PROJEKTE Anna Schwarz RomnoKher

Nur kurz – ihr seid hier nicht auf einer Modellbauhomepage, sondern ähnlich wie in vielen Schülerwerkstätten in Universitäten oder Gymnasien wollen wir Kindern und Jugendlichen (nicht nur Sinti oder Romakindern) die Technik zeigen, die in aller Munde ist (und häufig hochgejubelt oder auch verteufelt wird). Wir selber haben auch erst jetzt uns mit dieser Technik aus einander gesetzt und müssen selber viel lernen. Verzeiht uns darum die unprofessionelle Herangehensweise. Fortlaufend berichten wir von selbstgebauten Maschinen, ungewöhnlichen Projekten und Möglichkeiten, die neuesten von oben nach unten.

MASCHINE ZUR HERSTELLUNG VON HOHLKÖRPERN

VACUUM FORMER - DO IT YOURSELF

DRUCKFORM MIT DEM 3D-DRUCKER

UNTERSCHIEDE ZWISCHEN CNC FRÄSE UND 3 D DRUCKER...

ALTERNATIVER ENERGIEN: WINDRAD, WASSERSTOFF

SPIELZEUG ROBOTER - ZUM WEGWERFEN ZU SCHADE

FORMENBAU BOOTSKÖRPER

EINE KAROSSERIE FÜR EIN ARDUINO AUTO

WERKZEUGE ÜBER 3 EBENEN MIT SOFTWARE BEWEGEN

Unter dem Menüpunkt "PAPIER" findet ihr mehr.


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Unser Vorbild: Homepage des MINT-Schul-Labors an der Hochschule Darmstadt und der Mechatronik-AG des Gymnasiums Oberursel.


Kleine Drehbank

alte Drehbank aus den 70er Jahren wieder in Betrieb genommen

Drehbank Spitzenhöhe über Säulen 36 mm, Spitzenweite 175 mm

Leider steht sie nicht jederzeit zum Ausprobieren zur Verfügung sondern hat ihren Platz im oldenburger Hackerspace Mainframe.

Eigentlich könnte mit Ihrer Hilfe der Ersatz für die Druckerpresse geschaffen (gedreht) werden: die Rollen für den Drucktisch, die Halterungen für die Druckwalze zum Beispiel.

In den siebziger Jahren wurden viele Maschinen für mehrere Einsätze geplant, z. B. gab es Stichsägen- und Drechselaufsätze für eine Bohrmaschine. Diese Drehbank konnte in eine Fräse mit Kreuztisch umgebaut werden, leider fehlt hier der Fräsständer.

Um entsprechend dem Material die Geschwindigkeit ein zu stellen, werden bei dieser Maschine kleine Treibriemen um verschieden große Rillräder gezogen. Dies geschieht etwas umständlich anhand einer Liste. Gleichstrommotore können elektronisch geregelt werden ohne Verlust an Durchzug. Der alte Originalmotor hat Wechselstrom und deshalb schlecht zu regeln.

Im Internet gibt es Anleitungen für den Umbau zu einer CNC gesteuerten Drehbank gleichen Typs mit per 3D Druck hergestellten Nema Motorenhalterungen. Sicher nur Spielzeug, würde aber in unser Konzept passen.


Rota Former

Maschine zur HERSTELLUNG von Hohlkörpern

So sieht der Rota Former aus
So sieht der Rota Former aus

Nachdem die Katze aus Schokolade fast die Zähne der Testperson beim Probieren "gezogen" hatte (siehe Projekt Vacuumformer), war die Frage: "Wie wird eigentlich eine Hohlform erzeugt?".

Nur so waren große Schokoladenfiguren "essbar" und bezahlbar. Das trifft auch auf viele Kunststoffteile zu, denn Vollformen brauchen viel Material, haben ein hohes Gewicht und noch viele andere Nachteile. 

Wir fanden eine Maschine, die tatsächlich in den Süßwarenfabriken Verwendung findet. Sie schleudert das Material (z.B. Schokolade) nicht nur horizontal, sondern in alle Richtungen. Dadurch wird es an die Form gepresst und härtet hier in einer dünnen Schicht aus (je nach Füllmenge der Form).

Um den industriellen Produktionstechniken nach zu forschen, musste so eine Maschine her!

Aber schon die fehlende Bezeichnung und dann mehrere Verfahren (z.B. mit Erhitzung des Kunststoffs oder der Schokolade in der Form oder ausserhalb) liess die Suche schwer werden.

Unter "Roto Casting" wurden wir fündig und entwickelten die abgebildete Maschine. Viele Teile wurden mit dem 3D Drucker erstellt, z.B. die Ecken für die Vierkant Alurohre der Rahmen oder die Motorhalterung, die Rollen und die Schraubköpfe.

Ein kleiner Motor treibt die beiden Rahmen an. Die Geschwindigkeit ist regelbar, damit das flüssige Material am Anfang des Schleuderprozesses Zeit hat, in alle Bereiche der Form zu fliessen. Danach verhindert die Drehung der Form das Sammeln des Materials gemäß der Erdanziehung am "Boden" der Form. So verstehen wir das Prinzip der Maschine. 

Einzelteile des Rotaformers
Einzelteile des Rotaformers
Ecke für den Alu-Rahmen
Ecke für den Alu-Rahmen
Rad für den Riemen
Rad für den Riemen
Drehknopf zum Befestigen 
Drehknopf zum Befestigen 


Erste Planzeichnung
Erste Planzeichnung
Einschalter und Regler für die Umdrehungsgeschwindigkeit
Einschalter und Regler für die Umdrehungsgeschwindigkeit
Motor mit Getriebe und Riemenrad
Motor mit Getriebe und Riemenrad
Hier die Katze voll mit Schokolade gefüllt und zu fest zum Zubeissen
Hier die Katze voll mit Schokolade gefüllt und zu fest zum Zubeissen


Tiefziehgerät

oder Vacuum Former - do it yourself

Zum 3D Druck gehört auch eine andere Technik, die in Minuten aus gedruckten Modellen Formen ertellt. z.B. um Schokoladenfiguren zu erstellen. Da dieses Gerät mehrere Hundert Euro kostet, haben wir es selber gebaut. Dafür wurden alle unsere CNC Maschinen benutzt.

Das Prinzip: Eine wärmeverformbare Folie zwischen 0,5 und ca 2 mm wird durch den Grill erwärmt bis sie stark durchhängt. Dann wird sie über das Modell gestülpt und die Luft durch einen Staubsauger abgesaugt. Dadurch schmiegt sich die Folie eng an das Modell an und ergibt eine neue Form.

 

Das Material besteht aus einem unbenutzten Tischgrill mit Temperaturregler, zwei Leimholzplatten und einem Sperrholzrest. Dazu eine kleine Lagerbox,  zwei kurze runde Tischbeine zum Anschrauben, Fensterdämmung, Magnete und Schrauben.Ein Klappbilderrahmen in Din A 4 nimmt die Kunststofffolie auf. Zur Verschönerung haben wir Alublech (Dachverkleidung) als Gehäuse gebogen und festgeschraubt. Und der Schneideplotter schnitt die Bezeichnung Vacuumformer und diese wurde aufgeklebt.

Foto: Eine Katze, die im 3D Druck erstellt ist, hat durch den Vacuumformer eine lebensmittelechte Form bekommen.

Hier ein frühes Foto: die beiden Tischbeine sind angeschraubt, der Tischgrill ist auf den Kopf gestellt und ebenfalls angeschraubt. Die kleine Lagerbox, Format 30 x 21 cm, steht schon da. (es könnte auch eine etwas größere genutzt werden, aber um später so wenig wie möglich Kunststoff zu verwenden, haben wir das kleinste Format gewählt).

Oben auf der Lagerbox ist die "Vacuumplatte" mit vielen kleinen Löchern, mit der CNC Fräse sehr vorsichtig gebohrt

(war eins der ersten Fräs-Projekte). Untere Bilder:

Zweite Leimholzplatte mit Aussparung für die Lochplatte und die Tischbeine, Fräsen der Löcher, Konstruktion, Drucken und Ansicht des Staubsaugeranschlusses. Zur Kennzeichnung die Folienbuchstaben vorm Kleben.

Test des Vacuum Formers mit einer Computermaus, hier der Alu-Klapprahmen und die Magnete an den beiden Rundstangen.
Test des Vacuum Formers mit einer Computermaus, hier der Alu-Klapprahmen und die Magnete an den beiden Rundstangen.
Vacuum Former: oben Tischgrill, in der Mitte die Folie im Klapprahmen und unten die Lochplattenkiste mit Staubsauger (ca 55 x 30 x 60 cm)
Vacuum Former: oben Tischgrill, in der Mitte die Folie im Klapprahmen und unten die Lochplattenkiste mit Staubsauger (ca 55 x 30 x 60 cm)

3D Druck

Die Druckform mit dem 3D-Drucker herzustellen hat geklappt !

Die Größe der Druckform war bescheiden, damit der Druck der Form nicht solange dauert. Aber die Form mit dem Schnitzmesser in Linolium zu schneiden, wäre ähnlich zeitaufwändig.

Künstler*innen würden die Nase rümpfen, wenn sie davon lesen, aber alle künstlerischen Techniken haben Veränderungen erfahren, warum nicht auch der Hochdruck?

Unser 3D-Drucker hat eine Druckgröße von 30 x 30 cm, damit ist z.B. ein Din A 3 Kalender mit Kalendarium größenmäßig möglich.

Zumindest etwas aussergewöhnliches!


Experimente

Unterschiede zwischen CNC Fräse und 3 D Drucker...

Hier die zwei Ergebnisse unseres Experiments: aus Holz haben wir ein kleines Gefäß gefräßt, daneben die gleiche Form, nur etwas höher mit dem 3 D Drucker.

Die CNC Fräse hat mehr Materialien, aus denen sie fräsen kann, Holz, Kunststoff, gute Fräsen auch Metalle. Der 3D Drucker kann verschiedene Kunststoffe drucken, aber kein Holz und kein Metall (spezielle sehr teuere Maschinen sollen dies schon können).

Bei der Größe der erstellbaren Objekte hat der 3D Drucker die Nase vorn, zwar mit sehr langen Druckzeiten kann unser Drucker bis zu 30 x 30 x 40 cm große Objekte erstellen, die CNC Fräse hat zwar auch ein Fräsformat von ca 30 x 18 cm, aber die Höhe (die von der Z-Achse und der nutzbaren Länge des Fräsmeißels abhängig ist) ist in unserem Fall nur ca 3 cm. Auch sind dünne Fräsmeißel (z.B. 0,8 mm) wegen den Belastungen nur wenige Millimeter als Fräse ausgebildet.

 

Die Konstruktion des Objekts für den 3D Drucker in Tinkercad: Millimetergenau kann hier das gewünschte Objekt erstellt werden, in diesem Fall aus einfachen Formen wie zweier Zylinder. Um in diesem Vergleichsfall ähnliche Objekte zu erzeugen, wurde nur die Höhe größer gewählt, die theoretisch bei unserer 3D Drucker bis 40 cm gehen könnte (ob die Statik bei einem so kleinen Durchmesser und damit Auflagefläche am Druckbett da mitspielt, ist zu bezweifeln).

Die Konstruktion des Zylinders für die CNC Fräse ist relativ einfach: zwei Kreise werden ins Programm (hier Estlcam) importiert, der größere wird als Aussen mit einer Tiefe von 26 mm und dem Fräser mit 3,175 mm Durchmesser gewählt und der kleinere Kreis wird bis zu einer Tiefe von 23 mm und dem gleichen Fräser linear "ausgefräst.

Auf dem Bild sind die Fräsbahnen dargestellt.

Zuerst muss die innere Fräsung erfolgen, dann erst die Äußere, die durch kleine Stege bis zum Schluss das Objekt mit dem Material verbindet. Sonst würden die ausgefrästen Teile unkontrollierbar irgendwann vorm Ende der Fräsung wegbrechen.

Ein Foto mit dem Holzzylinder und dem Fräsmeißel – daneben eine Testfräsung alles in relativ harter Buche
Ein Foto mit dem Holzzylinder und dem Fräsmeißel – daneben eine Testfräsung alles in relativ harter Buche
Flache Objekte, wie hier ein E-Gitarrenkorpus, sind gut für CNC Fräsen geeignet. (ein anderes Testobjekt, beidseitig gefräst)
Flache Objekte, wie hier ein E-Gitarrenkorpus, sind gut für CNC Fräsen geeignet. (ein anderes Testobjekt, beidseitig gefräst)

Alternative Energie

Beispiele: Windrad, Wasserstoff

Viele Geräte in unserer "Werkstatt" brauchen Energie, ob die Radierpresse mit Muskelkraft über ein Handrad angetrieben wird oder die CNC Fräse, der 3D Drucker oder der Schneideplotter über ein Netzteil: nichts läuft  ohne Energie. Selbst die kleinen Roboterarme brauchen oft Batterien oder beziehen ihre Energien durch den angeschlossenen Computer. Wie wird Energie erzeugt und gibt es Alternativen. Diese Frage stellten wir uns und besorgten Anschauungsmaterial. Neben so bekannten alternativen Quellen wie das Windrad, den Photovoltaikanlagen, fanden wir ein kleines mit Wasserstoff betriebenes Auto und einen Stirlingmotor, der mit einem Parabolspiegel durch Sonnenlicht angetrieben wird.

In dem Video seht ihr unser Windrad. Die verschiebbaren Zahnräder geben dem kleinen Generator verschiedene Drehzahlen. So kann auch bei nur leichtem Wind Strom erzeugt werden.


Wasserstoff statt Benzin

Modellauto mit Wasserstoff-Antrieb

Ein wasserstoffbetriebenes Modellauto mit Tankstelle (hier wird Wasserstoff durch Strom erzeugt) mit einer kleinen Solarzelle. In Oldenburg soll im ersten Quartal 2021 an der Cloppenburger Straße die erste Wasserstoff Tankstelle für Autos und gegebenfalls auch für Busse/Lkw eröffnen. Wir zeigen schon mal am Modell, wie es geht.

Interessant für Oldenburg ist die alte Oberleitungstechnik.

Hier hat Oldenburg 20 Jahre Erfahrung und war das Oberleitungsnetz vom Anblick gewohnt. Zu der Geschichte der Trollibusse und den neuesten Forschungen demnächst mehr.


Spielzeug Roboter

Zum Wegwerfen zu schade

Bei den Kleinanzeigen im Internet gibt es viele Verkaufsanzeigen für Spielroboter: Ungeöffnet, mein Kind hat kein Interesse, 1, 2 mal bespielt usw.

Es gibt sie sehr günstig, sie haben oft das Kindchenschema und dies soll wohl zeigen, so sieht ein Roboter aus.

Die Motoren, Sensoren und Programmierungshardware dieser Massenware kosten ein vielfaches des Spielzeugs und erwarten ein neues Gehäuse und eine neue Verwendung.

Zur Zeit muss dieser kleine Robot seine Wege mit einem dicken Filzstift aufzeichnen.


Formenbau Bootskörper

Was ist besser? 3d Druck - CNC Fräse - oder mit der Hand?

Ein kleines Boot mit verschiedenen Techniken herzustellen, war das Ziel. Wenn es ein Segelboot werden würde, könnten wir die Nähmaschine und die nicht vorhandene Mini-Drehbank für Segel und Mast einsetzen (Siehe Ausrüstung von einem Vorbild: Homepage des MINT-Schul-Labors an der Hochschule Darmstadt und der Mechatronik-AG des Gymnasiums Oberursel. Dort gibt es viele Anregungen!

Am schnellsten geht es sicher mit der Hand, sehr exakt wurde es aber nicht.

Im Foto links aus weissem Filament 3D gedruckt, in der Mitte mit der Hand geformt und rechts aus MDF  gefräst.

Ob diese Modelle schwimmen, müssten wir testen, vermutlich löst sich MDF in Wasser auf, die Modelliermasse ist zu schwer und nur das gedruckte Modell hat Chancen, nicht unterzugehen.

Der 3D Drucker braucht für die Form von ca 14 cm Länge etwa 2 Stunden ohne Stützstruktur und das Modell wurde vom Vakuum Former etwas eingedrückt (Lösung: verstärken mit Modelliermasse).

Die Folie bildete die Schichten des Druckers genau ab, da muss wohl geglättet werden.

Die CNC Fräse kann auch dreidimensional fräsen und hat für die gleiche Größe des Bootes mit einem 2 mm Fräser (sehr vorsichtig gefräst) ca 1 1/2 Stunden gebraucht, dass geht sicher noch schneller, aber hier müssen noch Tests zeigen, welches Material (Kunststoff, Mittelfeste Faserplatte oder Hartschaum) wie gefräst werden kann.


Mit der kostenlosen Software CURA wird die Datei des Bootes für den 3D Drucker aufbereitet, verschiedene Qualitätseinstellungen, Größe und andere teils wichtige Einstellungen sind zu lernen, bevor der Druck gut wird.

Mit der Software ESTLCAM bereiten wir die gleiche Datei wie für den 3D Drucker für die CNC Fräse vor, hier sind auch viele Einstellungen zu lernen, und je nach Material muss die Geschwindigkeit , der Vorschub und die Tiefe der Fräse eingestellt werden.

Hier die auf DinA 4 beschränkte Aufnahme des Vacuum Formers. Unser 3D Drucker kann theoretisch 30 x 30 x 40 cm (Druck dauert dann Tage) und unsere CNC Fräse bringt es auf ca 27 x 16 x 4 cm fräsbaren Bereich.



Eine Karosserie für ein Arduino Auto

Im Rahmen unseres digitalen Lernens

Eigentlich fängt mensch nicht mit der Hülle an:

Das Projekt, ein Auto mit dem Arduino Kleinstcomputer zu steuern, haben wir von aussen nach innen angefangen. Mit einem für 5 € erstandenen Citroen T.A 15 CV im Maßstab 1:24 als Vorlage für eine mit dem Vacuum Former gezogenen Hülle. Eigentlich wegen der Form (kaum unter sich gehende Stellen, die sonst Probleme beim Ablösen ergeben) stellt sich das Modell als "Königin der Straße", als Innovation des Autobaus u.a. heraus. LINK Wikipedia

Erstaunlicherweise ist die Hülle trotz einer sehr dünnen Folie stabil, mit einer Größe von 19 x 7 x 7 cm sollten die Minicomputer eigentlich Platz haben... oder?

Die transparente Folie ergibt eine glatte, leicht glänzende Oberfläche und nur bei den Fenstern ist der unsaubere Pinselstrich zu erkennen. Die Kanten des gezogenen Modells wurden mit der Hitze eines Teelichts erwärmt und umgebörtelt. Für das erste Modell eine erstaunliche Qualität! Und bis jetzt die benötigte Zeit: Modell vorbereiten (Schließen der Fenster und anderer Löcher mit einer Paste): ca 15 min; Folie erwärmen und Formen: ca 8 min; ausformen, ausschneiden und Kanten umbörteln: 20 min und dann von innen mit Acrylfarbe ausmalen, ca 15 min. Also ungefähr eine Stunde Zeit für die Herstellung der selbsttragenden Karosserie – machbar im Rahmen eines Workshops - bis hierhin noch analog. Jetzt wird mit Hilfe des 3D Druckers der Kühlergrill, die Scheinwerfer und die Stoßstangen gedruckt, aber vorher müssen sie noch mit Hilfe von Software entworfen werden.


Zusammenhänge finden

In dem Projekt "Kunst und Technik" Geschichte erfahrbar machen

Was hat z.B. Linoldruck mit den Sinti und Roma zu tun?

Als erstes natürlich die Künstler*innen, die Linoleum als preiswertes Druckmedium benutzten und eventuell Modelle der Sinti und Roma kostenlos abbildeten, denn Modelle waren selten umsonst. Aber auch die Geschichte der Industrialisierung, z.B. an Hand der nahegelegenen Stadt Delmenhorst mit ihrer Linoleum- und Jutefabrik, mit Kinderarbeit, vielen Zuwanderern aus Osteuropa, mit Fremdenfeindlichkeit usw., beeinflusste das Zusammenleben.

Das ist eine Ebene, die uns vorschwebt, wenn wir unser Projekt "Kunst und Technik" genauer beschreiben wollen.


3D Technik im RomnoKher

Werkzeuge über 3 Ebenen mit Software bewegen

Eigentlich reduziert sich viele moderne Technik auf das Bewegen von mehreren (Schritt-) Motoren  durch Software, ob dies ein 3 D Drucker, ein Schneideplotter, eine CNC-Fräse, ein CO2 Laserplotter oder ein Vertikalplotter ist: alle bewegen ein Werkzeug (Schmelzvorrichtung, Schneidemesser, Spindelmotor mit Fräse, Laser oder Filzstift an durch Software gesteuerte Wegen, manchmal sind die Werkzeuge austauschbar – der 3 D Drucker mit Filzstift, LED Laser oder gar Fräse.

Auf den Tischen stehen 4 Roboterarme, Kinderspielzeug, aber um das Prinzip zu verstehen und mit den Händen kleine Würfel zu transportieren und auf einander zu stellen, reichen sie. Zwei sind mit Handsteuerung und Computersteuerung, einer mit hydraulischer Steuerung und einer eine Minicomputer gesteuerte Handysteuerung.


Der 3D Drucker braucht sehr lange und ist nichts für eben mal kurz etwas ausdrucken. Auf dem Foto druckt er (sie?) die Gondel für den Vertikalplotter, ein anderes technisches Gerät.

Das ist u.a. das Interessante an diesem Drucker:

z.B. wird die Absauganlage für die Späne und Staub produzierende CNC Fräse hiermit gedruckt.

Formen für das Tiefziehgerät und Druckformen für die Druckpresse sind damit erstellbar, als Ergebnis für die Künstlerische Praxis im RomnoKher.

Link zu den WORKSHOP


Der kleine Käsehobel, wie dieses CNC-Graviermaschinchen genannt wird. Auch sie wird für Druckformen genutzt, d.h. in Linoliumplatten wird ca 2 mm tief gefräst und dann mit der Druckerpresse gedruckt.

Eine zweite Arbeit wird die Lochplatte für das Tiefziehgerät werden: alle 10 mm ein Loch, 30 cm x 16 cm: 480 Löcher...

Gesteuert entweder mit einem Kontrollpult oder vom PC mit Software. Ein großer transparenter Plastikkasten schützt vor Spänen und eventuell abbrechenden Fräsen. (hier auf dem Foto zur besseren Sicht abgenommen).

 



Hier unser erstes Video: der hydraulische Roboterarm, bestehend aus 239 Plastikteilen, etwas fragil aber feinfühlig zu steuern.



Der Roboterarm mit Webkamera: hier werden Videoaufnahmen der verschiedenen Techniken auf Monitore oder gar per Beamer auf die große Leinwand geschickt, ferngesteuert von Kamerafrau oder -mann.

Ein 3D gedruckter Roboterarm. Es hat viele Stunden Druckzeit benötigt, dabei ist der Greifer nicht gedruckt worden, sondern ihn soll ein Elektromagnet bzw. ein Vacuumsauger ersetzen.



Pop-Up Karte mit dem Schneideplotter, dreidimensional aus Papier. Lotte Reiniger, berühmt für ihre Scherenschnittfilme, die sie per Hand erstellte, ist zu bewundern, siehe Video...

Scherenschnitt von Lotte Reiniger trifft auf die Musik von gimpelakwa und die Schnittkunst von Steffen Koch.

"Carmen" als bekannteste Oper, das mit dem antiziganistischen Bild der "schönen Gypsy" hier nicht mit deren Tod endet.



Der Schneide- und Stiftplotter, auf dem Papier und Stoff geplottet wird, z.B. als Schneideschablone für Siebdruck, als Popup-Karten, als Platinenmuster.

Der selber konstruierte Vacuum Former / Tiefziehgerät ermöglicht Formen aus dünner Kunststoff-Folie herzustellen. Der Künstler Claes Oldenburg benutzte diese Technik für seine Bilder/Kunstwerke. Unserer erweitert den 3D Drucker