3D-printimine — tuuleturbiin

1. Empaatia rakendamine

Tuuleenergia on õhuvoolu tekitatav energialiik. See on taastuvenergia, mida saab kasutada erinevates kohtades. Võrreldes söe, nafta ja teiste energiaallikatega ei kaasne tuuleenergia kasutamisega saasteprobleeme ning tuuleenergia varud on ammendamatud ja esinevad kõikjal. Seetõttu on inimesed projekteerinud tuuleturbiine, mis suudavad tuuleenergiat ära kasutada. Tuulegeneraatoreid kasutatakse paljudel juhtudel, näiteks elektrienergia tootmiseks erinevates piirkondades või mõnede elektriseadmete toitmiseks, näiteks sprinklerid, tänavavalgustus.

Võtame näiteks tänavavalgustuse. Kuigi see tagab inimestele mugava liikumise öösel, vajatakse selleks ka võimsaid elektritarbimisseadmeid ja süsteemi käigushoidmiseks suurt energiahulka. Linnavalitsuse ehitusosakonna alla kuuluv tehnikafirma kavatseb tänavavalgustusseadmed välja vahetada uute vastu, mis kasutavad nii tuule- kui ka päikeseenergiat, et vähendada elektrijaamas toodetava energia kasutamist tänavavalgustuseks. Päikeseenergia kasutamiseks on päikesepaneelide valik juba tehtud, kuid tuuleenergia korral on probleemiks kõige tõhusamat tüüpi labadega tiiviku leidmine. Kas te saate projekteerida mõned tiivikulabad ja aidata neist katsetuste alusel parim välja valida?

Selles õppetunnis disainime 3D-printimise abil erinevaid labasid ja teeme kindlaks muundamise suure tõhususega tiiviku mudeli. Samade tingimuste tagamiseks katsetuste ajal kasutame järgmisi kriteeriume:

• mootori kronsteini mõõtmed ja asukoht peavad jääma samaks;
• mootor peab olema sama;
• tuule kiirus peab olema sama (vajalik on võimsam tiivik).

3. Ideede genereerimine

Laske õpilastel projekteerida erineva suuruse, arvu, kuju ja kaldenurgaga tiivikute labasid ning visandada need paberil. Registreerige andmed ja täitke kavandileht. Pärast tuuleenergia saamise katset kirjutage sinna tulemused.

4. Prototüüp

Tuuleturbiinide mudeli projekteerimiseks kasutage programmi Tinkercad.

• 1. samm: Tinkercadi ettevalmistamine
  Juhendage õpilasi, et nad läbiksid Tinkercadi sissejuhatava õppe (vt „Asjakohased juhendid") ja tunneksid Tinkercadi põhifunktsioone.
• ​2. samm: tuuleturbiini mootori kronsteini projekteerimine
  Õpetajad juhendavad õpilasi mootori kronsteini disainimisel. Kronsteinid peavad olema samade mõõtmetega.
  Kujundamise põhipunktid
  • ​Kronsteini alus peab olema piisava suurusega, et detail seisaks laual vertikaalasendis.
  • Projekteerige mootori suurusele vastav ava, kuhu saab kinnitada mootori.
• 3. samm: tiiviku labade projekteerimine
  Tehke klõps Tinkercadi liidese paremal poolel oleval ikoonil „Shape Generators“
  ​(Generaatorite kuju) → seejärel klõpsake labade kujundamiseks ikoonil „Featured“ (Parameetrid).
  Kujundamise põhipunktid
  ​Tiiviku labade erinevaid mudeleid saab genereerida laba mudeli parameetrite muutmisega.
• 4. samm: faili eksportimine
  Klõpsake Tinkercadi paremal ülaosas oleval nupul „Export“, genereerige fail OBJ- või STL-vormingus ja laadige see alla oma arvutisse.​

5. Faili töötlemine – 3D-printimine

Failitöötlus on OBJ- ja STL-faili töötlemine Snapmakeri juhtprogrammiga ja selle konverteerimine töötlustuvastusfailiks. Esmalt peate avama tarkvara ja sisenema 3D-printeri G-koodi generaatori liidesesse.

Sammud: 3D-printimine

Klõpsake nupul „Upload File“, importige Tinkercadist eksporditud OBJ- või STL-fail ja kasutage soovitatavaid parameetreid järgmisel viisil:

• Klõpsake nupul „Generate G-Code“.
• Jälgige materjali, et tagada mudeli tõhus printimine.
• Klõpsake nupul „Export G-code to File“, andke sellele nimeks FanParameter1 ja dubleerige see USB-mäluseadmele.

6. 3D-printimine

Kasutage kronsteinide ja tiivikulabade printimiseks Snapmaker Originali kolm-ühes 3D-printerit. (3D-printimismoodul)

• 1. samm: ohutus
  ​Palun lugege enne printeri kasutamist läbi lisas olevad ohutusjuhised.
• 2. samm: printeri ettevalmistamine
  • Paigaldage Snapmaker Originali kolm-ühes printeri 3D-printimismoodul.
  • Ühendage USB-mäluseade ja lülitage printeri toide sisse.
  • Paigaldage PLA. Ärge unustage enne PLA paigaldamist düüsi soojendada.
  • Loodige alusplaat.
• 3. samm: 3D-printimine
  • Puudutage puuteekraanil ikooni „Files“ ja valige kujundusfail.
  • Viige töö lõpule.
• 4. samm: tuuleturbiini kokkupanek
  • Valmistage ette kõik tuuleturbiini osad.
  • Pange tuuleturbiin kokku.
  • Viige töö lõpule.
  • Kleepige kahepoolne teip kronsteini põhjale ja suruge seejärel kronstein katsetamiseks laua külge.

7. Tegevus – tuuleturiini katsetamine

Ühendage digitaalse multimeetri punane ja must juhe alalisvoolugeneraatori kahe klemmiga, tiiviku labad pöörlevad tugeva välise tuule toimel. Mootori välismähis lõikab magnetvoogu ja genereeritakse elektrivool. Kasutage pinge mõõtmiseks multimeetrit režiimis „DC voltage“ (alalispinge) Samades tingimustes saame erinevate labade kasutamisel erinevad pinged. Laske õpilastel registreerida tiiviku erinevate labade korral saadud pinged ja märkige need üles.

Märkus

Hoiatage õpilasi, et nad ei puudutaks katsetamise ajal vooluahela metallosi. Vajaduse korral hoidke käepärast isoleermaterjalist kindad. Samuti ärge pange käsi labade lähedale. Võite saada vigastusi.

8. Arutelu

Laske õpilastel vahetada mõtteid oma projektide üle, lähtudes järgmistest aspektidest:

• millised tegurid mõjutavad tuuleenergia muundamise tõhusust?
• milliseid seadmeid soovite kasutada koos tuuleturbiinidega?
• kas on olemas võimalusi optimeerimiseks?
• järeldused õpitust.