Fast dome – Bộ hub in 3D dựng geodesic dome

Fast dome là một bộ các hub (khớp nối) in 3D để dựng một geodesic dome mã nguồn mở bằng các loại ống.

Một geodesic dome là một cấu trúc hình học gồm các phần tử tam giác cứng. Các phần tử tam giác này giúp phân bổ lực/ứng suất đều trên toàn bề mặt cấu trúc. Geodesic dome có thể chịu tải nặng, và thường được dùng để làm nhà kính nông nghiệp, vườn mùa đông, khung/giàn hỗ trợ trồng cây, nhà chơi cho trẻ em, và cũng để học toán. Nó cho mình một cách học thực hành rất hay về việc các cấu trúc hình học “lấp đầy” không gian như thế nào và tỉ lệ (scale) liên hệ ra sao với cách mình cảm nhận.

Một geodesic dome là một geodesic polyhedron, tức một khối đa diện lồi tạo từ các tam giác. Geodesic polyhedra là một xấp xỉ tốt của hình cầu: hình cầu bao được thể tích lớn nhất với diện tích bề mặt nhỏ nhất.

Dome bán kính 65cm

Với dome này mình dùng ống PVC đường kính ngoài 16cm, nhưng bạn dùng loại ống khác cũng được. Ống PVC rẻ và nhẹ, nên rất hợp để dựng một cấu trúc hình học lớn mà vẫn gọn nhẹ.

Mình cũng chia sẻ luôn file model OpenSCAD để bạn chỉnh hub theo loại thanh/ống (struts) bạn chọn.

Với dome dùng các thanh PVC 16cm này, mình sẽ cần:

• 30 thanh: 40cm - thanh loại 'A'
• 35 thanh: 35cm - thanh loại 'B'
• 6 hub in 3D dạng 5 nhánh
• 10 hub in 3D dạng 6 nhánh
• 10 hub in 3D dạng 4 nhánh (phần đế của dome)

Printing

Mình dùng PLA, nhưng ABS hoặc PETG cũng dùng ngon.

• infill: 20%
• layer height: 0.3mm
• walls: 3
• tops/bottoms: 6
• no supports

Lưu ý: nếu bạn muốn dùng dome ngoài trời thì nhớ chọn polymer có khả năng chống UV. PLA không chống UV; và không phải mọi loại ABS/PETG đều phù hợp cho việc này. Nhớ kiểm tra specs của filament trước khi đem dome ra ngoài. Một lựa chọn khác là sơn kết cấu bằng sơn enamel ngoài trời gốc nước.

Để đầy đủ thì dưới đây là vài tấm hình các hub in 3D. Cũng đơn giản thôi, không có gì cầu kỳ.

Hub in 3D dạng 5 nhánh

Hub in 3D dạng 6 nhánh

Hub in 3D dạng 4 nhánh (phần đế của dome)

Sơ đồ lắp ráp

Các thông số khác của dome này:

• đường kính: 1.30m
• diện tích bề mặt: 2.65m^2
• diện tích sàn: 1.31m^2
• chu vi: 4.02m

Lưu ý về việc đổi kích thước: chiều dài các thanh (struts) không scale tuyến tính theo đường kính. Có nhiều công cụ tính online để xác định kích thước của hai loại thanh. Nếu cần một dome calculator ổn (không liên quan/không tài trợ) bạn có thể xem ví dụ: https://geo-dome.co.uk/2v_tool.asp

CAD/modelling

Phần modeling được làm bằng OpenSCAD, và được phát hành theo giấy phép GPLv3. Bạn dùng file SCAD để chỉnh hub cho khớp với bất kỳ đường kính ống nào.

Kết luận và hướng phát triển tiếp

Mình đã dựng dome này cùng với học sinh ở nhiều độ tuổi khác nhau; đây là một hoạt động ngoại khóa rất hay và là minh họa trực quan cho việc toán và kỹ thuật gắn liền với nhau. Dán băng keo màu lên từng thanh, ví dụ đỏ cho thanh ‘A’ và xanh cho thanh ‘B’, sẽ giúp quá trình dựng dễ hơn; chỉ cần một bản vẽ dome kèm giải thích cơ bản là đủ để người tham gia có thể lắp ráp trơn tru và tự chủ.

Tất nhiên bạn có thể dán keo tất cả các thanh vào hub để làm phiên bản cố định. Nhưng nếu bạn không định làm cố định thì nên chỉnh đường kính hub để ôm khít, không cần keo; bạn có thể lắp để demo, tháo ra, rồi cất dùng cho lần sau.

Nếu bạn muốn làm hệ đèn trang trí với các dome này, lưu ý hub và connector có một lỗ ở giữa để luồn dây điện.

Happy hacking!