kunststoffen eidop en lepelKunststoffen Als je meer te weten wilt komen over kunststoffen of...

17
Kunststoffen Als je meer te weten wilt komen over kunststoffen of plastics, zal je eerst ook iets moeten weten over hoe deze stoffen gemaakt worden. Maar om daar iets over te kunnen zeggen heb je basiskennis van chemie nodig. Een atoom is de basis van de chemie. Het is de bouwsteen van alle stoffen die we kennen. Scheikundigen (chemici) hebben net als alle wetenschappers een soort van eigen taal ontwikkeld waardoor het mogelijk is om over de natuurlijke taalgrenzen heen te kunnen “praten” over moleculen en atomen. Zo zal je wel weten dat zuurstofgas wordt aangeduid met O2 en water met H2O. Kunststoffen zijn polymeren. Polymeren komen overal voor in de natuur. Voorbeelden zijn zetmeel in aardappelen, cellulose in hout en eiwitten in dieren en planten. Rubber is ook een polymeer en ook ons DNA is een polymeer! Chemici hebben van de natuur afgekeken hoe dit werkt en zijn ook polymeren gaan maken. Het resultaat zie je in de vorm van allerlei kunststoffen die er vandaag de dag zijn. Een plastic colafles, de anti-aanbaklaag in de koekenpan, nylon t-shirts: het zijn allemaal onnatuurlijke, ofwel ‘synthetische’ polymeren.

Transcript of kunststoffen eidop en lepelKunststoffen Als je meer te weten wilt komen over kunststoffen of...

  • Kunststoffen

    Als je meer te weten wilt komen over kunststoffen of plastics, zal je eerst ook iets moeten weten over hoe deze stoffen gemaakt worden. Maar om daar iets over te kunnen zeggen heb je basiskennis van chemie nodig.

    Een atoom is de basis van de chemie. Het is de bouwsteen van alle stoffen die we kennen. Scheikundigen (chemici) hebben net als alle wetenschappers een soort van eigen taal ontwikkeld waardoor het mogelijk is om over de natuurlijke taalgrenzen heen te kunnen “praten” over moleculen en atomen. Zo zal je wel weten dat zuurstofgas wordt aangeduid met O2 en water met H2O.

    Kunststoffen zijn polymeren. Polymeren komen overal voor in de natuur. Voorbeelden zijn zetmeel in aardappelen, cellulose in hout en eiwitten in dieren en planten. Rubber is ook een polymeer en ook ons DNA is een polymeer! Chemici hebben van de natuur afgekeken hoe dit werkt en zijn ook polymeren gaan maken. Het resultaat zie je in de vorm van allerlei kunststoffen die er vandaag de dag zijn. Een plastic colafles, de anti-aanbaklaag in de koekenpan, nylon t-shirts: het zijn allemaal onnatuurlijke, ofwel ‘synthetische’ polymeren.

  • P a g i n a | 2 K u n s t s t o f f e n

    Inhoudsopgave

    1. Probleem ...................................................................................................... 3

    2. Ontwerpen ................................................................................................... 4

    3. Maken ........................................................................................................... 6

    4. In gebruik nemen ......................................................................................... 16

    5. Evalueren ...................................................................................................... 17

    Uitgegeven in eigen beheer

    Verspreiden toegestaan, mits naamvermelding

    2019 – 2020 Heilig Graf Turnhout

  • K u n s t s t o f f e n P a g i n a | 3

    1. Probleem

    Het ontwerpproces lijkt heel erg op het technisch proces. We doorlopen dezelfde fasen, maar je zal tijdens het ontwerpen merken dat je soms terug naar een vorige fase moet.

    1. Omschrijving van het probleem

    Vroeger maakte men heel wat gebruiksvoorwerpen uit hout, metaal of klei. Met de opkomst van kunststoffen is dit veranderd. Mensen bewerken kunststoffen om er zo bijvoorbeeld een eierdop van te maken. Deze is licht, gaat niet snel stuk en is makkelijk te reinigen (er blijven geen microben in het materiaal achter). We gaan in dit thema na hoe we een eierdop en een lepeltje kunnen ontwerpen, zodat we ’s morgens een heerlijk zacht gekookt eitje kunnen eten.

    2. Criteria

    Het ontwerp en de realisatie van de eierdop en het lepeltje moeten aan bepaalde criteria voldoen.

    1. De eierdop heeft de juiste afmetingen zodat er een eitje in past. 2. De eierdop is gepersonaliseerd met jouw naam. 3. De eierdop kan stabiel blijven staan. 4. Jouw naam staat duidelijk leesbaar op het lepeltje. 5. Het lepeltje is stevig genoeg zodat het kan worden gebruikt om een eitje te eten.

  • P a g i n a | 4 K u n s t s t o f f e n

    2. Ontwerpen

    1. Onderzoek van voorwerpen uit kunststof

    Er bestaat een grote verscheidenheid aan kunststoffen. We zullen ze dus eerst moeten onderzoeken alvorens we de juiste kunststof voor onze eierdop en ons lepeltje kunnen kiezen. Op sommige voorwerpen staan recyclagecodes. Plastic wordt geclassificeerd aan de hand van een bepaalde code van 1 tot 7.

    Je krijgt verschillende voorwerpen uit kunststof. Bekijk deze goed.

    a) Orden de voorwerpen door ze bij de juiste recyclagecode (grondstof) te leggen.

    b) Vul onderstaande tabel aan. Noteer op de juiste plaats bij voorbeelden: rioolbuis, huisvuilzakken, tandenborstel, lego, fles water, emmer, wegwerpbekertje voor koffie, opbergdoosje, verpakkingsfolie, bio-plastic, binnenkleding auto, bumper auto, fles wasmiddel, verpakking van tomaten.

    code afkorting en naam voorbeelden

    PETE of PET PolyEtheenTereftalaat

    (dunne plastic)

    HDPE Hoge Dichtheid PolyEtheen (dikkere, ondoorzichtige

    plastic)

    PVC of V PolyVinylChloride

    LDPE Lage Dichtheid PolyEtheen

    (zachte plastic)

    PP PolyPropeen

    (harder, krasvast)

    PS PolyStyreen

    (hardere plastic)

    O other = overige

  • K u n s t s t o f f e n P a g i n a | 5

    2. Brainstorm

    Wat moeten we nog meer weten wanneer we bepaalde kunststoffen willen gebruiken om ontwerpen te realiseren? Noteer de vragen waarop we een antwoord moeten kennen hieronder.

    § Hoe maakt men kunststof?

    § Zijn alle kunststoffen hetzelfde? Wat zijn de verschillen? Denk aan een ijsdoos, een fles water en een plastic zak.

    § Hoe kan je kunststoffen bewerken?

    § Zijn kunststoffen schadelijk voor het milieu?

    § Hoe zijn kunststoffen ontstaan?

    § ………………………………………………………………………………………………………………………………………………

    § ………………………………………………………………………………………………………………………………………………

    § ………………………………………………………………………………………………………………………………………………

    3. Informatie verzamelen

    In dit deel zoeken we eerst een antwoord op deze vragen. Soms krijg je informatie van de leerkracht, maar vaak moet je zelf op onderzoek. We noemen dit onderzoekend leren.

    (mogelijkheid om leerstof rond kunststoffen aan te koppelen)

  • P a g i n a | 6 K u n s t s t o f f e n

    3. Maken

    1. Materiaal

    Je krijgt van de leerkracht volgende materialen. Welk soort kunststoffen zijn dit?

    § Plexiglas (of polymethylmethacrylaat PMMA): …………………………………………………………

    § Filament voor 3D-printen (PLA): …………………………………………………………

    We zullen beide kunststoffen dus moeten verwarmen om ze te kunnen vervormen. Om kunststoffen te bewerken hebben we specifieke technieken nodig. In wat volgt maak je kennis met enkele van deze technieken.

    2. Lasersnijden

    Met een lasersnijder kan je verschillende materialen snijden en graveren met warmte. Het plexiglas willen we uitsnijden en graveren. Als de laser snel beweegt (of met weinig vermogen) komt er weinig warmte op het kunststof en graveren we. Wordt er langzaam bewogen (of met veel vermogen) kun je vormen uitsnijden.

    2.1 Technische tekening

    Hiernaast zie je de technische tekening voor de eierdop. Beantwoord volgende vragen door de tekening aandachtig te bekijken en de ruitjes te tellen.

    Wat is de lengte van het plexiplaatje?

    ……………… mm

    Wat is de breedte van het plexiplaatje?

    ……………… mm

    Wat is de diameter van het gat om het eitje in te plaatsen?

    ……………… mm

    Wat is de afstand van de rand tot aan de plooilijn?

    ……………… mm

  • K u n s t s t o f f e n P a g i n a | 7

    2.2 Inkscape

    We maken nu onze tekening in Inkscape. Inkscape is een vectorieel tekenprogramma.

    We onderscheiden 2 soorten tekeningen:

    Bitmap: je ziet puntjes/pixels Vector: de lijn blijft scherp

    Stappenplan

    Open het programma Inkscape

    Links op het scherm staat er een takenbalk met functies (symbolen).

    Selecteren

    Potlood: tekenen op het scherm (lijntjes) è vector (2 knooppunten)

    Vectoren zichtbaar maken + klik op lijn (knooppunt voor en achter). Ctrl + scrollen: veel knooppunten zichtbaar maken

    Vierkant tekenen. Een vierkant is ook een vector (heeft 4 knooppunten). Met het bolletje in de rechterhoek van het vierkant kan je hoeken afronden. Ctrl + bolletje: hoeken afronden

    Cirkel tekenen. Ctrl + cirkel groter maken: cirkel blijft mooi rond. Zonder Ctrl: cirkel wordt ovaal.

    Documenteigenschappen: pagina

    Bestand – Documenteigenschappen – Pagina

    § Aangepaste grootte: kies als eenheid mm § breedte 900 mm, hoogte 600 mm (dit is de maximale grootte van onze lasersnijder)

    Documenteigenschappen: raster

    Bestand – Documenteigenschappen – Rasters – Nieuw

    § Rastereenheid: mm § X-tussenafstand: 5 mm § Y-tussenafstand: 5 mm § Klaar?: x drukken è resultaat: ruitjes op blad § De grootte van een ruitje op het blad is 5 mm

  • P a g i n a | 8 K u n s t s t o f f e n

    Rechthoek tekenen

    § In linkerbovenhoek op kruising beginnen tekenen § Grootte rechthoek: 60mm breed, 120mm hoog; kan je bovenaan aanpassen § Object – Vulling en lijn: Vulling weg (kruisje), Lijnkleur: zwart, Lijnstijl: breedte 0,2mm

    Hoeken afronden

    § Vul bovenaan volgende waarden in: Rx: 5,000 en Ry: 5,000 mm

    Plooilijnen tekenen

    § Neem de pen-tool, teken een rechte lijn door ctrl ingedrukt te houden: Ctrl + pen van links naar rechts

    § Dubbel klikken om de lijn af te sluiten § Afstand tot de plooilijn = 30 mm (6 ruitjes) § Nadien lijnstijl aanpassen naar streepjes van 0.2 mm

    Gaatje voor ei

    § Cirkel tekenen: shift + ctrl + cirkel (perfecte cirkel in het midden) § Grootte cirkel: 40mm; kan je bovenaan aanpassen § Centreren: rechthoek en cirkel selecteren: Object – Uitlijnen en verdelen –

    Centreren op horizontale as en Centreren om horizontale as

    30 mm

    30 mm

    40 mm

  • K u n s t s t o f f e n P a g i n a | 9

    Naam

    § We willen onze naam aan de binnenkant van de eierdop plaatsen, zodat er nooit vuil in kan komen. We zullen onze naam dus in spiegelschrift moeten zetten.

    § texttool A, naam intypen, Lettertype: Verdana, Lettergrootte: 24

    § naam selecteren met pijltje

    § Object – Horizontaal spiegelen

    § Object - Vulling en lijn: Vulling: weg (kruisje), Lijnkleur: zwart, Lijnstijl: 0,2 mm Omzetten naar pad

    We zetten de volledige tekening om naar een pad, zodat de lasersnijder de tekening in 1 lijn kan uitsnijden.

    § Selecteer de hele tekening door met pijltje een rechthoek rond alles te trekken § Paden – Object naar pad

    Tekening opslaan

    We slaan onze tekening twee keer op. Het SVG-bestand (bronbestand) kan je later nog bewerken als je iets wilt aanpassen. Het DXF-bestand (desktop cutting plotter) heb je nodig om te importeren in Laserworks.

    § Bestand opslaan als: voornaam_achternaam_eierdop.SVG § Bestand opslaan als: voornaam_achternaam_eierdop.DXF (zet de basiseenheid in het

    pop-up venster naar mm)

    2.3. Laserworks

    § Open Laserworks en importeer het DXF-bestand: Import – Zoek – OK § Selecteer de volledige tekening. De afmetingen zijn gewijzigd en geven we bovenaan

    opnieuw in: breedte: 60 mm en hoogte: 120 mm § Selecteer buitenkant + cirkel: kies onderaan de kleur zwart. Klik rechts dubbel op de

    zwarte balk; venster opent, processing mode; cut kiezen; tekst wordt zwart § Selecteer naam: kies onderaan de kleur rood. Klik rechts dubbel op de rode balk;

    venster opent, processing mode; scan kiezen; tekst wordt rood § Selecteer de 2 plooilijnen: kies onderaan de kleur blauw. Klik rechts dubbel op de

    blauwe balk; venster opent, processing mode; cut kiezen; tekst wordt blauw § De leerkracht zegt welke waarden je moet gebruiken voor power en speed.

    Noteer deze waarden in onderstaande tabel.

    kleuren power speed

    Zwart: cut (volledig)

    Rood: scan (graveren)

    Blauw: cut (ondiep)

    § Bestand opslaan als: voornaam_achternaam_eierdop.RLD § Upload het RLD-bestand op Smartschool in de uploadzone “Lasersnijden: Eierdop”

  • P a g i n a | 10 K u n s t s t o f f e n

    3. Kunststof plooien met de lijnbuiger en buigmal

    Werkwijze:

    § Teken de 2 plooilijnen (zie stippellijn op technische tekening) met een stift op de folie. Gebruik eventueel een winkelhaak om loodrecht te tekenen.

    § Stel de buigmal in op de gewenste hoek (90°). Draai de knop van de buigmal los zodat je het kan verstellen om de juiste hoekgrootte in te stellen.

    § Zet de plooibank (lijnbuiger) aan met de schakelaar en wacht totdat de gloeidraad voldoende warm is. Let op dat je de gloeidraad niet aanraakt met je vingers.

    § Leg het te plooien plaatje met de plooilijn in het midden van de opening. Zorg ervoor dat het plaatje recht ligt. Dit is het makkelijkst als je dit tegen de zijkant legt.

    § Wacht 2 à 3 minuten. Als de kunststof gaat doorhangen, is het warm genoeg om in een hoek te buigen.

    § Druk het warm geworden plaatje kunststof in de buigmal. § Wacht ongeveer 3 minuten om de kunststof te laten afkoelen.

  • K u n s t s t o f f e n P a g i n a | 11

    4. 3D-printen

    4.1 Kunststoffen bij 3D-printen

    3D-printen is een techniek waarbij laag per laag een voorwerp wordt opgebouwd. Dit kan op verschillende manieren. Op school gebruiken we FDM-printers (FDM staat voor Fused Deposition Modeling). Rollen die zijn uitgerust met draden kunststof vormen het basismateriaal bij deze vorm van 3D-printen. Dit basismateriaal noemen we het filament van de printer. Door het plastic laag voor laag aan te brengen met een spuitkop en vervolgens te verharden, wordt het product dat je digitaal hebt ontworpen uiteindelijk werkelijkheid. Het filament van een FDM-printer is dus een thermoplast. Wanneer het filament verhit wordt door de printkop wordt het plastic vervormbaar. Na afkoeling wordt het weer hard. Hieronder bekijken we de meest gebruikte filmanten. De verschillende kunststoffen hebben verschillende eigenschappen. Bij het 3D-printen is er één eigenschap van de gebruikte kunststoffen erg belangrijk: de smelttemperatuur. Afhankelijk van de smelttemperatuur van de gebruikte kunststof vereist elk filament een andere printtemperatuur en temperatuur van het printbed voor een optimale print. Hieronder een overzicht. Hoe je dit moet instellen leer in het volgende punt.

    Filament Printtemperatuur Verwarmd bed

    PLA 210-220 °C 50-70 °C

    ABS 250-270 °C 75-80 °C

    PVA 205-220 °C 55-60 °C

    TPC flex 220-270 °C 100-120 °C

    PLA: PLA is een veelgebruikt filament voor 3D-printen. Poly Lactic Acid (melkzuur) is een biologisch afbreekbare plastic soort, gemaakt van hernieuwbare natuurlijke hulpbronnen. ABS: ABS of Acrylonitril Butadieen Styreen is een veel gebruikte thermoplastische polymeer in de industrie. Het materiaal is zeer licht en duurzaam. Dit maakt ABS bijzonder geschikt voor gereedschap, speelgoed (Lego) en allerlei gebruiksvoorwerpen. PVA: PVA-filament is snel oplosbaar in water, hecht goed op kunststoffen en print gemakkelijk. Daarom is het een uitstekend ondersteunend materiaal voor dual-extruder 3D-printen. Dit op polyvinylalchohol gebaseerde filament is niet toxisch en biologisch afbreekbaar wanneer het is opgelost in water. TPC FLEX: TPC FLEX is een zeer flexibel filament voor 3D-printing ter vervanging van rubber. De combinatie van flexibiliteit, mechanische sterkte, duurzaamheid en een goede bestendigheid tegen chemicaliën en hoge temperaturen, maakt het een uniek filament. Deze thermoplastische copolyester heeft een hoog koolstofgehalte van hernieuwbare materialen wat resulteert in een duidelijk lagere impact voor het milieu. Het is zeer UV-resistent.

  • P a g i n a | 12 K u n s t s t o f f e n

    4.2 Van ontwerp naar G-code

    Op Smartschool vind je het bestand Lepeltje.stl van een 3D-tekening van een eierlepeltje in Tinkercad. Je opent dit bestand. Op dit lepeltje zet je jouw naam. Zorg ervoor dat deze duidelijk leesbaar is. Op pagina 41 vind je een overzicht van Tinkercad.

    Als je nog geen account hebt voor Tinkercad kun je er snel eentje aanmaken. Je surft naar www.tinkercad.com en je klikt op ‘sign up’ (1).

    Je vult de gevraagde gegevens in (2) en je kunt aan de slag. Let op:

    § Om een account aan te maken op Tinkercad heb je een geldig e-mailadres of het e-mailadres van je ouders nodig.

    § Onthoud je gebruikersnaam en wachtwoord zodat je je later opnieuw kunt inloggen.

    1

    2

  • K u n s t s t o f f e n P a g i n a | 13

    Later mag je zelf een tekening maken in Tinkercad, maar nu leer je eerst hoe je dit bestand moet omzetten naar een G-code om dit met een 3D-printer te kunnen printen.

    1. Exporteer je ontwerp. Klik op export (3) en download het ontwerp als STL (4).

    3

    4

  • P a g i n a | 14 K u n s t s t o f f e n

    2. Laad je ontwerp in het slice - programma Cura. Klik op open file (5) en selecteer het bestand van je opgeslagen ontwerp van het lepeltje.

    3. Pas de instellingen in het programma aan (6) zodat je ontwerp correct kan worden geprint. Op pagina 42 vind je een overzicht van de verschillende instellingen in Cura. We maken gebruik van PLA. Zorg ervoor dat je volgende instellingen aanpast:

    Printer Instructie leerkracht Infill Density 20%

    Layer height 0.15mm Printing temperature 210°C

    Wall thickness 1.6mm Build plate temperature 70°C

    Top/bottom thickness 1.6mm Build plate adhesion skirt

    5

    6

  • K u n s t s t o f f e n P a g i n a | 15

    4. Sla je G-code op. Klik hiervoor eerst op slice en nadien op save to file (7). Geef je G-code volgende naam:

    § MSMV1_lepeltje__.gcode als je de Monoprice Mini als printer hebt ingesteld.

    Upload je G-code op Smartschool in de uploadzone “3D-printen: Eilepel”

    4.3 Van G-code naar print

    Wanneer je een G-code hebt aangemaakt kan je ontwerp worden geprint. Je zet het bestand over op een SD-kaartje, plaatst deze in de printer en selecteert het bestand dat moet worden geprint. Belangrijk is dat je bij het printen van de eerste lagen bij de printer blijft om te kijken of het printen goed verloopt.

    7

  • P a g i n a | 16 K u n s t s t o f f e n

    4. In gebruik nemen

    1. Ik test mijn ontwerp

    Zet je eierdop op je bank en plaats er een eitje in. Probeer het eitje te eten met je lepeltje.

    Past het eitje in de eierdop? Blijft de eierdop stabiel staan? Is het lepeltje stevig genoeg?

    Welke verbeterpunten zijn er? ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... Op welke manier kun je deze verbeterpunten eventueel bijsturen? ................................................................................................................................... ...................................................................................................................................

    Stuur deze verbeterpunten bij en test opnieuw.

    2. Ik toets mijn ontwerp aan de criteria.

    OK ?

    1. Mijn eierdop heeft de juiste afmetingen. Het eitje past erin.

    2. De eierdop is gepersonaliseerd met mijn naam.

    3. De eierdop blijft stabiel op tafel staan.

    4. Het lepeltje is gepersonaliseerd met mijn naam.

    5. Het lepeltje is stevig genoeg om te gebruiken.

  • K u n s t s t o f f e n P a g i n a | 17

    5. Evaluatie

    Je plaatst een ei in jouw eierdop en toont deze met jouw lepeltje aan de leerkracht.

    Categorie Punten Beoordeling

    Proces

    /5 o Ik kan de eierdop met de correcte afmetingen in Inkscape tekenen. Toon het SVG-bestand aan de leerkracht.

    o Het RLD-bestand dat ik upload is correct en kan meteen worden gebruikt om te snijden.

    o Ik plooi de eierdop op een correcte manier. o Ik kan mijn naam op het lepeltje toevoegen in

    Tinkercad. o De G-code die ik upload is correct en kan

    meteen worden gebruikt om te 3D-printen.

    Product: eierdop en lepeltje

    /5 o De eierdop heeft de juiste afmetingen. o Mijn naam staat netjes en op de juiste plaats

    op mijn eierdop. o Mijn eierdop is correct geplooid zodat deze bij

    gebruik stabiel blijft staan. o Mijn naam staat duidelijk leesbaar op het

    lepeltje. o Het lepeltje is stevig en bruikbaar.

    Attitude /5 o Ik werk rustig en geconcentreerd. o Ik kan zelfstandig werken. o Ik upload tijdig de bestanden op Smartschool. o Ik volg nauwgezet de stappen van de

    verschillende technieken om tot een mooi eindresultaat te komen.

    o Ik volg de veiligheidsvoorschriften bij het gebruik van de plooibank.

    TOTAAL /15 Extra opmerkingen:

    Noteer je eigen verbeterpunten. ................................................................................................................................... Noteer de verbeterpunten die de leerkracht jou geeft. ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ...................................................................................................................................