このSTEAMメーカープロジェクトでは、学生はLaserMakerを使用して手描きの列車をレーザーカットの木製モデルに変えることで、「マジックブラシ」デザインの旅を続けています。レッスンでは、画像のスキャン、トリミング、アウトライン、彫刻、切断をレビューし、列車の車輪、カプラー、キャリッジ接続、オプションのギア、小型モーター、レールでアクティビティを拡張します。

このプロジェクトは、以前の自動車発明者のレッスンに基づいています。学生は車と電車を比較し、すでに知っていることを、複数の接続されたセクションを持つ新しい輸送モデルに適用します。

鉄道発明家STEAMレーザー切断プロジェクトカバー画像 — 学生は、描画、LaserMaker、およびレーザー切断を使用して、輸送のアイデアを物理的な列車モデルに変えます。

1.レッスンの概要

アイテム	詳細
プロジェクト	Train Inventorレーザー切断プロジェクト
ソフトウェア	LaserMaker
主なスキル	手描き、画像スキャン、画像トリミング、アウトライン抽出、ビットマップ彫刻、ベクトル切断、ホイールデザイン、アレイコピー、バヨネットスタイルのジョイントデザイン、カプラーのデザイン、ギアの配置、モーターアップグレード、およびアセンブリ
提案された材料と部品	合板、紙、ドローイングペン、小さな木の棒、木製のリング、小さなモーター、ギア、バッテリーボックス、ワイヤー、接着剤、オプションのレール部品
教室フィット	レーザー切断およびメーカープロジェクト、STEAMアートおよびエンジニアリング、輸送設計、初心者LaserMakerレビュー、教室のプロトタイピング、および創造的なアップグレード活動

1.1プロジェクトの目標

学生はオリジナルの列車を描き、LaserMakerにスキャンし、きれいな外側の切断輪郭を準備し、図面を彫刻し、列車の部分を切り取り、立体的な列車本体をデザインし、列車の車両をカプラースタイルの部品で接続します。電動フロントセクションやレーザーカットレールなどのオプションのアップグレードを探ります。

1.2推奨される教室の使用

教師の場合:このプロジェクトを使用して、接続された車体、カプラー、レール、およびパワードムーブメントを導入しながら、学生が自動車発明者のワークフローを確認できるようにします。

学生のために:アクティビティを使用して図面を列車のモデルに変換し、ホイール、キャリッジ、カプラー、ギア、トラックでよりリアルにします。

Makerspacesの場合:クリエイティブな描画とレーザーカットアセンブリ、およびシンプルなモーションアップグレードを組み合わせた、初心者向けの輸送プロジェクトとして使用します。

2.学習目的

2.1学生が学ぶこと

車と電車の基本構造、特に1つの車体と複数の接続された電車の違いを比較します。

明確な外縁を持つ列車の図面を作成し、それをLaserMakerでスキャンして処理します。

Picture CropとPicture Outlineを使用して、ビットマップ彫刻レイヤーと外部ベクトル切断パスを準備します。

トレインホイール、木製の固定リング、スプライシングプレート、バヨネットスタイルのジョイント、およびカプラースタイルの接続部品を設計します。

ギア、小型モーター、バッテリーボックス、オプションのレールで列車をアップグレードして、よりリアルなモデルにします。

2.2 STEAMスキル開発

デザイン思考:手描きのアイデアから始めて、構造、接続、動き、環境の詳細を通じて列車を改善します。

計算思考:トリミング、アウトライン、レイヤー、寸法、アレイ、ミラーリング、および繰り返し部品を使用して、生産対応のレーザーファイルを作成します。

エンジニアリング思考:列車と車両の接続、ホイールの回転、ジョイントフィット、モーターの配置、ギアエンゲージメント、およびレールが最終モデルをサポートする方法について検討します。

2.3責任あるメイキング

学生は、教師またはラボの監督者の指導の下でのみレーザーカッターを操作する必要があります。カットする前に、フォーカス、レイヤー出力、マテリアル配置、および処理パラメータを確認してください。モーターとバッテリーボックスを追加するときは、ワイヤーをギアやホイールから遠ざけ、列車をゆっくりとテストしてから、長時間実行します。

3.プロジェクトのインスピレーション: 車の発明者から列車の発明者へ

このレッスンでは、以前の自動車発明者のレッスンで学んだスキルに基づいて列車を作るように生徒をガイドします。重要な新しい課題は、電車が1つの体だけではないということです。列車には、機関車、馬車、車輪、カプラースタイルの接続、そして多くの実際の例ではレールが含まれています。

鉄道発明家プロジェクトの例 — 学生は以前の自動車製造ワークフローを使用して列車を作成します。

列車構造教室思考プロンプト — 設計する前に、学生は列車が車とどのように異なるかについて話し合います。

4.クラス前の思考の質問

教師は交通機関の比較の質問からレッスンを始めることができます。これらのプロンプトは、生徒が描画を開始する前に、観察、構造、および機能を結び付けるのに役立ちます。

車と電車の違いは何ですか?

実生活では電車はどのように見えますか?

列車の2つの一般的なタイプは何ですか?

電車は通常どこで走りますか?

教室ディスカッション:学生は、列車を、前部、車両、尾部、台枠、車輪、およびカプラースタイルの接続を備えた輸送システムとして説明できます。また、通常の列車と高速列車を比較し、列車が通常線路を走る理由について話し合うこともできます。

5.レッスン手順

5.1単一のシルエットトレインを作る

学生に想像する電車のスケッチを依頼します。単純な車のモデルとは異なり、列車には通常、機関車と複数の車両が含まれているため、学生はフロントと車両を別々に描く必要があります。

紙に電車のアイデアを描く手 — 生徒は、図面をLaserMakerにインポートする前に、機関車と車両をスケッチします。

スキャンアプリまたは教室で承認された別の方法を使用して、図面をスキャンし、LaserMakerにインポートします。まず、Picture > Cropを使用して、画像の周りの空白スペースを削除します。

LaserMakerでスキャンした列車の図面を切り取る — スキャンした列車の図面をトリミングして、ソフトウェアが便利な画像領域に焦点を合わせるようにします。

次に、写真> アウトラインを使用して列車のアウトラインを生成します。内側のアウトラインを選択して削除し、外側のアウトラインのみをカットします。元のビットマップは彫刻用に残すことができるため、生徒の絵は完成した電車に引き続き表示されます。

LaserMakerで列車の描画に画像の概要を使用する — アウトラインを生成し、切断のために外側の輪郭を保ちます。

LaserMakerでレイヤーパラメータ領域をダブルクリックし、合板プロジェクトの彫刻および切断パラメータを設定します。設定を確認した後、ファイルをレーザーカッターに送信して処理します。

Trainプロジェクトのレイヤーパラメータ設定 — 処理する前にレイヤーパラメータを設定します。

完成したシングルシルエットレーザーカットトレイン — 単一の列車を完了します。列車のシルエット。

次デザインの質問:1つのシルエットトレインで図面を表示できますが、機関車と車両はまだ接続されていません。学生は今、列車のセクションを接続して一緒に移動できるようにする部品を設計する必要があります。

5.2三次元列車を作る

列車の車輪と小さな木製の固定リングを設計することから始めます。ソースワークフローでは、各ホイールは20 mmの外側の円と3 mmの内側の円を使用します。配列コピーを使用して複数のホイールとリングを効率的に作成します。

LaserMakerで列車の車輪と木製の固定リングを描く — アレイコピーで列車の車輪と小さな木のリングを作成します。

次に、溶接機能を備えた列車スプライシングプレートを設計します。これらのプレートは、列車本体を接続し、3次元構造をサポートするのに役立ちます。

パート	ソースサイズ参照
スプライシングプレート1	137.65mm × 50mm
スプライシングプレート2	30mm × 50mm
主要なバヨネットのサイズ	20mm × 3 mmおよび3mm × 20mm
電車と車の接続バヨネットサイズ	6mm × 3 mmおよび3mm × 6mm

列車のスプライシングプレートとバヨネットジョイントの設計 — 列車本体のスプライシングプレートとバヨネットスタイルの機能を設計します。

バヨネットの特徴を正しい順序で配置します。各ホイール位置の中心に3mmの円を描きます。ソースワークフローでは、バヨネット3と4を使用して列車の車両を接続します。

車軸穴を列車のホイール位置に追加する — 3 mmのホイールアクスル穴を追加します。

電車の車を接続するには、カプラースタイルのチェーン部品を設計します。 38mm x 6mmの長方形を描き、溶接のために左の中央に3mm x 10mmの長方形を追加し、右側に2つの3 mmの円を追加します。配列コピーを使用して、複数のカプラー部品を作成します。

LaserMakerでの列車カプラーチェーン部品の設計 — 機関車とキャリッジを接続するカプラースタイルのパーツをデザインします。

必要に応じて機関車とキャリッジのグラフィックをミラーリングして、一致する部品を両側で組み立てることができます。ファイルが完了したら、レーザーカッターで部品を処理します。

LaserMakerの列車の前部と車両のミラーリング — 最終処理の前に、列車の前部とキャリッジ部品をミラーリングします。

切断後、機関車と列車本体に車輪とスプライシングプレートを取り付けます。 2つのカプラー部品を機関車の尾部に接続し、次に別の2つのカプラー部品を次の車の前部に接続します。小さなスティックを使用して、4つのカプラー部品を接続します。残りの車にも同じ方法を繰り返します。

列車にホイールとスプライシングプレートを取り付ける — ホイールとスプライシングプレートを取り付けます。

6.レーザー加工

加工のためにレーザー切断機に保存されたデザインファイルをインポートします。処理する前に、材料の配置、彫刻と切断のレイヤー、および焦点距離を確認してください。ソースレッスンは、不完全なカットのリスクを減らすために、カットする前にフォーカスを調整するように生徒に特に思い出させます。

列車プロジェクトのレーザー切断加工リマインダー — レーザージョブを開始する前に、フォーカスと処理の設定を確認してください。

7. Worksのアップグレード: モーションとレールを追加

7.1小さなモーターを追加する

列車を単独で走らせるために、学生は列車に小さなモーターを追加することができます。 LaserMaker Galleryに組み込まれているギアデザインを使用し、それをワークスペースにインポートし、配列コピーを使用して4つのギアを作成します。

電動列車のアップグレード用のギアの作成 — 電動列車のアップグレード用に4つのギアを作成します。

モーターの両側に2つのギアを取り付けます。前輪近くのフロントセクションの下に小さなモーターを接着します。残りの2つのギアをホイールシャフトに取り付け、モーターのギアと合わせます。ホイールシャフトギアが固定されていない場合は、接着剤を慎重に使用して所定の位置に固定することができます。

ギアとモーターを電車に取り付ける — モーターとギアを前輪の近くに取り付けます。

電動列車の配線とアセンブリの詳細 — モーターギアをホイールシャフトギアに合わせます。

バッテリーボックスからプラス線とマイナス線をモーターに接続します。配線が固定され、ギアが整列すると、列車はそれ自体で移動できます。

7.2レールを作る

列車や高速列車は通常レール上を走るので、学生は完成した列車のレールを設計して構築することもできます。レールはモデルをより現実的にし、生徒に配置、間隔、および繰り返される構造を探索する別の機会を提供します。

列車プロジェクトのレーザーカットレール設計 — レールは、プロジェクトをより完全な列車環境に拡張できます。

8.教室の実践と教育のヒント

8.1学生ワークフロー

手描き:生徒に紙とペンを渡してから、スキャンする前に機関車と馬車に明確な輪郭があることを確認します。

ソフトウェアデザイン:インポート、トリミング、アウトライン、内側の輪郭の削除、レイヤーの設定、ホイールの作成、カプラーの設計を通じて学生をガイドします。

マシン処理:安全な教室の順序で生徒のファイルを処理し、カットする前にフォーカスを確認します。

アセンブリ:生徒が教師のサポートを受けて、ホイール、スプライシングプレート、電車、カプラーを組み立てます。

8.2教師の提案

列車プロジェクトを導入する前に、自動車の発明者のワークフローを確認して、学生が再利用されているものと新しいものを理解できるようにします。

列車には複数の接続されたボディがあるため、接続部分は図面自体と同じくらい重要であることを生徒に思い出させます。

授業時間が限られているときは、スペアホイール、小さなリング、木の棒、カプラー部品を用意してください。

必要に応じて、複数の学生列車の部品を1つのレーザー処理ファイルに配置して、バッチ処理を使用します。

早期に終了した学生のための報酬タスクまたは高度なチャレンジとして、鉄道製造の延長を使用します。

9.反射と評価

9.1リフレクションの質問

列車の基本構造は何ですか?

このプロジェクトで、電車と車の違いを発見しましたか?

どうすれば列車をより速く走らせることができますか?

9.2学生とピアの評価

学生は自分の仕事を評価し、創造性、構造の堅さ、外観、学習態度に基づいて仲間からフィードバックを与えることができます。

評価アイテム	自己評価	ピア評価
創造性、30ポイント
堅さ、30ポイント
外観、20ポイント
態度を学ぶ、20ポイント
合計、100ポイント

10.完成したプロジェクトと共有

レッスンの最後に、生徒は電車を展示し、機関車、馬車、カプラー、ホイール、オプションのアップグレードをどのように設計したかを説明し、次のバージョンをどのように改善するかについて話し合うことができます。

列車の発明者レーザーカット作品を発表する学生 — 学生は電車のデザインを提示し、創造的な選択を説明することができます。

列車発明者プロジェクトの学生作品展示 — 完成した作品は、創造的、技術的、チームワークの観点から議論できます。

11だエクステンションチャレンジ

基本列車を終えた後、学生はパワーユニットの交換、ギア接続の調整、ホイールシャフトフィットの改善、またはさまざまなキャリッジ番号のテストによって、電動バージョンを改善できます。また、より長いレール、駅、橋、または風景を設計して、完全な列車環境を作成することもできます。

より幅広い創造的な課題のために、学生は同じドロースキャン-プロセス-カット-アップグレードワークフローを使用して、バス、ケーブルカー、アミューズメントライド、リンクされたロボットモジュールなどの他の接続されたシステムを設計できます。

12. 教師向け機器ノート

このプロジェクトは、学生メーカーの活動のための薄い合板の彫刻と切断をサポートする教室のレーザーカッターに適しています。学校や初心者のSTEAMラボでは、手描きの列車モデル、コネクテッドビークル、ホイール、カプラー、初心者のLaserMakerアクティビティなどのプロジェクトを、次のような教室のレーザーカッターで完了できます。雷レーザーボルトシリーズ.

教師は、教室のスペース、学生の監督のニーズ、材料の厚さ、プロジェクトのサイズ、および換気のセットアップに基づいて、機械と材料のセットアップを選択できます。生徒は、最終的な切断の前に、常に設定をテストし、フォーカスを確認し、学校のレーザー安全規則に従う必要があります。

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