Workshop 3D-Druck
| 3D-Druck | |
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| Allgemeine Informationen | |
| Klassenstufe | ab Klasse 8 |
| Zeitumfang | 4 x 2 Unterrichtsstunden |
| Schwierigkeitsgrad | mittel |
| Equipment | 3D-Drucker, PC |
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Inhaltsverzeichnis
Umfrage
Solltet ihr dieses Projekt bereits abgeschlossen haben, bitten wir euch an der Umfrage teilzunehmen.
Hier ist der Link: https://inside.fraunhofer.de/imws-innolab-test/index.php/896731?lang=de
Die Zugangscodes habt ihr im Projekt erhalten.
Die Idee
Um mit einem Brettspiel spielen zu können, brauchen wir natürlich noch Spielfiguren. Und da seid ihr hier genau richtig, denn in diesem Projekt wollen wir Spielfiguren selber erstellen. Jedoch basteln wir nicht einfach mit Schere und Kleber eine Spielfigur zusammen, sondern lassen das einen 3D-Drucker für uns machen. Der 3D-Druck ist ein additives Verfahren, bei dem das Material Schicht für Schicht aufgetragen wird und somit entsteht ein dreidimensionales Objekt.
Damit ihr mit euren Figuren dann auch etwas anfangen könnt, schaut doch mal in unser anderes Projekt. Dort könnt ihr euer eigenes Mensch-Ärgere-Dich-Nicht Spiel entwerfen und habt dann schon Spielbrett und Spielkarten parat: Projekt Laser-Cutter
Die Idee aus pädagogischer Sicht
Außerhalb der Alltäglichkeit von Schule kann der Schüler im Workshop folgende Kompetenzen erlernen oder festigen:
- Erstellen von sinnvollen Projektskizzen
- Einhalten vorgegebener Rahmenbedingungen (z.B. Größe der Spielfiguren)
- künstlerische Kreativität im Entwicklungsprozess
- Umsetzung von Ideen mit Hilfe einer 3D-CAD-Software
- Bessere Vorstellung von Dreidimensionalität
- Erkennen von Regelmäßigkeiten und des Vorteils ihrer Mathematisierung
- spielerische, unaufdringliche und anwendungsbezogene Nutzung mathematischen Grundwissens
- Aufstellen von Gleichungen
- Termumformung
- dreidimensionales kartesisches Koordinatensystem (und damit Vorläufer der Vektorrechnung)
- Geometrische Grundoperationen
- Kongruenzabbildungen, Streckungen
- Mengenoperationen
- Vereinigung, Durchschnitt, Differenz
- Funktionen als Abbildungen
- Rekursionen
- Wichtung der rechnergestützten Konstruktion gegenüber der Fertigung als ein Prinzip moderner additiver Herstellungsverfahren
- ein Vergleich: die Wichtung der Arbeit an Texten mit der abschließenden Ausgabe in ein beliebiges Format wie z.B. in Papierform (Druck)
- Resultat: ein ganzheitlich erfahrbares und damit für den Schüler transparent bewertbares Produkt, dem man die Konstruktion nicht mehr ansieht
Was kann das Fraunhofer IMWS leisten?
Neben dem technischen Wissen und dem Erfahrungsschatz unserer Mitarbeiter auch in Form von Weitebildungen und Einführungsveranstaltungen für interessierte Pädagogen und Erfahrungen vergangener Projekte zum 3D-Druck, verfügen wir über hauseigene 3D-Drucker für erste Versuche.
Diese Materialien benötigt ihr
Technische Geräte
- PC
- 3D-Drucker
Software
- Microsoft 3D-Builder (einfache Konstruktion, auch für Anfänger geeignet)
- Open-SCAD
Sonstiges
- Es werden Filamente zum Drucken benötigt. Eine schwarze PLA Filament Rolle (1.75mm - 750 g) würde z.B. 25,95€ kosten (gibt es auch im Angebot bei Discounter)
- Spielfiguren Beispiel Größe: 3,4 cm, Gewicht: 2 bis 3g
Anleitung
Vorbereitung
- Skizze per Hand anfertigen mit Bemaßung
- Erkennen von mathematischen Grundkörpern, aus denen die Figur aufgebaut ist
Konstruktion am PC
- Vergleich dieser Grundkörper mit den Funktionen des CAD-Programmes
- Anleitung: Wie erstelle ich einen Würfel mit dem 3D-Builder und welche Vorteile bietet die Programmierumgebung Open-SCAD?
- Anleitung für das OpenSCAD Programm
Tipps
für den Schüler
- Die Arbeit mit SCAD im dreidimensionalen Raum kann am Anfang etwas verwirrend sein, nehmt euch etwas Zeit, um euch daran zu gewöhnen.
- Der eigentliche Druckvorgang dauert meist mehrere Stunden (Zeit einplanen) und ist nach einem kurzen Aha-Moment eher langweilig.
- Achtet auf Luftzug und Temperaturänderungen im Raum. Zur Not die Seiten des Druckers abdecken!
für den Lehrer
- Die Voraussetzung im Umgang mit Computern streuen bei den Kindern sehr stark. Unterschiedliche Anspruchsniveaus können ein Gleichgewicht schaffen.
- Alle Tücken, die Computer aufweisen können, möglichst vor der Benutzung durch den Schülern eliminieren.
- Die Computer benötigen für 3D-Druck Speicher und Rechenleistung - mehr ist immer besser.
- OpenSCAD spricht jedoch nur einen Prozessor-Kern an. Parallelisierung erfolgt über getrennte Programmaufrufe für Teil-Probleme.
- Um die Leistung von OpenSCAD zu verbessern, die Feinheit erst im letzten Schritt hoch setzen ($fn) und Rekursionen und unnötige Voluminaberechnungen vermeiden.
- Bei der Nutzung von 3D-Druckern in der Schule die Empfehlung der Kultusministerkonferenz: Richtlinie zur Sicherheit im Unterricht (RiSU, Stand 2019), insb. I-4-7 beachten.
