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WissenPlus: Von der Idee zum 3D-Objekt – so funktioniert 3D-Druck

OMAI: Der 3D-Drucker hat sich vom High-Tech-Gear zum Heimgerät entwickelt. Dieser Beitrag erklärt die Basis, wie aus einer Idee ein dreidimensionales Objekt entsteht und welche Arten von 3D-Druckern existieren.

Ing. Birgit Aflenzer, MSc - 15. Oktober 2020

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Ein kartesischer 3D-Drucker

Auch in der Schule wird es immer wichtiger über den 3D-Druck zu lernen, da er interdisziplinär viele Themen miteinander vereint und willkommene Abwechslung zum Unterrichtsalltag bietet.

Mit Hilfe des 3D-Drucks entsteht aus einer eigenen, kreativen Idee ein reales Objekt, das man später anfassen kann. Und das mit Hilfe von mathematischem, physikalischem, chemischem, technischem, handwerklichem und kommunikativem Know-how der Schüler/innen, das vernetzt angewandt werden muss.

Didaktische Tipps und Hinweise

Die vorliegende Unterlage dient einem ersten Überblick zum Thema 3D-Druck – welche Druckerarten und Materialien gibt es, welche Software ist notwendig, um 3D-Objekte zu erstellen, welche Schritte müssen von der Idee bis zum fertigen Druckobjekt durchgeführt werden?

All diese Fragen werden überblicksmäßig in diesem Beitrag dargestellt, so-dass eine erste Orientierung sowie eine weitere, individuelle Vertiefung möglich sind. Für die Unterrichtsgestaltung ist diesem Beitrag ein Arbeitsauftrag im Sinne eines COOL-Auftrages angehängt mit Hilfe dessen die einzelnen Schritte mit den Schülerinnen und Schülern erarbeitet und das neu erworbene Wissen gefestigt werden können.

Auszug aus dem Beitrag: Grundlagen des 3D-Drucks

Die Art des 3D-Druckers wird maßgeblich vom Verfahren bestimmt. Das verbreitetste Verfahren ist dabei das FDM (Fused Deposition Modeling) bzw. FFF (Fused Filament Fabrication) Verfahren, das auf Deutsch als Schmelzschichtung bezeichnet wird. Innerhalb FDM bzw. FFF Verfahrens unterscheidet man im Rahmen der Heimanwendung drei Arten von 3D-Druckern:

Kartesische 3D-DruckerKartesische

3D-Drucker orientieren sich in einem Koordinatensystem mit drei Achsen (X, Y und Z), wie es auch aus der Schulmathematik bekannt ist. Dabei bewegt sich sowohl der Druckkopf entlang dieser Achsen als auch das Druckbett, auf dem das 3D-Modell gedruckt wird. Je nach Marke und Modell des Druckers bewegt sich das Druckbett nur auf der Z- bzw. Y-Achse, der Druckkopf auf den jeweils anderen Achsen.

Polar 3D-Drucker

Auch Polar 3D-Drucker nutzen ein Koordinatensystem der Schulmathematik, allerdings ein anderes als die kartesischen Drucker: Beim Polarkoordinatensystem (oder Kreiskoor-dinatensystem) wird die korrekte Positionierung mittels Winkel und Länge bestimmt. Jeder Punkt in einer Ebene wird durch den Abstand und einen Winkel von einem vorgegebenen festen Punkt bestimmt. Während kartesische Drucker mindestens 3 Motoren benötigen (je einen pro Achse), kommen Polar Drucker mit zwei Motoren aus, einer lässt die Druckplatte rotieren und einer bewegt den Druckkopf (Extruder) nach oben und unten.

3D-Drucker mit Roboterarmen

Diese Art von Druckern ist aktuell noch im Entwicklungsstadium, hat jedoch enormes Potential für die Heimanwendung, da sich der Druckprozess nicht auf ein fixiertes Druckbett beschränken muss. Aufgrund des flexiblen Druckarmes sind komplexe Strukturen möglich, die Druckqualität kann mit kartesischen Druckern allerdings noch nicht mithalten.

Druckermaterialien

  • PLA,
  • ABS: Acrylonitril-Butadien-Styrol-Copolymer,
  • PETG (Grundstoff ist Polyethylenterephthalat =PET,
  • TPE, TPU, TPC,
  • Polycarbonate (PC)
  • und weitere exotische Materialien.

 

Der 3D-Druck-Prozess

WissenPlus_3D-Druck Prozess

So funktioniert der Prozess beim 3D-Druck.

Gesamter Beitrag für den Unterricht

Den gesamten Beitrag zum Download inklusive Aufgaben und Lösungsvorschlägen finden Sie als angemeldete Lehrperson im Online-Lehrerzimmer unter WissenPlus.

 

Sie möchten noch mehr zum 3D-Druck lernen – vielleicht ist eine Fobizz-Lehrer/innenfortbildung zum 3D-Druck genau richtig für Sie. FDM-Drucker, Tinkercad und 3D-Modell mit Cura…

 

Aufgaben-Code für Ihren MEHR!-Kurs

Im MEHR!-Lernraum können Sie diese Aufgabe mit dem Aufgaben-Code in Ihren MEHR!-Kurs importieren!

WissenPlus_3D-Druck_Lernraum Aufgabe

Die Aufgabe zu „Grundlagen des 3D-Drucks“ kann in jeden MEHR!-Kurs importiert werden (Ansicht für Lehrer/innen)

Dazu müssen Sie als angemeldete Lehrperson

  1. im MEHR!-Lernraum einen MEHR!-Kurs anlegen (Sie erhalten automatisch einen Kurs Code für das Einladen der Schüler/innen),
  2. im MEHR!-Kurs auf AUFGABE IMPORTIEREN klicken und den Aufgaben-Code ajzvf5B eingeben − die Aufgabe wird importiert − und
  3. Schüler/innen mit dem Kurs-Code in Ihren MEHR!-Kurs einladen.

Angemeldete Schüler/innen müssen dann nur noch mit dem Kurs Code Ihrem MEHR!-Kurs beitreten. Dann können sie die Aufgabe online bearbeiten.

Als Lehrperson können Sie einen Abgabetermin festlegen und die abgegebenen Aufgaben online bewerten.

Übrigens: Wie Sie Aufgaben in MEHR!-Kurse importieren, erfahren Sie hier.

 

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Ein Beitrag aus der Was jetzt-Redaktion.