TY - THES A1 - Rehse, Jessica T1 - 3D-Druck und 3D-Modellierung im Wirtschaft-Arbeit-Technik-Unterricht T1 - 3D printing and 3D modeling in economy-work-technology lessons N2 - Die Technologie des 3D-Drucks hat sich in den letzten Jahrzehnten rasant entwickelt. Im Industriebereich entstehen immer modernere und spezialisiertere Druckverfahren, im Hobby- und Privatanwenderbereich hingegen werden stetig kostengünstigere und einfacher zu bedienende Geräte zugänglich. Einzig im Bildungsbereich scheint das Themenfeld hingegen erst langsam eine Rolle zu spielen, obwohl sich zahlreiche Bezugspunkte für einen Einsatz in verschiedensten Fächern finden lassen. Insbesondere im Fach Wirtschaft-Arbeit-Technik sind die Schnittstellen zum Rahmenlehrplan Berlin/Brandenburg augenscheinlich, doch es liegen erst vereinzelt konkrete und systematische didaktische Konzepte und Vorschläge zur unterrichtspraktischen Einbettung vor. Die Verfasserin versucht daher in dieser Arbeit die Relevanz des Themas für die technische Bildung deutlich zu machen, eine kurze technische Einführung in das für einen schulischen Einsatz besonders geeignete FDM-Druckverfahren zu geben und daran anknüpfend konkrete Umsetzungsvorschläge aufzuzeigen: einerseits in Form eines allgemeinen Phasenmodells zur Planung von Technikunterricht sowie andererseits in Form eines exemplarischen Unterrichtskonzepts. Am Beispiel eines Schachsets wird verdeutlicht, wie Schülerinnen und Schüler zum Anfertigen der Konstruktionsunterlagen digitale CAD-Programme nutzen und anschließend mit Hilfe eines 3D-Druckers additiv fertigen können. N2 - While 3D printing technology is now becoming increasingly widespread in both industry and the private sector, it has so far rarely been used in educational processes. Things are going way slower here, even though there are many school subjects which would perfectly fit for it. The intersections to the Berlin/Brandenburg framework curriculum are particularly obvious in the subject of economy-work-technology. However, there are only a few concrete and systematic didactic concepts and suggestions for the practical embedding in lessons. The author therefore attempts in this paper to make clear the relevance of the topic for technical education and to give a brief technical introduction to the FDM printing process, which is particularly suitable for use in schools. Following on from this, she attempts to show concrete suggestions for implementation: on the one hand, in the form of a general phase model for planning technology lessons and, on the other, in the form of an exemplary teaching concept. The example of a chess set is used to illustrate how students can use digital CAD programs to create the designs and then manufacture them additively with the aid of a 3D printer. KW - 3D-Druck KW - FDM-Druck KW - 3D-Modellierung KW - 3D-Konstruktion KW - CAD KW - Digitale Bildung KW - Technische Bildung KW - WAT KW - Wirtschaft-Arbeit-Technik KW - Technikdidaktik KW - Konstruktionsaufgabe KW - Unterrichtskonzept KW - 3D printing KW - FDM printing KW - 3D modeling KW - 3D design KW - CAD KW - digital education KW - technical education KW - WAT KW - economy-work-technology KW - technology didactics KW - design task KW - teaching concept Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-524485 ER - TY - THES A1 - Ion, Alexandra T1 - Metamaterial devices T1 - Metamaterial-Geräte N2 - Digital fabrication machines such as 3D printers excel at producing arbitrary shapes, such as for decorative objects. In recent years, researchers started to engineer not only the outer shape of objects, but also their internal microstructure. Such objects, typically based on 3D cell grids, are known as metamaterials. Metamaterials have been used to create materials that, e.g., change their volume, or have variable compliance. While metamaterials were initially understood as materials, we propose to think of them as devices. We argue that thinking of metamaterials as devices enables us to create internal structures that offer functionalities to implement an input-process-output model without electronics, but purely within the material’s internal structure. In this thesis, we investigate three aspects of such metamaterial devices that implement parts of the input-process-output model: (1) materials that process analog inputs by implementing mechanisms based on their microstructure, (2) that process digital signals by embedding mechanical computation into the object’s microstructure, and (3) interactive metamaterial objects that output to the user by changing their outside to interact with their environment. The input to our metamaterial devices is provided directly by the users interacting with the device by means of physically pushing the metamaterial, e.g., turning a handle, pushing a button, etc. The design of such intricate microstructures, which enable the functionality of metamaterial devices, is not obvious. The complexity of the design arises from the fact that not only a suitable cell geometry is necessary, but that additionally cells need to play together in a well-defined way. To support users in creating such microstructures, we research and implement interactive design tools. These tools allow experts to freely edit their materials, while supporting novice users by auto-generating cells assemblies from high-level input. Our tools implement easy-to-use interactions like brushing, interactively simulate the cell structures’ deformation directly in the editor, and export the geometry as a 3D-printable file. Our goal is to foster more research and innovation on metamaterial devices by allowing the broader public to contribute. N2 - Digitale Fabrikationsmaschinen, wie 3D-Drucker, eignen sich hervorragend um beliebige Formen zu produzieren. Daher sind sie bei Endnutzern für die Erstellung von dekorativen Elementen sehr beliebt. Forscher hingegen haben in den letzten Jahren damit begonnen, nicht nur die äußere Form zu betrachten, sondern auch Mikrostrukturen im Inneren. Solche Strukturen, die meist auf einem 3-dimensionalen Gitter angeordnet sind, sind als "Metamaterialien" bekannt. Metamaterialien wurden entwickelt, um Eigenschaften wie Volumenänderung oder lokalisiert die Steifheit des Materials zu steuern. Traditionell werden Metamaterialien als Materialien betrachtet, wir hingegen betrachten sie als Geräte. In dieser Arbeit zeigen wir, dass die Betrachtung von Metamaterialien als Geräte es erlaubt Strukturen zu kreieren, die Geräte nach dem Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe Prinzip realisieren -- und das gänzlich ohne Elektronik. Wir untersuchen 3 Aspekte von solchen funktionsfähigen Metamaterial-Geräten die jeweils Teile des EVA Prinzips implementieren: (1) Materialien, die analoge Eingabe als Mechanismen, die durch ihre Mikrostruktur bestimmt sind, verarbeiten, (2) Materialien, die digitale Eingabe verarbeiten und mechanische Berechnungen in ihrer Mikrostruktur durchführen und (3) Materialien, die ihre äußere Textur dynamisch verändern können um mit dem Nutzer zu kommunizieren. Die Eingabe für Metamaterial-Geräte ist in dieser Arbeit direkt durch den Nutzer gegeben, der mit dem Gerät interagiert, zum Beispiel durch Drücken eines Griffs, eines Knopfes, etc. Das Design von solchen filigranen Mikrostrukturen, die die Funktionalität der Metamaterial-Geräte definieren, ist nicht offensichtlich oder einfach. Der Designprozess ist komplex, weil nicht nur eine Zellstruktur gefunden werden muss, die die gewünschte Deformation durchführt, sondern die Zellstrukturen zusätzlich auf wohldefinierte Weise zusammenspielen müssen. Um Nutzern die Erstellung von diesen Mikrostrukturen zu ermöglichen, unterstützen wir sie durch interaktive Computerprogramme, die wir in dieser Arbeit untersuchen und implementieren. Wir haben Software entwickelt, die es Experten erlaubt die Mikrostrukturen frei zu platzieren und zu editieren, während Laien durch automatisch generierte Strukturen geholfen wird. Unsere Software beinhaltet einfach zu bedienende Interaktionskonzepte, wie zum Beispiel das aufmalen von funktionalen Eigenschaften auf Objekte, eine integrierte Vorschau der Deformation, oder der 3D-druckfähige Export der erstellten Geometrie. Das Ziel dieser Arbeit ist es langfristig Forschung und Innovation von Metamaterial-Geräten zu fördern, so dass sich sogar die breite Masse in das Thema einbringen kann. KW - metamaterials KW - computational design KW - fabrication KW - 3D printing KW - programmable matter KW - Metamaterialien KW - computergestützte Gestaltung KW - Fabrikation KW - 3D-Druck KW - programmierbare Materie Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-429861 ER -