Obléhací klání
Máte rádi historii a historické zbraně? Pak je tato lekce pro vás jako stvořená. V průběhu lekce se seznámíte s obléhacími válečnými stroji, které se zrodily již v antice. Tentokrát se dozvíte něco o historickém zařazení, vývoji a konstrukci. V druhé části lekce si navrhnete i vlastní zmenšený model. Inspirací vám mohou být existující historické trebuchety, katapulty nebo praky, ale fantazii se meze nekladou a můžete využít i svůj vlastní návrh mechanismu, který katapultuje projektily. Po vytištění a sestavení modelu můžete společně se spolužáky uspořádat klání a otestovat tak, který mechanismus nebo čí stroj je nejlepší!

Dějepis

3D tisk

> 7. třída

}

3 × 45 min

Martina

12/04/2021
# 3D modelování | 3D tisk | slicer | Tinkercad

I. Uvedení do tématu

O čem to je?

Historické obléhací zbraně se používali jako podpora armády, např. pro obsazení nepřátelského opevnění či protipěchotní stroj. Většina nějakým nechanismem katapultuje projektil. Takovými projektily byly většinou kameny, které narušily hradby ve strategickém místě, hořící projektily, které způsobovaly zápalné škody, páchnoucí látky či nakažené osoby nebo zvířata. Použití obléhacích strojů tak napomohlo vojsku pevnost dobýt a způsobit ztráty posádce nepřátelského hradu.

V této lekci se žáci seznámí z možnými mechanismy, jakým způsobem lze vystřelit projektil, a následně si s vybraným mechanismem navrhnou vlastní stroj. Funkční model si vytisknou na 3D tiskárně, sestaví a odprezentují ostatním. Na závěr mohou testovat jeho přesnost a funkčnost a poměřit svůj návrh s ostatními.

Stručný postup lekce

  1. Historické zařazení obléhacích zbraní
  2. Mechanismus vrhu projektilu
  3. Návrh vlastního stroje
  4. Modelování v Tinkercadu
  5. Příprava dat na 3D tisk ve sliceru
  6. 3D tisk
  7. Soutěžní klání

Procvičovaná látka a dovednosti

V této lekci si žáci prakticky procvičí tuto látku a dovednosti:

  • Historické zbraně
  • Použití historických zbraní
  • Válečná taktika – obléhání, průběh bitvy
  • 3D modelování
  • 3D tisk
  • Sestavení modelu
  • Prezentační dovednosti
  • Testování modelu

Materiál

  • Filament PLA různých barev

Stroje

  • 3D tiskárna (v této lekci je postup demonstrován na tiskárně Prusa Mini)

Pomůcky

  • Tužka a papír
  • Gumička nebo provázek
  • Vteřinové lepidlo

Software

  • Tinkercad
  • Slicer (v této lekci je použit PrusaSlicer)

II. Příprava

Na začátku této lekce uveďte žáky do historického zařazení a významu této válečné obléhací zbraně. Určitě máte spoustu materiálů o tom kdy a jak byly tyto zbraně používány. Promítněte obrázky válečných obléhacích zbraní a nějaké ukázky toho, k čemu se mají žáci v této lekci dopracovat. V průběhu lekce se dozvíte informace o všem potřebném – od návrhu, přes modelování až po samotný tisk. Můžete použít přesný model v ukázce, ale pokud mají žáci nějakou svoji představu, dejte jim prostor pro to realizovat vlastní inovativní návrh.

Ilustrace historického obléhacího stroje [20.cz].

Způsob odpalu

Nejprve se každý žák musí vybrat, jakým způsobem bude jeho stroj odpalovat projektil. Lze využít konstrukci historických trebuchetů, katapultů nebo praků, u níž budou žáci natahovat rameno pomocí provazů, které následně vyvolají torzní moment nebo gumiček. Případně můžete tento systém zjednodušit a opravodovou historickou zbraní se pouze vzdáleně inspirovat. 

TIP!

Pokud nechcete s žáky navrhovat vlastní katapult, stáhněte nějaký z následující nabídky a pouze jej vytiskněte.

Základní možnosti odpalu jsou:

1. Prst
Prstem vynaložíte dostatečnou sílu na odpal. Můžete tak dobře korigovat vzdálenost, tedy katapult bude přesný na cíl, ale nedostřelí na takovou vzdálenost.

2. Gumička
V tomto případě se jeden konec gumičky připevní za konec odpalovacího ramene a druhý konec se zahákne za část konstrukce k tomu určené. Prstem se pak natáhne rameno a pustí. Napětí v gumě tak vymrští nálož. Tento způsob zaručí dostatečnou sílu na odpal, ale vzdálenost lze hůře korigovat.

3. Provaz a tvarový spoj
Tento způsob využívá napnutý provaz a zarážku. Je proto nejpodobnější historickým modelům katapultů. Při použití obyčejnýého provázku v podstatě není možné nijak výrazně korigovat sílu natažení.

4. Pružnost materiálu
Dalším způsobem, jak katapult rozpohybovat, je využít tvar samotného modelu. Může se jednat například o páku, která se natáhne za zarážku a tímto způsobem se napruží. Po jednoduchém uvolnění zarážky katapult vystřelí. Tento způsob se nedá jiným způsobem ovládat a ovlivňovat jeho funkčnost.

Model jednoduchého katapultu [protocam.com/learningcenter].

5. Kombinace gumičky a tvarového spoje
Výše uvedené konstrukční varianty lze přirozeně libovolně kombinovat a vylepšovat.

V této lekce se inovativnosti meze nekladou, proto při konstrukci katapultu využijte jakýkoliv ze způsobů. Pokud není ve vašich časových možnostech vymodelovat celý katapult, použijte s žáky některou z ukázek uvedených výše a model stáhněte, vytiskněte a sestavte.

Návrh konstrukce

V této části se žáci dostanou k samotnému návrhu stroje, kterýkatapultuje projektil. Nejprve tužkou na papír, aby měli představu, co budou modelovat.

V ukázce jsme se rozhodli použít mechanismus na gumičku. Pomocí jednoduchých skic, papíru a tužky jsme navrhli stroj, který později vymodelujeme.

Návrh modelu katapultu poháněného gumičkou.

Nezapomeňte si také specifikovat seznam věcí, které při konstrukci, sestavování a používání budete potřebovat. Snažte se využít co nejvíce věcí, které máte běžně k dispozici a které není nutné zvlášť kupovat nebo složitě shánět.

Seznam:

  • stroj s mechanismem na gumičku,
  • pevná konstrukce a podstava,
  • munice na odpal (5×),
  • místo na odložení munice,
  • otočený mechanismus kvůli míření.

III. 3D modelování

Po návrhu trebuchetu na papíře a diskuzí nad možnými problémy konstrukce je čas překlopit návrh do 3D. K tomu lze využít nejen jednoduchý a vysoce efektivní Tinkercad, ale pokud jsou již žáci v modelování zběhlejší např. Fusion 360 či jiný modelovací program, který ovládají. Během modelovací fáze lze odladit případné nejasnosti návrhu a zkontrolovat, zda do sebe budou díly pasovat.

Vyzvěte žáky, ať si otevřou program Tinkercad a založí si nový projekt, který si libovolně pojmenují. V první kroku je vhodné upravit si mřížku tak, aby odpovídala velikosti tiskové plochy 3D tiskárny.

Modelování ramene

Nejprve si žáci vymodelují rameno s miskou na odpalování munice.

1. Miska na munici
Jako první si žáci ze základní nabídky zvolí Polokouli. Tu upraví na žádané rozměry a tvar případně nahnou a pomocí další koule s vlastností Díra naznačí otvor doprostřed polokoule. Příkazem Seskupit vždy provedou akci.

V ukázce jsme ještě pomocí kvádru zarovnali spodní část koule na plochu. Opět pomocí kvádru s vlastností díra.

TIP!

Poraďte žákům, ať si rozmyslí, jak bude výsledný katapult velký. Dle toho mohou modelovat v reálných rozměrech.

2. Rameno
Jako druhý krok je třeba, aby žáci vytvořili rameno. To lze  zkonstruovat pomocí spojování válcových nebo kvádrových profilů tak, aby daly dohromady celou konstrukci.
Nejprve je vhodné vymodelovat část, která se napojuje na misku pomocí kvádru. Tu pomocí příkazu Zarovnat a Seskupit připojí ke středu misky.

V ukázkovém případě můžete vidět použití příkazu Zarovnat.

3. Uchycení
Jako další je třeba, aby žáci vytvořili část, která je vsunuta v konstrukci a zároveň slouží pro uchycení gumičky. Celou konstrukci lze vytvořit pomocí kvádrů a válce pro otočnou část. Nakonec se vždy jednotlivé hotové části seskupí.

TIP!

Aby celý tisk nebyl příliš pružný, poraďte žákům, ať využívají kvádry nebo válce o minimálním rozměru 3 mm.

Pomocí příkazu Zrcadlit lze jednoduše zrcadlit již vytvořené kousky, viz ukázka.

4. Prostor pro natažení

Jako poslední krok je třeba vytvořit prostor na uchycení prstem na konci misky. Ten bude sloužit pro natažení ramene při střelbě. Po jeho vytvoření je potřeby, aby jej žáci připojili ke zbytku ramene.

Modelování konstrukce

V této fázi máme hotové rameno na odpalování a je třeba připravit základní rám.


1. Základ
Základem pro rám bude základní tvar Paraboloid.  Z něj je třeba odečíst kvádr tak, aby došlo ke vzniku dvou stojnic pro umístnění odpalovacího ramene. Dejte pozor na to, že šířka kvádru musí odpovídat šířce již vytvořeného ramene z předchozím kroku!

2. Otvory
V druhém kroku je třeba připravit otvory, do kterých se upevní odpalovací rameno. Ty žáci vytvoří pomocí válce, který bude mít minimálně o 0,2 mm větší průměr než válec, který je součástí ramene, aby byla zajištěna vůle těchto dvou součástí.  Připravenému pomocnému válci následně stačí nastavit vlastnost Díra a seskupit se zbytkem.

3. Uchycení gumičky
V tomto kroku musí žáci přidat část, která bude sloužit jako místo, kam zachytí gumičku. Nejjednodušším způsobem bude ji vytvořit pomocí jednoduchých kvádrů a seskupit se zbytkem tělesa.

4. Stabilní podstava

Jednou ze základních věcí z našeho seznamu je přidat otočnou podstavu, aby bylo možné s katapultem pohodlně mířit do stran. V tomto případě pomocí Válce vytvoří žáci válcovou podstavu o stejné velikosti jako paraboloid. K ní přidají kvádr s válcovým zakončením, a to pro zajištění stability.

5. Pohyblivé spojení

V tomto kroku je potřeba zajistit, aby se podstava vůči základní konstrukci mohla volně otáčet a katapultem se tak mohlo mířit do stran. K tomu použijte s žáky jedno z dostupných spojení vhodných pro 3D tisk. V sekci Generátor tvarů – Doporučené lze vybrat prvek Závěr a zásuvka. Jednou vloží žáci část jako Krok a jednou jako Díra v závěru. Žáci musejí zvolit volné otáčení! Dále nastaví velikosti (průměr) tak, aby odpovídali jejich tvarům.

Potom pomocí příkazu Zarovnat zarovnají na střed vložené části. Aby byli žáci schopni zarovnat na střed, je potřeba, aby zrušili seskupení podstavy a konstrukce a zarovnávali pouze s kruhovým tvarem. Jednu část žáci odečtou od podstavy a druhou seskupí se základní konstrukcí tak, aby na sebe přesně navazovali. To zajistí spojení částí, vůli a otáčení částí vůči sobě. S katapultem tak bude možné mířit.

Munice a detaily

V tomto kroku navrhněte společně s žáky všechny ostatní detaily a vychytávky katapultu.


1. Munice
Jako první je třeba vytvořit munici. Nejjednodušší cestou je vymodelování koulí nebo kostek, případně dalších těles z výchozí nabídky Tindercadu.

2. Přihrádka na munici

V ukázkovém případě jsme přidali malý kvádr a z něj odečetli 3 koule, které budou sloužit jako stojánek na munici. Pokud mají žáci jiný nápad, jak tento krok vyřešit, mohou postupovat vlastní cestou.

V tomto kroku je základní modelování hotovo. Nadále je možné dělat vylepšení, dle toho, jak měli žáci svůj katapult vymyšlený. Cest je opravdu mnoho.

TIP!

Aby žáci nemuseli funkce hledat v seznamu, stačí si je přidat do oblíbených kliknutím na ikonu hvězdičky. Budou pak v seznamu na začátku nebo v záložce Oblíbené.

Finální model žáci vyexportují do .stl souboru. Vždy označí ty části, které chtějí vyexportovat a uloží. Nejlepší volbou je samostatná 3D tělesa uložit do zvláštních souborů.

IV. 3D tisk

Po exportu těles již můžete přejít k 3D tisku. Postup je obdobný jako v ostatních lekcích. Před vlastním 3D tiskem je nutné model vyslicovat. Je použit software slicer (v ukázkovém případě použit Prusaslicer). Žáci si otevřou program a importují vybraný .stl soubor, který před tím vytvořili. Jelikož se jedná o model, který nebude teplotně namáhaný, je dobrou volbou materiál PLA (ale lze použít vše, co máte k dispozici). Kvalita tisku bude postačovat standardní. V ukázce jsou použita následující nastavení:

  • Výška vrstvy: 0,15
  • Podpěry: Pouze na tiskové podložce
  • Výplň: 20 %
  • Perimetry: 2
  • Počet plných vrchních a spodních vrstev: 3
  • Brim: –
TIP!

Vytiskněte si barevně jednotlivé části katapultu.

Dejte si pozor na to, aby žáci omylem nezměnili rozměry modelu, aby do sebe později pasovaly. Nastavení samozřejmě uzpůsobte svému modelu, tiskárně a časovým možnostem. Pro úsporu tiskového času můžete na tiskovou podložku umístit více modelů naráz.

Po nastavení vybraných parametrů tisku dáme vpravo dole Slicovat. Nechte žáky si prohlédnout, jak budou vypadat jednotlivé vrstvy tisku pomocí slideru na pravé straně okna. Zkontrolujte zejména nastavení podpor, modely případně přeorientujte tak, aby bylo jejich použití co nejefektivnější.

Zkontrolujte žákům čas tisku v pravém dolním rohu. Po kontrole je třeba vygenerovat G-code. Ten si žáci uloží a je čas tisknout. Zapněte tiskárnu. Předehřejte tiskárnu na vámi zvolenou teplotu dle použitého materiálu. Žáci vloží SD kartu nebo flash disk, zvolený filament a spustí tisk. Po zahájení tisku je potřeba, aby si žáci zkontrolovali minimálně první vrstvu tisku, jestli vše probíhá v pořádku!

Sestavení 3D tisku

Po vytištění spojte jednotlivé části dohromady. Podstavu na základní konstrukci mohou žáci jednoduše nacvaknout dohromady. Na rameno je třeba provléknout gumičku zkrácenou dle potřeby tak, aby při natažení trebuchetu vytvořila dostatečnou sílu pro odpal munice.

V ukázkovém případě jsme spojili rameno s konstrukcí nahřátím výtisku fénem. Plast tak bude v tu chvíli poddajnější a potom znovu zatuhne.

TIP!

Pokud nemáte k dispozici fén nebo horkovzdušnou pistoli, poraďte žákům, ať konstrukci vytisknou například na poloviny. Poté při sestavování vloží rameno a slepí vteřinovým lepidlem obě části k sobě.

V. Shrnutí

V této lekci měli žáci možnost si navrhnout vlastní funkční stroje, které katapultují munici různými mechanismy. Seznámili se tak s válečnou zbraní, s jakou obléhali ve středověku například hrady. Všichni teď představí svůj stroj ostatním a vysvětlí, jak funguje a k jaké činnosti by měl především sloužit. Později mohou svá tvrzení odzkoušet na dějepisném klání a užít si tak se svými návrhy trochu zábavy. Při prezentaci je dobré diskutovat jednotlivé fáze zpracování projektu, způsob spolupráce v týmu a překážky, které při práci vznikly.

Katapultové klání může probíhat různě – my jsme za vás vymysleli těchto prvních pár kol:

  1. Střelba na dálku
    Pomocí svinovací metru a stejné munice vyzkoušejte, čí munice je vystřelena nejdál.
  2. Střelba na cíl: Terč
    Pomocí terče umístěného na svislé rovině mohou žáci střílet na přesnost. Disciplína může být hodnocena podobně jako v šipkách, kdy střed je za nejvíce bodů
  3. Střelba na cíl: Eliminace armády nepřítele
    Žáci si mohou umístit například jednoduché postavy vytisknuté na 3D tiskárnu. Pak už natáhnout svůj stroj a na principu kuželek, kdy je potřeba všechny shodit mohou získávat body za počet pokusů potřebných z rozboření hradby.
0 KOMENTÁŘŮ

0 komentáøù

Přidat komentář

Nejnovější lekce a projekty

Nebojte se zlomků

Nebojte se zlomků

Zlomky patří mezi nejdůležitější základní věci, které se v matematice učí. Člověk je používá každý den, i když si to ani nemusí uvědomit. Určitě už jste dělili pizzu nebo koláč na několik stejných dílů nebo taťka doma řezal laťku na dvě stejné části. Je proto nutné, aby každý do této kapitoly investoval trochu více svého času, protože se se zlomky bude setkávat a využívat je velice často.
V této lekce si tak mohou všichni připravit jednoduchou pomůcku pro pochopení úplných základů zlomků. A navíc kromě procvičování zlomků si ve volných chvílích mohou stavět, na co zrovna mají chuť!

Jak se hýbe naše kostra?

Jak se hýbe naše kostra?

Zajímalo vás někdy, jak se všechny stroje pohybují? A kdo všechny ty pohyby vymyslel? A víte, že ten základní pohyb možná vychází z něčeho, co sami dobře znáte? V této lekci se dozvíte základní kloubní spojení lidského těla, jejich pohyblivost a omezení. Kloub je totiž spojení a zároveň ohebné místo dvou nebo více se vzájemně dotýkajících kostí. To stejné je kloub z mechanického hlediska.
V této lekci si představíte základní kloubní spojení lidského těla. Ty převedete na jednoduché mechanické klouby, vymodelujete a na závěr vytisknete na 3D tiskárně. Žáci tak zjistí, že většina základních mechanických pohybů mají původ v těch organických v našem těle. Získané znalosti pak mohou žáci využít v praxi při návrhu ohebných spojů.

Švihej!

Švihej!

Co takhle si dát mezi sebou soutěž o to, kdo vydrží déle skákat přes švihadlo? Nebo se naučit nové triky jako vajíčko nebo dvakrát omotat švihadlo na jeden výskok? Ne v každé škole jsou ideální pomůcky pro všechny žáky ve třídě. V této lekci mohou žáci všechno vyzkoušet pomocí vlastního švihadla, které si navrhnou a sami vyrobí!
Nejen předměty jako matematika mohou využívat nové technologie. Své uplatnění najdou i v tělocviku! Ne každému půjde vše napoprvé. Právě příležitost zažít a opakovaně překonat neúspěch je klíčovou zkušeností pro budování zdravé sebedůvěry.

Geografické mapy

Geografické mapy

Procvičování zeměpisných znalostí tradiční formou slepých map zná každý. A co kdyby dané mapy nebyly pouze na papíře? Co kdyby tu byla ještě interaktivnější možnost, jak pracovat se slepými mapami? Nevíte, kde leží jednotlivá města v České republice? Nebo neumíte pojmenovat jednotlivé státy v Evropě? Tato lekce vám umožní si vytvořit slepou mapu jakékoliv oblasti, kterou zrovna potřebujete procvičit. Formou skládačky můžete dát dohromady státy jednotlivých kontinentů, přidat města a pohoří, a to vše dokola procvičovat na vytištěném 3D modelu včetně terénu jednotlivých oblastí.

Pin It on Pinterest

Share This