Workshop Laser-Cutter

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Laser-Cutter
Pwr LaserCutter.jpg
Allgemeine Informationen
Klassenstufe ab Klasse 8
Zeitumfang 4 x 2 Unterrichtsstunden
Schwierigkeitsgrad mittel
Equipment Lasercutter, PC


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Die Idee

Wolltet ihr schon einmal ein Spiel nach eigenen Vorstellungen entwickeln? Dann seid ihr hier genau richtig.

Hier könnt ihr eine ganz neue Variante von Mensch-Ärgere-Dich-Nicht ausprobieren: mit Spielkarten, die ihr selbst entwerfen könnt und eure eigenen Spielregeln festlegen könnt. Mithilfe des Lasercutters und ein paar Programmen könnt ihr dann mit euren eigenen Spielbrettern und Spielkarten Mensch-Ärgere-Dich-Nicht spielen. Dabei lernt ihr den Umgang mit dem Lasercutter und einem CAD Programm, mit dem ihr die Karten designen könnt.

Zugrunde liegt die Idee, rechnerisches Konstruieren, Entwerfen von Oberflächen-Designs und das präzise Schneiden von Material zu erlernen.

Denn bei diesem Projekt, ist die Vorarbeit mit dem Programm QCAD eindeutig wichtiger und anspruchsvoller, als das Lasern selbst. 😉

Die Idee aus pädagogischer Sicht

Außerhalb der Alltäglichkeit von Schule kann der Schüler im Workshop folgende Kompetenzen erlernen oder festigen:

  • Erstellen sinnvoller Projektskizzen
  • Einhalten vorgegebener Rahmenbedingungen (z.B. Mindest- und Höchstanzahl der Karten)
  • Umsetzung von Ideen mit Hilfe einer CAD-Software
  • Künstlerische Kreativität bei der Ausarbeitung
  • Wichtung der rechnergestützten Konstruktion gegenüber der Fertigung als ein Prinzip moderner Konstruktion
    • Vergleich: die Wichtung der Arbeit an Texten mit der abschließenden Ausgabe in ein beliebiges Format wie z.B. in Papierform (Druck)

Was kann das Fraunhofer IMWS leisten?

Neben dem technischen Wissen und dem Erfahrungsschatz unserer Mitarbeiter auch in Form von Weiterbildungen und Einführungsveranstaltungen für interessierte Pädagogen sowie verschiedener Schülerprojekte, verfügen wir über einen hauseigenen Lasercutter für erste Versuche.

Diese Materialien benötigt ihr

Technische Geräte

  • Lasercuter

Software

  • QCAD
  • Inkscape
  • eigendlich jedes 2D-CAD- oder Vektorgrafikprogramm

Sonstiges

Liste der erlaubten Materialien

  • unbrennbare Materialien zum Gravieren: Metall, Glas, Keramik, Stein
  • erlaubte Kunststoffe: Acrylglas (PMMA), PET (Overheadfolie, Bayer Vivak), Moosgummi, POM (Polyoxymethylen, Delrin)
  • Papier, Pappe, Holz (auch Sperrholz, MDF, HDF und ähnliche Werkstoffe nur aus Holz und Leim)
  • spezieller laserbarer Stempelgummi aus dem FabLab (keine Kaltlaminierfolie, diese enthält oft PVC!)
  • Baumwolle (auch Viskose), Leinen
  • Bastelfilz, wenn aus Viskose oder Viskose-Wolle-Mischung (reine Wolle entwickelt beim Lasern einen starken Geruch)

Anleitung

Vorbereitung

  • Programm QCAD (eine 2D-Konstruktionssoftware) herunterladen und installieren.
    • QCAD ist als QCAD Community Edition kostenlos, wenn man nach der Installation die vom Programm angegebenen professionellen Bibliotheken löscht.
  • Hand-Skizzen der Spielkarten anfertigen.

Arbeit mit QCAD

QCAD ist ein Programm, mit dem ihr zweidimensionale Zeichnungen anfertigen könnt und somit sehr gut für Anfänger geeignet. Hier verliert ihr nicht so leicht den Überblick und könnt euch schnell einarbeiten.

Letztendlich fügt ihr verschiedene geometrische Formen zusammen, wie Rechtecke, Kreise, oder auch einfach nur Linien und könnt so euer Design, eure Spielkarten, erstellen. Dabei ist es euch überlassen wie komplex und aufwendig ihr das Ganze gestalten wollt. Auf jeden Fall empfiehlt es sich am Angfang erst einmal auszuprobieren was ihr alles machen könnt und wollt. Vielleicht kommen euch dabei noch ganz neue Ideen, wie ihr eure Karten gestalten möchtet, vielleicht stellt ihr auch fest, dass es gar nicht so einfach ist wie gedacht. Das gehört alles zum Entwicklungsprozess dazu.

Die einzelnen Formen könnt ihr ganz einfach über Symbole einfügen und bearbeiten. Dadurch ist es sehr anschaulich und übersichtlich. Wenn ihr dann schon etwas Übung habt, könnt ihr auch mit sogenannten Shortcuts arbeiten. Dabei drückt ihr eine Tastenkombination auf der Tastatur und das Programm macht dieselben Ausführungen, wie wenn ihr auf ein Symbol klickt. Allerdings seit ihr damit etwas schneller und auch ein bisschen professioneller. Das ist aber ganz euch überlassen.

Nebenbei lernt ihr auch mit sogenannten Layern (Ebenen) zu arbeiten. Das ist sehr wichtig für das Lasercutten später. Ihr legt bereits hier fest, was vom Lasercutter graviert und was komplett geschnitten werden soll. Deswegen ist die Vorarbeit im CAD-Programm so ausschlaggebend. Layer sind aber auch für euch sehr hilfreich, um den Überblick zu bewahren. Bei vielen Konstruktionen empfiehlt es sich Hilfslinien zu erstellen, damit macht ihr es euch viel leichter. Die Layer helfen euch dabei Körperkanten, die später graviert werden sollen, von euren Hilfslinien zu unterscheiden, die dann natürlich nicht mehr zu sehen sind. Zusätzlich kann man diese unterscheidlich färben, was z.B. beim Mr. Beam II die Erkennung und Zuordnung durch den Lasercutter vereinfacht.

Trotzdem: Aller Anfang ist schwer. Deswegen findet ihr hier eine Anleitung, die euch den Einstieg in das Programm erleichtern soll.

Eine recht ausführliche Anleitung im Umfang von anderthalb Stunden samt Links zu den verwendeten Dateien findet sich bei youtube: Einstieg in QCAD.

Natürlich stehen wir euch bei dem Projekt auch zur Seite und ihr könnt uns jederzeit Fragen stellen.

Konstruktion am PC

  • Datei über QCAD erstellen
  • Datei als SVG-Datei exportieren
  • SVG-Datei in Inkscape öffnen
  • Datei ggf. bearbeiten und anpassen
  • Funktion: ‚Objekt in Pfad umwandeln‘ auswählen
    • wichtig: der Lasercutter kann die Datei sonst nicht lesen
  • Neu abspeichern

Jetzt seid ihr fertig mit der Arbeit am Computer und wir können zum Lasercutten übergehen.

Mr. Bean II kann z.B. Dateien der folgenden Vektor-Formate importieren:

  • GCODE (*.g, *.gco, *.gcode)
  • Drawing Interchange File (*.dxf)
  • Scalable Vector Graphics (*.svg)
  • Mastercam NC (*.nc)

sowie folgende Bitmapformate:

  • GIF, JPG, NC, PCX, PNG, BMP und WEBP

Letztere werden nur empfohlen, wenn kein Vektorformat zur Verfügung steht.

Die Arbeit mit dem Laser-Cutter

Wir verwenden bei uns den Mr-Beam Lasercutter. Ein kleines, praktisches Gerät, dass ihr sogar bei euch zu Hause aufstellen und ausprobieren könnt. Wenn ihr bei euch zu Hause oder in der Schule einen anderen Lasercutter habt, könnt ihr den natürlich verwenden. Wir haben jetzt noch ein paar Hinweise für euch, die ihr speziell beim Mr-Beam beachten solltet.

  • Bei Papier und Karton die Ecken mit Magneten befestigen.
    • Wegen der Staubpartikel gibt es einen konstanten Luftzug beim Lasern. Leichtes Material kann so beim Lasern verschoben werden und euer Motiv wäre nicht mehr richtig.
  • Ihr könnt eure Dateien mithilfe der eingebauten Kamera platzieren und überprüfen.
    • Die Kamera ist nicht auf den Millimeter genau, plaziert eure Datei also nicht genau am Rand. Es wäre schade wenn dann etwas vom Motiv abgeschnitten wird.
  • Material und Farbe auswählen.
    • Der Laser arbeitet bei verschiedenen Materialen mit einer unterschiedlichen Schnelligkeit und Intesität. Diese ist also immer genau auf das Medium zugeschnitten. Deswegen ist es wichtig das genau vorher einzustellen.
  • Anhand der unterschiedlichen Farben einstellen welchen Teil ihr ‚Schneiden‘ und ‚Gravieren‘ wollt.
  • Falls es zwischendurch Probleme gibt, oder ihr etwas korrigieren müsst, könnt ihr auch Pausieren.

Tipps

für den Schüler

  • probiert euch im QCAD-Programm ein bisschen aus, am Anfang wird es sehr ungewohnt und kompliziert sein, aber Übung macht den Meister
  • fangt erst mal mit einfachen Sachen an und arbeitet euch dann zu komplexen hoch
  • seid flexibel: es kann sein, dass ihr eure Ideen am Programm nicht so gut umsetzen könnt, dann müsst ihr ein wenig kreativ werden und nach Alternativen suchen
  • mit Geduld arbeiten, Lasercutter benötigt meistens viel Zeit für den Druck
  • Bedienung nur mit einer unterwiesenen Person
  • auf keinen Fall etwas am Lasercutter schrauben und oder verstellen

Für den Lehrer

  • Mit guten Lasercuttern kann man auch Holz, Acryl oder Leder gravieren oder schneiden.
  • Nur zweifelsfrei geeignete Materialien verwenden. Unbekannte Materialien können giftige Gase entwickeln.
  • Für ausreichend Lüftung sorgen. Wenn keine Absauganlage vorhanden ist, benötigt man in Klassenräumen Feinstaubfilter.

Achtung: für die Arbeit mit einem Laser gelten Sicherheitsbestimmungen

  • Die wichtigste ist die allgemeinste:
  • Der Lasercutter als Gerät besitzt die Laserklasse 1.
    • Dies gilt für das gesamte Gerät im ordnungsgemäßen Zustand und Gebrauch, nicht den eingebauten Laser als Einzelteil. Dieser ist bei unserem Gerät ein 5W-Kurzwellenlaser der Wellenlänge 450nm (sichtbar blau) und damit automatisch ein Laser der Klasse 4 (akute Gefahr von Verbrennungen/Schädigungen des Auges) und darf auf keinem Fall außerhalb des Gerätes verwendet werden.
    • Hinweise zu den Laserklassen
    • für die Nutzung von Lasern in der Schule vergleiche Empfehlung der Kultusministerkonferenz: Richtlinie zur Sicherheit im Unterricht (RiSU, Stand 2019), insb. I-10.
    • Es sollten im Kontext Schule nur gekapselte Lasercutter mit automatischem Notaus beim Öffnen des Deckels verwendet werde. Auf keinen Fall sind Lasercutter geeignet, die bei preiswerten, offenen 3D-Druckern als Extrakopf mit verbaut sein können.
  • Solange der Laser arbeitet, muss - anders als beim 3D-Druck - immer eine Aufsichtsperson direkt beim Lasercutter anwesend sein.
  • Keine reflektierenden Materialien wie Metalle lasern.
  • Keine Magnete in den Bauraum oder in die Nähe des Lasercutters bringen.
  • Sicherstellen, dass der Laserkopf sich in seiner Ebene frei bewegen kann.
  • Wenn der Laserkopf gegen etwas stößt, sofort Not-Aus betätigen.

Auszug aus den Vorsorgemaßnahmen für einen Mr.-Beam-II-Lasercutter

„Alle nachfolgend aufgeführten Sicherheitshinweise sind für jeden Anwender zu befolgen:

  • Jegliche Arbeitsweise, die die Sicherheit des Mr Beam II beeinträchtigt, ist zu unterlassen.
  • Der Anwender ist verpflichtet das Inbetriebnehmen des Mr Beam II durch nichtautorisierte Personen auszuschließen (z.B. Vorkehrungen gegen unbefugtes Benutzen und/ oder durch Abziehen des Schlüssels).
  • Die Steckdose muss leicht erreichbar sein und sich in unmittelbarer Nähe zum Gerät befinden. Im Notfall müssen der Netzstecker sowie der Schlüssel abgezogen werden können.
  • Der Anwender hat dafür zu sorgen, dass der Mr Beam II ausschließlich in einwandfreiem Zustand betrieben wird.
  • Vor dem Beginn jeder Benutzung ist der Anwender verpflichtet, den Mr Beam II auf äußerlich erkennbare Mängel, Schäden oder Auffälligkeiten zu überprüfen. Erkannte Veränderungen, auch ungewöhnliches Betriebsverhalten, sind unverzüglich zu beheben. Die weitere Benutzung des Mr Beam II ist bis zum vollständigen Abstellen des Mangels ausgeschlossen.
  • Sauberkeit und Übersichtlichkeit an und um den Arbeitsplatz des Mr Beam II sind zu gewährleisten.
  • Während des Laservorgangs wird das bearbeitete Material durch den Mr Beam II verdampft. Durch den Betrieb entstehen daher Brandgerüche und Dämpfe. Vergewissern Sie sich, dass der Mr Beam II ausschließlich mit der entsprechenden Absaugung/Filteranlage betrieben wird.
  • Zu jeder Zeit ist die Außerbetriebsetzung und/oder Demontage von Sicherheitseinrichtungen untersagt. Hierdurch kann es beispielsweise zu schweren Verbrennungen und/oder Verlust des Augenlichts kommen.
  • Die im Folgenden aufgeführten Arbeiten sind nur im ausgeschalteten Zustand und mit gezogenem Netzstecker von geschultem Personal durchzuführen: Rüsten, Umrüsten, Wartungs- und Inspektionstätigkeiten.
  • Sollte die Demontage von Sicherheitseinrichtungen für Reparatur-/Wartungsarbeiten notwendig sein, ist der Durchführende dafür verantwortlich, dass diese unmittelbar und vor der nächsten Inbetriebnahme diese wieder montiert und auf Funktion überprüft werden.
  • Aus sicherheitstechnischen Gründen ist jeder Umbau, jede Modifikation und jede Veränderung des Mr Beam II unter allen Umständen untersagt.“

weiterführende Links

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