten, das Ding in Aktion zu sehen. Hier ein kurzes Video zur v0.1:

Wie gesagt, der Prototyp hat noch einige Probleme. Die wichtigsten Punkte für die V0.2 werden sein:

  • Dicke der Nebelschicht, derzeit ist die Nebelschicht zu dick (2 cm), was zu unscharfen Bildern führt
  • Stabilität der Nebelschicht, die Nebelschicht flattert noch stark, ein Bisschen wie eine Flagge im Wind
  • Austretendes Kondenswasser an verschiedenen Stellen, leider habe ich völlig unterschätzt, wie sich Nebel verhält, was zu Kondenswasser überall im Gehäuse führte

Ich wünsche euch allen einen Guten Rutsch! Verfolgt gerne die Entwicklung des Hoverlay Projektes im neuen Jahr 2014!

Update ist da, hier geht’s zum Hoverlay II

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