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

Werkboek · 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

Je begint met de basis: vormen herkennen, driehoeken tellen, overhang beoordelen, filament en lagen uitrekenen. Daarna ontwerp je zelf onderdelen in CAD, reken je tijd en kosten, kies je printrichting en toleranties, en test je je eigen printer. In de uitdagingen ontwerp je een houder voor de bodemvochtsensor (opdracht 32.13, voor je Habitat-portfolio), verbeter je een onderdeel zodat het zonder support print en weeg je vulling af tegen sterkte.

5× oefenen7× toepassen4× uitdagen± 377 min0/16 gedaan
DOntwerpen en makenMMaterie en chemie
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.
Hoe lees je een opdracht?
Drie tredenOefenen Toepassen Uitdagen

Elk hoofdstuk bouwt op: eerst oefenen (één stap, direct toepassen), dan toepassen (meerdere stappen, in een context), dan uitdagen (transfer, open problemen, andere leerlijnen erbij).

De StemExpert-schaal5

Eén moeilijkheidsschaal van 1 tot 9 over de drie niveaus heen: Fundamental loopt van 1 tot 4, Intermediate van 3 tot 7, Expert van 6 tot 9. Zo zie je dat de uitdaging van het ene niveau de oefening van het volgende is.

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.
  2. b
    Waarom moet je de vormen groeperen voor je exporteert?
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?
  2. b
    En een wig (een driehoekig prisma)?
  3. c
    Een cilinder met 20 zijden? Met 64 zijden?
  4. d
    Waarom zet je een cilinder niet standaard op 1000 zijden?
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.
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.
  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)?
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?
  2. b
    Schat de printtijd bij 0,1 en 0,3 mm.
  3. c
    Kan je met een spuitmond van 0,4 mm ook lagen van 0,5 mm printen? Waarom niet?
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.
  2. b
    Schrijf het bouwplan in CAD: welke vormen en gaten, met maten en plaats.
    stapvorm of gatmaten (mm)plaats
  3. c
    Welke maat teken je voor de sleuf over de tafelrand en voor het gat van de slang? Leg uit.
  4. d
    In welke richting print je de klem? Waarom?
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?
  2. b
    Waarom is samen printen sneller, hoewel de printer evenveel plastic legt?
  3. c
    Bereken de kosten van filament en elektriciteit voor de hele reeks (samen geprint).
  4. d
    Een klasgenoot print elk plaatje apart 'voor de zekerheid'. Welk risico heeft samen printen wel?
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?
    richtinghorizontale gatensupport nodig?
    A
    B
    C
  2. b
    In welke richting is de hoek tussen voet en lip het sterkst? Leg uit met de lagen.
  3. c
    Welke richting kies je?
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)?
  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?
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?
  2. b
    Je lasert ook een vierkant plugje van 30 × 30 mm om het gat te sluiten. Past het? Hoeveel speling is er?
  3. c
    Hoe pas je de tekening aan zodat het plugje klemt?
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.
  2. b
    Meet en noteer.
    CAD (mm)meting 1meting 2meting 3gemiddeldeverschilpen past?
  3. c
    Teken de grafiek: gemeten tegen CAD, met de lijn 'gemeten = CAD'.
  4. d
    Welke afwijking heeft jouw printer? Welk gat teken je voor een pen van 5,00 mm die moet schuiven?
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.
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.
  2. b
    Schets je ontwerp (vooraanzicht en zijaanzicht), met de maten.
  3. c
    Schrijf het bouwplan in CAD (vormen, gaten, maten, plaats) en verklaar elke passende maat.
    stapvorm of gatmaten (mm)waarom deze maat?
  4. d
    Kies de printrichting en bereken ruw de massa (massief volume × 60 %, PLA).
  5. e
    Print, test in een bak en noteer wat je verbetert. Portfolio: bewaar het ontwerp als SH-2.
Hint
Een omgekeerde U die over de bakrand klikt, met ernaast een gleuf waar de printplaat in schuift tot een aanslag: zo zit ze altijd even diep.
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?
  2. b
    Bedenk twee manieren om het kapje zonder support te printen. Schets ze.
  3. c
    Welke kies je, en wat verandert er voor de werking?
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?
    vullingN per g
  2. b
    Van 40 naar 100 %: hoeveel procent sterker, en hoeveel procent meer materiaal en tijd?
  3. c
    Het haakje moet een tas van 8 kg (78 N) dragen, met veiligheidsfactor 2. Welke vulling kies je?
  4. d
    Een klasgenoot zegt: 'Een derde wand zou meer helpen dan 40 % vulling.' Hoe zou je dat testen?
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.
  2. b
    Onder welke voorwaarden zou je de stelling steunen?
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.
ZelfevaluatieKleur per doel: lukt al / bijna / nog niet