3D-Druck in der Schule

Transkript

1 3D-Druck in der Schule LPE macht Ideen begreifbar Wir bringen Technik in die Schule.

2 Einführung Kaum ein Techniktrend sorgt gegenwärtig für so viel Aufsehen wie 3D-Drucker. In der Industrie, beim Produktdesign oder in der Architektur sind diese Geräte bereits seit den 1990er Jahren für die Prototypen- und Modellfertigung unverzichtbar geworden. Wegen der hohen Anschaffungsund Betriebskosten blieben sie für andere Bereiche jedoch lange Zeit unerschwinglich. Das änderte sich spätestens, als die Hersteller über die Serienfertigung erschwingliche Geräte herausbrachten und damit das dreidimensionale Drucken populär machten. Seither steigt die Nachfrage und die Geräte bahnen sich stetig ihren Weg in neue Anwendungsbereiche und Zielmärkte so auch in die Schulen. Was ist 3D Druck? Ein 3D-Drucker ist eine Maschine, die dreidimensionale Werkstücke aufbaut. Der Aufbau erfolgt computergesteuert aus einem oder mehreren flüssigen oder festen Werkstoffen nach vorgegebenen Maßen und Formen. Beim Aufbau finden chemische Härtungs- oder Schmelzprozesse statt. Typische Werkstoffe für das 3D-Drucken sind Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken und Metalle. Der Ultimaker von LPE Der Ultimaker² 3D Drucker von LPE sorgt mit seiner unerreicht hohen Schichtauflösung von bis zu 0,02 mm, beeindruckenden Druckgeschwindigkeit bis zu 300 mm/s, seinem enormem Druckvolumen und einem effektiven LED-Controller für einen professionellen 3D Druck Ihrer Modelle. Die integrierte LED Beleuchtung des Ultimaker² und hochwertige Materialien garantieren eine absolute Kontrolle über den 3D Druck. Durch die Kombination mit der Software Cura sowie der premium Filamente von Innofil3D erreicht der Ultimaker² die besten 3D Druckergebnisse in der Klasse der 3D Drucker der FDM Fertigung. Nicht umsonst ist der Ultimaker² 3D Drucker Testsieger unter allen FDM 3D Druckern! Lieferumfang Schulpaket: Ultimaker2 mit USB-Kabel und SD-Speicherkarte Ultimaker2 User Manual in Deutsch Cura Software mit Cura User Manual Innofil 3D PLA 2,85 mm, blau + gelb + rot Pinzette, Messschieber, Klebestift,Feilensatz Kapton Klebeband, 3M Blue Klebeband Das gängigste Verfahren heißt Fused Deposition Modeling (FDM). Es arbeitet mit thermoplastischen Kunststoffen als Basismaterial und ist eine Art 3D Tintenstrahldrucker. Meist führt das Gerät das Basismaterial in Form von (Kunststoff-) Draht von einer Vorratsrolle einem Extruder-Druckkopf zu und schmilzt es darin. Beim eigentlichen Druckvorgang bringt dieser Druckkopf das flüssige Material auf die darunterliegende Schicht auf. Druckkopftemperatur, Schmelzverhalten, Wärmekapazität und leitfähigkeit des Materials sind so beschaffen, dass das aus der Extruderdüse austretende geschmolzene Material sich mit dem darunterliegenden, bereits gedruckten verbindet und sofort erstarrt, ohne zu zerfließen. Dies geschieht so lange, bis das gesamte Objekt Schicht für Schicht fertig gedruckt wurde. So können maximal 23 x 22,5 x 20 cm große Objekte in feinen Schichten hergestellt werden. Der Testsieger CHIP Online - Test: Ultimaker² : Der beste 3D-Drucker im Test Fazit: Der Ultimaker² erweist sich im Test als derzeit bester 3D-Drucker in seiner Klasse. Dank beheizter Druckplatte und solider Bauweise setzt er sich von der Printer-Konkurrenz ab. Der Ultimaker² sichert sich im Test gleich drei Bestnoten: Bestes Druckergebnis / Beste Ausstattung: Kein anderer Drucker liefert ein besseres Druckergebnis ab und lässt sich dabei so leicht bedienen wie die aktuelle Nummer eins im Ranking. Auch in punkto Ausstattung setzt er den Bestwert. Keiner druckt feiner Mit einer Schichtdicke von mindestens 0,02 Millimetern baut der Drucker sehr feine Strukturen auf. Und dabei arbeitet er sehr genau: Bei einem Test-Würfel mit zwei Zentimeter Kantenlänge gibt es gerade einmal eine Abweichung von insgesamt 0,4 Millimeter. Alle anderen 3D-Drucker der Bestenliste sind ungenauer. Klasse Ausstattung Der Ultimaker² verfügt über eine beheizbare Arbeitsplattform. Diese ist besonders für ABS-Drucke wichtig, da diese langsamer abkühlen und sich dank der Heizplatte nicht verziehen oder Risse bekommen.

3 Mit welchem Material drucken wir? Die neuen Innofil3D premium Filamente (Kunststoffdrähte) sind die qualitativ besten 3D Druck Filamente für Ihren Ultimaker². Durch den innovativ abgestimmten Produktionsprozess und den Einsatz besonderer Rezepturen, Granulaten wie auch Farbpigmenten liefern die 3D-Druck-Filamente herausragende 3D Druck Ergebnisse. Das Verstopfen des Extruders wird minimiert und strahlende, gleichmäßig gedeckte Farben ermöglicht. Der Ultimaker² liefert die besten Druckergebnisse mit den premium Filamenten von Innofil3D mit dem Durchmesser 2.85 mm. PLA PLA (polylactic acid) wird bei ca C verflüssigt und wird bei ca. 60 C wieder fest. Der Werkstoff ist für die meisten Drucke ideal, da er kostengünstig, umweltschonend hergestellt wird und leicht zu verarbeiten ist. ABS ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) wird bei ca. 220 C verflüssigt und wird bei ca. 80 C wieder fest. ABS wird für Kunststoffteile in Autos sowie für Spielzeug verwendet. ABS ist schlagfest und hat eine hohe Oberflächenhärte und neigt beim Drucken größerer Objekte zu Verspannungen, die durch das beheizbare Druckbett des Ultimaker verhindert werden. Die Idee als Skizze 3D-Druck für die Schule Von der Idee zum fertigen Produkt Die Idee mit 3D CAD erstellen und als STL-Datei abspeichern Der 3D-Drucker STL Datei in Cura Programm öffnen.... oder... oder Download eines Modells (STL-Datei) 3D-Scan eines Modells (STL-Datei) SD-Speicherkarte Das fertige Produkt Das Druckergebnis will von der ersten Idee bis zum Endprodukt gut durchdacht sein. Steht die Idee, wird diese skizziert und anschließend am Computer mit einer geeigneten 3D-Modellierungssoftware als digitales Modell erstellt. Das Dateiformat STL wird in der Cura-Software eingelesen. Hier können technisch begeisterte Schülerinnen und Schüler bereits im Unterricht erste Erfahrungen mit professioneller 3D-CAD-Software (Computer-aided-design) machen. Insgesamt berührt die Thematik 3D-Drucken in vielerlei Hinsicht den ganzen MINT-Bereich, da mathematisches, informatisches, naturwissenschaftliches und technisches Grundwissen gefragt ist.

4 Was versteht man unter CAD? Unter CAD (engl. computer-aided design) versteht man das Konstruieren eines Produkts mit Hilfe des Computers. Ursprünglich wurde mit CAD die Verwendung eines Computers als Hilfsmittel beim technischen Zeichnen bezeichnet. Heute sind professionelle CAD-Anwendungen komplexe Expertensysteme für den Entwurf und die Konstruktion technischer Lösungen. Inzwischen ist in fast allen CAD-Anwendungen die dritte Dimension (3D) hinzugekommen. Damit bezeichnet CAD auch die Bildung eines virtuellen Modells dreidimensionaler Objekte mit Hilfe eines Computers. Von diesem können die üblichen technischen Zeichnungen abgeleitet und ausgegeben werden. Ein besonderer Vorteil liegt in der Möglichkeit, vom bereits virtuell bestehenden dreidimensionalen Objekt eine beliebige räumliche Abbildung zu erzeugen. Durch die erfassten Materialeigenschaften lassen sich darüber hinaus mit CAD Computermodelle unterschiedlicher Natur zum Finden einer geeigneten Lösung nutzen, Fertigungsinformationen (z. B. 3D Druck) ableiten und Produktdokumentationen erstellen. Warum braucht man für den 3D Druck CAD? Der klassische Weg von der Idee zum gedruckten Modell geht wie unsere Grafik zeigt- von einem mit 3D-CAD am Bildschirm selbst konstruierten Modell, das für einen ganz bestimmten Zweck gebraucht wird, aus. LPE liefert zusammen mit dem 3D Drucker die professionelle 3D CAD Software Solid Edge aus. Mit dieser Software lassen sich alle Konstruktionen für Ihren 3D Druck erstellen. Hinweis: Einfache Objekte zum 3D-Drucken und für Cura können Sie zum Beispiel mit dem kostenlosen Programm SketchUp selbst erstellen. Die Software Cura Warum brauche ich Cura? Cura kann die gängigen 3D-CAD- Formate importieren und Projekte im für den Drucker lesbaren Format abspeichern. Sie können mehrere 3D-Objekte laden, positionieren, drehen und skalieren. Falls nötig, fügt die Software selbstständig Stützstellen ein. In der übersichtlichen Bedienoberfläche verpassen Sie Ihren Projekten den letzten Schliff, skalieren die Proportionen und bestimmen die Fülldichte, Druckqualität, zu verwendendes Material und legen Druckgeschwindigkeit, Temperatur und eventuelle Stützkonstruktionen fest. Ihr Objekt laden Sie als STL Datei (Surface Tesselation Language) in die Software und können es dann in verschiedenen Ansichten und frei wählbaren Perspektiven betrachten. Je nach gewählten Parametern gibt Ihnen Cura eine zeitliche Einschätzung, wie lange der 3D-Druck ungefähr brauchen wird. Ideal zum Einsatz in allen MINT-Fächern!

5 Kopiervorlage Bestellschein Faxen oder schicken an: Rechnungsanschrift/KD-Nr. (Bitte in Druckschrift) LPE Technische Medien GmbH Schwanheimer Str. 27 D Eberbach Name Schule Schulanschrift Vorname PLZ Ort Fax: / Telefon: / Tel.-Nr. (Schule): Fax-Nr. (Persönlich): Bitte liefern Sie uns nachstehende Artikel: Stück Artikel-Nr. Artikel Einzelpreis Gesamtpreis Ultimaker 2.0 Schulpaket 2.100, P. Fastermann: 3D-Drucken 14, P. Fastermann: 3D-Druck/Rapid Prototyping 40,18 Preise ab Werk ohne die z.zt. gültige Mehrwertsteuer! Summe Hiermit abonniere ich den monatlich erscheinenden, kostenlosen LPE-Newsletter. Datum: Unterschrift:

6 Literatur Petra Fastermann 3D-Drucken Wie die generative Fertigungstechnik funktioniert 132 S., 26 Abb., 5 Abb. in Farbe, Artikel-Nr ,01 Verständliche Erklärungen der Technologie, mit denen jeder etwas anfangen kann Darstellungen der Anwendungsmöglichkeiten auch für Privatanwender Mit Ausblick auf Trends und Zukunftsperspektiven Wie funktioniert 3D-Druck? Wofür eignet sich welche 3D-Druck-Technologie? Was bedeutet 3D-Druck für den Einzelnen? Welche gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Veränderungen wird es durch diese Zukunftstechnologie geben? Die Autorin gibt Antworten auf diese Fragen. Sie führt präzise und einfach in die immer populärer werdende Technologie des 3D-Drucks ein. Die Leser werden so in den Stand versetzt, 3D-Druck selbst anzuwenden. Sie lernen, kostenlose Software auszuprobieren oder vielleicht sogar in einer der immer zahlreicher werdenden offenen Werkstätten (FabLabs) einen 3D-Drucker selbst zu nutzen. Petra Fastermann 3D-Druck/Rapid Prototyping Eine Zukunftstechnologie - kompakt erklärt 220 S., Artikel-Nr ,18 Immer mehr Kreative nutzen die Möglichkeit, eigene dreidimensionale Objekte in Kunststoff, Metall oder Keramik schnell und preisgünstig herstellen zu lassen. Der 3D-Druck ist eine revolutionäre Technologie, die dieverwirklichung von Ideen ermöglicht. 3D-Drucker werden immer kleiner und leistungsstärker und damit bürotauglicher. Eine umfassende Beschreibung dieser Zukunftstechnologie bietet dieses praxisnahe und anwenderorientierte Buch. Dabei hilft es mit Tipps und Hinweisen bei der Auswahl des optimalen CAD- Programms und 3D-Druckers. Das Warten hat sich gelohnt. Wir freuen uns, Ihnen mitteilen zu dürfen, dass wir seit dem 1. Februar 2014 Partner von Ultimaker dem Hersteller des Testsiegers von 3D Druckern seiner Klasse (Chip Computerzeitschrift Januar 2014) sind. 3D Drucker haben sich in den letzten Wochen und Monaten rasant entwickelt. Aber nicht jeder ist schultauglich, nicht jeder entspricht dem Preis-Leistungsverhältnis und nicht jeder erfüllt unsere Ansprüche. Unser Favorit, der Ultimaker², hält dieser Prüfung mit Bravour stand und das bei einem Preis, der günstiger ist als der vergleichbarer anderer Drucker! Er ist prädestiniert für den Einsatz im Technikunterricht und in Verbindung mit den notwendigen CAD-Kenntnissen ein innovatives und praxisbezogenes Medium für den Technikunterricht. LPE Technische Medien GmbH Schwanheimer Str Eberbach Tel.: 06271/ Fax: 06271/ info@technik-lpe.com 3D-Druck-Einführungskurse in Wilhelmshaven Düsseldorf Eberbach auf Anfrage.