16
TEACHER'S MANUAL: MANUFACTURE OF PUSH BUTTONS BY 3D PRINTING (v1.1)

TEACHER'S MANUAL: MANUFACTURE OF PUSH BUTTONS BY 3D

  • Upload
    others

  • View
    2

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: TEACHER'S MANUAL: MANUFACTURE OF PUSH BUTTONS BY 3D

  

TEACHER'S MANUAL: MANUFACTURE OF PUSH

BUTTONS BY 3D PRINTING (v1.1)

Page 2: TEACHER'S MANUAL: MANUFACTURE OF PUSH BUTTONS BY 3D

 

2 Teacher's manual: manufacture of push buttons by 3D printing. 

 

 

INDEX

 

 INTRODUCTION ............................................................................................................... 3 

1. METHODOLOGY .......................................................................................................... 4 

2. DATA SHEETS ............................................................................................................... 5 

Data sheet I. Pushbutton designed with Catia V5R20 software. ................................... 6 

Data sheet II. Pushbutton made by 3D scanning of a mold (photogrammetry). ........... 12 

3. 3D PRINTER ................................................................................................................ 14 

3.1. 3D PRINTER PIECES .............................................................................................. 14 

3.2. 3D PRINTING MATERIALS ..................................................................................... 15 

3.3. STEPS IN 3D PRINTING ......................................................................................... 16 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 3: TEACHER'S MANUAL: MANUFACTURE OF PUSH BUTTONS BY 3D

 

3 Teacher's manual: manufacture of push buttons by 3D printing. 

 

INTRODUCTION

 

Educational technology plays a key role in the teaching‐learning process, however, the absence of mechanisms adapted to people with disabilities can be an obstacle to the use of technological resources, generating  inequality and  limited autonomy. To cover these inequalities, assistive technologies have been created in order to guarantee access to them.   This manual is created for the teacher to learn how to design and create personalised push buttons using 3D printing.   As time goes on, there are more and more 3D printers with better technology, and at a cheaper price; moreover,  the knowledge  required  for  their proper and  safe usage  is closer  to  everyone  than  ever.   This manufacturing  system, which might  seem more typical of engineering, is being transferred to the educational field in order to provide technical solutions for students with special educational needs.   This  manual  will  explain  the  most  important  basic  steps  that  allow  a  teacher  to manufacture a push button that facilitates the usage of the computer for students with motor disabilities in the upper limbs, but with preserved intelligence, betting for their inclusion  in  the educational environment. This push button will allow  control of  the computer pointer, moving it up, down, left, right, and allowing 'clicking' like a traditional mouse.  The manual is structured in three sections. The first of these refers to the methodology followed in the manufacturing process of the pushbuttons, from the generation of the primitive idea to the printing of the parts and the assembly of the pushbuttons. Next, the  technical  data  sheets  of  two  pushbuttons made  using  different  procedures  are presented; firstly, one developed from digital design using the V5R20 programme, and secondly, one developed using 3D scanning of a mould (photogrammetry). Finally, a tour of the parts of a 3D printer, the types of materials it uses, and the steps to print a part.    It is expected that the application of the manual will allow the development and creation of push buttons, responding to the needs and characteristics of the learners. 

 

   

Page 4: TEACHER'S MANUAL: MANUFACTURE OF PUSH BUTTONS BY 3D

 

4 Teacher's manual: manufacture of push buttons by 3D printing. 

 

1. METHODOLOGY

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Choice of pushbutton type

Push button design with computer program

3D scanning of the mold

Pushbutton assembly

Printing of the parts

3D printer language

Lamination program

Page 5: TEACHER'S MANUAL: MANUFACTURE OF PUSH BUTTONS BY 3D

 

5 Teacher's manual: manufacture of push buttons by 3D printing. 

 

The methodology  to  be  followed  starts with  the  choice  of  the  type  of  push  button 

according  to  the  needs  required  by  students with motor  disabilities.  Then we will 

proceed to its design through computer programs such as CAD, and in the case that the 

push button needs a specific shape (e.g. the student's fist), we will scan a mold made 

from another malleable material, using photogrammetry. Finally, we will manufacture 

the push button by 3D printing it.  

In our case, the manufacturing method of the pushbuttons will be the extrusion of a 

molten filament. The operation is simple, the printer will create the parts by heating and 

extruding the plastic filament layer by layer in ascending order. 

 

 

2. DATA SHEETS  

Next, we will proceed  to  the presentation of  two adapted pushbuttons made by 3D 

printing; one of them developed and designed from computer programs, and the other 

one from the 3D scanner technique by photogrammetry.  

The following tables show aspects such as: the purpose of the pushbutton, the materials 

and tools used in its elaboration, and its step‐by‐step development. In order to improve 

the understanding of the manual, all the information is accompanied by images and links 

to videos that illustrate each section in a useful and complete way.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pushbutton designed with 

computer program (Catia V5R20). 

Pushbutton made by 3D scanning 

of a mold (photogrammetry). 

Page 6: TEACHER'S MANUAL: MANUFACTURE OF PUSH BUTTONS BY 3D

 

6 Teacher's manual: manufacture of push buttons by 3D printing. 

 

 

Data sheet I. Pushbutton designed with Catia V5R20 software.

PICTURES: 

 

 

 

 

 

 

 

AIM: Design and manufacture of an ergonomic and personalized push button through 3D 

printing, which functions as a mouse in the use and management of a computer. It takes into 

account the low cost so that families and schools with limited resources can take advantage 

of it. 

TARGET:  students  with  special  educational  needs  (motor  disability  in  upper  limbs  and 

preserved intelligence). 

PUSHBUTTON FUNCTIONS:

Up, down, left and right pointer movement. 

In  addition,  it  allows  you  to  'click'  like  a 

traditional mouse.

MATERIALS: 

- Micro switches. 

- Male Stereo Jack3.5 mm. 

- Multiconductor wire.  

- Screws. 

- Tin.  

Page 7: TEACHER'S MANUAL: MANUFACTURE OF PUSH BUTTONS BY 3D

 

7 Teacher's manual: manufacture of push buttons by 3D printing. 

- Glue. 

- 3D printing material: gray ABS filament.  

TOOLS:  

- Tin soldering iron. 

- Scissors.  

- Pliers. 

- Screwdriver. 

- 3D printer. 

- Spatula. 

- Lacquer.  

- Software: Catia V5R20 and Ultimaker Cura.  

 

 

 

 

DEVELOPMENT:  

1. Perform the CAD design of all the parts and their respective drawings using the Catia 

V5R20 program.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 8: TEACHER'S MANUAL: MANUFACTURE OF PUSH BUTTONS BY 3D

 

8 Teacher's manual: manufacture of push buttons by 3D printing. 

 

 

  

2. Define  the  printing  instructions  for  each  part  in  the  Ultimaker  Cura  laminator 

program.  

  

3. Printing of the pieces: 

a. Base.  

 

 

 

 

 

b. Cover.  

 

 

 

 

 

Page 9: TEACHER'S MANUAL: MANUFACTURE OF PUSH BUTTONS BY 3D

 

9 Teacher's manual: manufacture of push buttons by 3D printing. 

c. Rails.  

 

 

 

 

 

d. Standard joystick. 

 

 

 

 

 

 

e. Plate. 

 

4. Sanding of the pieces until a good finish and sliding is obtained. 

 

 

 

 

 

 

Page 10: TEACHER'S MANUAL: MANUFACTURE OF PUSH BUTTONS BY 3D

 

10 Teacher's manual: manufacture of push buttons by 3D printing. 

 

5. Pushbuttom Asseply: 

a. With tin we solder the micro switches to the cable. 

 b. We place the micro switches in their holes. 

   c. We couple the rails to the base guides and insert the joystick. 

 d.  We place the microswitches on the cover. 

 

 

 

 

 

 

6.  

Page 11: TEACHER'S MANUAL: MANUFACTURE OF PUSH BUTTONS BY 3D

 

11 Teacher's manual: manufacture of push buttons by 3D printing. 

7. Wiring.. 

a. With tin we solder the male jack to the cable 

 8. Assembly of the parts. 

  

   

Page 12: TEACHER'S MANUAL: MANUFACTURE OF PUSH BUTTONS BY 3D

 

12 Teacher's manual: manufacture of push buttons by 3D printing. 

  

Data sheet II. Pushbutton made by 3D scanning of a mold (photogrammetry).

PICTURES: 

 

 

 

 

 

 

 

 

AIM: Design and manufacture of an ergonomic and personalized push button through 3D 

printing, which functions as a mouse in the use and management of a computer. It takes into 

account the low cost so that families and schools with limited resources can take advantage 

of it. 

TARGET:  students  with  special  educational  needs  (motor  disability  in  upper  limbs  and 

preserved intelligence). 

MATERIALS: 

- Micro switches. 

- Male Jack Stereo 3.5 mm.  

- Multiconductor wire. 

- Screws. 

- Tin.  

- Glue. 

- Clay.  

- 3D printing material: red ABS filament.  

Page 13: TEACHER'S MANUAL: MANUFACTURE OF PUSH BUTTONS BY 3D

 

13 Teacher's manual: manufacture of push buttons by 3D printing. 

TOOLS:  

- Tin soldering iron. 

- Scissors. 

- Pliers. 

- Screwdriver. 

- 3D printer. 

- Spatula. 

- Lacquer. 

- Software: 3D  scanning  software  for photogrammetry 

and Ultimaker Cura. 

DEVELOPMENT:  

1. Make the mold of the student's hand grip from a malleable material such as clay. 

2. Placement of the mold on a rotating base to proceed to the 3D scanning by means of 

a computer program.  

3. Taking photos evenly distributed around the mold. Attention: take care of the quality, 

lighting,  position,  background,  and  try  to  avoid  transparent,  shiny  or  reflective 

objects. 

4. Add the photos to the program so that it can process and assemble them.  

5. Editing the piece (scaling, elimination of excess elements, optimization, etc.). 

6. Export to STL format to be able to work in Ultimaker Cura laminator program. 

7. Definition of the printing instructions.  

8. Printing of the parts. 

9. Sanding of the parts to obtain a good finish and sliding. 

10. Assembly of the pushbutton.  

11. Wiring. 

12. Assembly of the parts. 

 

   

Page 14: TEACHER'S MANUAL: MANUFACTURE OF PUSH BUTTONS BY 3D

 

14 Teacher's manual: manufacture of push buttons by 3D printing. 

 

3. 3D PRINTER  

3.1. 3D PRINTER PIECES 

 

A. Plate or bed.  Where  the  first  layer  is glued to create an object. It  is  usually  coated  with lacquer  to  increase adhesion. 

 

Page 15: TEACHER'S MANUAL: MANUFACTURE OF PUSH BUTTONS BY 3D

 

15 Teacher's manual: manufacture of push buttons by 3D printing. 

B. Extrusion head. 

Through  it  the  printer melts  the  filament.  It has two  parts:  a  nozzle  and gears  that  push  the filament. 

 C. Filament 

spool. There  is  a wide  range  of them.  In  the  market  we can find them in different colors and sizes. The most common: PLA and ABS. 

  

 

3.2. 3D PRINTING MATERIALS 

Before proceeding to the selection of the printing material, we must take into account 

from the beginning what result we expect to obtain. This is because the properties of 

the material will  influence  the printing  results and  the subsequent processing of  the 

parts. 

- PLA:  the  easiest material  to  print with.  It  is 

used  to  manufacture  rigid  parts  that 

degrade over time. Biodegradable. 

- ABS:  resists  high  temperatures  and  is 

more durable.  

- PET: as strong and flexible as ABS, it has a 

glossy finish. It can be in contact with food 

and  does  not  give  off  odorous  fumes 

when melted.  

- PETG: suitable for food contact. Allows 

for  better  3D  printing  with  high 

transparency. 

 

Page 16: TEACHER'S MANUAL: MANUFACTURE OF PUSH BUTTONS BY 3D

 

16 Teacher's manual: manufacture of push buttons by 3D printing. 

 

3.3. STEPS IN 3D PRINTING 

1. Proposition of the idea that responds to the needs of the student. 

2. Design and development of the 3D parts in CAD (Computer‐Aided Design) software. 

3. Once  the  parts  are  ready,  we  export  the  CAD  file  to  an  STL  format  (used  for 

computer‐aided design, and which defines the geometry of the 3D objects). 

4. Open the STL file with a laminator program, for example, Ultimaker Cura.  

5. In  the program we define  the printing  instructions  (substrates,  fill density,  layer 

height, printing speed, printing temperature, etc.). 

6. Generate a G‐code and save it on a storage device that recognises the printer that is 

going to be used, e.g. a USB stick. The G‐code is a standard printing language used 

by many 3D printers. 

7. Insert the storage device into the printer. 

8. Turn on the printer and check that it is calibrated and that it has enough filament for 

printing. 

9. Click on print. 

  

 

Idea  Design  STL  G‐code  Saved  3D printing