Jumping Jack Flash weblog

Presepe meccanico – Puntata 10: la pecora

Posted in 3d, stampa 3d by jumpjack on 1 febbraio 2020

Sto cercando di realizzare l’automa di una pecora che bruca. Un primo tentativo si è basato sul meccanismo worm-gear, o vite senza fine:


Purtroppo non ha avuto successo perché al momento della stampa mi sono reso conto che i dentini dell’ingranaggio sono troppo piccoli e non è possibile stamparli con la mia stampante. Devo quindi decidere se utilizzare un ingranaggio più grande oppure cambiare completamente meccanismo. Come si vede nella figura però, sopra all’ingranaggio è presente un arco, che dovrebbe rappresentare il collo della pecora, e cioè coprire il meccanismo durante il movimento:

Non posso quindi fare i denti dell’ingranaggio su questo arco.

Comunque, ho provato a realizzare il meccanismo worm-gear in un simulatore meccanico 3d, che ho in finalmente trovato: si tratta di un plugin di simulazione di fisica per il programma SketchUp, un tempo di Google e adesso di trimble. in precedenza il plugin di fisica au SketchUp era sketchyPhysics, ma lo sviluppo si è interrotto nel 2016 quando è cessato il supporto di Sketchup per i 32 bit. Per fortuna un altro sviluppatore ha deciso di creare da zero un nuovo plugin che si chiama M S physics, che è tuttora mantenuto ed è compatibile fino a SketchUp 2019, e con pochi click permette di creare meccanismi semplici, tipo perni e pistoni.

Quelli che servono a me, però, non sono “semplici”, quindi ho dovuto studiare un po’ la cosa, e ho scoperto che esiste un altro plugin, che si chiama convexify, che serve a trasformare oggetti complessi come un ingranaggio o una vite senza fine in tanti piccoli sotto-oggetti distinti, cosa indispensabile affinché l’algoritmo di simulazione riesca a simulare i denti che si inseriscono l’uno nell’altro.

Ecco quindi il risultato di questo primo tentativo di simulare il meccanismo worm Gear:

E’ stata una fortuna poter testare il tutto prima nel simulatore, perché così mi sono reso conto subito che, anche se fossi riuscito a stamparlo, il meccanismo non avrebbe funzionato come pensavo: infatti questo tipo di meccanismo riduce enormemente il numero di giri, con un rapporto dato dal numero dei denti dell’ingranaggio; ad ogni giro della vite senza fine, infatti corrisponde lo spostamento di un singolo dente dell’ingranaggio, troppo lento per questa applicazione.

Dovrò quindi cercare un meccanismo alternativo un po’ più veloce. Stavo pensando di realizzare un piccolo bilanciere sotto il piano di appoggio, collegato al bilanciere della testa tramite due sottili fili neri di cotone. Vedremo.

Qui un paio di modelli sperimentali di Sketchup+MSPhysics realizzati da me:

Worm+gear

Worm+gear+Geneva

Presepe meccanico – puntata 8 – Pupazzo universale

Posted in 3d, stampa 3d by jumpjack on 18 gennaio 2020

 

Ho deciso di creare un “pupazzo universale”, che possa cioè essere usato per creare qualunque artigiano che possa essere presente in un presepe; non essendo riuscito a trovare un modello già pronto, mi sono dovuto ingegnare per adattarne uno che era solo predisposto per avere giunti sferici magnetici ad ogni articolazione, trasformandoli però in “giunti a stuzzicadenti” 🙂

Ho attraversato vari step:

Dopo aver diviso una gamba e il busto in due metà per renderli stampabili senza supporti, li ho stampati ma…

 

…vengono decisamente troppo grandi! L’intero pupazzo verrebbe alto 20 cm, troppo pacchiano e ingombrante.

Ho provato allora a rimpicciolire ma… ops…

E’ venuto fuori nu microbo, diventa impossibile fare le articolazioni!

Poi sono riuscito a trovare il giusto mezzo:

Così è un po’ più lavorabile; notare che sto cercando di fare cavo il busto, per inserirci dentro i vari meccanismi.

Poi ho cominciato a stampare i vari pezzi; qui vediamo un primo tentativo di bloccare l’articolazione della spalla con una rondella esterna, ma è decisamente brutta:

Le braccia montate sul busto:

Prove per le gambe:

 

A un certo punto mi sono reso conto che potevo stampare il busto verticalmente, rendendo così inutili sia il supporto che lo smezzamento.

Qui si vedono vari tipi di busto:

 

Nel primo manca un sistema di fissaggio per collo e testa, perchè inizialmente pensavo di farlo come parte dei meccanismi interni, ma sembra poco fattibile; quantomeno, non in un modello universale, perchè potrtebbe interferire coi meccanismi delle braccia; vedrò caso per caso.

Nel secondo ho messo almeno una chiusura per ospitare un collo fisso; la parte inferiore, per il fissaggio delle gambe, è rimasta uguale, e prevedeva inizialmente anche qui l’uso di rondelle, che poi però ho deciso di evitare.

Nel terzo modello è prersente un abbozzo di sporgenza che contiene un buco che dovrebbe ospitare lo stuzzicadenti che fa da collo, ma la stampa dà bei problemi senza supporto, quindi nella stampa successiva ho aggiunto un supporto fatto a mano che si attacca all’interno del busto, e che poi va rimosso a fine stampa per lasciare spazio al perno delle spalle, come si vede nella stampa finale:

In realtà questo modello non è universale ma specifico per l’applicazione del fornaio: infatti le due spalle sono fissate insieme ad un unico perno passante; l’alternativa sarebbero due spalle separate, con un’asola a cui attaccare un tirante per farle muovere; però le spalle singole hanno molto gioco e non ho ancora capito bene come fare a farle rimanere stabilmente in sede senza però allargarle, cosa che aumenterebbe troppo l’attrito con le asole del corpo:

 

Bisognerà adattare l’automa caso per caso, a seconda se deve muovere una o due spalle, indipendentemente o separatamente.

Qui vediamo l’evoluzione dell’attaccatura della spalla, passata da rondella a pezzi a incastro:

La stampa di gambe e spalle non è facile, essendo oggetti più o meno oggetti cilindrici, perchè i supporti li rovinerebbero, e alle estremità ci sono le sottili e delicate asole, per non parlare del fatto che quando un oggetto cilindrico diventa troppo alto, durante la stampa comincia ad oscillare, a scapito della precisione; quindi servono degli speciali supporti, minimali e obliqui, che toccano appena l’oggetto, evitando che la testina lo sposti di qua e di là mentre aggiunge strati su strati:

Quando la stampa arriva alle asole bisogna rallentarla a velocità bassissima, e tutta la stampa deve essere fatta con ventola di raffreddamento, altrimenti tutti gli strati si disallineano e viene una stampa pessima. Ma usando le suddette accortezze, con questa stampatina da due soldi (pagata 110 euro) si riescono a stampare cose inverosimili, anche con un enorme ugello da 0.4!

Stampa a 205°, piatto a 65°, PLA bianco su stampante Geetech Prusa i3.

In un post successivo la descrizione di come questo pupazzo universale ha avuto il suo primo utilizzo nel fornaio che stende la pasta della pizza. 🙂

 

 

Presepe meccanico – puntata 7 – polli terminati

Posted in 3d, stampa 3d by jumpjack on 29 dicembre 2019

Puntate precedenti per i polli:

Sono finalmente riuscito a terminare l’automa dei polli che beccano:

Adesso non sono più ne triangoli stilizzati, nè sagome piatte, ma “veri” polli in 3d, ottenuti da questo modello 3d , opportunamente rimaneggiato con Meshmixer per eliminare piedistallo e zampe e smezzarlo in due parti stampabili; al posto delle zampe ho messo due pernetti di plastica, molto più semplici da stampare, e il piedistallo l’ho ovviamente personalizzato per conformarsi ai vincoli meccanici dell’automa.

Questi sono i 3 strani piedistalli che sono venuti fuori:

A fronte di perni da 5.4mm di diametro ho fatto fori da 6.4, quindi con 0.5 mm di margine, per garantire una rotazione libera. I fori sono poi profondi circa 11mm, per evitare ondeggiamenti sull’asse sbagliato.

Il perno sporgente di circa 6mm serve da aggancio alla suddetta “chiave inglese”, e ha un diametro di 5mm a fronte di un diametro di 5,4 mm della chiave inglese: un po’ stretta, ma è necessario perchè il cerchio non è completo e bisogna impedire che la chiave si sfili dal perno.

Notare che la chiave è asimmetrica: dal lato del pollo l’aggancio è più largo per ridurre al minimo le oscillazioni sull’asse sbagliato, mentre dalla parte opposta è stretto perchè lo spazio tra le varie ruote, e quindi al lunghezza dei perni, deve essere abbastanza ristretto da permettere la stampa senza supporti, che causerebbero fastidiose irregolarità da limare via accuratamente per permettere la rotazione libera del perno nella chiave inglese.

Ho dovuto modificare anche le ruote per spostare quella del “pollo 1” (che per motivi “storici” sta in posizione 2…) più all’esterno, in modo da non interferire con gli altri due; quindi ora uno dei perni rimane inutilizzato, ma l’ho lasciato per conservare le distanza già collaudate degli altri perni, e non l’ho sostituito con plastica piena… per risparmiare plastica:

Notare che i perni sono separati dalle ruote da una specie di “rondelle”, che sono in realtà sporgenze parti integranti delle ruote: servono a evitare che le chiavi inglesi striscino contro le ruote causando attriti inutili, e sono “sfumate” verso il basso per facilitare la stampa senza supporti.

 

Chiaramente l’automa va rifinito e ripulito, ma la meccanica è completa e funzionante, quindi posso passare a studiarne altri. Ho per l’appunto scoperto un artigiano. Manuel Villagra, che ne crea di strabilianti. Ovviamente tutti pezzi unici fatti a mano, di cui non esistono gli schemi, quindi tutti da progettare da zero per stamparli in 3d!

E c’è il problema che tutti questi usano le camme, e non ho ancora trovato un programma per simularle, quindi o lo trovo, o dovrò adattare gli automi al mio metodo delle chiavi inglesi…

  

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Presepe meccanico – puntata 6 – 28 dicembre 2019: i polli che beccano

Posted in 3d, stampa 3d by jumpjack on 28 dicembre 2019

Pricede lo sviluppo dell’automa dei polli che beccano, seguendo evoluzioni successive; ho deciso che, invece di usare fil di ferro per fare le “bielle”, è meglio usare comunque una barra stampata in 3d; per risolvere il problema che non può avere fori di aggancio essendo ora la ruota di controllo un blocco unico, ho deciso di dargli una forma “a chiave inglese”, così si può agganciare al rispettivo perno senza dover smontare niente e senza dover piegare a mano un pezzo di fil di ferro della misura giusta:

Ecco dunque un primo risultato, di prova, con “galline” triangolari piatte:

 

Ecco poi una successiva prova con polli… a forma di pollo, grazie all’inconsapevole contributo di un abile artigiano che nientemeno che 100 ani fa pubblicò un libro con alcune sagome appositamente pensate per realizzare automi, Louis C. Petersen dell’università di Carbondale nell’Illinois (USA); il libro era “EDUCATIONAL TOYS – Consisting Chiefly of Coping-Saw Problems for Children in the School and the Home”, ed essendo scaduti i copyright è stato inserito nel progetto Gutenberg.

 

La prossima evoluzione sarà sostituire gli stuzzicadenti con veri perni, e sostituire le sagome di polli con polli in 3d più realistici; ci sto già lavorando, e se i perni sono facili; molto più complicati sono i polli 3d, perchè interferiscono meccanicamente tra di loro, quindi sto studiando delle modifiche strutturali che mi consentano di farli convivere senza però dover buttare il lavoro già fatto, considerando la gran quantità di plastica già sprecata.

 

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Presepe meccanico – puntata 5 – 23/12/2019: le galline che beccano

Posted in stampa 3d by jumpjack on 24 dicembre 2019

Nuovo test di realizzazione di un automa: questa volta dovrebbe simulare dei polli che beccano.

 

Ho provato a realizzarlo mediante una serie di barre collegate a delle ruote che girano (una sorta di manovelle in serie), dopo averle precedentemente simulate con programmi come Linkage e Solvespace, ma la realizzazione pratica è piuttosto complicata perché non c’è un perno unico centrale che sostiene tutta la struttura delle ruote, che invecesi autosostengono una sull’altra, per cui non si può fare un montaggio provvisorio senza colla, e quindi non si possono fare esperimenti e prove.

Per studiare a tavolino il meccanismo ho usato il programma Linkage di simulazione di reazioni vincolari animate:

A video il meccanismo funziona, ma il programma, essendo solo 2d, non permette di calcolare a schermo anche la costruzione vera e propria, che si è rivelata poi molto ostica, essendo molto complicato vincolare tra loro in modo fisso e stabile i tre braccetti-manovella: conviene quindi stampare tutto il meccanismo in blocco unico; questo impedisce di applicare successivamente le barre di collegamento ai “polli”/triangoli, ma si può ovviare sostituendoli con pezzetti di fil di ferro opportunamente sagomati per agganciarsi a manovelle e triangoli.

Ho fatto una prima prova usando semplici ruote tonde… ma su una stampante a filo non si stampano bene per via della piccolissima base di appoggio, e ho preferito non usare supporti perchè comportano troppo lavoro di rifinitura successivo con lima e cartavetrata; ho quindi optato per una soluzione di questo tipo:

Il risultato è stato che gli spigoli delle “ruote” sbattno sul tavolo perchè il supporto aveva troppo poco margine! Per non dover ristampare tutto, ho deciso di tagliare velocemente via i 4+4 angoli, ottenendo quanto segue, che ovviamente è solo un prototipo per fare esperimenti:

 

 

Un’altra possibile soluzione sarebbe di usare camme al posto di braccetti o ruote, col vantaggio che le varie camme possono essere tutte connesse tra loro da un unico perno centrale, rendendo la struttura più simmetrica e solida; sfortunatamente, Linkage non consente di simulare camme, nonostante la loro implementazione fosse stata annunciata già nel 2015, insieme a quella della “visione d’insieme delle parti”, che invece è già stata implementata:

 

Programmi alternativi, anche più potenti, sarebbero SolveSpace e Freecad, ma non ho ancora imparato a usarli, e il secondo è davvero complicatissimo da usare. Il primo è più semplice, sono già riuscito a simulare “linkage” e “constraints” vari, ma devo riuscire a imparare anche come associare “constraints” (vincoli) a oggetti 3d importati in formato STL, o a creare oggetti 3d direttamente dentro al programma stesso.

Per il momento quello che sono riuscito a capire dei tre programmi è dove si trovano i comandi per definire i vari “constraints”:

 

In “linkage” invece i comandi per inserire oggetti, corrispondenti alle barre-strumenti in alto in SolveSpace e Freecad, sono “nascosti” nel menu contestuale che si apre col tasto destro:

Presepe meccanico – puntata 4 – 20 dicembre 2019: falegname terminato

Posted in 3d, stampa 3d, Uncategorized by jumpjack on 21 dicembre 2019

 

E’ stata necessaria una settimana di prove ed errori, soprattutto per via della mia scarsa esperienza in stampa 3D, però alla fine sono riuscito a creare il mio primo automa funzionante: si tratta di un falegname che pialla una tavola.

L’ho scelto tra i tanti che ho trovato perché inizialmente mi sembrava uno dei più semplici, visto che il meccanismo di attivazione non contiene camme, ingranaggi e cose strane, ma una semplice manovella, una ruota e un fil di ferro.

pialla

In realtà in questo particolare automa la complessità non risiede affatto nel meccanismo attuatore ma nella figura umana nella quale sono nascosti ben 8 gradi di libertà suddivisi nelle due braccia: ogni braccio Ha infatti una spalla incernierata nel corpo, una articolazione della spalla stessa, un gomito e una mano che è incernierata sulla pialla.

https://grabcad.com/library/carpenter-wooden-toy-1

Il progetto originale utilizzava 4 pezzi distinti e separati per ogni braccio e polso. Inizialmente anch’io ho usato questo sistema, ma poi la cosa si è evoluta risultando nella creazione di una articolazione universale che può essere usata sia per la spalla che per il gomito e che permette un movimento angolare di circa 103°, contro i 78° della prima versione,e sto ora verificando la stampabilità di una terza versione che arriva a 137°:

giunti

Il video che segue mostra l’automa in azione:

 

Il video successivo mostra la quantità di pezzi che ho dovuto stampare prima di riuscire ad arrivare al risultato finale…

 

 

 

Nello studiare il meccanismo ho anche scoperto un paio di programmi freeware interessanti che possono essere utilizzati per provare a realizzare automi propri: si chiamano Mechanalyzer e Roboanalyzer; Mechanalizer è in 2d, e consente solo l’esame e lo studio di 10 meccanismi predeterminati: non permette di crearne di nuovi, però permette di modificare le lunghezze di tutti i bracci e di tracciare il movimento di uno dei nodi:

1440423638

Roboanalyzer è invece più orientato al 3d:

 

 

 

Una volta scoperti questi, è scoperte alcune parole chiave (“dynamic analysis of robotic”, “multibody systems”, ” forward dynamics algorithms for simulation”, …), ne ho trovati diversi altri: alcuni funzionano solo su Linux, altri solo appoggiandosi a Matlab (ReDySim), poi ce n’è uno, MBDYN (con plugin per Blender, Blendyn; tutorial per MBDYN), che sembra possa appoggiarsi al CAD gratuito tridimensionale Freecad, ma non per Windows, per il quale invece un buon programma (2d) sembra essere “Linkage“:

Linkage

 

Un’applicazione di MBDyn per Windows è invece Freedyn, 145 MB di download.

Altri programmi:

Elenco di altri programmi simili: link


 

DOWNLOAD modello

 

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Presepe meccanico – puntata 3 – 15/12/2019

Posted in 3d, stampa 3d by jumpjack on 16 dicembre 2019

Ho iniziato a lavorare sul falegname che pialla la tavola, che sembrava uno dei meccanismi più semplici. Non lo è per niente, l’attacco del filo metallico alla manovella non è fattibile, la rondella forata è troppo minuscola, per non parlare del forellino; tanto più che, dopo un primo tentativo di stampa in scala 1:1 ho deciso di ridurre della metà, perchè veniva una cosa troppo gigantesca: solo il tavolo è alto 12 cm…

Adesso ho deciso di semplificare il meccanismo, montando semplicemente la manovella sul piano di sfondo, evitando il trasferimento del moto a 90° realizzato dalla rondella bucata: è solo una complicazione inutile.

Altro probleama è stata la pialla: dettagli non stampabile in FDM, ma oggetto difficilmente rimodellabile a mano, ho dovuto tagliuzzarlo e rifarlo triangolo per triangolo. Però alla fine sono riuscito a stamparlo.

Altro piccolo problema l’avambraccio destro: nell’animazione non si vede, ma la mano non è in piano col polso, ma solllevata di mezzo millimetro, quindi non si stampa bene; e i singoli oggetti non sono facilmente modificabili a mano…. Ho fatto prima a ricrearlo da capo.

Anche la manovella era inutilmente complicata, con due rondelle sui due lati che dovrebbero avere lo scopo di stabilizzarla, ma che in realtà si rivelano inutili, vista la profondità della parete e il grosso diametro del perno. Eliminate.

A mano il meccanismo sembra funzionare, stasera provo a stampare e montare le 3 pareti che mi mancano (per ora ho stampato solo quella di destra).

Nel frattempo ho scoperto l’interessante programma “Roboanalyzer“. Essendo solo un dimostrativo, non permette di creare nuove meccanismi, ma solo di analizzare e modificare i dieci pre-esistenti, con varie sottovarianti, e non permette di combinarli tra loro, ma magari esiste qualche altra cosa free, chissà.

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Costruzione di presepe meccanico con automi stampati in 3d – puntata 1 – 14/12/2019

Posted in 3d, stampa 3d by jumpjack on 15 dicembre 2019

Meccanismi-chiave

Gli automati (automata o automaton in inglese/greco) necessitano di alcuni pezzi-chiave per funzionare.

1) La camma a chiocciola (snail cam):

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2) La croce di Malta (“Maltese cross” o “Geneva drive” in inglese), per fare movimenti frammentati invece che continui:

images?q=tbn:ANd9GcR3lMWaR-LfuYPnDTVji59

Animiertes_Prinzip_Malteserkreuzgetriebe

3) Il “Worm drive” (in italiano boh?), per rallentare enormemente il movimento:

330px-Worm_Gear.gif

Tutti questi meccanismi, opportunamente associati, vengono nascosti in una scatola sotto all’automa, e attivati o a manovella o con un motore:

giphy.gif

I risultati possono variare dal “simpatico” al “folle”…

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In questo sito è possibile vedere i video di questi e molti altri automi!

https://www.wandasowry.com/


Esempi di automi

Le animazioni che seguono sono associate a file 3d in vari formati, tra cui anche Sketchup e STL, ma non sono progettati per essere direttamente stampati con stampante, tantomeno quelle a filo, ma pensati per visualizzazione a schermo, o tuttalpiù per realizzarli con sega e martello, quindi vanno prima un po’ ritoccati, sia per “sdraiare” sul piatto di stampa tutti i pezzi, sia per ridurre la plastica usata e i tempi di stampa. Fortunatamente sembrano però essere almeno “manifold”, cioè senza buchi o facce invertite.

File 3d già pronti

Prima prova

Per iniziare mi cimenterò col falegname che passa la pialla, che sembra uno dei più semplici (le ultime parole famose).