Yallah – You all are hackers

“YALLAH- You all are hackers” is an international exchange and cooperation project between the University of Siegen and Birzeit University in the West Bank in Palestine. The project is funded by the DAAD program “University Dialogue with the Islamic World” and will be implemented for the first time in 2016. In two exchange phases of four weeks each, ten students from one university visit the other country. In addition to getting to know the region, culture and people, it is also about working together on projects that focus on local issues. The goal is the joint development of creative and sustainable approaches to solutions, in the implementation of which the students also make use of digital fabrication methods, which happens, for example, in the Fab Lab Siegen or in and around (hack/maker/*) spaces in Palestine.

yallah_gruppenarbeit

As part of the first exchange phase, ten students and two staff members of the University of Siegen traveled to the West Bank this April, excited and full of expectations. After an initial orientation phase with many new impressions, all students from both universities brainstormed together to develop project groups dedicated to the various problems and possible solutions.

One project group, for example, dealt with the computer club in the refugee camp “Al-Amari”, which on the one hand aims to promote intercultural exchange between Palestinians and refugees on site, and on the other hand offers a collaborative and playful addition to the limited educational opportunities in refugee camps. The club was already established in 2013 as part of research work for the come_in project. The students first took care of repairing the infrastructure on site and developing new workshop ideas with the available resources. Afterwards, several workshops were held with children, in which they were taught the simple basics of electrical engineering so that they could directly build their own first circuits. Even after the first exchange phase, the on-site workshops are still continuing.

Another project group dedicated to the (plastic) waste problem frequently found in the Middle East (as in so many parts of the world) developed, among other things, the first prototypes of edible cutlery made of dough and conducted a study on plastic bag consumption in supermarkets. Another project team built a small garden in the refugee camp under the title “Urban Gardening”, for which, among other things, plastic bottles were recycled as watering cans and planters. The individual groups repeatedly made use of principles of hacker and maker culture in their projects.

But outside of the projects, there were other points of contact with hacker and maker culture, as well as with digital fabrication opportunities on the ground. For example, students participated in an Arduino workshop at the first Palestinian hackspace, Vecbox. In addition, students and staff from Siegen, who are currently also actively involved in setting up our Fab Lab, held several 3D printing workshops at the university, where not only were the basics of 3D printing taught, but the participants also designed and printed their own first 3D models together. As a prerequisite to holding the workshop, the available 3D printer was also collaboratively maintained and serviced. In the course of this, the university partners of the University of Siegen were also able to advise a professor on site on the purchase of a new 3D printer.

During the four weeks on site, the students experienced a lot. A lasting impression was left in particular by the strong contrasts between innovation and tradition that are lived out locally. For example, a horse plowed a field right next to the Hackspace, where innovative technologies like 3D printers are used.

In summary, a trend toward innovation via a community-oriented hacker and maker culture – as in many places around the world – is also evident in Palestine. However, the development, elaboration and dissemination of these trends, which ultimately also have a great deal to do with self-determination, are always faced with major challenges. Yallah is one piece of the puzzle of many in the establishment of global collaborations at eye level, in which creativity, self-determination and the use of (digital and distributed) fabrication methods play important roles. In August, the second exchange phase begins, which will take place in Germany and during which the students also want to further develop their solution approaches at our Fab Lab. You can read detailed reports about the experiences during the exchange so far on the project’s blog.

Anfertigung eines Prototypen für eine Biegemaschine (Masterarbeit Maschinenbau)

Im Rahmen meiner Masterarbeit am Lehrstuhl für Mikro- und Nanoanalytik in Kooperation mit dem Lehrstuhl für Umformtechnik an der Universität Siegen habe ich eine Biegemaschine für plastische Umformungen im Rasterelektronenmikroskop entwickelt und anschließend in Betrieb genommen.

Mit der Biegemaschine sollen Dreipunktbiegeversuche für die Untersuchung der Rissentstehung von Biegeproben durchgeführt werden um Werkstoffe bei der Biegeumformung besser ausnutzen zu können. Umformprozesse werden bei der Herstellung von Produkten vieler Bereiche des täglichen Lebens verwendet: Autos, Flugzeuge, Schiffe, Rohrleitungen, Blechumformung und viele mehr.

Für eine genaue Untersuchung der Biegeproben während des Biegeversuchs habe ich die Biegemaschine passend für das Rasterelektronenmikroskop (REM) gebaut. Da in einem Rasterelektronenmikroskop nur wenig Platz zur Verfügung steht musste die Maschine relativ klein und leicht sein – sie passt auf eine Handfläche. Erste Biegeversuche im REM wurden bereits durchgeführt.

Rapid Prototyping

Während der Konstruktionsphase habe ich 3D-Druck als ein Rapid Prototyping-Verfahren eingesetzt. Dieses Verfahren hat gegenüber den spanenden Fertigungsverfahren den Vorteil der schnellen Fertigung von Teilen auf Basis von CAD-Modellen. Der erste Prototypen im Maßstab 1:1 wurde während eines Planungs- und Entwicklungsprojektes, ebenfalls im Rahmen meines Studiums konstruiert und 3D-gedruckt.

Besonders zu Beginn des Projektes war es wichtig, schnell eine gute Vorstellung von den realen Abmessungen der später zu fertigenden Bauteile zu erhalten. Dank der freundlichen Unterstützung des Fab Labs in Person von Fabian Vitt konnten die benötigten Bauteile schnell und problemlos gedruckt werden. Ein weiterer Vorteil der Prototypenfertigung mittels 3D-Druck ist die Möglichkeit der Präsentation der Bauteile bei Besprechungen im Maßstab 1:1. So können sich alle Anwesenden durch die 3D-Ausdrucke ein sehr gutes Bild von Form und Details des später zu fertigenden Bauteils machen. Dies ist bei den sonst oft verwendeten ausgedruckten Konstruktionszeichnungen weniger gut möglich. Das 3D-Prototyping kann zu neuen Anpassungsideen führen und das Erkennen nötiger Optimierungen erleichtern.

Ein kurzes Animationsvideo des Biegeprozesses:
https://lmn.mb.uni-siegen.de/in-situ-em/

Ein Kinderbuch, oder: Plastik sparen, 3D-Drucke neu starten

Während des Sommersemester 2020 gab es im Fab Lab einen Drucker, der konstant zum Testen abbestellt war. Der Drucker mit dem Namen “Hades” hatte als Auftrag für ein Kinderbuch als Versuchsobjekt zu dienen. Doch was hat ein Kinderbuch mit hochexperimentellen, Plastik spaarenden Techniken zu tun? Holen wir etwas aus.

Anfang dieses Sommersemesters, beschloss ich, ein Kinderbuch für 3D-Drucker zu entwickeln. Gemeinsam mit meinem Kommilitonen C. Ajiboye wurde daraus ein Handbuch das auf der einen Seite eine Geschichte erzählt, eine von Ursa, einem Mädchen, das den 3D-Druck durch “Learning By Doing” erforscht. Auf der anderen Seite standen dann jeweils Erklärungen wie Probleme die Ursa findet und welche Lösungsansätze sie dafür jeweils nennt.
Doch die letzte Seite war besonders:

In diese Seite war ein WLAN-fähiger (ESP32) Mikrocontroller eingebettet. Dieser konnte über seine Touchpins Berührungen fühlen. Diese Pins habe ich anschließend an Kupferflächen angelötet und unter der Seite versteckt. Einen Laserschnitt später sah man die Kupferflächen durchscheinen.

Dank dieser Flächen war es nun möglich dem ESP32 Befehle zu geben. Und Dank der Octoprint-Server war es dann möglich, den Druckern Befehle zu geben. Ja, ihr lest richtig, dieses kleine Buch hat eine Fernsteuerung für einen 3D-Drucker integriert.

Doch wozu das alles?

Einen 3D-Druck neu zu starten ist keine einfache Aufgabe, bisher gibt es unter sämtlichen Octoprint Plugins kein einziges das sich diese Aufgabe traut. Die Folge davon ist, dass beim Scheitern eines Drucks, welches die Sensoren nicht bemerken viel Zeit, manchmal Tage und auch bis zu kiloweise Plastik verloren gehen. Mit diesem Buch sollte das verhindert werden.

Ein Buch hat viele Vorteile: es ist schnell zur Hand, liegt oft da, wo man es haben möchte und die Software ändert sich nicht viel. Auch ist es leichter als ein Laptop und damit handlicher in der Bedienung. Noch dazu muss man es nicht hochfahren oder vorkonfigurieren. Das Interface ist einfach da.

Aber wie startet man jetzt mit einem Buch einen Druck neu?

Ein 3D-Druck ist gespeichert in Maschinencode. Dieser “Code” wird Zeile für Zeile geschrieben und nachher Zeile für Zeile ausgeführt. Also stellt eine Gruppe von Zeilen eine Schicht dar, denn ein 3D-Druck wird Schicht für Schicht ausgeführt. Scheitert nun ein 3D-Druck an einer Stelle könnte man die Befehle ab dieser Stelle erneut ausführen lassen. In der Datei, wie auch im realen Druck definiert sich dafür eine exakte Höhe. Diese Höhe könnte man zwar messen, doch weder mit dem Auge noch mit einem Lineal findet man diese Höhe genau. Mit dem 3D-Drucker selbst hingegen kann man die Höhe genau finden. Wie beim Kalibrieren alter 3D-Drucke kann man nun mit einem Stück Papier und der Spitze auf unter 0,1mm genau feststellen,wo ein Druck gescheitert ist. Man fährt also mit dem Buch in der Hand die Düse exakt über den Druck, fährt sie ganz langsam herunter und versucht mit einem dazwischengelegten Papier zu ertasten, ab wann die Düse den Druck berührt.

Der Drucker weiß dann, wenn er noch referenziert ist genau wo sich diese Düse befindet. Anhand dieser Höhe wird dann der Code aufgeteilt, die nötigen Initialschritte werden ausgeführt und dann druckt der Drucker wieder als hätte er nie aufgehört.

Ich will das auch

Nach diesem Semester habe ich nun die Zeit gefunden dieses Projekt als Plugin für Octoprint zu entwickeln. So braucht man kein eigenes Buch und kann es im Webinterface ausprobieren. Doch VORSICHT! Dieses Plugin ist hochgradig experimentell und hat auch schon einmal für die Beschädigung eines 3D-Druckers gesorgt. Ich übernehme keine Garantien oder Verantwortung für zukünftige Schäden und rate dazu immer mit der Hand über dem Notschalter zu schweben bis die erste Ebene wieder druckt und man sicher ist dass der Drucker an der richtigen Zeile arbeitet.

Euer Gerrit.