Spinning Kinetic Sculpture RGB/en

Automatic Kinetic Sculpture which creates visual illusions: Moiré pattern.

It does run for more than 30 minutes on a single full winding, isn't it spectacular?

In addition: a fully RGB ambient lighting. The wheels run only with the force of a spring, no motors!

Difficulté

Medium Moyen

Durée

6 hour(s) heure(s)

Catégories

Art, Décoration, Électronique, Énergie, Mobilier, Maison

Coût

50 EUR (€)

kinetic, sculpture, laser, kinétique, illusion, optique, optic, moire, led, arduino, decoration, art, rgb Spinning_Kinetic_Sculpture_RGB_gifprez.gif en fr Creation 1

Introduction

Greeting to you Maker !

Are you curious? Do you like interior decorations that animate and create a beautiful visual show and yet you don't know how to make a Kinetic Sculpture? Then this tutorial is for you :)

If you want to watch what the final result looks like: I made a Youtube Playlist.'

This Spinning Kinetic Sculpture RGB is a sculpture you can fix on a wall or on a support. It is made of 2 main identical wheels that spin in opposite direction, which is creating constructive and destructive visual interferences, it is called the phenomenon of Moiré.

The concept is purely kinetic (spring), it allows the wheels to spin at different and irregular speeds but most importantly to run for a long time (+30minutes). After you rewind the mechanism the wheels start to spin in opposite direction. As soon as the gravity makes the front wheel reverse its spinning direction and pushes some pawls in the system, the 2 wheels are pushed and start to spin again. This is happening until the spring is fully unwinded. If properly optimised and by reducing the friction, it is possible to get a runtime of more than an hour!

I got my inspiration from pre-existing kinetic sculptures, but I decided to make my own design and my own version of the mechanism which is the crucial point of the sculpture.

Until the day, I tried, made, changed and improved my design and finally made a fresh new version by accumulating all my efforts and previous trials. The result is a fully working Kinetic Sculpture that costs almost nothing and more importantly: the size of the mechanism is twice smaller than other documented kinetic sculpture online!

You can also fix it to a support like a mounting base of a screen which will allow you to move it around but a wall will give you a far better looking result.

The center of gravity of the wheel is placed so it acts like a pendulum. The radius of the pendulum plays a major role in the total runtime of the sculpture.

It can look complex on the first sight but if you look more closely at each step you will see that it is fairly easy :). It is also very instructive because you start to understand that every piece plays a major role in the running of the sculpture. You end up with an almost magical piece of art that creates spectacular effects!

You can complete the sculpture with an RGB LED Ring connected to an Arduino, an ON/OFF switch and a battery so it looks even more amazing. Please note that only the LEDs need an electrical source of energy :)

You can choose to not use the LEDs, it's up to you. You're only limited by your own imagination.

Understanding the mechanism doesn't seem easy at first sight but that's exactly why I documented everything and wrote this tutorial with plenty of pictures and videos. What was a pain in the ass for me is going to be very easy for you. Isn't it why Internet exist? :)

CC BY-NC-SA 4.0

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Matériaux

Total cost estimated under 50$. You will need:

• 1x Constant Force Spring A 3X51-20005 or A 3X51-20006 - $18.32 15.50€ PDF & Catalogue

• 5x - 608 Bearings - 3€ Shop Français & Aliexpress

• 4x - 305x305mm Contreplaqué/Acrylic/Plywood 3mm - 7.5€ JR-Contreplaque

• 1x M8 Bolt 60mm with 1 or 2 nut M8

• 3x M5 Bolts 40mm

• 4 Bolts M5 or vis to fix to the wall/support

• 1xVis pour fixer le ressort à la poulie3mmDiam 10mmLong

• 2x Poids de 30grammes

• Embout EarCleanner Spiral

• Anneau de LEDs RGB adressable approx 70mm diam - 5€

• Arduino ATTiny - 50 Centimes

• Batterie(+Régulateur de Voltage) ou Adaptateur prise murale + Switch ON/OFF - Quelques€

Outils

Coles à bois, Peinture noire et blanche en spray, Huile lubrifiante pour roulement, Super Glue, Tourne Vis, Pince, Fer à Souder, Pistoler à colle, Dremel, Cutter, Découpeuse Laser, Pied à Coulisse, 1 à 2 paires de mains.

Piecesdecoupe.svg

DecoupePart1.svg

DecoupePart2.svg

ShemaKinetic.svg

Étape 1 - Découper le bois au laser

Découper le premier fichier svg sur 2 planches de 305 par 305.

Faire de même pour le deuxième fichier.

La taille de la découpe peut tenir sur un carré de 300x300cm mais j’ai laissé quelques millimètres de rab. Si vous avez un espace de découpe de 600 par 300 alors vous pouvez les découper deux par deux en fusionnant les deux fichiers.

Rassembler les mêmes pièces entre elles pour être plus organisé avant de tout coller.

Étape 2 - Coller les pièces en bois

Assembler les différentes parties entre elles comme indiqué sur les photos et le schéma.

La roue1 et roue2 sont identiques, pensez juste à bien aligner les trous de 5mm de diam.

Poulie excentrée : I/J/J/J

Poulie centrale : D/E/F/F/E/D avec les D dans les mêmes directions.

Support mural : A/A' pour maintenir le boulon principal, la tête du boulon sera coincée entre A et le support.

Étape 3 - Peindre le bois et le support

J'avais utilisé de la peinture normale pour mes prototypes mais je pense que de la peinture brillante permettra de mieux réfléchir la lumière des LEDs sur le mur ou support.

Peindre en noir les deux roues (et la pièce H si pas de deuxième écrou M8) et la pièce numéro I' qui viendra bloquer le ressort à force constante.

Peindre en blanc votre support si vous en avez un.

Étape 4 - Nettoyer+Optimiser les roulements à billes

Ouvrez les roulements si ceux-ci possèdent une protection anti-poussière ou anti-humidité afin de laisser apparaitre la graisse à retirer des billes.

Avec du liquide vaisselle et de l'eau chaude nettoyer la graisse déjà présente dans les roulements à bille car cette graisse est bien trop épaisse et ne nous est pas utile ici.

Lubrifier ensuite les roulements avec un Spray WD40 par exemple.

Si possible faire tourner à haute vitesse les roulements à billes 1par1 à l'aide d'une dremel afin de répartir le lubrifiant et d'améliorer les performances.

Si vous avez des roulements avec un joint noir en plastique il est possible de le replacer après nettoyage.

Étape 5 - Encastrer les roulements

Utiliser un marteau de préférence. Le diamètre des trous où venir placer les roulements est légèrement inférieur à celui du roulement pour qu'il s'emboite bien alors n'hésitez pas à appuyer.

1 roulement de chaque côté de la poulie centrale

1 roulement dans chaque roue et 1 dans B le support qui sera collé à l'arrière de la roue du fond.

Attention la poulie centrale est construite de telle manière qu'on ne pourra pas retirer facilement les roulements.

Étape 6 - Fabriquer un pied et fixer support

Fabriquer un pied à l'aider d'autres planches de bois, de quelques vis et d'un pied d'écran récupéré.

Sinon percer simplement votre mur aux endroits correspondant aux vis de fixation sur la pièce A et utiliser des chevilles avec les vis correspondantes

Y fixer le support arrière qui vient supporter le boulon principal. Ne pas oublier de déjà placer le boulon entre la pièce A et A' formant le support, il y a un emplacement prêt pour retenir la tête du boulon. Fixer fermement le boulon M8 principal avec un écrou pour le maintenir au support.

Étape 7 - Fixer les cliquets

Le cliquet de la roue arrière vient se fixer sur l'emplacement en face de la poulie excentrée. Il se bloque à l'aide d'un écrou. Pensez à découper le bout du boulon dépassant du dernier écrou pour ne pas venir bloquer le mécanisme plus tard.

L'autre cliquet se sécurise à l'aide d'un morceau de bois découpé en deux à l'aide d'un cutter (épaisseur3/2 = 1.5mm) et collé au boulon mais pas au cliquet. C'est très important que le boulon soit le plus court possible ici alors il faut découper au ras du disque bloquant le cliquet.

Les cliquets doivent pivoter sur leur boulon M5 librement jusqu'à ce qu'on fixe deux petits disques de bois pour bloquer leurs rotations à un endroit précis. Ces crans d'arrêt se placent quelques millimètres au-dessus du bout du cliquet une fois celui-ci dans sa position la plus haute par rapport aux crans de la poulie centrale.

Étape 8 - Placer le ressort et fixer la poulie excentrée

Avant de placer le ressort autour des J il est nécessaire de marquer le bout du ressort pour ne pas le dérouler en entier plus tard. Marquer au feutre ou au scotch le bout du ressort pour avoir un avertissement visuel quand s'arrêter quand on rembobinera le mécanisme. Le bout troué du ressort doit se trouver à l'extérieur de la poulie excentrée pour qu'il soit prêt à être fixé sur la poulie centrale.

La poulie excentrée se place sur la roue arrière : Tète de boulon/Roue1 Arrière/Ecrou/I/J/J/J/I'.

Seuls les J sont collés ensemble pour accueillir le ressort. I' est collé au bout du boulon pour empêcher le ressort de sortir de son axe.

Étape 9 - Réaliser le montage Arduino pour controller les LED

Réaliser un montage avec un Arduino ATTiny, une batterie, un switch ON/OFF, un régulateur de tension et un anneau de LED RGB adressable.

Étape 10 - Ajuster et fixer les poids sur les pales

Fixer environ 30 grammes de plomb ou tout autre petit objet métallique lourd sur chaque pale marquée d'un bout de scotch sur les photos.

Sur la roue nous faisant face on peut fixer un peu plus de poids car il n'y a pas le ressort qui pèse sur cette roue. On peut donc compenser en fixant un autre poids plus léger que les autres à l'opposé pour alourdir la roue.

Pour faire des tests je conseille de fixer des poids au bout des pales seulement avec du scotch afin d'ajuster les poids facilement avant d'atteindre le résultat recherché. Cf prochaine étape pour tester les poids

Étape 11 - Aligner les pièces dans l'ordre

Dans l’ordre : Support avec Boulon / Ecrou / Roue 1 / Piece CG / Poulie Centrale / P.CG / roue2 / Ecrou Final ou H

Voir étape suivante pour venir fixer le ressort avant de placer la dernière roue.

Étape 12 - Fixer le ressort à la poulie centrale

Fixer le bout du ressort à l'aide d'une vis de 3mm de diamètre et pas plus de 10mm de long dans l'embout troué du ressort à l'emplacement correspondant sur la poulie centrale.

Cf photo pour voir les pièces du mécanisme entre les roues.

Étape 13 - Observer et se laisser hypnotiser

Pour faire fonctionner : maintenir la roue arrière fermement et faire tourner la roue avant dans le sens des aiguilles d'une montre, quelques tours suffisent, mais faites attention de ne jamais faire plus de 20 tours. En effet, en faisant ça on déroule le ressort de la poulie excentrée sur la poulie centrale, s’il est complétement déroulé il faudra venir le remettre en place à la main en démontant une partie de la sculpture, c'est vraiment pénible donc faites attention.

Étape 14 - Enjoy les chutes de bois parfaites

Les chutes de bois principales ont été personnalisé pour avoir des côtés de même longueur et peuvent donc être fixé les unes aux autres pour créer des formes, les possibilités sont Infini.

Par exemple elles peuvent être arrangées pour former un anneau autour de la sculpture si elle est fixée à un mur.

Étape 15 - Maintenance

Pensez à vérifier régulièrement après plusieurs utilisations que la vis fixant le ressort à la poulie intérieure ne s'échappe pas, revisser si nécessaire.

Changer la pile du montage Arduino lorsque les LED ne s'allument presque plus.

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