冰晶聖誕樹,製作過程!

最近在學校做了這棵聖誕樹,分享一下這棵樹的製作過程!

冰晶聖誕樹

亮燈的樣子


特寫角度


這棵聖誕樹可不是說亮就亮的,需要在頂端投入一顆球,經過樹幹的軌道燈就會依序點亮 效果就像下圖這樣


製作過程:


外型發想


剛開始是想做顆會發亮的聖誕樹,為了要讓燈光很亮,閃瞎我的學生,所以打算使用透明壓克力打側光的方式作為樹葉,也就有雪花結晶的概念出來了。


由於雪花每片造型不同,若以這為造型就該如此,所以我使用Rhino軟體內的Grasshopper作為參數化設計的工具,藉此製作看似真的雪花造型。


剛好最近冰雪奇緣電影,有看到類似的報導說劇組人員對動畫中的雪花非常講究,就用冰雪奇緣聖誕樹去google找找,看有沒有一些靈感,結果....

我想冰雪奇緣動畫團隊看到台灣這顆聖誕樹應該會崩潰吧XD


好吧~那就在網路研究一下,結果還真的有人用Python模擬真的雪花

https://github.com/vishnubob/snowflake

但他分析的雪花形式我沒有很愛,而且壓克力切割又怕這種結構容易斷,後來就以他文章中分析的六角形結晶為主要的概念













計算一下教室既有的材料、時間等因素,就做個60層的聖誕樹吧! 60片結晶樹葉,60個發光元件!

開始製作


底座


底座當然用結晶的六角形為主要概念,想過各種方案後最終決定用環氧樹脂灌模,直接將中心的牙棒固定在底部


整棵樹若高1.5公尺左右,可能需要2公斤以上的重量來穩定比較夠,設計好之後就用壓克力來做底座的模具~

底座的環氧樹脂因為擔心日後會變黃(明年也可以拿出來擺),所以加了一些藍色染料上去,但完成後發現太藍了有點突兀...


有聽說環氧樹脂不能一次灌太多,所以分四次灌注,但第三層太貪心,結果還是發生悲劇,所以四周出現大氣泡,並且產生變形,後來靠光固化膠水來補救

完成之後邊角會凸起來,所以用散打打磨


最後再淋上一層環氧樹脂,讓霧面打磨的痕跡消失,側面故意讓他垂流就像冰塊融化的感覺


結晶葉片


使用Rhino Grasshopper寫程式,隨機生成不同六角形圖案的葉片


同時需要考量結構性以及跑出來的圖案不要太醜


Grasshopper參數化的好處是,這種每片造型長短都不一樣的設計可以瞬間跑完,也程式調整大概1.5小時,跑60片不同圖案大概5分鐘就搞定


完成圖檔就去雷切摟!


壓克力的外膜如果先撕掉再雷切,就會產生這種白色的髒污附著,但好處是不用撕膜撕到崩潰


這種白色髒汙的解決方法,就是直接用散打裝海綿,膜過一次就好~

你看看~ 幾秒鐘搞定~


發光單元電路板


發光單元的原理就是利用球滾動之後,撞到感測元件,造成通路之後,將電容充飽電,並且透過電晶體讓LED點亮 隨著時間讓電容放電,燈光就會慢慢熄滅,我配的這組電路大概需要1分鐘才會讓LED熄滅


鋁片撞擊螺旋狀的鐵絲(電料行找到的電池盒彈簧)


撞到就會發亮,還會發出清脆的聲音~


電路測試完成後就用學校的CNC銑,軟體是用Rhino CAM


模擬一下路徑


剛銑完的狀況


清理後是不是看起來不錯啊~


由於要焊接的零件共有60片,零件定位也是個大問題,所以就用3D列印,做了幾個模具好對位


焊接地域...


焊接完成後的樣子,LED的角度都沒歪掉喔~


接觸的鋁片使用的是麵包板附的鋁片,跟別的老師借裁板機來切成小塊


再用剪刀修成T字形狀

滾珠軌道


中心的3D列印軌道倒是最輕鬆的部分,但上下卡榫跟壓克力葉片的連接處,以及電路板接觸的距離還是調整了一下


檔案好了就直接送印摟~ 60個!


組裝本體


由於我的設計每層都有個螺帽,要轉1公尺的牙棒會死人,所以就設計一個3D列印零件讓"風槍"可以協助我轉螺絲,並且在牙棒上噴一些WD40,轉起螺帽輕鬆又愉快!


電源部分,是從底座延伸到上面的粗銅線來供電,這銅線也是跟別的老師拿學生剩下的材料製作