Spectroheliograph in 3D khác (Another 3D Printed Spectroheliograph)

3D Printed Spectroheliograph. Mẫu này hiện đang ở dạng bản nháp hoạt động (working draft). Thiên văn Mặt Trời vốn có rủi ro nguy hiểm, vui lòng chắc chắn bạn đã hiểu rõ các rủi ro này (xem thêm bên dưới). Tự chịu trách nhiệm khi sử dụng. Thông tin tổng quan hơn về hướng tiếp cận thiên văn Mặt Trời kiểu này có thể xem tại dự án Sol'Ex project.

Ví dụ bên dưới được in bằng PETG với núm chỉnh (tuning knob) bằng PLA trên máy Sovol SV06.

Ngoài ra còn cần: kính thiên văn (kèm một mức energy rejection nào đó), mount bám (tracking mount), camera số, và máy tính có phần mềm tái dựng (reconstruction software) phù hợp.

Danh sách và mô tả các chi tiết in 3D: In bằng PETG ở 20% infill. (số thứ tự tương ứng với tên file .stl và được dán nhãn trong ảnh montage)

1. ThreadScaled_100p8_SHGAttachmentFlange2inchThreadM5_08notScaled
   1. Cho phép gắn SHG vào focuser 2-inch mà không tạo lực làm căng/ép lên phần giữ thấu kính có thể collimation.
   2. Ren 2 inch được scale lên 100.8%. Ren M5 không scale.
   3. Gắn với ống nối dài 2-inch ở phía vào (input side) (xem bên dưới).
   4. Gắn với thân chính SHG ở phía ra (output side) thông qua lực ép từ vít M5
      1. Ren M5 hơi chặt, nên cẩn thận đừng siết quá tay kẻo nứt thân SHG bên dưới. Có thể sẽ hữu ích nếu taro lại bằng mũi taro M5.
2. Slit angle adjustment clamp, 1.25 inch (tuỳ chọn)
   1. Dùng insert M3 và vít để gắn vào housing của entrance slit (đây là một ngàm filter holder hoặc ống nối 1.25 inch). Vít M3 đóng vai trò như cần chỉnh (adjustment lever) và nên xuyên qua chi tiết để đồng thời làm vít hãm (set screw) cho giá giữ slit.
   2. Cần gạt M3 nên ló ra từ lỗ chữ nhật ở hông của SHG attachment flange.
3. 100p8percentM42 thread scaled lens attachment MaleT2 (in 2 cái, cùng một chi tiết dùng 2 lần trong SHG)
   1. Ở phía vào của SHG, ren T2 đực (T2 male) gắn vào eyepiece holder, nơi giữ entrance slit.
   2. Ở phía ra của SHG, ren T2 đực gắn vào spacer T2 14mm, rồi spacer này gắn vào camera.
   3. Ở cả hai phía, ren M42 cái (M42 female) giữ thấu kính collimator hoặc imaging lens và cho phép collimation.
   4. Sau đó dùng 3 vít M3 để bắt cụm thấu kính vào thân chính SHG.
   5. Có sẵn 3 ren M3 được in ra để dùng làm vít collimation.
4. 40mmLensSpacer
   1. Tạo khoảng cách để thấu kính nằm lùi ra khỏi thân chính SHG, chừa chỗ cho toàn dải tiêu (full focal range) của thấu kính.
   2. Nhận 3 insert M3 (vị trí được ghi nhãn trên mặt trên).
   3. Phía ngoài: gắn với các chi tiết giữ thấu kính.
   4. Phía trong: gắn với thân chính SHG bằng vít M3.
   5. Gắn vào thân SHG trước, rồi mới gắn thấu kính.
   6. Có thể resize để phù hợp các thấu kính có chiều dài khác.
5. SHGBottom_DualFlange: Thân chính của SHG
   1. Nhận insert M3 để bắt nắp và bắt 40mm lens spacer (10 insert).
   2. Nhận insert M5 để bắt vixen dovetail.
   3. Có một số lỗ dư dọc hông cho mục đích tương lai.
   4. Bắt cả hai lens spacer, rồi tới thấu kính. Các helical focuser của thấu kính có thể thao tác qua các khe cắt ở phía trên.
   5. Mặt bích nghiêng (angled flange) nơi gắn thấu kính hơi mỏng/giòn. Nên in với wall thickness >1mm để gia cường.
6. SHGTopWithROMstopsV1: Nắp của SHG
   1. Gắn vào đáy SHG bằng 4 vít M3.
   2. Có lỗ để phần đỉnh grating base đi xuyên qua.
   3. Có các hướng dẫn bước sóng (wavelength guides) dạng embossed cho diffraction grating 2400L/mm.
   4. Chồng mí lên thân SHG 1.5mm để chặn ánh sáng lạc (stray light).
   5. Các chặn giới hạn hành trình (Range of motion - ROM stops) được tạo bởi các lỗ nhận insert M3
      1. Hai bộ, mỗi bộ gồm 2 vít M3 để hạn chế góc xoay của tuning knob.
      2. Một insert/vít M3 nằm ẩn (buried) để chặn vào phần grating base top, ngăn xoay ngược về phản xạ bậc 0 (0-order reflection). Cần vít M3 có chiều dài phù hợp. Thử trước khi dùng SHG.
7. GratingBaseIncreasedClearance
   1. Đế xoay giữ grating. So với chi tiết gốc bên dưới, bản này có khoảng hở với thân SHG lớn hơn nên xoay nhẹ hơn, đổi lại độ ổn định giảm.
   2. Có sẵn ren M3 in ra để bắt grating base top và grating clamp.
8. GratingBaseTop_resized
   1. Phần trên của cụm giữ grating dạng xoay.
   2. Bắt bằng vít M3 vào grating base.
   3. Có khoét rãnh để ăn khớp với vít M3 từ ROM stop nằm ẩn trong nắp.
9. GratingClamp30mmM2V1
   1. Kẹp để giữ diffraction grating 30mm.
   2. Dùng vít M2 để siết kẹp từ phía trên.
   3. Có 4 ren vít M2 in sẵn để có thể collimation cho kẹp
      1. Các ren này hơi chặt.
   4. Gắn vào grating base bằng 2 vít M3.
10. CameraAdapter14mm_T2Female_M48Male
    1. Gắn vào chi tiết lens attachment ở phía ra.
    2. Gắn vào camera để chụp qua ren T2 cái (T2 female).
    3. Tạo khoảng cách phù hợp để đạt focus cho camera ZWO.
11. 150mmVixenDovetail
    1. Gắn vào hông SHG bằng vít M5.
    2. Có thể dùng như vixen dovetail tiêu chuẩn HOẶC làm spacer/riser để một dovetail vixen dài không bị vướng phần SHG gắn vào kính.
    3. Lỗ cách nhau 2cm và khớp với Askar Vixen-Style Universal Dovetail Plate - 300mm (11.8") Length # VDP300.
12. WormKnobV2
    1. Núm để xoay diffraction grating. Trên đỉnh có răng dạng worm gear. Gắn vào grating base top bằng lực ép từ vít M3
       1. Lỗ trong núm hơi rộng, nên cần căn tâm bằng các vít M3.
13. WormBracketV2
    1. Giá đỡ để ép worm gear tì vào núm. Gắn lên SHG top bằng hai lỗ M3 có sẵn.
    2. Lỗ bắt được làm rộng để có thể chỉnh vị trí worm gear.
    3. Nên dùng long đền (washers) với vít M3 để cho phép dịch chuyển.
14. WormGear
    1. Lắp vào worm bracket và ăn khớp với răng trên đỉnh tuning knob.
    2. Đầu có ren M3 để bắt nắp chụp (tuỳ chọn).
    3. Núm lớn để tăng tỉ số giảm tốc.
15. WormGearEndCap
    1. Nắp lục giác ở đầu worm gear để giữ cố định. Có lỗ tuỳ chọn cho vít M3 để siết giữ.

Danh sách và mô tả các phần không in 3D: (số thứ tự tương ứng với phần được dán nhãn trong ảnh montage)

1. Energy rejection: filter ERF sub-aperture 2 inch (Optolong UV/IR trên KG3 +/- Baader 35nm H-alpha) hoặc – về lý thuyết – blue CCD dielectric filter
2. Ngàm gắn kính thiên văn 2 inch: SVBONY SV109 Extension Tube 24-35mm Variable Lock Tube với ren M48 (Bộ extension này có một vòng ren có thể dùng bên trong chi tiết in để siết cố định. Các extension 2-inch khác vẫn dùng được nhưng sẽ không chắc bằng.)
3. Entrance slit, làm theo yêu cầu 12mm x 9 micron trên fused silica. Có sản phẩm thương mại. Khả năng chịu nhiệt của fused silica là điểm đáng giá.
   1. Một số cấu hình có đặt thêm UV/IR filter phía trước như nắp bụi (dust seal).
   2. Vặn ren vào ống nối 1.25 inch.
   3. Vị trí slit cần chỉnh sao cho slit cách mặt bích thấu kính kế bên khoảng ~35 mm; như vậy slit sẽ cách đáy thân chính SHG khoảng ~85mm.
4. 1.25 inch eyepiece holder: Baader Ultrashort 1.25" / T-2 Clamp. Có thể dùng bản blue fireball dài hơn. Với cấu hình đó, slit sẽ được countersunk vào trong eyepiece holder để giữ đúng khoảng cách tới mặt bích thấu kính (xem bên trên)
5. Collimator lens: 150mm f4 Super Takumar (ebay)
6. Diffraction grating: Edmund Optics 55266 GRATING HOLO 2400GR VIS 30 X 30
7. Imaging lens: 150mm f4 Super Takumar (ebay)
8. Camera: ZWO ASI174MM (camera có pixel nhỏ hơn sẽ tốt hơn)
   1. Vặn vào spacer 14mm in 3D (xem ảnh)

Threaded inserts: Bonost 500Pcs Threaded Inserts Kit M2 M3 M4 M5 - Female Thread Heat Set Insert, Brass Knurled Thread Insert Nuts for Plastic Injection Molding, 3D Printing

THÔNG TIN AN TOÀN QUAN TRỌNG: Thiên văn Mặt Trời luôn có rủi ro gây hư hại thiết bị và nguy hiểm cho mắt. Thiết kế có cố gắng giảm rủi ro bằng các biện pháp như: chặn hành trình dư (redundant ROM stops) trên cụm giữ diffraction grating, dùng energy rejection filters, và dùng vật liệu slit chịu nhiệt. Dù vậy, vẫn rất dễ xảy ra tình huống dùng sai hoặc linh kiện hư dẫn đến điều kiện nguy hiểm. Bạn dùng các thiết kế này là hoàn toàn tự chịu rủi ro, nên vui lòng cân nhắc kỹ các hệ quả an toàn liên quan.

Một vài lưu ý khi in:

Ren thường khó in tại nhà, và có thể cần scale mẫu để bù co rút của PETG sau khi in (100.4–100.8%). Vì vậy, các chi tiết gắn thấu kính và chi tiết gắn ống extension 2-inch có phiên bản ren cái được scale 100.8%. Các bản này thường là dễ bắt đầu nhất. Hoặc bạn có thể in thử các vòng gắn thấu kính khác với scale hơi tăng, rồi áp dụng cùng scale đó cho các phần còn lại.

Ngoài ra, tăng wall thickness cho thân chính là một ý hay. Các vít bắt extension 2-inch rất dễ bị siết quá tay và có thể làm nứt chi tiết bên dưới.

Các ROM stops là các bu-lông M3 trên nắp, trong đó có một con nằm ẩn bên dưới núm, sẽ móc vào rãnh trên grating holder top (tổng 5 con, mỗi con cần một insert M3). Mục đích là giúp tránh vô tình đưa phản xạ bậc 0 (zero order reflection) của ảnh slit/Mặt Trời quét qua sensor camera hoặc vật quan sát khác ở đầu ra.

File Fusion360 và một thread XML nằm trong file zip. Thông tin thread xem tại link.

9/23/23 Edit: Thêm camera adapter ngắn

9/26/23: Thêm các vòng spacer biến thiên cho ngàm gắn camera

9/28/23: Thêm vixen dovetail 150mm có lỗ cho bu-lông M5

10/21/23: Thêm file .stl núm (knob) khác

10/28/23: Thêm file .step do có một số vấn đề về wall thickness trong file .stl

12/20/23: Thêm worm gears để chỉnh góc diffraction grating

12/22/23: Cập nhật mô tả, thêm ảnh có gắn nhãn các chi tiết

8/2/2024: Thêm các chi tiết cho chỉnh bước sóng bằng stepper motor (độ chính xác tốt hơn worm gear). Dùng với motor Nema 17 có hộp số hành tinh (planetary gear) tỉ số 1:27 và controller ZK-SMC02. Cũng cần một NEMA 17 bracket để gắn motor vào các chi tiết in 3D (xem ảnh). Giảm tốc thêm 1:3 bằng bánh răng (60 răng ở mặt số mới và 20 răng trên motor stepper). Dây đai 2GT dài 280mm là chiều dài phù hợp.