Das von Nicolai Stern (Stern Didactic) präsentierte IoT-Haus-Ausbildungsprojekt ist ein umfassendes Lernvorhaben für Auszubildende in technischen Berufen wie Industriemechanik, Zerspanungsmechanik, Mechatronik und Elektronik. In 24 aufeinander aufbauenden Videos, verpackt in einen weihnachtlichen Adventskalender, wird der gesamte Prozess von der ersten Idee bis zur fertigen, internetgesteuerten Konstruktion schrittweise veranschaulicht. Das Projekt kombiniert moderne CAD-, CAM-, CAE- und IoT-Technologien und vermittelt den Teilnehmenden wertvolle Kompetenzen für die industrielle Praxis.
Wichtige Konzepte und Technologien
• CAD/CAM/CAE mit Fusion 360: Die Hauptsoftware ist Fusion 360, die zur Konstruktion, Simulation und Fertigung des IoT-Hauses eingesetzt wird. Ein Schwerpunkt liegt auf dem generativen Design, um innovative, organische Strukturen zu erstellen.
• Arduino Cloud und IoT-Steuerung: Mit der Arduino Cloud wird der Mikrocontroller ins Internet eingebunden. Dadurch lassen sich Funktionen des Hauses – etwa die LED-Beleuchtung – bequem per Smartphone, Tablet oder Webbrowser ansteuern.
• Fertigungstechnologien: Das Projekt umfasst sowohl den 3D-Druck als auch das CNC-Fräsen. So werden einzelne Bauteile des Hauses, darunter mechanische Elemente oder das generative Design-Modell, real gefertigt.
• Elektronik und Leiterplattendesign: Von der Planung über die Bestückung bis zum Löten der Platine werden sämtliche Schritte des elektronischen Aufbaus veranschaulicht.
• Simulation und technische Kommunikation: Neben mechanischen und elektronischen Aspekten stehen auch Simulationen, etwa zur Kühlung von Elektronik, sowie die Erstellung von Animationen, Explosionsdarstellungen, Renderings und Zeichnungen im Fokus.
Zusammenfassung der einzelnen Videos
1. Einführung & Projektvorstellung: Überblick über das Ausbildungsprojekt und den Weihnachtskalender.
2. Software-Anforderungen: Vorstellung von Fusion 360 und Arduino Cloud als zentrale Werkzeuge.
3.–4. Grundlagen der 3D-Modellierung: Erste Skizzen, Volumenkörpermodellierung, Extrusionen und Drehungen in Fusion 360.
3. Grundlagen der Konstruktion: Platzierung und Spiegelung von Elementen als Basis für das generative Design.
4. Generatives Design: Einführung in das generative Design, um die Grundstruktur des Hauses algorithmisch zu optimieren.
5. Top-Down-Konstruktion: Entwurf von Bauteilen ausgehend vom Gesamtmodell, unter Verwendung vorhandener Referenzen.
6. Bottom-Up-Konstruktion: Erstellung einer Bodenplatte als eigenständige Komponente für mehr Struktur und Übersichtlichkeit.
7. Mischkonstruktion: Kombination von Top-Down- und Bottom-Up-Methoden, um flexibel auf Anforderungen reagieren zu können.
8. Externe Komponenten: Einfügen von Normteilen wie Schrauben in das Modell.
9. Elektronische Bauelemente: Auswahl und Platzierung von LEDs, Transistoren, Widerständen auf der Platine.
10. Leiterplatten-Design: Entwurf des PCB-Layouts und Verknüpfung der Komponenten.
11. 3D-PCB-Layout: Darstellung der Leiterplatte in 3D und Synchronisation mit den Leiterbahnen.
12. Animation: Erstellung von Explosionsdarstellungen und Zusammenbauanimationen.
13. Rendering: Fotorealistische Darstellung des IoT-Hauses für Präsentationen.
14. Zeichnungserstellung: Ableitung von 2D-Zeichnungen, Schnittansichten, Stücklisten aus dem 3D-Modell.
15. CAM-Fräsen: Einführung in die CNC-Fertigung der Holzelemente.
16. 3D-Druck: Umsetzung des generativen Designs mit verschiedenen 3D-Druckern und Slicer-Tools.
17. Elektronische Kühlungssimulation: Analyse der Wärmeentwicklung innerhalb des Hauses.
18. Blechkonstruktion: Alternative mechanische Lösung statt generativem Design, z. B. aus gebogenem Blech.
19. Platinenlöten: Praktischer Elektronikaufbau durch Löten der Bauelemente.
22.–23. Arduino Cloud Integration & LED-Lauflicht: Einbinden des Mikrocontrollers in die Arduino Cloud, Erstellen eines Dashboards, Fernsteuerung der LEDs und Programmierung einer Lauflichtfunktion.
20. Abschließende Tests & Zusammenbau: Präsentation des fertigen IoT-Hauses, Endkontrollen, Funktionsprüfung und Zusammenfassung.
Fazit
Der Weihnachtskalender bietet eine motivierende Schritt-für-Schritt-Anleitung für Auszubildende, um ein komplexes IoT-Projekt eigenständig umzusetzen. Von den ersten Skizzen im CAD über die mechanische Fertigung bis hin zur cloudbasierten Steuerung des fertigen Produkts werden alle wesentlichen Aspekte moderner Produktentwicklung vermittelt. Damit schafft das Projekt ein tiefgreifendes Verständnis für interdisziplinäre Abläufe und die Integration neuester Technologien in der technischen Ausbildung.
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