Drone project schooljaar Introductie. Doelstellingen

Transcriptie

1 Drone project schooljaar Introductie In ons dagelijks leven gebruiken we heel wat kunststofonderdelen, alsook zitten kunststofonderdelen in heel wat technische toepassingen en onder de behuizing van consumenten producten. Ondanks de wijde verspreiding van kunststofonderdelen is er slechts een beperkte groep van mensen welke weet hoe deze producten geproduceerd worden en de achterliggende verspanende processen. Spuitgieten is één van de belangrijkste technieken voor het vervaardigen van kunststofonderdelen en verspanende technieken (frezen, draaien, boren, slijpen, etc.) vormen een essentieel onderdeel voor matrijs productie. In het drone project wordt aan de hand van een duidelijk en eenvoudig voorbeeld, namelijk een drone: matrijs ontwerp, het spuitgietproces, en de verspanende bewerkingen voor de matrijs productie hands-on verduidelijkt. Zodoende wordt de gehele procesketen verduidelijkt en hebben scholen de vrijheid alle, één of enkele van de opleidingsonderdelen te volgen. Concreet worden er 4 modules aangeboden, startende van een drone ontwerp waarvan het frame uiteindelijk wordt geproduceerd m.b.v. spuitgieten. In een eerste module wordt een matrijs ontworpen waarin dit frame zal gespoten worden, alsook worden hier spuitgietsimulaties toegelicht. De volgende 2 modules focussen zich op de matrijsproductie, hier komen CAM programmering en verspaning aan bod. In een laatste module wordt de geproduceerde matrijs van het droneframe gebuikt om het spuitgietproces toe te lichten. In vele technische en beroeps richtingen komen zowel CAD technieken, verspanende technieken als kunststoftechnologie aan bod. Concrete toepassingen hiervoor blijven vaak uit, ofwel wordt de leerstof enkel theoretisch aangehaald. Matrijs ontwerp/productie en het spuitgietproces staat veel dichter bij het concrete eindproduct ook vaak voor consumenten goederen. Een hands-on voorbeeld van een drone, spreekt aan bij leerlingen van het secundair onderwijs en dankzij de snelheid van het spuitgieten kan elke leerling met een drone naar huis gaan op het einde van de dag. Doelstellingen Hoofddoel is leerlingen hands-on een overzicht van de gehele proces keten voor het spuitgietproces bij te brengen a.d.h.v. een eenvoudig te begrijpen voorbeeld. Door de hele procesketen te overlopen (startende bij een afgewerkt productontwerp, matrijsontwerp, spuitgietsimulatie, matrijs productie en spuitgietproces) wordt duidelijk hoe onze dagdagelijkse producten tot stand komen. Er wordt hierbij getracht de inzetbaarheid van verschillende productiemethoden alsook de plaats van deze productiemethoden binnen een groter geheel te plaatsen. Op technisch vlak worden leerlingen en leerkrachten bijgeschoold op vlak van CAD modelering (meebepaald matrijsontwerp), CAM programmeringen, verspaning en spuitgieten. THOMAS MORE CAMPUS DE NAYER, SUSTAINABLE DESIGN & MANUFACTURING

2 Doelgroepen Matrijzenbouw is een toepassing van verspaningstechnieken en daarom sluit deze opleiding zeer nauw aan bij de vakken verspaning en productietechnologie. Dit zijn vakken die in vele technische en beroeps secundaire opleidingen aan bod komen. Praktisch wordt matrijsproductie en spuitgieten echter nauwelijks behandeld vanwege de grote investeringskost, alsook het ontbreken van specifieke kennis aangaande matrijsontwerp. Zo bevatten kunststofonderdelen specifieke ontwerpfeatures (lossingshoeken, shells, boss, grids, etc.) en matrijzen vorm- en plaatstoleranties. Dit zijn interessante toepassingen voor CAD ontwerp wat in heel wat technisch secundaire opleidingen wordt gegeven. Vaak zijn deze CAD functies abstract of is het onduidelijk hoe deze moeten toegepast worden, het drone project maakt dit concreet. Naast productietechnologie speelt kunststofkennis ook een grote rol bij het spuitgieten. Daarom staat deze opleiding ook open voor chemie richtingen waar polymeertechnologie een groot onderdeel vormt. Bij het spuitgietproces worden eisen gesteld aan polymeren en eigenschappen van polymeren. Het vormgeven en de toepassingen van polymeren komt doorgaans in beperkte mate aan bod. Deze opleiding vormt een interessante, praktische aanvulling op de theorie. Tabel 1 Overzicht van de secundaire opleiding die aansluiten bij het drone project Concrete doelgroep Secundaire Graad Generieke groep opleiding Productie Computergest. mech. produktietechnieken TSO Se-n-Se Computergestuurde werktuigmachines BSO 7 de leerjaar Mechanische vormgevingstechnieken TSO 3 de Productie- en procestechnologie TSO Se-n-Se Productieoperator BSO 3 de Werktuigmachines BSO 3 de Mechanica & Elektromechanica TSO 2 de en 3 de mechanisch ontwerp Elektromechanische technieken duaal TSO 3 de Industriële wetenschappen TSO 2 de en 3 de Mechanisch onderhoud BSO 3 de Mechanische technieken TSO 2 de Techniek-wetenschappen TSO 2 de en 3 de Chemie & Chemie TSO 3 de kunststofverwerking Chemische procestechnieken TSO Se-n-Se Chemische procestechnieken duaal TSO Se-n-Se Tabel 1 geeft een volledig overzicht van de secundaire opleidingen die nauw aansluiten bij het drone project. Andere opleidingen bijvoorbeeld richten m.b.t. elektronica of regeltechniek kunnen ook deelnemen aan het drone project, bijvoorbeeld voor het ontwerp of afregelen van de drone sturing. Hoewel in eerste instantie focus wordt gelegd op de productie van het drone frame. Het project kan later nog uitgebreid worden naar het aansturen van een drone, met dit project kan alvast de drone hardware worden aangeleverd voor deze richtingen. 2/6

3 Aansluiting bij noden uit het bedrijfsleven CAD ontwerpers, CAM programmeurs en machine operatoren zijn een enorme afzetmarkt voor secundaire technische en beroeps scholen alsook hogescholen. Binnen de maakindustrie is er dan ook een enorm tekort aan personeel als ook is er onvoldoende kennis rond CAD, CAM en productie bij afgestudeerden. Het drone project hoopt de instroom voor technische en beroepsopleidingen vergroten door het aantrekkelijker maken van deze opleidingen, alsook de kennis te vergroten bij leerlingen en leerkrachten. Technische CAD ontwerpers, CAM programmeurs, montage en onderhoud van matrijzen, CNC operatoren, spuitgiet operatoren zijn slechts enkele concrete technische beroepen waar momenteel vraag naar is. Dit wordt ondersteund door cijfers van VDAB, zo staan volgende beroepen: onderhoudsmecanicien, verantwoordelijke productiemethodes en industrialisatie, tekenaarontwerper mechanica en technicus industriële installaties in de lijst van de 20 meeste openstaande vacatures. Daarnaast toont be.indeed.com (op 20 maart 2018) meer dan 1000 openstaande vacatures voor CNC operatoren, een 100 tal CAM programmeurs en meer dan 150 openstaande vacatures gerelateerd aan spuitgieten (matrijs ontwerp, assemblage en spuitgietoperatoren). Werkmodules en planning Het drone project verloopt in 4 modules die elk een stap in het productieproces van een drone behandelen. Er wordt gestart van het ontwerp van een matrijs voor het produceren van een droneframe. Op basis van deze onderdelen wordt de CAM programmatie (module 1) uitgevoerd, gevolgd door verspaning (module 2) van de matrijs. In een volgende stap wordt het drone frame geproduceerd m.b.v. het spuitgietproces (module 3). Tenslotte wordt de drone geassembleerd en getest (module 4). Tussen elke module worden de ondersteunende ontwerpen, programma s en onderdelen vrijgegeven. Zodoende dat leerkrachten niet alle modules hoeven te volgen, maar een selectie kunnen maken van welke modules ze graag volgen en of ze eventueel modules zelf afwerken binnen 3/6

4 de school. Zo kan bijvoorbeeld een school met eigen CAM en frees infrastructuur de matrijzen zelf produceren met leerlingen en spuitgieten volgen aan de Thomas More hogeschool Campus De Nayer. Richtingen Chemie zullen eerder interesse hebben in het spuitgietproces zonder veel aandacht te hebben voor matrijs productie. Scholen die hun vakken rond verspaning willen uitbreiden kunnen dit a.d.h.v. module 1 en 2. Belangrijke data zijn. RTC Symposium op 19 september 2018: Lancering van het project Introductie CAM in NX t.e.m. 15 november 2018 Ondersteuning bij frezen van matrijzen bij VDAB of Thomas More Campus De Nayer t.e.m. 31 januari 2019 Spuitgieten van drones bij Thomas More Campus De Nayer t.e.m. 28 februari 2019 Afsluitende drone show op 7 juni 2019 Module 1. CAM programmering voor het frezen van de matrijs Op basis van de ontworpen matrijs uit module 1 wordt in CAM software de freesbanen geprogrammeerd. a. b. Figuur 1 Voorbeeld van aanmaken van freesbanen (a.) en controle van de freesbanen in een simulatie (b.) Specifiek voor matrijzen moeten bepaalde toleranties gerespecteerd worden. Daarboven bestaat de matrijs uit heel wat dubbel-gekromde oppervlakken. Belangrijk hierbij is dat in verschillende stappen wordt gewerkt gaande ruwen met een grote frees tot het afwerken met een bolfrees. Module 2. Frezen van de matrijs In deze module gebeurt het effectieve frezen van de matrijshelften. Hierbij moet belang gehecht worden aan de inklemming, uitlijning en correct opmeten van de gereedschappen. Daar waar vorige modules puur softwarematig waren, gebeurt vanaf hier alles in de praktijk. Na het frezen van de onderdelen, wordt alles correct ontbraamd, gereinigd en geassembleerd op een matrijzenpakket. 4/6

5 Module 3. Spuitgieten In deze module wordt het drone frame geproduceerd door spuitgieten. Dit onderdeel bevat enkele specifieke features voor kunststof onderdelen, zoals: lossingshoeken, afsluit lippen, boss gaten voor schroefverbindingen, etc.. Welke verder worden toegelicht alsook waarop gelet moet worden bij het ontwerp van een spuitgietmatrijs, welke uit een kern en caviteit bestaat. De kern komt aan de uitstoot zijde, terwijl de caviteit zich aan de aanspuit zijde zal bevinden. Bij het spuitgieten worden deze 2 delen gesloten en wordt de matrijs geïnjecteerd met kunststof. Figuur 2 Voorbeeld van een simulatie bij het vullen van de matrijs De praktijk wordt ook onderbouwd a.d.h.v. theorie over spuitgieten en spuitgietsimulaties worden toegelicht. A.d.h.v. deze simulaties kan voorspelt worden of het product kan gespoten worden, of het de gewenste kwaliteit wordt gehaald en hoe de spuitgietparameters moeten ingesteld worden. Vervolgens wordt a.d.h.v. de spuitgietsimulaties de spuitgietmachine afgesteld, om zo productie te draaien voor de drone frames. Hierbij wordt aandacht besteed aan specifieke spuitgiet fouten en hoe deze voorkomen kunnen worden. Groot voordeel is dat heel wat stukken op korte tijd kunnen geproduceerd worden en leerlingen elk met hun droneframe naar huis kunnen om zelf een drone te bouwen. Module 4. Assembleren en testen van de drone In een laatste fase wordt de drone geassembleerd en getest. Hierbij zal de elektronica moeten afgesteld worden om de drone stabiel te laten vliegen. De ultieme test gebeurt op de drone show, hier zullen de drones een opdracht tegen elkaar uitvoeren. 5/6

6 Praktische afspraken Elke module duurt ½ dag, ofwel van 10u tot 12u ofwel van 13u tot 15u. Heel het traject kan op 2 dagen afgewerkt worden. Alle modules volgen is geen verplichting. Deze opleiding wordt zowel aangeboden aan leerlingen groepen als teach-the-teacher. De maximale groepsgrootte is 15 leerlingen. De teach-the-teacher opleiding worden op vaste data voorzien. Data voor leerlingen groepen kunnen in onderling overleg met de Thomas More hogeschool vastgelegd worden. Aankooponderdelen Naast het drone frame zijn er een aantal aankooponderdelen om de drone te vervollediggen. In Tabel 2 wordt een overzicht gegeven van welke onderdelen nog nodig zijn om de drone te vervolledigen en een kosten raming van deze onderdelen. Tabel 2 Overzicht van aankooponderdelen en raming van de kosten Onderdeel Voorstel Geraamde kost Controller CC3D Flight controller 12,00 40,00 KKMulticopter Flight control board Motoren (x4) EMAX Multicopter Motor MT1806 Suppo UAV Brushless Motor A2212/ Kv Pichler Brushless Motor BOOST 10 ROXXY Brushless Outrunner C kv Pichler Brushless-Motor Schnurzz 20GS 40,00 150,00 (voor set van 4) Drives voor motoren (x4) EMAX Simon Series 12A Suppo ESC SP-20A 30,00 80,00 (voor set van 4) Pichler Brushless Speed Controller ESC XQ 12 Propellers (x4) Drone is compatibel met propeller van 3 en 3.5 in diameter 1,00 3,00 (voor set van 4) Batterij 7.4V 1200mAh Lipo Battery Accessory for RC 5,00 10,00 Quadcopter Totaal 100,00 300,00 Naast deze onderdelen kan de drone nog voorzien worden met extra onderdelen zoals bv. een camera. Contact gegevens Frederik Vogeler Thomas More Campus De Nayer frederik.vogeler@thomasmore.be 6/6