Modely krystalových struktur

ZŠ a MŠ Kupkova, Břeclav, příspěvková organizace
Žáci se v průběhu projektu seznámí s prostorovou orientací chemických vazeb v krystalové mřížce a atomovými poloměry. Dále se seznámí s principem FDM 3D tisku a základy ovládání programu Fusion360.
Medium
Medium-term
15+ yrs
Verified by Prusa Team
Suitable printers: Prusa MINI / MINI+Prusa MK3 & MMU2Prusa MK3/S/S+Prusa MK3S/+ & MMU2S/3
0
3
0
298
updated August 1, 2022

Summary

PDF
Žáci se v průběhu projektu seznámí s prostorovou orientací chemických vazeb v krystalové mřížce a atomovými poloměry. Dále se seznámí s principem FDM 3D tisku a základy ovládání programu Fusion360.

The focus of the target group

Projekt byl realizován jako volnočasová aktivita pro žáky devátého ročníku (převážně s žáky zaměřenými na chemii a technické obory).

Necessary knowledge and skills

Žáci před realizací projektu nedisponovali žádnými speciálními znalostmi z oblasti 3D tisku.

Project objectives

Žáci po absolvování projektu dokážou objasnit geometrickou strukturu vybraných krystalových mřížek. Škola v rámci projektu získá modely krystalových mřížek pro využití v hodinách přírodopisu a chemie.

Required equipment

  • Filament PLA (raději použít barevný filament než modely barvit)
  • Lepidlo UHU Hart Kunststoff
  • Tyč nerezová d = 3 mm; l = 1000 mm; 8 ks
  • Barva ve spreji (při realizaci se ukázalo, že barvení není dobrá cesta. Při výrobě dalších modelů použijeme barevné filamenty. Ušetří nám to spoustu práce a výsledek bude vypadat lépe).
3D modeling

Project time schedule

  • Seznámení s Fusionem360: 6 vyučovacích hodin
  • Modelování: 2 vyučovací hodiny
  • Lepení, barvení a kompletace: 6 vyučovacích hodin

Workflow

Projekt jsme pojali jako seznámení žáků se základy 3D tisku.

Úvodní hodina

Žáci se seznámili s principem 3D tisku a dostupnými online zdroji 3D modelů. Následně si každý sám zvolil volně dostupný model, na kterém jsme se seznámili s používáním PrusaSliceru.

Úvod do 3D modelování

V tomto dvouhodinovém bloku jsme se zaměřili na základní pojmy a logiku ovládání programu Fusion (sketchování, extruze, modifikace tělesa, export pro tisk). Žáci si pod vedením vyučujícího vymodelovali vlastní přívěšky na klíče. Pracovali jsme tak, že vyučující modeloval na tabuli a žáci jeho postup napodobovali a modifikovali si jej podle vlastního přání a požadovaného výsledku.

Modelování krystalové mřížky

Žáci si sami na základě učiva z přírodopisu zvolili, jakou krystalovou mřížku chtějí modelovat (zvolili chlorid sodný). K tomu si zjistili potřebné informace (prostorová orientace, atomové poloměry).

Doporučuji finální mřížku nakreslit na tabuli. Mřížka se skládá z různých typů „atomů“. V případě chloridu sodného jsou to dva prvky. Každý atom prvku se tiskne ve 4 modifikacích (atom s šesti otvory do středu mřížky, atom s pěti otvory a značkou prvku na stěnu mřížky, atom se 4 otvory na hranu mřížky a atom se třemi otvory do rohu). V případě NaCl máme různou práci pro 8 žáků.

Pracovali jsme obdobně jako v úvodní hodině. Vyučující předváděl a vysvětloval postup, žáci si jej přizpůsobovali „svému“ modelovanému atomu. 

Ve finále si každý žák spočítal, kolikrát se jeho modifikace ve finální mřížce bude vyskytovat. Plánovali jsme vytvořit model o rozměrech 5x5x3 atomy, ale nakonec (z důvodů, které jsou uvedeny v části kompletace) jsme vytvořili pouze model o rozměru 5x5x2 atomy.

Kompletace

Koule jsme při slicování řezali na poloviny a následně lepili dohromady. To se ukázalo jako chyba. Při lepení došlo k různě velkému pootočení obou polokoulí vůči sobě, takže otvory pro zasunutí spojovacích tyček nebyly přesně kolmé.

Z toho důvodu jsem do návodu doplnil kroky, kterými je možné rozpůlení koule provést již ve Fusionu360 a současně do vzniklých polokoulí vytvořit otvory, které umožní přesné sesazení. Do otvorů na ploše ke slepení se před nanesením lepidla vloží kulatina o průměru 2 mm a délce 5 mm.

Polokoule z materiálu PLA jsme lepili lepidlem Lepidlo UHU Hart Kunststoff. Lepidlo naprosto předčilo očekávání, a i při poměrně násilné kompletaci modelu se rozlepilo pouze pár spojů.

Vzniklé koule jsme barvili akrylovou barvou, což se ukázalo jako špatná taktika. U dalších modelů určitě objednáme filament v příslušné barvě. Značky prvků na atomech je vhodné obtáhnout pro zvýraznění černou fixou.

Nejnáročnějším bodem byla kompletace. Pro spojování jsme použili nerezovou kulatinu d = 3 mm nařezanou na délku 5 cm. Většinou šly kousky kulatiny zasunout přiměřenou silou, je vhodné mít po ruce aku vrtačku s vrtákem 3 mm a některé hůře vytištěné otvory protáhnout vrtákem. Doporučujeme přidávat atomy po vrstvách, aby se předešlo zasouvání kulatiny do otvorů pod úhlem.

Authors

Michal Hejsek a žáci 9. C a 9. A

Model origin

The author hasn't provided the model origin yet.

License