← Back to CoursesStemExpert
StemExpert
Fundamental · Oplossingen · 32. Van idee tot object: CAD en 3D-printen
StemExpert · Brecht Corbeel · schoolium.me
StemExpert
F32. Van idee tot object: CAD en 3D-printen — oplossingen
FFundamental · deel F8 · Ontwerpen en maken

Oplossingen · hoofdstuk 32Van idee tot object: CAD en 3D-printen

Van een schets op papier naar een onderdeel dat je in je hand houdt, laag per laag

Uitgewerkte oplossingen bij de 16 opdrachten van het werkboek. Voor de leerkracht, en voor wie zichzelf wil verbeteren nadat hij het eerst zelf probeerde.

5× oefenen7× toepassen4× uitdagen± 377 min
Laag per laag groeit de sensorhouder voor de meetkas: 150 lagen van 0,2 mm.
Laag per laag groeit de sensorhouder voor de meetkas: 150 lagen van 0,2 mm.
Voor de leerkrachtDeze pagina bevat de antwoorden. Druk het werkboek af zonder deze pagina.
Oefenen

Oefenen

één stap, direct toepassen
32.1

Welke basisvormen?

Oefenen1Begrijpen10 min
Drie voorwerpen, gebouwd in een CAD-programma.
a · potjeb · slanghouderc · haakje
Een potje, een slanghouder en een haakje.
  1. a
    Schrijf voor elk voorwerp welke basisvormen je nodig hebt, en welke daarvan een gat zijn.
    a: een cilinder (vol) en een iets kleinere cilinder als gat, die niet tot op de bodem gaat (de bodem blijft). b: een doos, een cilinder als gat (voor de slang, liggend) en een smalle doos als gat bovenaan (de sleuf om de slang erin te klikken). c: twee dozen (plaat en arm) en een doos of wig als opstaand randje aan het eind van de arm; geen gaten.
  2. b
    Waarom moet je de vormen groeperen voor je exporteert?
    Pas bij het groeperen worden de vormen één onderdeel en snijden de gaten weg. Exporteer je zonder te groeperen, dan krijg je losse, overlappende vormen, en worden de gaten soms geprint als massieve stukken.
32.2

Driehoeken tellen

Oefenen1Rekenen8 min
Een STL-bestand beschrijft het oppervlak met driehoeken. Een cilinder met zijden heeft driehoeken.
  1. a
    Hoeveel driehoeken heeft een doos?
    6 vlakken × 2 = 12 driehoeken.
  2. b
    En een wig (een driehoekig prisma)?
    3 rechthoekige vlakken × 2 = 6, plus 2 driehoekige vlakken × 1 = 2: samen 8.
  3. c
    Een cilinder met 20 zijden? Met 64 zijden?
    en .
  4. d
    Waarom zet je een cilinder niet standaard op 1000 zijden?
    Het bestand wordt veel groter en het programma trager, terwijl de printer de verschillen niet meer kan maken: met een lijn van 0,4 mm zie je het verschil tussen 64 en 1000 zijden bij een klein gat niet.
32.3

Support nodig?

Oefenen2Begrijpen10 min
Zes vormen staan op het printbed. De hoeken zijn gemeten vanaf de verticale.
20°a50°b75°cd6 mme40 mmf10 mm
a tot c: schuine wanden; d en e: bruggen; f: een horizontaal uitsteeksel.
  1. a
    Welke vormen print je zonder support? Leg telkens kort uit.
    a (20°): zonder support, ruim onder 45°. b (50°): net boven de 45°-regel; met een goede koeling lukt het vaak, maar de onderkant wordt ruw: veilig is support of het ontwerp aanpassen. c (75°): support nodig. d (brug van 6 mm): lukt, kort genoeg. e (brug van 40 mm): de lijnen hangen door, support nodig. f (horizontaal uitsteeksel van 10 mm, aan één kant vast): de lijnen hangen in de lucht, support nodig; beter: een afschuining van 45° eronder.
32.4

Van volume naar filament

Oefenen2Rekenen12 min
Een etiketplaatje van 60 × 20 × 3 mm met twee gaten van Ø 3,5 mm wordt massief geprint in PLA (, filament Ø 1,75 mm, doorsnede 2,405 mm²).
  1. a
    Bereken het volume in mm³ en in cm³.
    Plaat ; twee gaten . .
  2. b
    Bereken de massa.
    .
  3. c
    Hoeveel meter filament is dat?
    .
  4. d
    Hoeveel plaatjes haal je uit een rol van 1 kg (verlies niet meegerekend)?
    plaatjes (of: ).
32.5

Lagen tellen

Oefenen2Rekenen10 min
De hoeksteun uit hoofdstuk 31 is 50 mm hoog. Met lagen van 0,2 mm duurt de print 50 minuten.
  1. a
    Hoeveel lagen bij 0,1, 0,2 en 0,3 mm?
    ; ; lagen.
  2. b
    Schat de printtijd bij 0,1 en 0,3 mm.
    De tijd is ongeveer omgekeerd evenredig met de laaghoogte: bij 0,1 mm ongeveer min, bij 0,3 mm ongeveer min.
  3. c
    Kan je met een spuitmond van 0,4 mm ook lagen van 0,5 mm printen? Waarom niet?
    Nee: een laag mag hoogstens ongeveer drie kwart van de spuitmond dik zijn (0,3 mm). Een dikkere laag wordt niet goed op de vorige gedrukt en kleeft slecht.
Toepassen

Toepassen

meerdere stappen, in een context
32.6

Een bouwplan voor een slangklem

Toepassen3Ontwerpen30 min
De druppelslang van de meetkas (binnendiameter 8,0 mm, buitendiameter gemeten 10,0 mm) moet langs de rand van het tafelblad lopen (18 mm dik). Je ontwerpt een klem die over de tafelrand schuift en de slang vasthoudt. Je printer maakt gaten en sleuven 0,2 mm kleiner dan getekend.
  1. a
    Maak een schets van je klem met de belangrijkste maten.
    Bijvoorbeeld: een U-vormige klem over de tafelrand (sleuf 18 mm breed, 15 mm diep) met eronder een blok met een rond gat voor de slang en een smalle opening om ze erin te klikken.
  2. b
    Schrijf het bouwplan in CAD: welke vormen en gaten, met maten en plaats.
    Bijvoorbeeld, voor een klem van 15 mm breed: (1) doos 18 diep × 24,6 hoog: het klemblok; (2) doos als gat 15 diep × 18,6 hoog, midden in de hoogte en open aan de voorkant: de sleuf voor de tafelrand (boven en onder blijft 3 mm); (3) cilinder Ø 16 onderaan tegen het klemblok, met de as langs de tafelrand: de houder; (4) cilinder als gat Ø 10,6, iets langer dan de houder, op dezelfde as; (5) doos als gat 8,6 breed van de onderkant van de houder tot in het gat: de klikopening; (6) uitlijnen en groeperen.
  3. c
    Welke maat teken je voor de sleuf over de tafelrand en voor het gat van de slang? Leg uit.
    Sleuf 18,6 mm: 18 mm plus 0,2 mm speling per kant (18,4), plus 0,2 mm omdat de printer sleuven 0,2 mm kleiner maakt. Slanggat Ø 10,6 mm: 10,0 + 0,4 + 0,2. De klikopening 8,6 mm: kleiner dan de slang, zodat die erin klikt (de slang is zacht genoeg om even in te drukken).
  4. d
    In welke richting print je de klem? Waarom?
    Op zijn kant, zodat het ronde gat verticaal staat: het profiel (U + gat) ligt dan plat op het bed, alles is 'uitgetrokken' in de hoogte en er is geen overhang. Liggend zou het gat horizontaal liggen en de brug van de klem over de tafelrand in de lucht hangen.
Zo wordt dit beoordeeld
SchetsKlem over de tafelrand + houder voor de slang; maten erbij.
BouwplanVormen en gaten met maten en plaats; gaten langer dan het materiaal; uitlijnen en groeperen.
TolerantiesSpeling en printerafwijking verrekend en uitgelegd.
PrintrichtingZonder support, met de ronde vorm als profiel op het bed.
32.7

Printtijd en kosten van een reeks

Toepassen3Rekenen15 min
De klas print twaalf etiketplaatjes, één voor elk bakje. Volgens de slicer kost één plaatje 2,6 g PLA en 11 minuten. Twaalf tegelijk op het bed kost 31 g en 1 uur 55 minuten. PLA kost € 20 per kg; de printer verbruikt ongeveer 0,12 kW tijdens het printen; stroom kost € 0,30 per kWh.
  1. a
    Hoe lang duurt het als je de plaatjes één voor één print? Hoeveel tijd win je door ze samen te printen?
    . Samen: 1 h 55 min. Winst: 17 min, en je hoeft maar één keer te starten, op te warmen en af te nemen.
  2. b
    Waarom is samen printen sneller, hoewel de printer evenveel plastic legt?
    Bij elke aparte print warmen bed en spuitmond opnieuw op, en print de printer een rok en een eerste laag voor één klein stuk. Samen legt hij per laag alle plaatjes na elkaar; het opwarmen gebeurt maar één keer. (Samen: 31 g, iets minder dan 12 × 2,6 = 31,2 g.)
  3. c
    Bereken de kosten van filament en elektriciteit voor de hele reeks (samen geprint).
    Filament: . Elektriciteit: , . Samen ongeveer € 0,69, of ongeveer 6 cent per plaatje.
  4. d
    Een klasgenoot print elk plaatje apart 'voor de zekerheid'. Welk risico heeft samen printen wel?
    Loopt er iets mis (een plaatje komt los van het bed), dan kan het de andere meesleuren en is de hele reeks mislukt. Een goede eerste laag en een rand (brim) verkleinen dat risico.
32.8

Printrichting van de hoeksteun

Toepassen3Analyseren15 min
De hoeksteun uit hoofdstuk 31 (voet 60 × 40 × 10 mm met twee verticale gaten Ø 4,5, lip 60 × 10 × 40 mm met een horizontaal gat Ø 8) wordt in PETG geprint. De duwstang duwt via de pen in het gat van Ø 8 op de lip, tot 40 N.
A · voet op het bedB · lip op het bedde L ligtplatC · op de zijkant
Drie manieren om de hoeksteun op het bed te leggen, telkens van voren gezien. Bij C ligt de L-vorm plat op het bed; je ziet de lip als een smalle strook.
  1. a
    Vul in: welke gaten liggen horizontaal (moeilijker) in elke richting?
    A (voet op het bed): het gat Ø 8 in de lip ligt horizontaal; geen support nodig (klein gat, de lip staat recht). B (lip plat): de twee gaten Ø 4,5 in de voet liggen horizontaal; geen support, de voet staat rechtop. C (op de zijkant): alle drie de gaten liggen horizontaal; geen support, de L ligt als profiel plat.
  2. b
    In welke richting is de hoek tussen voet en lip het sterkst? Leg uit met de lagen.
    In C: elke laag bevat de volledige L-vorm, dus de lijnen lopen ononderbroken door de hoek. In A en B loopt de naad tussen twee lagen door de hoek (in A net boven de voet): buigt de lip, dan trek je die laag los.
  3. c
    Welke richting kies je?
    C voor de sterkte; A mag ook als de kracht vooral duwt (druk op de lagen is geen probleem). Met 40 N en een lip van 10 mm dik is C de veilige keuze.
32.9

Toleranties ontwerpen

Toepassen3Rekenen15 min
Je printer maakt gaten en sleuven 0,2 mm kleiner dan getekend (zie de proef). Je wil telkens 0,2 mm speling per kant.
  1. a
    Welke maat teken je voor een sleuf waarin een koker van 20 × 20 mm moet schuiven?
    .
  2. b
    Welk gat teken je voor de pen van Ø 8 mm van de duwstang (ze moet kunnen draaien)?
    (gemeten wordt het ongeveer 8,4 mm: 0,2 mm per kant).
  3. c
    Een schroef M4 moet vast in het plastic zitten zonder moer (hij tapt zelf zijn draad). Teken je het gat groter of kleiner dan 4 mm? Welke maat zou je testen?
    Kleiner: de schroef moet zijn draad in het plastic snijden. Bijvoorbeeld 3,4 mm tekenen (geprint ± 3,2 mm), en een testplaatje met 3,2 / 3,4 / 3,6 mm printen om te voelen wat het best houdt.
32.10

Lasersnijden: de snede

Toepassen3Rekenen15 min
Je lasert uit multiplex van 3 mm een deksel voor het reservoir: een vierkant van 100 × 100 mm met in het midden een vierkant gat van 30 × 30 mm voor de slang. De snede is 0,15 mm.
  1. a
    Hoe groot wordt het deksel echt, en hoe groot het gat?
    De laser brandt aan elke rand een halve snede (0,075 mm) weg. Deksel: . Gat: .
  2. b
    Je lasert ook een vierkant plugje van 30 × 30 mm om het gat te sluiten. Past het? Hoeveel speling is er?
    Plug: in een gat van 30,15 mm: speling in totaal (0,15 per kant). Het past, maar valt eruit.
  3. c
    Hoe pas je de tekening aan zodat het plugje klemt?
    Teken het plugje een snede groter (30,15 mm): dan wordt het 30,00 mm, en met het gat van 30,15 mm is de speling nog 0,15 mm. Voor klemmen teken je het nog iets groter, bijvoorbeeld 30,30 mm, en test je. Veel lasersoftware kan dat ook automatisch (snedecompensatie).
32.11

Labo: test je printer

Toepassen3Labo60 min
Voer de proef 'Hoe nauwkeurig is onze printer?' uit met je eigen printer en filament.
  1. a
    Teken en print het testplaatje. Noteer je slicerinstellingen.
    Bijvoorbeeld: PLA, 0,2 mm lagen, 2 wanden, 20 % vulling, 210 °C.
  2. b
    Meet en noteer.
    Typisch 0,1 tot 0,3 mm kleiner, voor elke maat ongeveer evenveel.
  3. c
    Teken de grafiek: gemeten tegen CAD, met de lijn 'gemeten = CAD'.
    Rechte door de oorsprong met helling 1 (gestippeld), de punten evenwijdig eronder.
  4. d
    Welke afwijking heeft jouw printer? Welk gat teken je voor een pen van 5,00 mm die moet schuiven?
    Bijvoorbeeld 0,2 mm kleiner: voor een schuivende pen van 5,00 mm teken je ongeveer 5,4 mm (0,2 mm afwijking + 0,2 mm speling). Bij een afwijking van 0,1 mm is dat 5,3 mm.
Zo wordt dit beoordeeld
TestplaatjeVijf gaten met stappen van 0,2 mm, 64 zijden, plat geprint; instellingen genoteerd.
MetingenDrie metingen per gat in verschillende richtingen, gemiddelde tot op 0,01 mm.
GrafiekAssen met eenheid, de lijn gemeten = CAD, de punten eronder.
BesluitAfwijking als getal; ontwerpregel voor een schuivende passing.
32.12

Welke maakmethode?

Toepassen2Begrijpen12 min
Kies voor elk voorwerp een maakmethode: 3D-printen, lasersnijden, zagen en boren, vacuümvormen of spuitgieten.
  1. a
    (a) Een vervangknop voor een oude radio, met een ribbeltje. (b) 30 gelijke naambordjes van acryl. (c) Een aluminium profiel van 1,20 m op lengte. (d) 10 000 flessendoppen. (e) Een doorzichtig kapje over een sensor, dunwandig, in 20 stuks.
    (a) 3D-printen: één stuk, een 3D-vorm met details. (b) lasersnijden: vlak, veel gelijke stuks, graveren kan. (c) zagen (en vijlen): metaal, eenvoudige snede. (d) spuitgieten: enorme aantallen, de dure mal verdient zich terug. (e) vacuümvormen: een dunne, doorzichtige plaat over één mal trekken, snel in kleine reeksen.
Uitdagen

Uitdagen

transfer, open problemen, leerlijnen combineren
32.13

Habitat: een houder voor de bodemvochtsensor

Uitdagen4Habitat90 min
De capacitieve bodemvochtsensor van de meetkas (hoofdstuk 25) is een printplaat van 98 × 23 × 1,6 mm. De bovenste 25 mm, met de elektronica, mag niet in de grond en niet nat worden. Voor een eerlijke meting moet de sensor in elk bakje even diep en rechtop zitten (hoofdstuk 2). De plantenbak heeft een wand van 2 mm (hoofdstuk 31) en wordt 10 cm hoog met potgrond gevuld (de bak is 12 cm hoog). Je printer maakt gaten en sleuven 0,2 mm kleiner.
  1. a
    Schrijf een klein PvE voor de houder: minstens drie moet-eisen en twee wensen, meetbaar.
    Bijvoorbeeld: moet: de sensor zit in elk bakje even diep (± 2 mm); de bovenste 25 mm blijven boven de grond; de klem past op een wand van 2 mm en valt niet af als je aan de kabel trekt met 2 N; printbaar zonder support. Wens: hoogstens 5 g PLA; de sensor schuift erin en eruit zonder gereedschap.
  2. b
    Schets je ontwerp (vooraanzicht en zijaanzicht), met de maten.
    Bijvoorbeeld: een omgekeerde U over de bakrand (sleuf 2,6 mm breed, 15 mm diep) en daarnaast een blok met een gleuf voor de printplaat (1,6 × 23 mm plus speling). De sensor schuift in de gleuf tot haar bredere bovenkant op het blok rust (de stekker bovenaan de printplaat is de aanslag). Zie de figuur.
    bakwand 2gleuf 2,2 × 23,6sleuf 2,6
  3. c
    Schrijf het bouwplan in CAD (vormen, gaten, maten, plaats) en verklaar elke passende maat.
    Bijvoorbeeld (x naar de binnenkant van de bak, y langs de wand, z omhoog): (1) doos 8,6 × 10 × 18: de klem; (2) doos als gat 2,6 × 12 × 15, van onderen, 3 mm van de buitenkant: de sleuf voor de bakwand (2 + 2 × 0,2 speling + 0,2 printerafwijking); (3) doos 21,4 × 10 × 6 bovenaan tegen de klem: de brug; (4) doos 8 × 28 × 25 aan het eind van de brug: het sensorblok; (5) doos als gat 2,2 × 23,6 × 27 door het blok: de gleuf voor de printplaat (1,6 + 0,4 + 0,2 bij 23 + 0,4 + 0,2); (6) uitlijnen en groeperen. De diepte: de bovenkant van het blok ligt 10 mm boven de bakrand, dus 130 mm boven de bodem. De printplaat (98 mm) hangt dan tot 32 mm boven de bodem: 68 mm in de grond, en de elektronica (de bovenste 25 mm) begint op 105 mm, 5 mm boven de grond (10 cm).
  4. d
    Kies de printrichting en bereken ruw de massa (massief volume × 60 %, PLA).
    Op zijn kant, met het profiel uit de figuur plat op het bed: de sleuf en de gleuf staan dan verticaal en de brug rust op het bed. Rechtop gezet (z omhoog) zou de brug 12 mm in de lucht hangen. Massief volume: klem , brug , blok : samen . Met 60 %: , maal 1,24: ongeveer 5,0 g PLA.
  5. e
    Print, test in een bak en noteer wat je verbetert. Portfolio: bewaar het ontwerp als SH-2.
    Typische verbeteringen: de klem zat te los (sleuf kleiner) of brak bij het openbuigen (dikker maken of een ronding in de hoek); de gleuf was te krap voor de printplaat met haar onderdelen (breder). Definitief in licht PETG.
Zo wordt dit beoordeeld
PvEMeetbare eisen: diepte vast, elektronica boven de grond, past op een wand van 2 mm, printbaar zonder support.
OntwerpSchets met maten; klem en sensorgleuf passen bij 2 mm en 1,6 × 23 mm, met speling en printerafwijking.
BouwplanVolledig en in de juiste volgorde; gaten langer dan het materiaal.
Printen en rekenenPrintrichting zonder support gemotiveerd; massa berekend.
TestenIn een echte bak getest; verbetering beschreven; SH-2 in het portfolio.
32.14

Ontwerp: zonder support

Uitdagen4Ontwerpen30 min
Een leerling ontwierp een kapje dat boven de lichtsensor (LDR) komt: een blok van 20 × 20 × 10 mm met bovenaan een horizontale rand van 5 mm breed rondom (een 'hoedje' van 30 × 30 × 2 mm), zodat regendruppels niet op de sensor lopen. Ze wil het in één stuk printen, met het blok op het bed.
  1. a
    Waarom lukt dat niet zonder support?
    De rand steekt 5 mm horizontaal uit boven het blok: een overhang van 90°, de lijnen hangen in de lucht.
  2. b
    Bedenk twee manieren om het kapje zonder support te printen. Schets ze.
    (1) Ondersteboven printen: het 'hoedje' (30 × 30) plat op het bed, het blok erop: geen overhang meer. (2) De rand onder 45° maken: een afgeschuinde kraag die van het blok schuin naar buiten loopt, als een dakje; dat print zonder support met het blok op het bed. (3) Twee delen printen en in elkaar klikken.
  3. c
    Welke kies je, en wat verandert er voor de werking?
    Bijvoorbeeld (1): de vorm blijft precies zoals bedoeld en print zonder support, alleen omgekeerd. Of (2): een schuin dakje laat regen zelfs beter aflopen dan een vlakke rand.
Zo wordt dit beoordeeld
DiagnoseHorizontale overhang van 5 mm aan alle kanten herkend.
OplossingenTwee echt verschillende oplossingen, geschetst: vorm of printrichting.
KeuzeGemotiveerd met werking én printbaarheid.
32.15

Analyse: vulling en sterkte

Uitdagen4Analyseren25 min
Een klas printte een haakje met 2 wanden bij vier vullingen en trok elk haakje kapot met een veerunster (drie haakjes per vulling, gemiddelde).
vullingbreekkracht (N)massa (g)printtijd (min)
10 %1806,124
20 %2106,827
40 %2608,233
100 %33012,451
  1. a
    Bereken voor elke vulling de breekkracht per gram. Welke vulling geeft de meeste sterkte per gram?
    10 %: ; 20 %: ; 40 %: ; 100 %: . De 40 % geeft net de meeste sterkte per gram; 20 % is bijna even goed.
  2. b
    Van 40 naar 100 %: hoeveel procent sterker, en hoeveel procent meer materiaal en tijd?
    Sterkte: : 27 % sterker. Massa: : 51 % meer. Tijd: : 55 % meer.
  3. c
    Het haakje moet een tas van 8 kg (78 N) dragen, met veiligheidsfactor 2. Welke vulling kies je?
    Nodig: . Al 10 % haalt dat (180 N), maar met weinig reserve; 20 % (210 N) is een goede keuze. Meer vulling is verspilling.
  4. d
    Een klasgenoot zegt: 'Een derde wand zou meer helpen dan 40 % vulling.' Hoe zou je dat testen?
    Een eerlijke proef (hoofdstuk 2): haakjes met 2 wanden en 40 % vulling tegenover 3 wanden en 20 % vulling, verder alles gelijk (filament, printrichting, laaghoogte), telkens drie of meer, en breekkracht en massa vergelijken.
32.16

Debat: een 3D-printer in elke klas?

Uitdagen3Argumenteren20 min
Stelling: 'Elke klas zou een eigen 3D-printer moeten hebben.'
  1. a
    Geef twee argumenten voor en twee tegen. Gebruik minstens één getal uit dit hoofdstuk.
    Voor: je test ideeën snel (een sensorhouder in 20 minuten, voor 8 cent); je leert ontwerpen met echte gevolgen; reserveonderdelen maak je zelf (zoals op het ISS). Tegen: een printer is traag, zodat er wachtrijen komen; mislukte prints en supports geven plastic afval; wie zonder na te denken print, verspilt materiaal; veiligheid (hete spuitmond, dampen) vraagt toezicht.
  2. b
    Onder welke voorwaarden zou je de stelling steunen?
    Bijvoorbeeld: eerst schetsen en een testplan (hoofdstuk 30), prints in PLA of gerecycleerd filament, mislukte prints en supports apart inzamelen, een leerling die de printer beheert, en een verluchte plaats.
Zo wordt dit beoordeeld
ArgumentenTwee echte argumenten per kant, met minstens één getal (massa, tijd, kost).
DuurzaamheidDenkt aan mislukte prints, supports en afval, en aan wat het vervangt.
VoorwaardenConcrete, haalbare afspraken.