Projet de découpe au laser à mortaise et tenon de bourdon avec LaserMaker

Dans ce projet d'ingénierie STEAM, les étudiants conçoivent et fabriquent un modèle de bourdon découpé au laser à l'aide de LaserMaker. La leçon relie l'observation des insectes, la structure symétrique, la décomposition géométrique, les joints à mortaise et tenon, la conception de pièces minces, le traçage, la gravure, la découpe et l'assemblage pratique.

1. Aperçu de la leçon

1.1 Objectif du projet

Les élèves concevront un modèle de bourdon en brisant l'insecte en parties séparées, en dessinant chaque partie dans LaserMaker, en ajoutant des connexions à mortaise et à tenon, en réglant la gravure, en traçant et en coupant des couches, et en assemblant le modèle fini.

1.2 Utilisation recommandée en classe

2. Objectifs d'apprentissage

2.1 Ce que les élèves apprendront

2.2 Compétences VAPEUR Développées

2.3 Faire responsable

Les élèves peuvent étudier des modèles d'insectes existants pour s'inspirer, mais leur travail final devrait inclure leurs propres améliorations, leurs choix créatifs et les décisions de conception appropriées à l'école.

3. Contexte du monde réel: de l'anatomie du bourdon au modèle laser

Les bourdons ont des caractéristiques d'insectes claires, y compris une tête, un thorax, un abdomen, trois paires de pattes, des antennes, des yeux composés et des ailes. Leur forme de corps est principalement symétrique le long de l'axe central, ce qui en fait un sujet utile pour étudier la conception des pièces et les structures en miroir.

Dans cette leçon, les élèves observent des formes de bourdons et traduisent le corps, le visage, les antennes, les ailes et les jambes en pièces simplifiées découpées au laser qui peuvent être assemblées avec des joints à mortaise et à tenon.

4. Considérations de conception et d'ingénierie

Avant de dessiner dans LaserMaker, les élèves doivent analyser le bourdon à la fois comme une forme d'insecte et une structure assemblée.

5. Lesson Procedure

5.1 Recherche, mesure et esquisse le bourdon

Les élèves doivent regarder des images de bourdons et identifier les principales sections du corps, les antennes, les ailes, les pattes et la symétrie. Ils doivent décider de la taille du modèle et enregistrer les dimensions avant de dessiner dans LaserMaker.

Après la mesure, les élèves doivent esquisser le modèle de bourdon, y compris le corps, le visage, les antennes, les ailes, les jambes, le motif de rayures et les positions des articulations.

5.2 Dessiner le corps du bourdon et les caractéristiques de connexion

Utilisez l'Outil Ovale pour dessiner les sections principales du corps. Dans le flux de travail source, l'ovale de la tête fait 20mm de large et 15mm de haut, l'ovale de la poitrine fait 25mm de large et 20mm de haut, et l'ovale de l'abdomen fait 45mm de large et 25mm de haut.

Déplacez les ovales pour que leurs extrémités se rencontrent, puis utilisez l'outil Union pour les combiner en une seule forme de corps.

Utilisez l'outil Rectangle pour dessiner un tenon carré de 3mm pour relier le corps au visage. Alignez-le avec le milieu de la tête et fusionnez-le avec la forme du corps.

Utilisez l'outil Rectangle, la rotation et le jeu de différences pour créer des douilles inclinées pour les antennes et les ailes. Dans le flux de travail source, les rectangles ont une largeur de 3mm et une hauteur de 4mm et sont tournés de 15 degrés avant de couper les douilles.

Utilisez l'outil Rectangle et le tableau rectangulaire pour dessiner les bases de connexion des jambes sur l'abdomen, puis créez des formes de rayures pour l'abdomen en utilisant des rectangles répétés.

5.3 Dessiner le visage de bourdon

Utilisez l'outil Rectangle pour dessiner le contour du visage. Dans le flux de travail source, le rectangle a une largeur de 15mm et une hauteur de 8mm. Ajouter un carré de 3mm au centre comme base de connexion entre le visage et la tête.

Utilisez des cercles concentriques de la galerie pour créer les yeux. Dans le flux de travail source, le cercle extérieur est de 4mm et le cercle intérieur est de 1,5mm. Copiez la forme des yeux et alignez les deux yeux des deux côtés du visage.

5.4 Dessinez les antennes, les ailes et les pattes

Pour la base de l'antenne, utilisez l'outil Rectangle pour dessiner un rectangle de 9mm sur 5mm et un carré de 3mm. Alignez le carré au bas du rectangle, puis utilisez le jeu de différences pour créer la fonction de fente.

Utilisez des rectangles tournés et l'outil Union pour créer une antenne, puis copiez-la et retournez-la horizontalement pour former une paire symétrique. Fusionner les antennes avec la base.

Pour les ailes, dessinez la base avec un rectangle et de petites caractéristiques carrées, puis dessinez la forme de l'aile avec un ovale et un tenon rectangle tourné. Utilisez l'outil Union pour fusionner l'aile en une seule partie.

Pour les jambes, dessinez d'abord le tenon en utilisant un rectangle et un carré avec Difference Set. Ensuite, utilisez des rectangles tournés pour former les segments de jambe, copiez-les et retournez-les pour faire une paire, et utilisez Rectangular Array pour créer trois paires de jambes.

Une fois le corps, le visage, les antennes, les ailes et les pattes terminés, examinez le dessin complet du bourdon avant de définir les couches de traitement.

5.5 Définir les paramètres de gravure, de traçage et de coupe

Sélectionnez les objets de la bande de l'abdomen et les affecter à la couche de gravure peu profonde jaune. Dans le flux de travail source, le matériau est défini sur une feuille acrylique, le processus est défini sur une gravure peu profonde et l'épaisseur de traitement est définie sur 0,1mm.

Sélectionnez l'objet visage de bourdon et affectez-le au calque de traçage rouge. Dans le flux de travail source, le matériau est défini sur une plaque acrylique, le processus est défini sur une ligne de traçage et l'épaisseur de traitement est définie sur 0,1mm.

Sélectionnez les objets bourdons restants et affectez-les à la couche de coupe noire. Dans le flux de travail source, le matériau est réglé sur plaque acrylique, le processus est réglé sur la découpe et l'épaisseur de traitement est définie sur 3mm.

Organiser la séquence de processus comme gravure peu profonde → traçage → coupe. Cela permet de traiter d'abord les détails de la surface, puis les détails de la ligne, et enfin les contours coupés.

5.6 Tester, déboguer et améliorer

6. Projet fini

Une fois les réglages finaux confirmés, les élèves peuvent compléter le processus de gravure, de traçage et de découpe, puis assembler le corps, le visage, les antennes, les ailes et les jambes du bourdon avec les joints conçus.

7. Défi d'extension

Après avoir terminé le bourdon, les élèves peuvent utiliser la même méthode de conception de mortaise et de tenon pour créer un autre modèle animal. La leçon source suggère de dessiner une souris à mortaise et tenon dans LaserMaker.

8. Galerie d'inspiration

Les exemples suivants peuvent être utilisés pour la discussion en classe et l'inspiration de conception. Encouragez les élèves à comparer la décomposition des pièces, le placement des articulations, la symétrie, la conception des pièces minces et les résultats de l'assemblage final.

9. Note d'équipement pour les enseignants

Ce projet convient aux coupeurs de laser de salle de classe qui soutiennent la gravure de petit-format, le traçage, et la coupe des matériaux de feuille. Pour des écoles, des makerspaces, et des laboratoires de la VAPEUR de débutant, des projets comme des modèles de bourdon, des structures animales, des modèles de mortaise-et-tenon, des ornements de mince-partie, et des assemblages de plat-paquet peuvent être accomplis avec un coupeur de laser de salle de classe tel queSérie de boulons laser Thunder.

Les enseignants peuvent choisir la machine et la configuration du matériel en fonction de l'espace en classe, de l'épaisseur du matériau, de la taille de la pièce, de l'ajustement des articulations et des objectifs d'apprentissage. Le même flux de travail mortaise et tenon peut également être adapté à d'autres machines laser CO2 lorsque les étudiants passent à des modèles animaux plus grands ou à des défis d'ingénierie plus avancés.