FACHBEREICH HOLZ: VERBINDUNGSARTEN

    Bonus-Lektion

    Einführung in die 3D-Modellierung

    Durch 3D-Modellierung ist es möglich, digitale Objekte in drei Dimensionen (daher die Bezeichnung '3D') zu erstellen und zu betrachten. Dies ermöglicht die räumliche Ansicht von allen Seiten und somit die realistische, greifbare Veranschaulichung von Gegenständen. Zum Erstellen von digitalen 3D-Modellen werden spezielle, darauf ausgelegte Computerprogramme benötigt. Es gibt viele verschiedene Programme mit unterschiedlichen Preis- und Komplexitätsstufen.


    Beispiel: verschiedene Perspektiven auf dasselbe Modell eines Wandhakens

    Die Technologie findet in vielen Berufsfeldern Anwendung. In der Architektur werden 3D-Modelle zum Planen und Entwerfen von Gebäuden verwendet. Gleichzeitig eignen sie sich ideal, um den Kundinnen und Kunden ein annähernd realitätsgetreues Abbild ihres zukünftigen Hauses zu zeigen, das anschaulicher ist, als zweidimensionale Baupläne. Gleichzeitig wird 3D-Software in der Unterhaltungsbranche zum Erschaffen ganzer Animationsfilme und Videospiele eingesetzt.

    Auch im Ingenieurwesen werden zunächst dreidimensionale Computermodelle von neuen Bauteilen angefertigt. Auf der einen Seite dient dies der Planung, da benötigte Änderungen am Modell mit Hilfe des Programms schnell vorgenommen werden können. Auf der anderen Seite kann ein auf diese Weise erstelltes Modell mit einem 3D-Drucker unmittelbar ausgedruckt werden. So gehen Konzeption und Produktion nahtlos ineinander über.

    Hinzu kommt die Anwendung in verschiedensten anderen Gebieten, unter anderem der Werbebranche, dem Produktdesign oder dem Modellbau.


    Beispiele verschiedener Anwendungsarten von 3D-Modellierung

    3D-Druck

    Zusätzlich dazu ist es möglich, aus einem 3D-Modell ein reales, physisches Objekt zu erzeugen. Dafür wird ein 3D-Drucker benötigt. Dieser schmilzt Kunststoff ein und druckt diesen schichtenweise in Form des gewünschten Modells. Die Herstellung eines Produkts mit einem 3D-Drucker kann eine Alternative zur manuellen und zur industriellen Fertigung darstellen. Zum Einsatz kommt diese Technologie häufig bei der Herstellung von Prototypen, aber auch fertigen Bau- und Ersatzteilen, z.B. in der Luft- und Raumfahrtbranche. In der Medizin werden bereits Prothesen aus dem 3D-Drucker eingesetzt und auch Wände von Häusern können mit speziellen Zementdruckern Schicht für Schicht errichtet werden.

    Das am Computer entworfene 3D-Modell wird abgespeichert und an den 3D-Drucker übermittelt. Dies erfolgt zum Beispiel mit einer Speicherkarte.


    Am 3D-Drucker befinden sich eine oder mehrere Spulen einer dünnen Schnur aus Kunststoff. Aus diesem Material werden die Objekte gedruckt. Zu Beginn wird die Schnur in den Drucker eingefädelt. Dieser wickelt beim Drucken automatisch kontinuierlich so viel Material ab, wie er zur Fertigung des jeweiligen Objekts benötigt.


    Die Kunststoffschnur wird dann in den Druckkopf eingezogen. Dort wird sie so stark erhitzt, dass sie schmilzt und dadurch formbar gemacht wird. Dann wird der geschmolzene Kunststoff aus der Drüse am Druckkopf heruasgedrückt.


    So wird das Modell nach und nach auf der unten im Drucker befindlichen Platte aufgebaut. Über die Gestänge im Drucker ist der Druckkopf auf drei Achsen beweglich und kann so jede Stelle erreichen. Auf diese Weise kann er die Form des 3D-Modells genau nachzeichnen. Dabei legt er das Material, das auf der Platte schnell abkühlt und erhärtet, Schicht für Schicht übereinander, bis das Objekt vollständig gedruckt ist.


    Beispielprogramm: Tinkercad

    Bei Tinkercad handelt es sich um ein Programm für 3D-Modellierung, das besonders einstiegsfreundlich gestaltet ist. Herausgegeben wird es von der Firma Autodesk, die marktführend im Bereich 3D-Software ist und verschiedene Programme für unterschiedliche Zwecke und Professionalitätsgrade anbietet. Tinkercad kann kostenlos im Internet verwendet werden.

    zu Tinkercad

                                Die Arbeitsoberfläche von Tinkercad

    Im Zentrum der Anwendung steht die Arbeitsebene, auf der man Ansicht auf das Modell hat, an dem man gerade arbeitet. Mit Hilfe der Maus oder des Touchpads kann man über die Arbeitsebene navigieren. Die Verwendung einer Maus wird empfohlen.

    • beim Gedrückthalten und anschließenden Bewegen der rechten Maustaste kann man seine Sicht um das Modell herum drehen
    • mit der mittleren Maustaste (Druck auf das Mausrad) kann man auf die gleiche Weise seine Sicht hin- und herbewegen
    • außerdem kann das Mausrad durch Drehen zum Zoomen verwendet werden
    • die linke Maustaste dient zum Markieren und Auswählen von Objekten

     

    Auf der rechten Seite des Bildschirms findet sich eine Auswahl grundlegender Formen, die man als Basis für sein Modell verwenden kann. Klickt man eine der Formen mit der linken Maustaste an und bewegt die Maus über die Arbeitsfläche, kann man die Position der Form bestimmen. Betätigt man die linke Maustaste erneut, wird die Form auf der Fläche platziert.

    Ein Objekt, das sich auf der Arbeitsebene befindet, kann mit der linken Maustaste angeklickt werden, um es auszuwählen. Wählt man ein Objekt aus, erscheinen daran verschiedene Symbole. Mit diesen kann man das Objekt bearbeiten, indem man sie gedrückt hält und die Maus in die gewünschte Richtung bewegt.

    Mit dem Kegel kann man das Objekt von der Arbeitsfläche anheben und auch absenken.

    Mit den Quadraten kann man die Länge der entsprechenden Seite des Objekts verändern. Dabei wird auch die aktuelle Länge in einem Kasten daneben angezeigt. Anstatt das Objekt manuell zu formen, kann man auch die gewünschte Länge in diesen Kasten eintragen.

     

    Mit den Pfeilen kann man das Objekt drehen. Es gibt drei Pfeile, um das Objekt um jeweils drei verschiedene Achsen zu drehen.

     


    Klickt man das Objekt im Bearbeitungsmodus erneut an, kann man es frei auf der Arbeitsebene verschieben. Das blaue Raster auf der Arbeitsebene dient zur Orientierung für die Position und Größe des Objekts.

    Gruppieren: mit dieser Funktion können zwei individuelle Objekte zusammengefügt werden. So werden sie als ein einzelnes, großes Objekt behandelt und können zusammen verschoben und bearbeitet werden. Dafür zieht man durch Gedrückthalten der linken Maustaste einen Rahmen um die gewünschten Objekte. Alles, was sich im inneren des Rahmens befindet, wird dadurch ausgewählt. Anschließend betätigt man den 'Gruppieren'-Knopf am oberen Bildrand.

    Bohren: mit dieser Funktion kann Material vom Objekt abgetragen und dadurch ein Loch oder eine Aussparung gebohrt werden. Dafür wird zunächst eines der Bohrungs-Objekte in der Objektauswahl rechts ausgewählt und auf der Arbeitsebene platziert. Die Bohrungs-Objekte sind an ihrer grau gestreiften Oberfläche zu erkennen. Dann kann das Bohrungs-Objekt je nach Wunsch positioniert und bearbeitet werden. Dies funktioniert auf die gleiche Weise wie die Bearbeitung regulärer Objekte. Zuletzt wird das Bohrungs-Objekt wie im oberen Absatz erklärt mit dem eigentlichen Objekt gruppiert, um die Bohrung anzuwenden.

    Aufgabe: Modellierung eines Musterwerkstücks für Holzverbindungen

     

    Im Hauptteil der Lerneinheit 'Verbindungsarten' wird demonstriert, wie ein Werkstück aus Holz auf konventionelle Weisen mit Werkzeugen wie Säge und Stemmeisen gefertigt wird. Nun soll verdeutlicht werden, wie ein ähnliches Bauteil mit Hilfe digitaler Technologien entstehen kann.

     

    Setze dafür die unten abgebildete Maßskizze mit Hilfe des Programms Tinkercad als 3D-Modell um. Darunter ist abgebildet, wie das fertige Modell am Ende aussehen sollte.

     

    Zum Arbeiten mit Tinkercad benötigt man ein Benutzerkonto. Du kannst entweder ein eigenes Konto anlegen oder einen Anleiter um einen Gastzugang bitten.

    zu Tinkercad