Weih­nacht­liche Laterne

Du baust eine Laterne, für die du die Fenster selbst gestaltest. Du lernst dabei folgende Techniken und Anwendungen kennen:

• 3D-Modelle erstellen mit der CAD-Plattform OnShape.
• Vektorgrafiken zusammenstellen mit Adobe Illustrator.
• 3D-Modelle bearbeitne mit TinkerCAD.
• 3D-Modelle für den 3D-Druck vorbereiten mit Prusa Slicer und anschliesend drucken.

1. Erstelle ein Konto auf OnShape (Gratiskonto, für private Nutzung).
2. Auf OnShape erstellst du das 3D-Modell des Fensters. Unten siehst du, wie dein 3D-Modell am Ende aussehen soll. Beachte folgende Hinweise:
   1. Das Fenster besteht aus zwei aufeinanderliegenden Quadern:
      1. Der untere Quader ist 87.8 mm hoch, 47.4 mm breit und 1 mm tief.
      2. Der obere Quader ist 83.8 mm hoch, 43.4 mm breit und 1 mm tief.
      3. Die beiden Quader liegen mittig aufeinander, sodass die Abstände auf allen Seiten 2 mm sind.
   2. In OnShape zeichnest du immer erst eine 2D-Skizze, die du dann in die dritte Dimension ausdehnst. So ensteht ein dreidimensionaler Körper. Auf eine Fläche dieses Körpers kannst du wiederum eine 2D-Skizze zeichnen und ausdehen. Je nach Richtung der Ausdehnung wird zum bestehenden Körper etwas hinzugefügt oder von diesem abgezogen.
   3. Um eine Skizze zu zeichnen, drückst du die entsprechende Taste (Sketch). Dann musst du die Ebene wählen, auf der du die Skizze zeichnest. Jetzt kannst du zeichnen: Oben sollten nun 2D-Werkzeuge (Rechteck, Kreis etc.) anwählbar sein. Wähle die Perspektive so, dass du frontal auf die Skizze blickst (mit dem Würfel oben rechts).
   4. Beim Zeichnen einer Skizze ist wichtig, dass sämltiche Punkte eindeutig, aber nicht mehrfach definiert sind. Beispiel: Ein einfaches Rechteck kannst du…
      1. von einem bestehenden Punkt zu einem anderen bestehenden Punkt ziehen ODER
      2. bei einem bestehenden Punkt beginnen und dann die Höhe und Breite festlegen.
      3. ABER nicht beides.
   5. Um die Seitenlängen festzulegen, ziehst du das Rechteck erst auf irgendeine Grösse auf, dann bestätigst du beide angezeigten Abmessungen mit der Enter-Taste (zwei mal Enter) und drückst die Esacpe-Taste. Jetzt kannst du die Abmessungen via Doppelklick editieren.
   6. Wenn deine Skizze fertig ist, beendest du den Skizzen-Modus mit Klick aufs grüne Häckchen.
   7. Jetzt kannst du die Skizze z. B. ausdehnen (Extrude).
3. Wenn dein 3D-Modell fertig ist und alle Abmessungen stimmen: Wähle es im Fenster unten links aus und exportiere es via Rechtsklick als STL-Datei mit sinnvollem Namen. Die Datei wird im Download-Ordner gespeichert.

1. Installiere falls nötig die aktuelle Version von Adobe Illustrator.
2. Lade diese Illustrator-Vorlage in deinen Projektordner und entpacke sie dort. Du solltest nun eine Datei mit Dateiendung .ait haben (adobe illustrator template).
3. Öffne Illustrator (Lizenz über KSR-Konto) und öffne die Vorlage. Du siehst eine Zeichnungsfläche im Hochformat mit Tannenbaum.
   1. Hinweis: Diese Zeichenfläche ist in der Höhe 10 mm kürzer als das 3D-Modell, das du in Aufgabe 1 gezeichnet hast. Die oberen 10 mm vom Fenster werden nämlich vom Deckel verdeckt. Das musst du beachten, wenn du später die 2D-Zeichnungen in die 3D-Modelle einfügst!
4. Ausgehend von dieser Vorlage erstellst du nun vier Vektor-Zeichnungen für die vier Fenster. Speichere jede Zeichnung in einer separaten Illustrator-Datei, z.B. „Fenster1.ai“ Beachte dabei Folgendes:
   1. Verwende ausschliesslich Vektor-Zeichnungen, keine pixelbasierten Bildformate. Frag die Lehrperson, falls dir der Unterschied nicht klar ist.
      1. Hier hat es ein paar Illustrator-Dateien mit vielen weihnachtlichen Vektor-Zeichnungen
      2. Wenn du im Internet nach Bildern suchst, gib zusätzlich zum Suchbegriff „vector“ oder „svg“ ein. Die meisten Resultate verweisen aber auf kostenpflichtige Bilder.
   2. Füge Zeichnungen mit Copy-Paste oder via Datei→Platzieren in deine Illustrator-Zeichnung ein. Speichere deine Illustraterzeichnung regelmässig (Datei-Endung .ai)
   3. Deine Zeichnung sollte nicht zu viele und nicht zu kleine Elemente haben:
      1. Zu viele Elemente überfordern Tinkercad, das du in Aufgabe 3 benutzen wirst.
      2. Zu kleine Elemente überfordern den 3D-Drucker, dessen Filament 0.4 mm dick ist.
   4. Wenn du die Fenster fertig gestellt hast: Speichere sie zusätzlich als SVG-Dateien: Datei→Exportieren. Am Ende hast du vier SVG-Dateien.

1. Gehe auf die Seite https://www.tinkercad.com und erstelle ein persönliches Konto (kein Schüler:innen-Konto).
2. Erstelle ein neues 3D-Design (3D-Entwurf).
3. Importiere das 3D-Modell (STL-Datei), das du in Aufgabe 1 erstellt hast.
   1. Die Einheiten sollten in Millimeter sein.
   2. Die Bemaßungen sollten sein: 2, 47.4, 87.8.
4. Kippe das Fenster um 90° und verschiebe es, sodass es bündig auf der Grundebene liegt (siehe erstes Bild unten).
5. Importiere nun das erste Fenster (SVG-Datei, wieder über die Taste Importieren).
   1. Setze die Länge auf 73.8 und klicke dann auf Importieren. Es kann etwas dauern.
6. Die importierte Zeichnung ist nun ein Volumenköroer und ragt aus dem Fenster heraus. Wir wollen aber, dass die Zeichnung in das Fenster hineingeschnitten wird. Hierzu wählst du sie aus und klickst auf Bohrung (siehe Bilder unten).
7. Setze die Höhe der Bohrung auf 2 mm und drücke Enter.
8. Wähle die Ansicht von oben und platziere die Bohrung stimmig in der Höhe und Breite.
   1. Achte auf 10 mm Abstand von der oberen Kante.
9. Wähle die Ansicht von vorne und wechsle von der perspektivischen zur flachen Ansicht. Jetzt platzierst du die Bohrung in der Höhe: Sie muss 0.4 mm über Boden liegen (und 0.4 mm über das Fenster hinausgehen, siehe Bilder unten).
10. Exportiere das 3D-Modell deines fertigen Fensters als STL-Datei.
11. Erstelle die restlichen drei Fenster in gleicher Weise.

Du hast nun 3D-Modelle im Format STL. Dem 3D-Drucker übermitteln wir aber nicht ein 3D-Modell. Dieser druckt das Filament Schicht für Schicht von unten nach oben. Wir geben ihm eine Datei, die für jede Schicht festlegt, wo der Drucker drucken muss. Hierzu müssen wir unsere 3D-Modelle in mehrere Schichten oder Scheiben (engl. slices) schneiden. Das tun wir mit dem Programm Prusa Slicer.

Für die fertige Laterne benötigst du insgesamt 6 Teile, die du in 3 Druckaufträgen druckst:

1. Die vier Fenster
2. Das Gerüst der Laterne
3. Den Deckel der Laterne

Hier die STL-Dateien für Gerüst und Deckel. Die Farben des Filaments wählst du selbst. Für die Fenster brauchst du eine helle Farbe (weiss oder gelb). Tipp: Arbeitet zusammen und druckt vielleicht gleich mehrere Laternen oder mehrere Deckel auf einmal.

1. Lade und Installiere den Prusa Slicer.
2. Beim ersten Öffnen kannst du konfigurieren: Wähle die Profile für folgende Drucker:
   1. Original Prusa i3 MK3S + MK3S+ (0.4 nozzle).
   2. Original Prusa MK4 Input Shaper (0.4 nozzle).
3. Wähle rechts den Drucker aus, auf dem du drucken wirst. Die Druckplatte zeigt den Namen des Druckers.
4. Wähle auch das richtige Filament-Material: PLA.
5. Importiere das oder die zu druckende(n) Modell(e).
   1. Wenn du mehrere hast: Platziere sie gleichmässig: das geht per Knopfdruck.
   2. Für den Deckel: Hier musst du sicherstellen, dass Stützen gedruckt werden. Frage ggf. die Lehrperson.
6. Klicke rechts auf Slice now.
   1. Es wird das Modell in Schichten angezeigt.
   2. Es sollte keine Warnung angezeigt werden.
   3. Mit der orangen Säule kannst du durch die Schichten fahren und den Aufbau Schicht für Schicht ansehen.
7. Wenn alles gut ist: Klicke auf Export G-code. Speichere den G-Code auf der SD-Karte des 3D-Druckers.
8. Wähle beim 3D-Drucker eine geeignete Druckplatte und reinige sie wenn nötig mit Isopropanol (für die Laternenteile eignet sich die flache Platte ohne Textur).
9. Stecke die SD-Karte in den 3D-Drucker und starte den Druck. Beobachte solange, bis mindestens die ersten zwei bis drei Schichten korrekt gedruckt sind. In dieser Phase passieren die meisten Druckfehler.

1. Entferne vom Deckel der Laterne das Stützmaterial. Verwende eine Flach-/Spitzange.
2. Baue die gedruckten Teile zusammen.
3. Baue evtl die elektrische Kerze um, sodass sie etwas heller leuchet.