Controle

Nu we veel testen uitgevoerd hebben is het ook eens belangrijk om te kijken naar de nauwkeurigheid van de machine. De machine is gebouwd om een nauwkeurigheid van 1mm te halen. Door de twist vorm kan je de stukken niet zomaar meten met een meetlat of een gradenboog. 

Hoe zou je een freeform controleren? Met een scanner kunnen alle vormen gemakkelijk gemeten worden. Deze maakt een punten wolk van het oppervlakte van jou stuk. Wanneer je twee stukken geplooit hebt kan je gemakkelijk deze twee punten wolken met elkaar vergelijken en zien hoe nauwkeurig je getwist hebt. Maar wij beschikken niet over zo'n toestel en één maken zit er ook niet in. 

Als we nu verder bouwen op een puntenwolk van het oppervlakte. We moeten een manier vinden om een punten wolk te maken op een gebogen oppervlakte. Als we verder denken komen aan een principe van een nagelbed. Bij ons is het geen nagelbed maar een matrix van allemaal vijzen die naar boven en beneden gedraaid kunnen worden.

Onze punten wolk bekomen we door de vijzen tegen het oppervlakte te draaien en de hoogte t.o.v. het grondvlak te meten. Daarna leggen we een tweede stuk er op en doen we het zelfde. Hieruit halen we dan twee punten wolken die we met elkaar vergelijken  en kan de nauwkeurigheid beplaald worden.

Aan de linkerkant van de figuur zie je een soort van inklemming. Deze dient om de twee stukken op een zelfde positie te houden om een correcte meten uit te voeren. Het verschil van de twee punten wolken wordt berekent met het programma Microsoft Excel.

Armatuur

Een tweede opdracht voor het vak ontwerptools 2 was het maken van een armatuur. De armatuur moest een plexi-vorm bevatten die met onze machine gemaakt kon worden. 

Wij hebben gekozen voor een zeer simpel model. Een doos met in het midden een snede waardoor het plexiglas komt en aan de voorkant een knop om hem uit of aan te zetten.

De doos werd door middel van nagels aan elkaar geslagen. Door een blokje in de hoeken te nagelen konden alle zijden van de doos gemakkelijk met elkaar verbonden worden. Ook zie je nog een dikkere balk in het midden van de doos deze dient om de batterij houder te bevestigen en het belangrijkste het plexiglas. 

Door middel van leds wordt de lamp verlicht. Deze leds zijn parallel geschakeld over de voeding (batterijen). In serie komt de schakelaar te staan die de leds uit en aan schakelt.

Testen

Nu we een volledige machine hebben, zullen er ook testen gemaakt worden. Deze testen dienen om grenzen van de machine af te stellen. 

Een eerste parameter van de plexi-plooier is de tijd die nodig is om een stuk plexi op te warmen. Omdat wij niet over groote middel bevatten is deze test zeer subjectief. Er wordt gekeken wanneer het plexi flexibel genoeg is om te twisten. Een grootte nauwkeurigheid is ook niet nodig er wordt enkel gezocht in welke grootheid deze tijd ligt. Dit scheelt zeker niet op een aantal seconden.

Nu we de verwarmingstijd hebben van het plexiglas kunnen andere testen uitgevoerd worden. Zoals we al gezegd hebben dienen deze testen om de grenzen van de machine te testen. Dus gaan we dit ook doen. Voor verschillende breedtes en lengtes zal er een twist uitgevoerd worden. Deze twist wordt bekomen door een aantal graden te draaien totdat het plexiglas geen mooie helix meer vormt.

Met de waarden van deze test wordt dan een tabel van een verdraaiingshoek i.f.v. een lengte/breedte verhouding. 

Wanneer je een stuk wilt plooien moet je eerst de lengte/breedte verhouding bepalen. Vanuit dit getal wordt gekeken welke hoek je mag plooien. Alle hoeken kleiner dan dit getal mogen getwist worden, dus kunnen we ook zeggen dat alle coördinaten boven de lijn toegelaten zijn.

Een foto van alle testen die uitgevoerd zijn

Regeling temperatuur

Bij het prototype en het afgewerkt model werd de verwarming geregeld doormiddel van een timer. Onze verwarmingselementen zijn speciale panel heaters (Elstein FSR panel radiators, 400W). Deze elementen worden in de industrie ook gebruikt, de straling die ze uitzenden is zo gekozen zodat er een maximum absorptie bestaat van het te verwarmen materiaal. 

Bij de bediening van de machine wordt er enkel gebruikt gemaakt van een schakelaar. Deze dient op de verwarmingselementen aan of uit te zetten. 

Van deze lampen hebben bestaan er grafieken die de afkoeling en opwarming bepalen i.f.v. de tijd (zie hieronder). Hier uit halen we dan alle tijden die nodig zijn voor de opwarming en afkoeling. Deze methode is zeer omslachtig.

We hadden al ideeën om deze methode antepassen. Eén idee was om een thermometer te gebruikten die 300° aan kan. Deze thermometer moest daarna nog geregeld worden, dit kon enkel doormiddel van elektronica. Elektronica is voor deze opdracht verboden dus moesten we met een ander idee opkomen. 

In apparaten zoals ovens, wafelijzers, frietpotten, enz. wordt er altijd gebruikt gemaakt van een thermostaat. Zoals bij deze machines moet de verwarming van de plexi-plooier bij een welbepaalde temperatuur blijven hangen. Dus ons idee is om een thermostaat uit z'on apparaat gebruiken om onze elementen de schakelen. 

Met de thermostaat, van een wafelijzer, en een lampje is onze machine veel gemakkelijker te gebruiken. Enkel doormiddel van de knop op de gewenste temperatuur te zetten, kunnen de verwarmings elementen geregeld worden.

Maken plexi-plooier

Voor het maken van de plexi-plooier worden eerst alle stukken op maat gemaakt. Deze afmetingen van de stukken komen uit de gemaakte tekeningen op de computer.

Uit aangekochte materialen zoal balken en platen worden alle stukken gezaagd. Ook met de lasercutter worden er onderdelen vervaardigd.

De verzameling van alle nodige stukken kan je zien op de tekening hier onder. Ook werden er nog standaard onderdelen aan gekocht zoals vijzen, bouten, moeren, enz.

Nadat we alle stukken verzamelt hebben kunnen we beginnen aan de assemblage van de plexi-plooier. De positionering van de stukken gebeurt door middel van spanvijzen. Veel stukken worden met elkaar verbonden via vijzen. Bij het positioneren wordt er gebruikt gemaakt van andere onderdelen(hier draadstangen) om de mooie uitlijning te verkrijgen.

De verwarming is ook een onderdeel van de plexi-plooi machine. De plexi--plooier en de verwarming vormen de plexi-plooi machine met nog wat extra onderdelen. De verwarming wordt ook met de gemaakt stukken samen gestopt. De positionering gebeurt doormiddel van klemmen enz.. Een foto van de assemblage van de vermaring zie je hier onder.

Wanneer alle subassemblages en onderdelen gemaakt zijn verkrijgen we een volledige machine. De onderdelen worden allemaal met elkaar verbonden doormiddel van een groote bevestigingsplaat. Aan deze plaat bevinden zich twee handvaten om de machine gemakkelijk te vervoeren.

Handschetsen

Nieuw model voor de plexi-plooier

Verwarmingselement

Tekenwerk en afgewerkte machine

We hebben ons prototype reeds ingediend en gaan nu over tot het tekenwerk in Siemens NX 9.0 van onze machine. Daarbij denken we aan toleranties en welke referenties we nemen. Ook zullen we onze afgewerkte machine stap voor stap bouwen, die we dan kunnen gebruiken om onze lichtarmatuur te maken.

Testen prototype: twisten

Testen

De testen werden hoofdzakelijk uitgevoerd met PETG. Bij het afgewerkt model moeten een nauwkeurigheid van 1mm halen maar bij het prototype zal dit zeker niet lukken. Dit door dat niet alles haaks en op de millimeter is gemaakt.

Aantal graden:

Uit de testen kunnen we besluiten dat we zeker niet verder dan 180° mogen draaien. Over 180° bekomen we twisten die in elkaar over lopen en dit willen we niet. We willen een figuur die we kunnen voorspellen, liefst een mooi egale twist.

Verwarming

Bij PETG voldeed een verwarming langs 1 zijde, dit door dat het zeer dun is en ook een lager smelttemperatuur heeft. Daarentegen bij Plexi (PMMA) moesten we te lang verwarmen langs 1 zijde zodat het prototype beschadigt raakte.

Dit probleem zal dus moeten aangepast worden door in plaats van 1 zijde te verwarmen 2 zijden te verwarmen. Zodat de verwarmingstijd korter wordt en de machine minder zal afzien.

De breedte van het plastic mag ook niet zomaar gekozen zijn. Het moet juist gekozen zijn zodat de verwarming-element (elstein fsr 400W) het volledige oppervlakte kunnen verwarmen.

Tijd

Ook moeten we rekening houden met de opwarmingstijd. Door middel van een datasheet en de gemeten tijd kunnen we weten welke temperatuur de lamp zal hebben.

Hierna hebben we ook nog een verwarmingstijd. Deze tijd kunnen we enkel bepalen met behulp van testen

Plastic

Bij de verwarming is het verschil al deels uitgelegd tussen Plexi en PETG. PETG heeft een lager smelttemperatuur dan Plexi. Ook de dikt en breedte van het plastic spelen een rol. 

Enerzijds willen we een dik Plastic zodat het licht er mooi tussen blijft en de lamp er mooier uitziet. Anderzijds moeten we ook rekening houden met de beperkingen van de plexi-plooier.

Test 1: 90°

Test 2: 90°

Test 3: 360°

Test 4: buig module

Er zijn geen foto's van maar de uitkomst van de testen was niet 100%. We hebben dus besloten om deze module te verwijderen uit het afgewerkt model.

Ontwerp: buig module

Buig module

Dit stuk willen we er extra opzetten omdat we niet veel kunnen instellen met ons prototype. We kunnen enkel langs een kant twisten en kunnen niet stretchen.

Het staat nog niet vast dat we deze module zullen gebruiken. Misschien zullen we ook het afgewerkt model aanpassen zodat hij kan stretchen.

De buig module moet ook getest worden als het wel behoorlijk werkt en nauwkeurig is.

Ontwerp: buig module

Een aparte module die we op onze

 plexi-plooier kunnen zetten.

 Met een raster met gaten kunnen we verschillende 

buigingen instellen

Maken prototype

Prototype

Om ons afgewerkt model te maken moeten we eerst een prototype bouwen. Aan de hand van ons prototype kunnen we dan de juiste afmetingen vinden voor het afgewerkt model. Ook fouten die we nog zullen tegenkomen kunnen door het prototype gemakkelijk weg werken.

Het model staat nog niet vast dus er kunnen nog veel verschillen zitten tussen het afgewerkt model en het prototype.

Met het prototype is ook belangrijk dat je er veel testen mee uitvoert zodat je bepaalde zwakke punten uit de constructie kunt uithalen.

Maken van onderdelen

Beweegbare plaat

Klemmen

Assemblage onderdelen

Afgewerkt prototype: twisten

Welkom

Voor het vak ontwerptools 2 hebben wij een opdracht gekregen om een plexiplooier te maken.
Wij Gilke, Simon en Wouter uit Universiteit Gent zullen een semester lang de vorderingen van ons project op deze blog bijhouden.
Met onze plexiplooier moeten we een armatuur maken aan de hand van buigen en twisten (Freeform).

Opdrachtfiche

ACADEMIEJAAR 2014-2015

OPLEIDINGSONDERDEEL: ONTWERPTOOLS II
PROJECT
Plexibuiger voor lichtarmaturen

CONTEXT
Heel wat ontwerpers ontwerpen lichtarmaturen met LED en plexiglas. Door het graveren kan het plexiglas gericht oplichten en/of schijnen op diverse oppervlakken.
Plexiglas in een plaatmateriaal dat heel gemakkelijk is om te verwerken en te buigen. Met een warme-luchtblazer, gloeidraad of oven kan je gemakkelijk de plaat week maken en ze dan omvormen. Na afkoeling bekom je een mooi resultaat.
Er zijn al tal van oplossingen te vinden van eenvoudige DIY principes tot commerciële machines om plexiglas te plooien. Bij eenvoudige DIY machines zijn er een aantal parameters die onvoldoende onder controle zijn:
- Toleranties (herhaalbaarheid en nauwkeurigheid) bij het maken van een reeks gelijke onderdelen
- Vorming van belletjes door het ongecontroleerd opwarmen van de acrylplaat. Deze vormen een visuele hinder
- Variaties in buigpatronen, instelbaarheid van de buigstraal, buighoek, plaatdikte, …
- Plooien van complexe vormen
Heel wat machines worden tegenwoordig door hobbyisten gemaakt (DIY): ze zijn zeer eenvoudig in ontwerp en zijn opgebouwd uit standaard componenten en op maat gemaakte onderdelen gemaakt dmv digitale productietechnieken (lasercutter, 3D printen, handgereedschap). Hierdoor kan men de kostprijs laag houden en de toch de nodige functie vervullen naar kwaliteit en nauwkeurigheid.
Een voorbeeld DIY plexibuiger vind je terug in volgende filmpje:
http://www.youtube.com/watch?v=wVEf7PfuKxo

OPDRACHT
Ontwerp een lichtarmatuur in plexiglas die kan worden geproduceerd met een zelf ontworpen DIY plexibuiger. Zorg ervoor dat elk van bovenstaande problemen opgelost worden. Maak een technisch uitgewerkt ontwerp van zowel de plexibuiger als van de lichtarmatuur die je met de plexibuiger fabriceert, bouw een prototype en test de repeteernauwkeurigheid bij het maken van diverse gelijke onderdelen.

DUUR: 12 weken

PLANNING
Week 1-4: Uitwerken van een werkend technisch concept waarin de correcte werking wordt aangetoond ahv eenvoudige prototypes
Week 5: tussentijdse presentatie feedback
Week 6–12: Uitwerken van technisch ontwerp dmv top-down design

GROEPSINDELING
Groepjes van drie personen.
- Alle drie personen ontwerpen samen een werkend technisch concept.
UGent Campus Kortrijk - Master of Science in de industriële wetenschappen: industrieel ontwerpen
- Eén persoon is verantwoordelijk voor het ontwerp en de technische uitwerking en productie van het verwarmingsgedeelte en bijhorende handelingen.
- Eén persoon is verantwoordelijk voor het ontwerp en de technische uitwerking en productie van het buigingsmechanisme
- Eén persoon is verantwoordelijk voor het ontwerp en de technische uitwerking en productie van de technische onderdelen van de armatuur die niet in plexiglas worden vervaardigd en de montage van de lichtarmatuur.

MATERIAAL
De meest courant beschikbare materialen en standaard componenten kunnen worden gebruikt voor de productie van de plexibuiger. Het te verwerken materiaal is plexiglas (acryl, PMMA).

TECHNIEK
Digitale productietechnieken zoals: lasersnijden, 3D Printen
Traditionele productietechnieken: zagen, boren, frezen, draaien,…
Het voorontwerp gebeurt ahv schetsen en traditionele productietechnieken
Het technische ontwerp van de plexibuiger wordt volledig uitgewerkt in CAD en gemaakt met digitale productie waar nodig. De montage van de plexibuiger wordt volledig uitgewerkt.
Het ontwerp van de armatuur wordt volledig uitgewerkt in CAD en gemaakt met digitale productie waar nodig. De montage van de armatuur wordt volledig uitgewerkt.

TECHNISCHE SPECIFICATIES
De machine wordt op ware grootte uitgevoerd
De buigmachine moet te bedienen zijn vanop een werkbank en dus gemakkelijk op te stellen zijn en weg te nemen. Afmetingen van een plexiplaat van maximum A3 formaat.
Kostprijs: zo goedkoop mogelijk, zowel voor de machine als de armatuur
Eenvoudige constructie
Toleranties: max 1mm maatafwijking tussen 2 identiek gemaakte onderdelen.
Geen elektronica of complexe sturing (handbediend)
Keuze uit drie types:
1. Rechte buigingslijnen voor volledige lengte en/of kleine lipjes. Instelbare buiglengte, buighoek en plaatdikte
2. Buigen volgens een grote cirkelboog (instelbaar in bereik 500 mm < R < 1000 mm)
3. Twisten en buigen van een vooraf gedefinieerde freeform

INDIENEN
- Online blog om ontwerpproces te documenteren (wekelijks aanvullen);
- Werkend prototype;
- Een filmpje volgens template die werking en mogelijkheden weergeeft.
- Instructables voor armatuur en machine
- Technische tekeningen: 3D en 2D tekeningen
- Technisch dossier met een beschrijving van alle uitgewerkte aspecten.

DOELSTELLINGEN
In staat zijn om een “machine” te ontwerpen die voldoet aan de specificaties.

COMPETENTIES | EVALUATIE
De nadruk in het ontwerp ligt op het engineering gedeelte: goed en eenvoudig ontwerp, rekening houdend met materiaalkeuze, productieprocessen, assemblage en toleranties. CAD/CAM tools dienen op een slimme manier ingezet te worden om het beoogde eindresultaat te bereiken. Technische tekeningen zijn direct bruikbaar in productie.

LOKAAL
GKG.C.0.02/3: werkplaats/Protolab (consult, demo lasercutter)
GKG C2.02: CAD lokaal (CAD tekenen, presentaties)

DOCENTEN
Jan Detand
Davy Parmentier