Vlastnosti #
Stemfie-X je konštrukčná stavebnica zameraná na polytechnické vzdelávanie s podporou praktického osvojenia si skúseností z moderných technológií v oblasti návrhu a konštrukcie mechatronických systémov, konštrukčných materiálov, elektroniky, programovania a riadenia.
Stavebnica pokrýva aktivity od jednoduchého spoznávania elementárnych princípov konštrukcie a činnosti mechanických systémov, cez návrh vlastných konštrukcií s využitím katalógu hotových dielov a 3D tlače vybraných dielov až po návrh zložitejších sústav s podporou programovania, parametrického projektovania, elektronických prvkov a riadenia.
Základnými dielmi pre konštrukciu modelov sú spojky, bloky a platne s montážnymi otvormi vytlačené na 3D tlačiarni. Pre pokročilejšie konštrukcie je možné používať ozubené kolesá, kladky, držiaky motorov a serv. Pokročilí uživatelia si môžu upravovať a vytvárať vlastné diely pomocou konštruovania prostredníctvom programovania v jazyku Python. Možnosť tvorby vlastných dielov na základe vlastného návrhu odlišuje koncept stavebnice Stemfie-X od ostatných polytechnických stavebníc, kde je uživateľ odkázaný len na sadu dodávaných dielov bez možnosti ich úprav.
Obr. 1 Konštrukcia mostu z dielov Stemfie-X.#
Koncept stavebnice je navrhnutý tak, aby bola dostupná každého mladého konštruktéra. Všetky podklady a konštrukčné návrhy sú open-source, pre tlač dielov je možné využiť bežne dostupné 3D tlačiarne, pre tlač dielov je použitý recyklovateľný materiál PLA, ako spojovacie prvky sú použité skrutky a diely bežne dostupné v každom železiarstve, pre riadenie elektronických častí je možné využiť dostupné moduly a diely z platformy Arduino.
História #
Stemfie-X je odvodená z konštrukčnej stavebnice pre deti STEMFIE. Myšlienka stavebnice STEMFIE je založená na návrhu a následnej 3D tlači univerzálnych komponentov a spojovacích prvkov a konštrukcii vlastných modelov. Modely je možné zostavovať z návrhov hotových sád dielov, ktoré sa vytlačia na 3D tlačiarni, na návrh a konštrukciu vlastných modelov je možné použiť grafické programy a konštrukčné CAD systémy ako FreeCAD, Blender a Tinkercad.
Stavebnica Stemfie-X využíva základné princípy projektu STEMFIE s úpravami pre použitie ako platforma pre vytváranie zložitejších štruktúr a modelov s použitím mechanických a elektronických prvkov - motorov, servopohonov, elektronických obvodov a riadenia mikrokontrolérmi. Stavebnica je primárne určená pre polytechnickú výučbu na základných a stredných školách a prvých semestrov vysokých škôl pri výučbe predmetov z oblasti programovania, parametrického modelovania, CAD systémov, konštrukcií strojov a mechanizmov.
Základným rozdielom medzi Stemfie-X a STEMFIE je veľkosť jednotka (BU), ktorá určuje vzdialenosti medzi montážnymi otvormi, pôvodná veľkosť 12.5mm v STEMFIE je upravená na veľkosť 10mm a montážne otvory majú priemer 4 mm. Tieto modifikácie umožňujú použiť ako spojovací materiál štandardné skrutky M4 a diely stavebnice sú rozmerovo kompatibilné s kovovými dielmi stavebníc Meccano, Merkur, eitech a podobnými.
Základnými prvkami stavebnice sú spojky a bloky, ktoré je možné modifikovať v násobkoch BU, rotačné diely tvoria kladky a kolesá, pre pokročílé konštrukcie je možné využiť ozubené kolesá a pomocné prvky pre montáž motorov, serv a senzorov.
Obr. 3 Ukážka základných dielov stavebnice Stemfie-X.#
Použitie #
Stavebnica Stemfie-X je navrhnutá pre použitie v niekoľkých úrovniach
jednoduchá stavebnica pre menšie deti z vopred pripravených dielov 3D tlačou. Cieľom je získanie základných zručností pri spájaní dielov skrutkami použitím bežného náradia a získanie elementárnych poznatkov o základných mechanických sústavách (kladka, navijak, páka …). Predpokladá sa asistencia učiteľa alebo rodiča.
stavebnica modelov na základe pripravených konštrukčných pokladov pre 3D tlač. Cieľom je získanie zručností potrebných pre tlač dielov, prácu s 3D tlačiarňou a použitými materiálmi.
tvorba vlastných modelov zostavených z katalógu dielov s možným rozšírením pre generovanie dielov pomocou software. Cieľom je získanie zručností pri návrhu vlastných konštrukcií a prácou s CAD systémami (FreeCAD …) pri overovaní si vytvorenej konštrukcie pred tlačou jej dielov.
konštrukcia modelov podľa vlastného návrhu s parametrickým projektovaním špeciálnych dielov v programovacom jazyku Python a návrhového systému OpenCascade
doplnenie vlastných modelov elektromechanické prvky, senzory a aktuátory s riadením pomocou modulov Arduina alebo podobnej platformy