Mobile (im Fach Technik)

Für die Herstellung der kleinen Mobile-Anhänger müssen 2 Wochen eingesetzt werden. Es wird Onshape eingesetzt, da sich die hergestellten Anhänger damit leicht einsammeln lassen für den vorgängigen 3D-Druck.

Der Zeitplan und Inhalt des Blocks sieht in etwa so aus:

• In der 1. Theorielektion soll die grundlegende Funktionsweise des CAD-Programms vorgeführt werden
• In der Praktikumslektion designen die SuS selbständig mit allfälliger Hilfe durch die LP das gewünschte Objekt:
  • Grösse: 10'000 mm³
  • mindestens eine flache Seite
  • Keine überhängende Teile
  • Dem Objekt kann die gewünschte Filamentfarbe zugewiesen werden
• In der 2. Theorielektion können die Objekte fertig designed werden
• In der letzten Praktikumslektion werden die unterschiedlichen Fertigungsmaschinen im FabLab vorgestellt (Lasercutter, UV-Drucker, Folienschneider, Wasserstrahlschneider, CNC-Fräse und 3D-Drucker), sowie ein SuS-Objekt live gedruckt. Falls die Zeit reicht, kann ein einfaches Sujet mit dem Lasercutter in Holz graviert werden

• Klasse erstellen:
  • Im Startbildschirm Erstellen > Kurs auswählen
  • Im neuen Fenster Mitglieder auswählen (in der oberen Leiste)
  • Mit dem Button Über CSV verwalten die vorbereitete E-Mail-Adressliste der SuS importieren
    Das benötigte Format sieht so aus (kann aus dem Intranet bezogen, in einem Tabellenkalkulationsprogramm angepasst und als CSV-Datei exportiert werden):

• Beim Import erhalten die SuS gleich eine E-Mail. WICHTIG: folgende Hausaufgabe muss rechtzeitig mitgeteilt werden
• Die SuS als Hausaufgabe beauftragen nach Anleitung ein Konto bei Onshape zu erstellen. WICHTIG: die Einheit mm setzen
• Für diesen Kurs ist es empfehlenswert einen Laptop und nicht ein iPad zu verwenden. Ebenfalls hilfreich ist eine Maus. Die SuS darauf aufmerksam machen

Onshape gehört zu den parametrischen CAD-Systemen. Bei dieser Software wird mit einer 2D-Skizze gestartet, die in einem späteren Schritt in die 3. Dimension ausgetragen wird.

Alle wichtigen Funktionen können an einem Holzklotz vom Dichtepraktikum illustriert werden. Es empfiehlt sich, bei der ersten Einführung die SuS zu beauftragen, den eigenen Laptop zu schliessen. Die SuS sollen sich die Tastenkürzel zu merken, da dies die Arbeit mit einem CAD-Programm massiv vereinfacht.

Folgende Schritte aufzeigen:

• Anmelden auf https://cad.onshape.com mit der E-Mail-Adresse der Schule und dem gesetzten Passwort der Hausaufgabe
• Erstellen eines neuen Onshape-Dokuments mit dem blauen Knopf oben Links der Startseite (1. Menüpunkt wählen). Dem Dokument einen sinnvollen Namen vergeben (Bsp.: Erstes Dokument)
• Die Funktionsweise der Taste p (ohne Umschalt- oder ctrl-Taste) demonstrieren: Die 3 Konstruktionsebenen werden entweder ein- oder ausgeblendet
• die Top-Ebene mit der Maus (linke Taste) auswählen, die Aufsicht mit der Taste n wählen und eine 2D-Skizze mit der Tastenkombination Umschalt-s erstellen
• Das Mittelpunktrechteck-Werkzeug mit der Taste r wählen und vom Origin (der einzige Punkt in der Skizze) ausgehend ein Quadrat aufziehen. Mit der Tastatur kann gleich die Bemassung vorgenommen werden: 16 ⏎ 16 ⏎ (⏎ = Eingabetaste der Tastatur)

• Die Skizze ist beendet und kann mit einem Klick auf dem grünen Häkchen bestätigt werden
• Durch lineares Austragen wird der Quader erzeugt: Umschalt-e, das Quadrat der Skizze anwählen und die Höhe (in der Eingabemaske als Tiefe bezeichnet) mit der Tastatur festlegen: 25 mm belassen. Mit dem grünen Häkchen bestätigen

• Die Funktionsweise des Ansichtswürfels oben rechts zeigen und damit die ursprüngliche Sicht darstellen, um den erzeugten Quader auch als solchen zu sehen (linke untere Ecke mit der linken Maustaste klicken)
• Nun wird der Zylinder oben aufgesetzt. Ruhig die SuS das Vorgehen und die benötigte Tastenkombination nennen lassen:
  • obere Quaderebene mit der linken Maustaste auswählen
  • n, umschalt-s
• Mit dem Mittelpunktkreis-Werkzeug c einen Kreis um den Origin zeichnen und mit Tastatureingabe gleich bemassen: 14.4 mm
• Die fertige Skizze mit dem grünen Häkchen bestätigen
• Mit den SuS die nächsten Schritte vornehmen:
  • umschalt-e, Kreis auswählen, Tiefe: 22.4 mm
  • mit dem grünen Häkchen bestätigen

• Den Text auf den Klotz anbringen (es geht einfacher auf dem Quader; für den Zylinder muss zuerst eine Tangetialebene mit dem Ebenenwerkzeug erstellt werden):
  • Quaderebene für die Beschriftung auswählen, n, Umschalt-s
  • Mit dem Textwerkzeug ein schmales Rechteck ziehen. Für die Dimensionierung beachte man, dass die Schrift nach dem setzen gedreht wird
  • Den Text im Textfeld oben links eingeben und mit dem grünen Häkchen bestätigen

• Mit dem Transformieren-Werkzeug kann der Text gedreht (Kreis an der Pfeilspitze der x-Achse), gestreckt (Dreieck zwischen den Achsen des Koordinatensystems) und an die korrekte Stelle verschoben werden (Pfeile des Koordinatensystems)
• Wenn die Schrift vollständig im Quader Platz gefunden hat, die Skizze mit dem grünen Häkchen bestätigen
• Erneut wird das lineare Austragen verwendet, doch dieses Mal wird ein Volumenkörper entfernt: Umschalt-e Entfernen wählen, die Skizze mit der Schrift in der Liste links auswählen und die Tiefe auf 1.5 mm setzen. Mit dem grünen Häkchen das gewünschte Ergebnis bestätigen
• Der Klotz ist beendet und lässt sich aus der Standardperspektive begutachten:

Beim 2. Körper können die SuS gleich an ihrem eigenen Laptop mitmachen. Es soll eine Kugel mittels Drehen erzeugt werden. Denn mit dem linearen Austragen lässt sich dieses einfache Objekt nicht erzeugen. In der Praxis lassen sich sehr viele, radialsymmetrische Volumenkörper damit erzeugen.

• Den SuS allenfalls helfen, ein leeres Onshape-Dokument zu erstellen (Name: Kugel)
• Die Front-Ebene mit der linken Maustaste auswählen, n, Umschalt-s
• Mit dem Mittelpunktbogen-Werkzeug einen Halbkreis zeichnen:
  • Origin auswählen, ersten Bogenpunkt senkrecht über dem Origin setzen (Radius spielt keine Rolle, wird später festgelegt)
  • zweiten und letzten Bogenpunkt senkrecht unterhalb setzen (neben der Maus erscheint, wenn man senkrecht ist, diese Symbol: | )
  • Den Radius 25 mm mit der Tastatur eingeben
• Um ein Volumen zu erzeugen, muss eine Fläche vorliegen. Deshalb werden mit dem Linien-Werkzeug l die beiden Bogenpunkte miteinander verbunden
• Erscheint ein grauer Halbkreis, kann die Skizze mit dem grünen Häkchen bestätigt werden
• Mit dem Drehen-Werkzeug Umschalt-w den Rotationskörper erzeugen:
  • Den Halbkreis auswählen
  • und als Rotationsachse die gezeichnete Linie zwischen den Bogenpunkten
  • Mit dem grünen Häkchen die Kugel bestätigen

In der ersten Praktikumslektion und der 2. Theorielektion stellen die SuS ihr Objekt her. Nochmals auf folgende Punkte aufmerksam machen:

• Wenn eine bestimmte Filamentfarbe gewünscht wird, soll das Objekt in diese Farbe eingefärbt werden (siehe oben)
• Das Objekt sollte ein Volumen um die 10'000 mm³ aufweisen:
  • Objekt auswählen und das Waage-Symbol unten rechts klicken
  • Sollte das Volumen nicht in der Einheit mm³ angegeben werden, kann die Einheit unter ☰ > Einheiten … angepasst werden
  • Sollte das Objekt zu gross oder zu klein sein, kann dieses mit dem Transformationstool skaliert werden.
• Das Loch (Durchmesser 1 mm) für die Aufhängung nicht vergessen

In diesen Lektion muss die LP helfend zur Seite stehen.

Vor der zweiten Praktikumslektion müssen die Objekte gesammelt und bis auf ein Objekt pro Halbklasse 3D-gedruckt werden. Vor dem Export (als 3MF-Datei mit Standardeinstellungen) sollte das Volumen überprüft werden.

In der zweiten Praktikumslektion wird zu Beginn ein kurzer Rundgang im FabLab gemacht:

• Mechanische Arbeiten (Bohrmaschine, Drehbank)
• Lasercutter, um Holz zu schneiden oder zu gravieren
• UV-Drucker (bedruckt Folien für Sticker, T-Shirts und andere Objekte)
• Wasserschneider um dünne Metallbleche und Stein zu schneiden
• 3D-Drucker, um komplexere, dreidimensionale Objekte zu drucken

Im Gang:

• CNC-Fräse um computergesteuert von einem Rohling ausgehend die gewünschte Form zu fräsen
• Schneideplotter, um beispielsweise Sticks und Beschriftungen passgenau aus Folien zu schneiden

Anschliessend wird an den All-in-one Computern im FabLab das letzte Objekt 3D-gedruckt:

• Im Browser als LP bei Onshape anmelden und das gewünschte Objekt als 3MF-Datei herunterladen
• und das Objekt laut Anleitung drucken

Falls die Zeit reicht, kann ein kleines Puzzle auf den Lasercutter graviert und geschnitten werden:

• Beamstudio und Lasercutter starten
• Pappelsperrholzplatte in die Mitte des Cutters legen
• Mit dem Kamera-Symbol in Beamstudio eine Aufnahme der Platte erstellen, um das Puzzle möglichst materialsparend zu platzieren
• Lüftungsschlauch aus der Balkontüre führen und Filter einschalten
• Den Auftrag mit dem Play-Button starten, die Klasse zuschauen lassen

Puzzle-Vorlage: kzn-puzzle.zip