공간을 환하게 비추는 것은 물론, 상상력까지 사로잡는 멋진 예술 작품을 만들어 보는 것을 꿈꿔본 적이 있으신가요? 진짜 석영 크리스탈로 장식되어 다채로운 색상과 생동감 넘치는 빛의 패턴으로 환하게 빛나는 샹들리에를 상상해 보세요. 이 가이드는 우아함과 혁신적인 기술이 조화를 이룬 걸작, 바로 여러분만의 크리스탈 샹들리에를 제작하는 정교한 과정을 단계별로 안내해 드립니다. 창의력을 마음껏 발휘하고, 장인 정신과 공학, 예술, 그리고 크리스탈의 자연스러운 아름다움이 어우러진 여정을 시작해 보세요.
석영 결정들은 나선형 채널에 장착되어 있으며, 아래쪽에서 DotStar LED로 조명을 받습니다. 이 LED들은 Teensy 4.0 마이크로컨트롤러로 제어되며, 단일 색상으로 전체를 밝히는 것은 물론, 움직이는 색상 그룹, 움직이는 무지개, 촛불처럼 깜빡이는 빛, 반짝이는 색상 효과 등을 연출할 수 있습니다.
바카빌 록 숍(Vacaville Rock Shop)에서 구입한 석영 결정 132개를 사용했습니다. 이 결정들은 봉지에 담겨 있었는데, 저는 여러 봉지를 사서 그중에서 가장 마음에 드는 것들만 골라냈습니다. 크기가 제각각인데, 어떤 것은 아주 투명하고(최고), 어떤 것은 연기가 낀 듯 흐릿합니다(별로 좋지 않음). 지름이 약 1.5인치인 큰 것들과, 지름이 1.25인치에서 3/4인치까지 다양한 크기의 작은 것들도 구했습니다. 직접 매장에 가서 골랐지만, 전화로 원하는 품목을 알려주면 배송해 줄 수도 있습니다. 그곳은 세계 최대 규모의 암석 상점이라고 합니다. 사실인지는 모르겠지만, 가게 규모를 보면 충분히 믿을 만합니다. 아마존이나 다른 곳에서도 이 크리스탈을 구입할 수 있습니다. 저는 가장 예쁜 것들을 골라낼 수 있도록, 필요하다고 생각했던 양보다 두 배나 더 많이 샀습니다.
이 모든 것을 지탱하는 골조는 16게이지 강판으로 만들어졌습니다. 24인치 x 36인치 크기의 강판 한 장으로 시작했는데, 모든 부품을 자르고도 조금 남을 만큼 충분한 양이었습니다. 절단 작업에는 32 TPI 금속 절단 블레이드가 장착된 지그 톱(세이버 톱)을 사용했습니다. 블레이드를 보호하기 위해 절단하기 전에 절단할 선 위에 절삭유(또는 다른 오일)를 얇게 발라주세요.
먼저, 나선형을 오려냅니다. 나선형의 바깥쪽 가장자리는 중심에서 9 ½” 떨어진 지점에서 시작되며, 한 바퀴 돌 때마다 가로로 2인치씩 나선형으로 감겨 들어갑니다. 저는 금속판에 직접 그렸지만, 도면도 따로 만들었습니다(그림 1). 가까운 복사 가게에서 이 도면을 실제 크기의 4배로 확대하여 인쇄하면 실물 크기의 템플릿을 얻을 수 있습니다. 홈은 아래쪽이 가장 넓고, 위로 올라갈수록 작은 크리스탈을 넣을 수 있도록 점점 좁아집니다. 구입한 크리스탈의 크기에 따라 다른 너비를 사용하고 싶을 수도 있습니다. 나선형의 적절한 위치에 올바른 너비를 맞추려면, 나선형을 오려내기 전에 크리스탈을 미리 준비해 두어야 합니다. 나선형의 바깥쪽 가장자리는 그림과 같이 유지하고, 안쪽 가장자리의 위치를 조정하여 너비를 조절하십시오. 용접을 잘 하려면 금속 표면이 매우 깨끗해야 하므로, 구부리기 전에 100 그릿 앵글 그라인더 샌딩 디스크로 샌딩하여 용접을 방해하는 회색 층을 제거하는 것이 가장 쉽습니다.
나선형을 스프링 모양으로 늘리면 중심부에서 바깥쪽으로 기울어집니다. 대신 펜치 두 개를 사용하여 바깥쪽과 안쪽을 동시에 위로 휘어주면, 안쪽에서 바깥쪽으로 갈수록 바닥면이 더 평평한 나선형을 얻을 수 있습니다. (그림 2) 나선형의 각 회전 사이 간격을 수직으로 6인치로 잡았습니다. 그런 다음 밧줄을 이용해 상단을 매달고, 아래쪽에는 나무 블록을 받쳐서 최종 위치에 가깝게 맞췄습니다. 채널 바깥쪽의 모양을 잡기 위해 두꺼운 종이를 바깥쪽에 감아 고정했습니다. (그림 3) 그런 다음 이 모양을 강철판에 옮겨 첫 번째 부품을 잘라냈습니다. 이 부품을 용접한 뒤, 폭이 모두 1 1/8인치인 24인치 길이의 세그먼트를 만들었습니다(바닥과 겹치는 여분의 부분이 포함되어 있으며, 균일하게 만들기 위해 연마하여 제거할 예정입니다). 이 세그먼트들을 하나씩 차례로 용접해 나갔습니다. 상단과 하단 부품을 제외하고 나머지 부품들은 모두 동일한 모양이며, 각 부품의 하단 가장자리는 거의 같은 정도로 위로 휘어져 있고, 끝부분은 앞선 부품에 맞도록 조정되어 있습니다. 상단과 하단 부품은 끝부분을 감싸듯이 휘어져 있어, 이 부품들과 채널 내측 사이의 이음매가 더 잘 가려지도록 했습니다.
저는 전문 용접사는 아니어서, 용접 결과물이 때때로 그리 예쁘지 않을 때가 있습니다. 그래서 용접 대신 브레이징을 사용했는데, 황동 브레이징봉이 강철을 녹이지 않으면서 더 깔끔하게 녹아내렸습니다. 그래도 용접 부위가 여전히 미흡했지만, 앵글 그라인더로 연마와 샌딩을 병행한 덕분에 상태가 꽤 나아졌고, 그 후 자동차 차체 수리에 사용하는 본도(Bondo)를 얇게 덧바르고 다듬어 훨씬 더 매끄러운 외관을 만들 수 있었습니다. 본도를 바를 때는 한 번에 소량씩만 바르세요. 본도는 빨리 굳기 때문에 작업할 수 있는 시간이 많지 않습니다. 잠시 후 초기 경화 상태가 되면, 완전히 굳은 후보다 파일이나 사포로 다듬기가 훨씬 수월합니다.
나선형 구조의 상단 부분을 필요 이상으로 길게 만든 뒤, 외벽에 용접하고, 하단 부분에 밧줄을 댔다가 길이를 3미터로 맞춘 다음 나선형을 다듬었습니다. LED 스트립이 예상보다 길게 나와서 5개를 잘라내어 432개 대신 427개의 LED가 되도록 했습니다. 스트립을 제어하는 코드는 NUM_LEDS 상수를 변경하여 LED 개수에 맞게 조정해야 합니다.
중앙 튜브에는 전원 공급 장치에서 샹들리에로 5볼트를 공급하는 전선이 들어 있습니다. 하단에는 또 다른 튜브가 LED가 장착된 채널과 연결되어 있습니다. 그런 다음 120° 간격마다 3/16인치 막대를 사용하여 나머지 채널을 지지했습니다. 두 개의 1/8” 두께 강철 탭이 하단에서 두 튜브를 연결하며, 이 탭에는 회로를 하단과 후면 커버에 고정할 수 있는 구멍이 뚫려 있습니다. (그림 4) 플라스틱 커버를 고정하기 위한 구멍을 제 것과 동일한 치수로 뚫으면, 3D 프린팅으로 제작된 커버에 딱 맞을 것입니다( 베이스에 장착된 회로 홀더.pdf). 커버는 커버 내부의 장착 기둥에 나사산이 가공된 구멍을 통해 두 개의 4-40 기계 나사로 고정됩니다. 또한 전기 접지를 구조물에 연결하기 위한 구멍도 필요합니다.
전자 부품용 커버는 3D 프린팅으로 제작했으며, STL 파일은 파일 모음에 포함되어 있습니다. 커버의 양쪽 반은 2-56 평머리 기계 나사로 고정됩니다. 윗면과 아랫면에 나무 원판을 놓고 그 주위를 얇은 금속판으로 둘러싸서 커버를 만들 수도 있습니다. 페이퍼마셰를 사용해도 멋진 커버를 만들 수 있습니다.
골조가 완성되면, 나머지 부분을 추가하기 전에 지금이 페인트칠을 할 때입니다.
LED 스트립은 채널 외벽의 하단부에 배치되며, 채널 바닥에서 약 45° 위를 향하도록 설치됩니다. (그림 5) 스트립은 원래 이런 방향으로 구부러지기를 꺼리기 때문에, LED 15개마다 스트립을 조금씩 구부려 주면 올바른 각도로 향하게 할 수 있습니다(그림 6). 저는 두께 ¼”의 밧줄 조각을 채널의 바깥쪽 모서리에 붙인 다음, 핫글루를 점으로 찍어 스트립을 그 위에 고정했습니다. LED가 과열되는 것을 방지하기 위해 LED 바로 아래에는 핫글루가 묻지 않도록 주의하십시오. 스트립은 직렬로 연결됩니다. 각 스트립 간의 데이터 및 클럭 라인은 반드시 연결해야 하지만, 스트립을 단순히 끝과 끝만 연결할 경우 5V 및 접지 전원이 끝부분의 조명에 도달할 만큼 충분한 전류를 스트립이 감당할 수 없습니다. 따라서 전원선은 각 스트립 사이에 연결하고, 각 스트립 간의 접합부와 전체 스트립 체인의 맨 끝에도 전원을 연결해야 합니다. 저는 모든 전선을 내벽 바닥면을 따라 배선하고 핫글루로 제자리에 고정했습니다. 스트립 하나를 제자리에 설치한 후, 프로그램의 테스트 섹션을 통해 테스트를 진행하며, 테스트 중인 스트립 수에 맞게 LED 개수가 올바르게 설정되었는지 확인했습니다.
LED와 배선을 모두 설치한 후, 플라스틱 조형용 점토를 사용하여 전선을 덮고 바닥과 45° 각도를 이루는 평면을 만들었습니다. (그림 7) 그런 다음 외부 벽면, 내부 벽면, 45° 평면, 바닥을 반짝이는 알루미늄 테이프로 감쌌는데, 테이프나 구조물 때문에 전자 부품이 단락되지 않도록 주의했습니다.
전체 균형을 맞추기 위해, 완성된 조립체의 가장 무거운 쪽 맞은편에 점토를 넣는 대신 납을 추가했습니다. 하지만 이 방법으로는 납을 충분히 담을 수 없었기 때문에, 결국 채널 안쪽에 납 추를 추가하여 전체 균형을 맞췄습니다. 다른 방법으로는 하단 부분에 더 작은 크리스탈을 사용해 무게를 줄인 다음, 채널 내부에 추를 추가하는 것입니다. 이에 대해서는 나중에 더 자세히 설명하겠습니다.
미리 크리스탈을 골라두고, 내가 마음에 드는 순서대로 배열해 보았다. 가장 큰 것들은 아래쪽에 두고, 위쪽으로 갈수록 작은 것들로 배치하되, 울타리처럼 딱딱해 보이지 않도록 크기에 약간의 변화를 주었다.
크리스탈은 투명한 핫멜트 접착제를 점으로 찍어 제자리에 고정했는데, LED에 접착제가 직접 닿지 않도록 주의했습니다. 크리스탈을 골랐지만, 하단 반대쪽 부분에는 접착하지 않았는데, 이는 균형을 맞추기 위한 추를 놓을 수 있도록 하기 위해서였습니다. 이 크리스탈들은 커다란 크리스탈 덩어리에서 떼어낸 것이기 때문에 밑면이 매우 비스듬합니다. 일부 크리스탈의 바닥 부분은 앵글 그라인더에 다이아몬드 팁 디스크를 장착해 연마하여 더 잘 맞도록 했습니다. 다른 부분에는 투명 아크릴 조각을 핫글루와 함께 뒷벽을 따라 크리스탈을 지지하도록 붙였습니다. TAP Plastics에서 판매하는 절단 및 연마 처리된 아크릴 구와 큐브가 이 작업에 아주 적합했는데, 크리스탈을 지지하면서도 크리스탈 밑부분으로 더 많은 빛이 들어갈 수 있게 해주었습니다. 투명한 아크릴을 잘라 직접 만들 수도 있습니다. 크리스탈의 밑부분은 약간 흐릿하고, 앵글 그라인더로 연마한 탓에 가장자리가 매끄럽지 않지만, 이는 별 문제가 되지 않는 것 같고 어쨌든 보기 좋습니다. LED 아래쪽 채널 안쪽을 따라 일부 구간에 약간의 공간이 있습니다. 특히 하단 가장자리가 눈높이 정도에 오도록 모두 장착해 두면 이 부분은 눈에 띄지 않습니다.
샹들리에가 똑바로 매달리지 않을 가능성이 매우 높았습니다. 아래쪽에 큰 크리스털을 몇 개 넣었더니 하단부의 홈도 더 넓혀야 했고, 이로 인해 균형이 더욱 무너졌습니다. 가장 간단한 방법은 전체에 같은 크기의 크리스털을 사용하는 것이며, 그러면 균형을 맞추기 위해 무게가 필요한 쪽의 퍼티 아래에 길쭉한 낚시 추를 넣어 균형을 잡을 수 있습니다. (그림 7.5) 저는 아래쪽에 큰 크리스털을 배치하는 아이디어가 정말 마음에 들었습니다. 이 경우 홈 안에 들어갈 수 있는 것보다 더 많은 무게가 필요했기 때문에, 홈 바깥쪽이면서 중앙을 향한 벽면에 부착할 납 추를 주조했습니다. 이는 선택 사항이며, 전체에 더 작은 크리스털을 사용하거나 무게가 더 필요한 부분에 더 큰 크리스털을 사용하면 홈 안에 납 낚시 추를 넣을 수 있습니다. 납은 취급할 때 유독하므로 추를 다룰 때는 장갑을 착용해야 합니다.
전체 구조는 다 만들었지만, 무게를 추가해야 할 것으로 알고 있던 쪽의 크리스털은 제자리에 붙이지 않았고, 추를 덮을 퍼티도 바르지 않았습니다. 샹들리에를 매단 다음, 채널의 안쪽 가장자리에 작은 철사 고리를 걸어 임시로 무게를 지탱할 비닐봉지를 달았습니다. 그런 다음 봉지에 무게를 넣고, 적절한 무게와 위치를 찾을 때까지 봉지의 위치를 조정했습니다.
균형추를 만드는 한 가지 방법은 지붕에 사용되며 amazon.com이나 mcmaster.com에서 구할 수 있는 판납 조각을 겹쳐 붙이는 것입니다. 함석가위로 판납을 띠 모양으로 자르고, 적절한 크기와 무게의 추를 만들 수 있도록 띠들을 접착제로 붙이세요. 띠를 약간 사포질해 거칠게 만들면 에폭시가 달라붙어 납을 서로 고정할 수 있습니다. 바깥쪽의 윗면과 아랫면에 본도(Bondo)를 약간 바르면 하나의 단단한 조각처럼 보이게 할 수 있습니다. 다시 한 번, 납을 다룰 때는 안전 수칙을 지키세요.
샹들리에의 균형이 더 맞지 않았기 때문에 결국 납 5파운드가 필요했습니다. 낚시 추는 납을 쉽게 구할 수 있는 방법입니다(Amazon.com). 납을 포함한 전체 무게는 25파운드입니다. 저는 납으로 추를 주조하기로 했습니다. 추를 주조하기 위해 알루미늄 판으로 주형을 만들었는데, 높이는 채널 내벽과 같게 하고(만일을 대비해 조금 여유를 더 두었으며), 너비는 1인치, 길이는 두 지지대 사이에 들어갈 만큼으로 했습니다. (그림 8) 석고로 만든 주형(폼에서 모양을 파내고 플라스틱으로 덮은 뒤 석고에 담그는 방식)도 잘 작동하겠지만, 녹인 납을 붓기 전에 석고가 말라 있는지 반드시 확인하세요. 저는 고온용 실리콘 실란트로 주형의 측면을 알루미늄 바닥에 접착했습니다. 그런 다음 물을 채워 납이 차지할 부피를 확인할 수 있습니다. 물 1ml는 납 11.55g에 해당합니다. 이를 통해 필요한 납의 양을 계산할 수 있습니다. 나무 조각으로 납 속에 박힐 알루미늄 탭 몇 개를 임시로 고정해 두면, 나중에 탭을 구부려 채널의 안쪽 가장자리에 걸 수 있습니다.
프로판 토치를 이용해 낡은 식품 캔 안에서 납을 녹였습니다. 반드시 야외에서 작업하고, 바람이 불어오는 쪽인 상풍측에 서며, 보안경과 장갑을 착용하세요. 가능하면 납 연기를 걸러낼 수 있는 필터 마스크도 착용하세요. 캔을 프로판 토치 위에 올려놓았습니다. 녹인 납을 주형 바닥에 조금 붓고 약간 식히세요. 처음부터 납을 너무 많이 부으면 알루미늄이 휘고 실란트가 망가져 납이 새어 나옵니다. 납이 조금 새어 나와도 괜찮으며, 바닥층이 굳으면 나머지를 부을 때 납이 더 새어 나오는 것을 막아 줍니다.
주조가 모두 끝나면 표면에는 기포가 생기고 인접한 층들이 만나는 부분에는 홈이 생깁니다. 저는 가장자리를 줄로 다듬고 본도(Bondo)를 얇게 바른 다음, 다시 줄질과 사포질을 하고 페인트를 칠해 좀 더 보기 좋게 만들었습니다. 이 작업에는 장갑, 보안경, 방진 마스크가 필요합니다. 납은 피부를 통해 소량 흡수되지만, 특히 손에 납이 묻은 채로 음식을 먹으면 문제가 됩니다. 알루미늄 탭을 잘라내고 구부려 채널 안쪽 가장자리에 추를 걸 수 있습니다.
Teensy 마이크로컨트롤러는 Arduino 개발 환경을 통해 프로그래밍합니다. Teensy 기능을 Arduino 환경에 추가하는 방법은 www.pjrc.com 웹사이트에 안내되어 있습니다. 코드 시작 부분에 “included”되어 있는 FastLED 라이브러리가 설치되어 있는지 반드시 확인하십시오.
이를 위해 ExpressPCB로 인쇄 회로 기판을 설계했습니다. 모두 손으로 배선할 수도 있지만, 버퍼 칩은 표면 실장형으로만 제공되고 PCB를 사용하면 작업이 더 쉽습니다. 손으로 배선하려면 버퍼 칩을 SMD-to-DIP 어댑터에 납땜한 다음, 어댑터를 회로 기판에 장착하십시오. 이 버퍼는 Teensy의 3.3볼트 신호를 5볼트로 변환하여 DotStar 스트립을 구동합니다. 표면 실장형 단자는 납땜 인두의 가는 팁과 플럭스, 가는 납선을 사용하면 납땜하기에 지나치게 작지는 않습니다. 회로의 정전기에 민감한 부품을 납땜할 때는 정전기 방지 손목 스트랩과 작업대 패드를 사용하는 것이 좋습니다. 납땜하기 전에 Teensy와 함께 제공된 헤더 핀을 조금 짧게 잘라 장착 높이를 낮췄습니다. 그런 다음 이를 DIP 소켓에 꽂습니다. 그림 10은 구조물 하단에 장착된 모습을 보여 줍니다.
전원 공급 장치의 접지(그림 11)는 강철 프레임 구조물과 알루미늄 전원 공급 장치 상자에 연결됩니다. 빨간색 LED와 그 저항은 필수는 아니지만, 저는 모든 마이크로컨트롤러 프로젝트에 이것을 넣습니다. 프로그래밍하고 작동 여부를 확인할 때 유용하기 때문입니다. LED를 깜빡이게 할 수 있다면 기본 프로그램이 작동한다는 것을 알 수 있고, 코드를 디버깅하는 동안 깜빡임으로 여러 정보를 알릴 수도 있습니다.
전자 장치 패키지의 하단으로 축이 나오도록 장착한 육각 회전 스위치를 사용했습니다. PCB는 판금 알루미늄 조각에 장착했으며, 이 알루미늄 조각은 스위치 축이 똑바로 아래를 향하면서 구조물의 중앙 축과 같은 수직선상에 오도록 육각 스위치도 지지합니다. (그림 12) 이 스위치로 제가 작성한 여러 프로그램 중에서 선택할 수 있으며, 여기에는 1분마다 프로그램을 전환하는 프로그램도 포함됩니다.
“Twinkles”라는 프로그램은 곳곳의 크리스털을 색을 바꾸며 번쩍이게 하고, 각 번쩍임은 다음 번쩍임 전에 서서히 사라집니다. 각 크리스털에 해당하는 LED를 알아내기 위해 한 번에 LED 20개를 순서대로 켜서 관찰하고, 각 크리스털의 시작 LED 번호와 LED 개수를 기록했습니다. 이렇게 하면 각 크리스털에 고유한 색을 지정할 수 있습니다.
NeoPixel LED 스트립도 사용할 수 있고 가격도 조금 더 저렴하지만, DotStar 스트립이 더 밝고 보기 좋습니다. PWM 속도가 매우 빠르므로 깜빡이지 않습니다. 대안으로는 NeoPixel과 동등한 WS2812B 스트립을 사용할 수 있으며, 온라인으로 구매할 수 있고 중국에서 수입하면 훨씬 저렴합니다.
이 프로젝트는 도전과 창의성이 즐겁게 어우러진 경험을 선사합니다. 금속 성형부터 LED 프로그래밍에 이르기까지, 각 단계는 매혹적인 제작의 세계로 떠나는 여정입니다. DotStar LED의 생동감 넘치는 색상이 크리스탈을 비추면, 사진이나 영상으로는 결코 담아낼 수 없는 깊은 성취감을 느낄 수 있습니다. 기술의 빛이 더해진 자연의 아름다움은 보는 이 누구라도 매료시킬 매혹적인 광경을 연출합니다. 이 프로젝트는 깨달음을 주는 만큼이나 보람찬 경험입니다.
빅터 체니는 평생 아마추어 메이커로 활동해 왔으며, 다음 매체에 기고한 바 있다. 메이크 매거진, 너츠 앤 볼츠 잡지, 그리고 인스트럭터블스. 그의 웹사이트에는 그의 독특한 작품들이 더 많이 소개되어 있습니다. 그는 본업이 치과의사이며, 물리학 학위를 취득한 경력을 바탕으로 책과 인터넷을 통해 지식을 쌓아왔습니다.
www.chaneyproductions.com 빅의 웹사이트입니다.
chaneyproductions는 Vic의 유튜브 채널입니다.
www.pjrc.com Teensy 4.0 마이크로컨트롤러에 대해 알아야 할 모든 것이 담겨 있습니다.
www.adafruit.com DotStar LED에 대한 정보가 아주 많이 실려 있습니다.
www.expresspcb.com에는 인쇄회로기판을 주문하는 데 필요한 모든 것이 준비되어 있습니다.
www.mcmaster.com 어디보다 더 많은 하드웨어와 자재를 보유하고 있습니다.
원문: https://www.instructables.com/A-Quartz-Crystal-Color-Chandelier/
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