Zwei Schüler mit FFP2-Masken sitzen gemeinsam an einem Tisch, vor sich einen Bausatz für einen Greifarm. Sie schauen sich an und überlegen, was als nächstes zu tun ist.

Schüler-Praktikum

Schülerinnen und Schüler können im MINT-Schul-Labor an der h_da ihr Pflicht-Schulpraktikum absolvieren. Im Januar 2022 waren es - unter strengen Coronaregeln - 8 Schülerinnen und Schüler der 9. Klasse der Viktoriaschule Darmstadt. Was ihnen besonders gefallen hat, fasste Jaouad zusammen: „Ich fand es toll, dass es keinen festen Zeitplan gab, dass wir selbst bestimmen konnten, was wir bauen und testen wollen und alles recht flexibel ablief.“ Jule und Lara fügten noch hinzu: „Wir durften frei ausprobieren und völlig selbstständig arbeiten.“ Aber natürlich mussten zuerst die Geräte und ihre sachgerechte Bedienung erklärt werden. Dazu meinte Tom, der sich besonders für die 3D-Simulationen am Rechner begeisterte, dass es manchmal ein „recht langsames Anlaufen war, bis alles erklärt war und man endlich anfangen durfte.“

Und welche Versuche begeisterten die Schülerinnen und Schüler am meisten? Hannes und Jannis Finn: „3D-Drucker kannten wir nur von youtube-Videos. Wir finden es toll, dass wir das hier jetzt selbst ausprobieren konnten. Man hat ja sonst nicht die Möglichkeit dazu. Wer hat schon solche Geräte?“ Ein weiterer Favorit war für Daniel das Roboter-Solarauto.

Exemplarische Arbeiten aus früheren Schüler-Praktika:

Filament-3D-Druck durch Materialextrusion und UV-Resin-3D-Druck
Maker-Projekt zu einem ferngesteuerten Auto mit integrierter Mini-Cam, basierend auf einem Raspberry3-Controller

3D-Druck

- ein Beitrag von Jaeyoung und Katharina (Gymnasium Oberursel) -

Im Rahmen unseres Praktikums an der Hochschule Darmstadt haben wir uns mit dem 3D-Druck beschäftigt, und zwar mit zwei Verfahren:

Filament-3D-Druck durch Materialextrusion
UV-Resin-3D-Druck

Beim Filament-3D-Druckverfahren zieht der Drucker einen Kunststoff-Filament-Faden in den Druckkopf ein und erhitzt diesen, damit flüssiges Material in den Druckbereich fließen kann. Zunächst wird die erste Materialschicht durch XY-Bewegung des Druckkopfes direkt auf die Druckplatte aufgetragen. Die nachfolgenden Schichten werden auf diese Weise auf dem Körper des gedruckten Objekts weiter verteilt und aufgebaut. Dabei werden auch sogenannte Stützstrukturen gedruckt, die für die Stabilisierung von Geometrie-Überhängen eine sehr wichtige Rolle spielen. Je nach Druckobjekt können sie entfernt oder in das Druckobjekt eingebaut werden.

Das Foto zeigt vier Objekte, die im Rahmen des Schulpraktikums mit 3D-Druckern hergestellt wurden: einen achteckigen Stifthalter aus schwarzem Kunststoff, ein Gebäude mit einem Säulenportal aus weißem Kunststoff und aus grünem Kunststoff zwei futuristische, sehr filigrane Bäume.

Beim UV-Resin-3D-Druck ist die Druckplattform im Gegensatz zum Filament "Überkopf" am oberen Ende des Druckbereichs angebracht und das Druckobjekt wird durch entsprechende Z-Bewegung von oben nach unten gedruckt. Durch die Verwendung eines Resin-Bades härtet das Druckobjekt aus und wird fest, während es UV-Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 400nm ausgesetzt wird.

Beim Einrichten für den Druck sollte die Stützschicht (Infill...) entsprechend auf das Druckobjekt eingestellt werden, da sie sonst schwer zu entfernen ist und dabei das eigentliche Objekt zerstört werden könnte.

In unserem Projekt haben wir beide Methoden verwendet. Bei der Resin-Methode war es im Vergleich zum Filament-Verfahren schwieriger, die Stützstrukturen zu entfernen. Wir haben einen selbst designten Kunstbaum, ein Gebäude und einen Stifthalter hergestellt.

Ferngesteuertes Auto mit Mini-Cam

- ein Beitrag von Tim (Gymnasium Oberursel) -

Die beiden Fotos zeigen ein dreirädrige Auto von der Seite und von vorne. Das einzelne Hinterrad ist starr montiert. Die beiden Vorderräder verfügen jeweils über einen DC-Motor, dessen Laufgeschwindigkeit vom Controller gesteuert wird. Die Lenkung erfolgt aber ein Lenkgestänge an der Vorderachse, welches über einen Encoder-Motor angesteuert wird. Zwischen den Vorderrädern ist eine Mini-Cam angebracht. Das Fahrzeug besteh nur aus dem Unterbau (Räder und Achsen) sowie dem Aufbau aus Instrumenten, Steuerung und Akkus. Viele bunte Kabel domineren das Bild.

Dieses dreirädrige Auto stammt aus einem Bausatz der Firma freenove.com. Das (einzelne) Hinterrad ist starr montiert. Die beiden Vorderräder verfügen jeweils über einen DC-Motor, deren Laufgeschwindigkeit vom Controller gesteuert wird. Die Lenkung erfolgt aber über ein Lenkgestänge an der Vorderachse, welches über einen Encoder-Motor angesteuert wird. Über einen Schwenkarm lässt sich die Mini-Cam ausrichten, welche ein kontinuierliches Video-Signal streamt.

Die Hardware

Die mechanischen Teile aus Kunststoff, Metall und Gummi sind im Bausatz enthalten und lassen sich einfach zusammenbauen. Als Aktoren werden zwei DC- und drei Encoder-Motoren verwendet. Zusätzlich ist das Auto mit einem Buzzer und einer großen RGB-LED ausgestattet, um "(licht-)hupen" zu können. Als Sensor kann man entweder die Mini-Cam oder einen Ultraschall-Sensor anschließen.

Auf dem Auto wird ein Raspberry Pi mit einem zusätzlichen Hardware-Shield montiert. Das Shield "hilft" dem Raspberry Pi bei der Kommunikation mit den Sensoren und Aktoren, u.a. liefert es höhere elektrische Leistungen für den Betrieb der Motoren. Unter dem Fahrzeug ist ein Akku montiert, der die Hardware beim Fahren mit elektrischer Energie versorgt.

Wenn das Auto fährt, können die Kabel-Anschlüsse für Tastatur, Maus und Monitor des Raspberry Pi nicht mehr verwenden werden. In diesem Fall ist der Controller über WLAN wahlweise mit einem Remote-PC oder einem Smartphone (über eine App) verbunden:

Die Software und Programmierung

Beschäftigt man sich zum ersten Mal mit diesem Bausatz und dem Raspberry Pi, kann man zunächst die mitgelieferten Software-Programme und Apps benutzen. Im nächsten Schritt kann man eigene Steuerprogramme in der Programmiersprache Python erstellen und am Gerät testen.