Alligators

Team Alligators

Einleitung

Im Rahmen der Blockwoche Medizintechnik DIY wurde das Projektteam Alligators gegründet. Die Blockwoche wurde vom 11. bis 16. Februar 2019 an der Hochschule Luzern Technik & Architektur durchgeführt. Innerhalb des Kurses vermittelte man den Studierenden die Do it yourself Kultur, sowie kreatives Arbeiten in interdisziplinären Gruppen. Ziel ist es, dass die Studierenden in der Lage sind, eigene Projektideen an der Schnittstelle von Technik und Medizin umzusetzen und digitale Fabrikationsmethoden für Prototypen kennen lernen und anwenden. Die Woche findet im FabLab, sowie weiteren Unterrichtsräumlichkeiten der Hochschule Luzern Technik & Architektur statt. Durch die Verbindung von Medizintechnik mit Do It Yourself Ansätzen, soll das Verständnis von medizintechnischen Geräten gefördert werden. Die Studierenden sollen sich, durch gegenseitiges Teilen von Vorkenntnissen und Erkenntnissen, selbständig Zugang zu neuem Wissen verschaffen. Während der Woche finden deshalb, nebst dem selbständigen Experimentieren und Prototypenbau, regelmässig Skill Share Sessions statt. Dort können Fähigkeiten unter den Studierenden ausgetauscht werden. Die Blockwoche fand die ganze Woche statt, täglich von 8:30 - 16.30 Uhr und am Samstag von 9:00 - 14:00 Uhr. Der definitive Wochenplan sah dann so aus:

Gruppenmitglieder

Hallo zusammen, wir sind das Team Alligators der Blockwoche Medizintechnik Do It Yourself. Der Kern des Projektteams besteht aus drei Studenten, zwei vom Studiengang Maschinentechnik und einer vom Studiengang Medizintechnik. Durch die interdisziplinäre Zusammensetzung wird die praktische und theoretische Arbeit im Team gefördert, womit zusätzlich wesentliche Erfahrungen von weiteren Fachgebieten gewonnen werden können.

Mitglieder:

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  Samuel Durrer Maschinenbau

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  Manuel Blank Maschinenbau

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  Sascha Kessler Medizintechnik

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  Ally Gator
  Zoologie

Grundlagen

3D Drucken

Der 3D-Druck, auch bekannt unter den Bezeichnungen Additive Fertigung, Additive Manufacturing, Generative Fertigung oder Rapid Technologien, ist eine umfassende Bezeichnung für alle Fertigungsverfahren, bei denen Material Schicht für Schicht aufgetragen und so dreidimensionale Gegenstände erzeugt werden. Dabei erfolgt der schichtweise Aufbau computergesteuert aus einem oder mehreren flüssigen oder festen Werkstoffen nach vorgegebenen Maßen und Formen. Beim Aufbau finden physikalische oder chemische Härtungs- oder Schmelzprozesse statt. Typische Werkstoffe für das 3D-Drucken sind Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken und Metalle.

3D-Drucker werden in der Industrie, im Modellbau und der Forschung eingesetzt zur schnellen und kostengünstigen Fertigung von Modellen, Mustern, Prototypen, Werkzeugen und Endprodukten. Daneben gibt es Anwendungen im Heim- und Unterhaltungsbereich sowie in der Kunst.

Auch wir haben in dieser Woche den 3D-Drucker verwendet um kostengünstig und schnell Prototypen zu bauen. Da wir bereits gute Grundkenntnisse im 3D-Druck hatten und die Unterstützung durchs FabLab gross war, hatten wir kein Problem unserer Prototypen herzustellen.

Vorbereitung

Readings

FabLab
http://fablab-luzern.ch/info/fab-charta-2/#FabCharter
Biotechnologie für Alle
https://www.hackteria.org/wiki/images/a/ac/SATW_INFO_2-15_DIY-Bio_DE.pdf
Interview in "The Art of Free and Open Science", MCD#68
https://www.hackteria.org/wordpress/wp-content/uploads/2012/10/hackteria_interview_MCD68.pdf

Videos

How to control someone else's arm with your brain | Greg Gage

P2P and Utopia | Based on Poem by Vasilis Kostakis 2008

"Simplicity: We know it when we see it" | George Whitesides

"Why toys make good medical devices | Jose Gomez-Marquez

SENI GOTONG ROYONG: HackteriaLab 2014 - Yogyakarta

Open Source Estrogen: Housewives Making Drugs - Mary Maggic

Experimente

Prototype

Neben den verschiedenen Experimenten, wurde im Rahmen dieser Blockwoche Medizintechnik DIY eine kleine Projektarbeit (Prototype) mit Bezug zur Medizintechnik durchgeführt. Das Ziel dieses Projekt ist die Anwendungen vom erlangten Wissens, sowie eine Erweiterungen des Medizin-technischen Horizont.

Arbeitsjournal

Tag 1

Am Montag Morgen gab es eine Einführung in den Ablauf der Blockwoche. Auch die Räumlichkeiten wurden gezeigt, wo die Projektteams die nächste Woche arbeiten werden. Danach wurden die Gruppen zusammengestellt, indem die Studiengänge auf die verschiedenen Teams verteilt wurden, um möglichst interdisziplinäre Teams, mit unterschiedlichen Fähigkeiten zusammenstellen zu können. Danach erhielt jedes Team ein Set von Werkzeugen und Material zum Experimentieren. Darunter auch einen Arduino Uno und einen Bausatz für einen Muscle SpikerShield. Dieser Bausatz musste zuerst zusammengelötet werden. Dadurch konnte die Gruppe sich erst mal mit dem Lötkolben vertraut machen. Mit dem anschliessenden experimentieren konnte ebenfalls festgestellt werden, ob das Löten gut genug war, um das Shield zum laufen zu bringen. Der entsprechende Code, um die Daten der Elektroden auslesen zu können, wurde auf der Webseite von Backyard Brains zur Verfügung gestellt. Auch eine Anleitung, wie die Elektroden verwendet werden sollen, wurde mitgegeben.

Tag 2

Am Dienstag konnten wir weitere Experimente machen und ausprobieren um uns mit dem Arduino und dem Muscle Spikershield vertraut zu machen. Zusätzlich war ein Ziel dieser Woche diverse Skills von anderen Studierenden zu erlernen und auch den anderen ein Skill beizubringen. Am Morgen haben wir zusammengetragen welche Personen welche Skills haben und welche Skills erlernt werden möchten. Anschliessend wurden die einzelnen Themen definiert und den einzelnen Gruppen zugeteilt. Jede Person mussten an zwei Veranstaltungen teilnehmen und musste eine Veranstaltung leiten. Am Nachmittag hatten wir eine Einführung ins FabLab. Die Hälfte konnte sich am 3D-Drucken versuchen und die andere Hälfte hatte eine Einführung ins Laserschneiden. Zum Schluss wurde der Tag mit einer Musikalischen Unterhaltung und gemütlichem Beisammensein abgerundet. Es gab einen kleinen Apero und man konnte gegenseitig sein erlerntes Wissen austauschen.

Tag 3

Der Tag hat mit einer weiteren Skillshare Session begonnen. Danach konnten sich die Studierenden wieder dem Experimentieren mit dem Muscle SpikerShield und dem Heart and Brain SpikerShield zuwenden. Unsere Gruppe hat versucht, den Programmcode des Muscle SpikerShields zu modifizieren, um mit der Muskelaktivität etwas zu steuern, wie zum Beispiel einen Servomotor. Diesen haben wir dazu gebracht, dass er die Muskelaktivität anzeigt. Effi Tanner hat uns heute einen Einblick in ihre Tätigkeiten und ihre Laufbahn gegeben. Sie hat uns erzählt, an welchen Projekten sie sich beteiligt hat und woher sie ihre Inspiration nimmt. Teil des Kurses war auch, dass am Ende ein kleiner Prototyp im Zusammenhang mit Medizintechnik gebaut wird. Dazu konnten sich die Studierenden von einem Sammelsurium von Medizintechnikprodukten inspirieren lassen. Uns sind dabei die Spritzen aufgefallen, und wir haben uns überlegt, was wir damit machen könnten und haben mit der Planung begonnen.

Tag 4

Auch heute gab es wieder verschiedene SkillShare Sessions, wo die Studierenden von anderen Studierenden etwas neues lernen konnten. Allgemein wurde der Austausch von Wissen in dieser Blockwoche stark gefördert. So wurde zum Beispiel regelmässig ein Rundgang durch die Teams eingeplant. Dabei konnten die Teams berichten, woran sie Arbeiten, und berichten was sie gelernt haben, oder was schief gegangen ist. Der Austausch von Problemen war ein sehr wichtiger Teil. So konnte man erkennen, ob eine andere Gruppe das gleiche Problem hat, oder eventuell sogar schon eine Lösung dazu bereit hält. Das erspart enorm viel Zeit. Am Nachmittag wurde uns die Möglichkeit gegeben, mit Greg Gage via Skype zu kommunizieren. Greg Gage ist Entwickler von Backyard Brains und wir konnten ihm einige spannende Fragen stellen. Ebenfalls am Nachmittag wurden die ersten Prototypen der Gruppen vorgestellt und uns wurde nahegelegt, dass es manchmal besser sei, wenn man einen ersten Prototypen abschliesst, und sich noch an etwas Neues wagt. Allerdings haben sich die meisten Gruppen dazu entschlossen, noch weiter an ihrem ersten Prototypen weiterzutüfteln. Auch unsere Gruppe arbeitete am bisherigen Prototypen weiter, da unserer noch nicht sehr weit entwickelt war.

Skill Share Löten

Zum Hauptartikel: DIY-MedTech Löten - Team Alligators

Ziel des Kurses

Die Grundlagen des Lötens kennen und verstehen. In der Lage sein einfache Print-Platte zu Löten, sowie die Lötstelle auf Korrektheit zu beurteilen. Ein weitere Meilenstein ist das Erlangen der Grundkenntnisse des Entlöten einer fehlerhaften Lötstelle.

Grundlagen und Definition von Löten

Löten ist ein stoffschlüssiges Fügen und Beschichten von Werkstoffen mithilfe eines geschmolzenen Zusatzmetalls, dem Lot. Die Grundwerkstoffe werden vom Lot benetzt, ohne geschmolzen zu werden. Durch das Löten enstehen unlösbare, stoffschlüssige Verbindungen, die fest, dicht und leitfähig sind, wobei bei diesem Kurs die leitfähigkeit im Vordergrund stehen. Beim Löten werden grundsätzlich drei verschieden Lötverfahren unterschieden, das Weichlöten, das Hartlöten und das Hochtemperaturlöten siehe Kapitel Lötverfahren.

Lötverfahren

Beim Weichlöten liegt die Arbeitstemperatur die Arbeitstemperatur unter 450°C. Das Weichlöten wendet man an, wenn dichte oder leitfähige Verbindungen erforderlich sind und an die Belastbarkeit keine hohen Ansprüche gestellt werden oder wenn die zu lötenden Bauteile wärmeempfindlich sind. Das Löten von elektronischen Bauteilen, was der Inhalt zu diesem Kurs bildet, gehört zu den gängigsten Verfahren des Weichlötens. Die Funktionsweise und Anwendungen sind im Kapitel blabla beschrieben.

Beim Hartlöten liegt die Arbeitstemperatur über 450°C. Hartlötverbindungen weisen gegenüber Weichlötverbindung grössere Festigkeit auf als Weichlöten, aber geringere als Weichlötverbindungen auf. Hartlötverbindungen sind ebenfalls bei entsprechenden Einsatz vom Lot leitfähig für Wärme und Strom. Häufig verwendete Werkstoffe für Hartlöten sind Stahl, Kupfer und Messing.

|Hartlöten

Hochtemperaturlöten ist ein Löten unter Schutzgas oder im Vakum mit Loten, deren Arbeitstemperaturen über 900°C liegt.

Löten elektronischer Bauteile

Das gängigste Verfahren ist das Löten mittels von Lötstationen. Die Lötstationen erlauben einen universellen Einsatz des Lötwerkzeugs, da hier die Lötspitzentemperatur in weiten Grenzen sehr genau und stabil einstellbar ist. Der Arbeitstemperaturbereich liegt zwischen 180-350°C. Beim im Kurs verwendeten Lötzinn vom Typ Sn99Cu1+ML liegt die ideale Löttemperatur bei ca. 300 °C. Grundsätzlich gilt es dabei zu beachten, dass die Löttemperatur über der Schmelztemperatur des Lots liegt, jedoch sollten zu hohe Löttemperaturen verminden werden, da dadurch ein starkes Überhitzen der elektronischen Bauteile resultieren kann.

Schrittweise Anleitung für erfolgreiches Löten

1. Um zwei Metalle zu verlöten werden sie an der Lötstelle auf die richtige Arbeitstemperatur gebracht. Dazu wird das Lötgerät verwendet. Hat die Lötspitze des Lötgerätes die richtige Temperatur, dann dauert das ca. 2 bis 3 Sekunden.

2. Danach wird das Lötzinn kurz hinzugeführt (ca. 1 bis 3 Sekunden). Das Lötzinn beginnt im Optimalfall zwischen die Metalle zu fließen. Dabei steigt ein kleiner Rauchfaden auf und es knistert etwas an der Lötstelle. Je nach Größe der Lötstelle dauert das zwischen 2 bis 5 Sekunden. Sauber fließendes Lötzinn glänzt silbrig. Hat sich das Zinn verteilt, wird das Lötgerät entfernt.

3. Danach kühlt die Lötstelle ab. Haben die Metalle eine mechanische Verbindung und werden keiner Erschütterung (Verwackeln, Zittern) ausgesetzt glänzt die Lötstelle silbrig. Falls die Lötstelle nicht den Anforderungen entspricht kann diese mit entlöten entfernt werden.

4. Überflüssiges Lötzinn an der Lötspitze sollte umgehend mittels eines nassen Schwammes entfernt werden.

Entlöten von Lötstellen

Falls ein Bauteil fälschlicherweise nicht korrekt platziert ist oder die Lötstelle ungenügend ist, gibt es die Möglchhkeit die Lötstelle zu entlöten. Meistens reicht ein erneutes erhitzen der Lötstelle aus, sodass die Bauteile durch herausziehen entfernt werden können. Ist dies nicht der Fall lassen sich Lötstellen nur mit viel Mühe und Aufwand wieder entfernen. Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Verfahren zum Entlöten, mittels einer Lötlitze oder einer Lötpumpe.

Entötlitze Die Entlötlitze ist ein feines Drahtgeflecht aus Kupfer, das in erhitztem Zustand Lötzinn aufsaugt. Dazu muss sich die Entlötlitze zwischen Lötstelle und Lötspitze befinden. Das Entlöten mit der Entlötlitze entfernt das Lötzinn nahezu rückstandfrei.

Entlötpumpe Das zweite Hilfsmittel ist die Entlötpumpe. Sie wird durch Druck gespannt, auf die erhitzte und flüssige Lötstelle aufgesetzt und ausgelöst. Sie erzeugt einen kurzzeitigen Staubsaugereffekt, bei dem sie das heiße und flüssige Lötzinn nach oben in sich hineinzieht. Die Lötstelle ist dann mit einem leichten Zinn-Rückstand frei gelegt. Die Kontaktstellen lassen sich im Regelfall voneinander lösen. Doch Vorsicht, beim Betätigen der Entlötpumpe entsteht ein Rückstoß, der die Leiterplatte beschädigen kann. Deshalb ist mit der Entlötpumpe vorsichtig umzugehen.