このSTEAMエンジニアリングプロジェクトでは、学生はLaserMakerを使用してレーザーカットのマルハナバチモデルを設計および作成します。このレッスンでは、昆虫の観察、対称的な構造、幾何学的な分解、ほぞ穴とほぞの関節、薄い部分のデザイン、トレーシング、彫刻、切断、および実践的な組み立てを結び付けます。

このプロジェクトは、学生が自然の昆虫の形を構築可能なレーザーカットモデルに変えるのに役立ちます。生徒はマルハナバチの体、顔、触角、翼、脚を分析し、スロットとテノンの接続で切断して組み立てることができるように各部分を設計します。

1.レッスンの概要

アイテム	詳細
プロジェクト	レーザーカットされたマルハナバチのほぞ穴とほぞのモデル
ソフトウェア	LaserMaker
主なスキル	長方形ツール、楕円形ツール、長方形アレイ、整列ガイド、差分セット、ユニオンツール、回転、トレース、切断、およびアセンブリ
ソースに言及された材料	加工例のバスウッド合板、段ボール紙、アクリルシート
教室フィット	工学的課題、動物に触発されたモデリング、ほぞ穴とほぞの構造、メーカー教育、教室でのレーザー切断

1.1プロジェクトの目標

生徒は、昆虫を別々の部分に分割し、LaserMakerで各部分を描画し、ほぞ穴とほぞの接続を追加し、彫刻、トレーシング、および切断層を設定し、完成したモデルを組み立てることによって、マルハナバチモデルを設計します。

1.2推奨される教室の使用

教師の場合:このレッスンを使用して、生物学の観察、対称性、部品分解、ジョイントデザイン、およびレーザー切断ワークフローを接続します。

学生のために:プロジェクトを使用してマルハナバチモデルを作成し、昆虫の部分をレーザーカット形状に単純化する方法を学びます。

Makerspacesの場合:動物モデル、薄い部分の切断、およびスロットフィットアセンブリの実用的な紹介として使用します。

2.学習目的

2.1学生が学ぶこと

楕円形と長方形のツールを使用して、マルハナバチの体、顔、翼、アンテナ、脚を描きます。

ユニオンとディファレンスセットツールを使用して、接続された形状、スロット、およびテノンを作成します。

回転、水平フリップ、長方形アレイ、および整列ガイドを使用して、対称的な昆虫パーツを作成します。

体、顔、触角、翼、脚を接続するためのほぞ穴とほぞの関節を設計します。

意図した視覚的および構造的結果に基づいて、浅い彫刻、トレース、および切断プロセスを設定します。

2.2 STEAMスキル開発

デザイン思考:不規則な自然物を透明な部分に分解し、レーザーカットモデルとして再構築します。

計算思考:切断する前に、部品のサイズ、ほぞのサイズ、配列の間隔、回転角度、および細い手足の実現可能性を計算します。

エンジニアリング思考:ジョイントフィット、薄い部分の強度、傾斜したスロット角度、切断品質、およびアセンブリの安定性をテストします。

2.3責任あるメイキング

学生はインスピレーションを得るために既存の昆虫モデルを研究することができますが、彼らの最終的な仕事には、彼ら自身の改善、創造的な選択、および学校に適した設計決定を含める必要があります。

3.実世界のコンテキスト: バンブルビーの解剖学からレーザーモデルまで

マルハナバチは、頭、胸部、腹部、3対の脚、触角、複眼、翼など、明確な昆虫の特徴を持っています。それらの体の形は中心軸に沿ってほとんど対称であり、部品の設計や鏡構造を研究するのに役立つ主題になっています。

このレッスンでは、生徒はマルハナバチの形を観察し、体、顔、触角、翼、脚を、ほぞ穴とほぞの関節で組み立てることができる単純化されたレーザーカット部分に変換します。

教室デザインディスカッション用バンブルビー参考画像 — マルハナバチの解剖学的構造は、対称的な部品とスロットフィット接続を備えたレーザーカットモデルを刺激することができます。

4.デザインとエンジニアリングに関する考察

LaserMakerで描く前に、学生はマルハナバチを昆虫の形と組み立てられた構造の両方として分析する必要があります。

部分形状:マルハナバチは、顔、体、脚、触角、翼、およびその他のコンポーネントに分かれています。胴体は複数の楕円形のセクションから構築できます。

モデリング方法:楕円形、長方形、ユニオンツール、差分セット、回転、および配列ツールを使用して、本体および接続機能を作成します。

部品サイズ:学生は、意図した装飾またはモデルスケールに従ってサイズを設定する必要があります。

接続方法:体は、挿入されたほぞ穴とほぞの関節を介して、顔、触角、翼、および脚に接続します。

材料の選択:ソースレッスンでは、バスウッド合板と段ボール紙を提案し、加工例ではアクリルシートを使用しています。

プロセス効果:このプロジェクトでは、浅い彫刻、トレーシング、および切断を使用しています。完成したモデルは、処理後にペイントすることもできます。

5.レッスン手順

LaserMakerバンブルビーモデリングプロセスの概要 — マルハナバチプロジェクトは、研究とスケッチから部品の描画、共同設計、処理のセットアップ、テスト、および組み立てに移行します。

5.1マルハナバチの研究、測定、スケッチ

生徒はマルハナバチの画像を見て、本体のセクション、アンテナ、翼、脚、対称性を特定する必要があります。 LaserMakerで描画する前に、モデルサイズを決定し、寸法を記録する必要があります。

データ記録/単位: mm
長さ:	ボディ、顔、アンテナ、翼、脚
幅:	ボディ、顔、アンテナ、翼、脚
Tenonのサイズ:
ほぞのサイズ:
ほぞ穴とほぞの関節の数:

測定後、生徒は体、顔、触角、翼、脚、縞模様、関節の位置など、マルハナバチのモデルをスケッチする必要があります。

5.2マルハナバチの本体と接続機能を描く

オーバルツールを使用して、本体セクションを描画します。ソースワークフローでは、頭の楕円は幅20mm、高さ15mm、胸の楕円は幅25mm、高さ20mm、腹部の楕円は幅45mm、高さ25 mmです。

LaserMakerでマルハナバチの体の楕円を描く — 頭、胸、腹部に3つの楕円形のセクションを描きます。

楕円を端が合うように移動し、ユニオンツールを使用してそれらを1つの体型に結合します。

マルハナバチのボディ楕円とユニオンツールのマージ — 楕円形のセクションをマージして、メインのマルハナバチのボディを作成します。

長方形ツールを使用して、体を顔に接続するための3 mmの正方形のテノンを描きます。それを頭の真ん中に合わせ、それを体型と融合させます。

マルハナバチの体に顔のほぞを追加する — 体と顔をつなぐために小さなほぞを追加します。

長方形ツール、回転、および差セットを使用して、アンテナと翼用の角度付きソケットを作成します。ソースワークフローでは、長方形は幅3mm、高さ4mmで、ソケットを切断する前に15度回転します。

マルハナバチの頭にアンテナソケットを作成する — アンテナソケットを作成します。

長方形ツールと長方形アレイを使用して、腹部の脚接続ベースを描画し、繰り返し長方形を使用して腹部のストライプ形状を作成します。

長方形のアレイでマルハナバチの脚接続ベースを描く — 脚接続ベースを作成します。

長方形のアレイでマルハナバチの腹部ストライプを描く — 腹部のストライプ形状を追加します。

5.3バンブルビーの顔を描く

長方形ツールを使用して顔の輪郭を描きます。ソース・ワークフローでは、矩形は幅15mm、高さ8 mmである。顔と頭の間の接続ベースとして中央に3mmの正方形を追加します。

マルハナバチの顔の輪郭と接続ベースの描画 — 顔のアウトラインと中央の接続ベースを描きます。

ギャラリーから同心円を使用して目を作成します。ソースワークフローでは、外側の円は4mm、内側の円は1.5mmです。目の形をコピーして、顔の両側に2つの目を揃えます。

マルハナバチの顔に同心円の目を追加する — マルハナバチの目を追加して揃えます。

5.4アンテナ、翼、脚を描く

アンテナベースには、長方形ツールを使用して、9mm × 5mmの長方形と3mmの正方形を描きます。四角形の下部にある正方形を揃え、差分セットを使用してスロット機能を作成します。

差分セットでバンブルビーアンテナベースを作成する — アンテナベースとスロット機能を作成します。

回転した長方形とユニオンツールを使用して1つのアンテナを作成し、それを水平にコピーして反転させて対称的なペアを形成します。アンテナをベースと結合します。

回転した長方形でマルハナバチのアンテナを1つ描く — 1つのアンテナ形状を描きます。

翼の場合は、長方形と小さな正方形の特徴でベースを描き、次に楕円形と回転した長方形のテノンで翼の形を描きます。ユニオンツールを使用して、ウィングを1つのパーツにマージします。

脚については、まず長方形と差分セット付きの正方形を使用してテノールを描きます。次に、回転した長方形を使用して脚セグメントを形成し、それらをコピーおよび反転してペアを作成し、長方形アレイを使用して3つの脚のペアを作成します。

回転した長方形でマルハナバチの脚セグメントを描く — 脚セグメントを描画します。

長方形アレイを使用して3対の脚を作成する — 長方形のアレイで脚を繰り返します。

体、顔、触角、翼、脚が完成したら、処理レイヤーを設定する前に、マルハナバチの完全な描画を確認します。

処理セットアップ前に完成したマルハナバチの描画 — レーザー加工の前に完全なマルハナバチモデル図面を確認してください。

5.5セットの刻印、トレース、および切削パラメータ

腹部ストライプオブジェクトを選択し、黄色の浅い彫刻レイヤーに割り当てます。ソースワークフローでは、材料はアクリルシートに設定され、プロセスは浅い彫刻に設定され、処理厚さは0.1mmに設定されます。

マルハナバチの顔オブジェクトを選択し、赤いトレースレイヤーに割り当てます。ソースワークフローでは、材料はアクリル板に設定され、プロセスはトレースラインに設定され、処理厚さは0.1mmに設定されます。

残りのマルハナバチオブジェクトを選択し、それらを黒いカッティングレイヤーに割り当てます。ソースワークフローでは、材料はアクリル板に設定され、プロセスは切断に設定され、処理厚さは3mmに設定されます。

マルハナバチモデルのパラメータ設定の処理 — モデルの浅い彫刻、トレース、および切断パラメータを設定します。

プロセスシーケンスを浅い彫刻 → トレース → カットとして配置します。これは、最初に表面の詳細を処理し、次に線の詳細を処理し、最後にカットされたアウトラインを処理するのに役立ちます。

LaserMakerのバンブルビープロセスレイヤーシーケンス — プロセスレイヤーのシーケンスを確認します。

レーザー切断前のバンブルビープロセス表示 — 最終的なプロセスのセットアップを確認します。

5.6テスト、デバッグ、および改善

顔と頭、触角と頭、体と翼、体と脚の接合部が同じ接続方法を使用しているかどうかを比較します。

ほぞ穴とほぞのサイズがまったく同じである必要があるかどうかをテストし、小さなサイズの変化がフィット感にどのように影響するかを観察します。

6つの脚の関節がほぞ穴とほぞの構造としても設計できるかどうかを調べます。

薄い脚の部品の切断結果をテストし、部品が壊れやすいか、分離が難しい場合はパラメータを調整します。

6.完成したプロジェクト

最終設定が確認された後、生徒は彫刻、トレーシング、および切断のプロセスを完了し、マルハナバチの本体、顔、アンテナ、翼、および脚を設計されたジョイントで組み立てることができます。

完成したレーザーカットのマルハナバチのほぞ穴とほぞのモデル — LaserMakerで作られた完成したマルハナバチモデルのサンプル。

7. Extensionチャレンジ

マルハナバチを修了した後、学生は同じほぞ穴とほぞの設計方法を使用して別の動物モデルを作成できます。ソースレッスンでは、LaserMakerでほぞ穴とほぞ穴のマウスを描くことを提案しています。

ほぞとほぞのマウス拡張プロジェクトの例 — 拡張のアイデア: 同様のスロットフィットジョイントを使用して、マウスまたは別の動物モデルを設計します。

8.インスピレーションギャラリー

次の例は、教室でのディスカッションやデザインのインスピレーションに使用できます。パーツの分解、ジョイントの配置、対称性、薄いパーツのデザイン、および最終的なアセンブリの結果を比較するように生徒に勧めます。

9.教師のための装置のノート

このプロジェクトは、シート材料の小フォーマットの雕刻、トレース、および切断をサポートする教室のレーザーカッターに适しています。学校、メーカースペース、初心者のSTEAMラボでは、マルハナバチのモデル、動物の構造、ほぞ穴のモデル、薄い部分の装飾品、フラットパックアセンブリなどのプロジェクトを、次のような教室のレーザーカッターで完了できます。雷レーザーボルトシリーズ.

教師は、教室のスペース、材料の厚さ、部品のサイズ、ジョイントフィット、および学習目標に基づいて、機械と材料のセットアップを選択できます。同じほぞ穴とほぞのワークフローは、学生がより大きな動物モデルやより高度な工学的課題に移行するときに、他のCO2レーザーマシンにも適合させることができます。

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