Maten invoeren — Ontwerpen in plaats van op het oog tekenen

In het vorige hoofdstuk heb je gezien hoe je eenvoudige vormen kunt combineren tot iets dat steeds meer op een bruikbaar onderdeel gaat lijken. Een doos wordt een behuizing, een tweede vorm kan materiaal weghalen en met een paar extra blokken ontstaan randen, uitsparingen en steunen.

Daarmee kun je al verrassend ver komen.

Maar er is één probleem.

Als je onderdelen alleen met de muis groter en kleiner sleept, ziet iets er misschien goed uit op het scherm terwijl het in werkelijkheid helemaal niet past.

Een ESP32-printplaat is niet “ongeveer zo breed”. Een USB-stekker heeft geen opening nodig die “wel ruim genoeg lijkt”. En een wanddikte van 1,2 millimeter gedraagt zich bij het printen anders dan een wand van 3 millimeter.

Vanaf dit punt gaan we daarom minder tekenen en meer ontwerpen.

Dat begint met maten.

Een mooi model hoeft nog geen bruikbaar model te zijn

Op het scherm van Tinkercad kun je gemakkelijk worden misleid.

Je kunt ver inzoomen op een klein onderdeel, waardoor het groot lijkt. Of juist uitzoomen, waardoor een verschil van een paar millimeter nauwelijks zichtbaar is.

Stel dat je een rechthoekige opening maakt voor een USB-connector.

Je sleept een blok totdat de opening er goed uitziet.

Visueel lijkt alles te kloppen.

Maar wanneer je later gaat printen, blijkt de opening 8 millimeter breed te zijn terwijl de stekker bijna 12 millimeter nodig heeft.

Het ontwerp zag er goed uit.

De maat was fout.

Dat verschil is belangrijk.

Bij technisch ontwerpen geldt daarom:

niet de afbeelding op het scherm bepaalt of iets past, maar de maat.

Millimeters als vaste taal

Tinkercad gebruikt bij technische ontwerpen meestal millimeters.

Dat is handig, omdat vrijwel alle onderdelen waarmee we in De Werkplaats werken ook in millimeters worden gemeten:

printplaten;
sensormodules;
schroeven;
afstandsbussen;
connectoren;
kabels;
wanddiktes;
gaten en uitsparingen.

Een maat van 50 mm betekent dus gewoon 5 centimeter.

Een wand van 2 mm is 0,2 centimeter dik.

Dat klinkt vanzelfsprekend, maar tijdens het ontwerpen is het handig om in millimeters te blijven denken. Dan hoef je niet steeds om te rekenen.

Een behuizing kan bijvoorbeeld buitenmaten hebben van:

80 × 50 × 25 mm

Dat betekent:

80 mm breed;
50 mm diep;
25 mm hoog.

Welke richting Tinkercad precies als lengte of breedte weergeeft, is minder belangrijk dan consequent werken.

Geef een vorm een exacte maat

Wanneer je een vorm selecteert, verschijnen rondom die vorm verschillende handgrepen.

Met de witte handgrepen kun je de vorm groter of kleiner slepen.

Maar je hoeft die maat niet op het oog te bepalen.

Klik op een maatwaarde die bij de geselecteerde vorm verschijnt. Je kunt vervolgens rechtstreeks een getal invoeren.

Wil je bijvoorbeeld een blok maken van:

70 × 45 × 20 mm

dan voer je die maten exact in.

Dat lijkt een kleine verandering in werkwijze, maar het maakt een groot verschil.

Je zegt nu niet meer:

dit blok moet ongeveer zo groot worden.

Je zegt:

dit blok wordt 70 millimeter breed, 45 millimeter diep en 20 millimeter hoog.

Dat is ontwerpen.

Probeer het eerst bewust verkeerd

Neem een gewone Box en plaats die op het werkvlak.

Sleep hem met de muis totdat hij ongeveer 60 mm breed lijkt.

Voordat je naar de maat kijkt, voorspel je:

Hoe breed denk je dat het blok werkelijk is?

Kijk daarna naar de maatwaarde.

Waarschijnlijk zat je schatting er een paar millimeter naast.

Dat is niet erg. Sterker nog: dat is precies waarom we maten invoeren.

Voer nu exact 60 mm in.

Doe hetzelfde met de andere richting en maak het blok bijvoorbeeld:

60 × 40 × 20 mm

Kijk vervolgens opnieuw naar het model.

Visueel is het verschil misschien klein.

Technisch is het verschil groot: je weet nu wat je hebt gemaakt.

Een behuizing begint bij binnenmaten

Bij een behuizing is het verleidelijk om direct de buitenkant te tekenen.

Maar meestal is het slimmer om eerst naar het onderdeel te kijken dat erin moet.

Stel dat we in De Werkplaats een eenvoudige behuizing willen maken voor een kleine printplaat.

De printplaat meten we op:

breedte: 52 mm;
lengte: 28 mm;
maximale hoogte van onderdelen: 14 mm.

Als we een behuizing maken van exact 52 × 28 × 14 mm, gaat dat niet werken.

De printplaat zou theoretisch precies passen, maar in de praktijk krijg je hem er waarschijnlijk niet eens in.

Je hebt ruimte nodig.

Speling: bewust iets groter ontwerpen

De extra ruimte tussen twee onderdelen noemen we speling.

Speling is nodig omdat echte onderdelen nooit perfect zijn.

Een printplaat kan bijvoorbeeld 52,1 mm breed zijn in plaats van precies 52 mm. Een 3D-printer heeft ook kleine afwijkingen. Daarnaast wil je een onderdeel meestal zonder geweld kunnen plaatsen.

Stel dat de printplaat 52 × 28 mm meet.

Je besluit rondom ongeveer 1 mm ruimte te houden.

Dan wordt de benodigde binnenruimte ongeveer:

54 × 30 mm

Je telt dus aan beide zijden ruimte op.

Voor de hoogte doe je iets vergelijkbaars.

Als het hoogste onderdeel 14 mm hoog is, kun je bijvoorbeeld 17 of 18 mm binnenhoogte gebruiken.

Welke speling verstandig is, hangt af van het onderdeel en de printer. Later in de gids komen toleranties uitgebreider terug.

Voor nu is vooral belangrijk dat je begrijpt:

precies dezelfde maat betekent niet automatisch dat iets past.

Van binnenmaat naar buitenmaat

Nu kennen we onze gewenste binnenruimte:

54 × 30 × 18 mm

Maar een behuizing heeft natuurlijk ook wanden.

Stel dat we een wanddikte van 2 mm willen.

Aan de linker- én rechterkant komt 2 mm materiaal.

De buitenbreedte wordt daarom:

54 + 2 + 2 = 58 mm

Voor de diepte geldt hetzelfde:

30 + 2 + 2 = 34 mm

Als de bodem ook 2 mm dik is en we aan de bovenkant later een apart deksel maken, kunnen we bijvoorbeeld beginnen met een onderste bak van ongeveer:

58 × 34 × 20 mm

Je ziet hier een belangrijke ontwerpstap.

We hebben de buitenmaat niet gegokt.

We hebben hem afgeleid van wat er binnenin moet passen.

Maak een eenvoudige oefenbehuizing

We maken nu een kleine oefening die voortbouwt op het vorige hoofdstuk.

Plaats een gewone Box op het werkvlak.

Geef deze exact de maat:

58 × 34 × 20 mm

Dit wordt de buitenkant.

Plaats daarna een tweede Box.

Maak deze een Hole.

Geef de uitsparing de maat:

54 × 30 × 18 mm

Als je beide vormen later netjes in elkaar plaatst en groepeert, blijft er rondom ongeveer 2 mm wand over.

Let op: alleen de juiste maten zijn nog niet genoeg. De binnenste vorm moet ook correct worden geplaatst.

Dat wordt in het volgende hoofdstuk belangrijk.

Voor deze oefening mag je hem voorlopig zo goed mogelijk met de muis in het midden zetten.

Kijk daarna van bovenaf naar het ontwerp.

Voorspel eerst:

Zijn de wanden overal even dik?

Zoom vervolgens in.

Waarschijnlijk lijkt het redelijk goed, maar misschien zie je dat één wand duidelijk smaller is dan de andere.

De maten kloppen dan wel.

De positie nog niet.

Dat is een nuttige ontdekking.

Maat en positie zijn twee verschillende dingen

Een onderdeel kan dus exact de juiste afmetingen hebben en toch verkeerd staan.

Dat onderscheid gaan we vanaf nu steeds maken.

Voor ieder onderdeel kun je eigenlijk twee vragen stellen:

Hoe groot is het?
Waar staat het?

In dit hoofdstuk richten we ons vooral op de eerste vraag.

In het volgende hoofdstuk lossen we de tweede systematisch op.

De liniaal gebruiken

Wanneer een ontwerp meer onderdelen krijgt, wordt het handig om niet alleen de grootte van een vorm te kennen, maar ook de positie ervan.

Daarvoor heeft Tinkercad het gereedschap Ruler, oftewel de liniaal.

Je vindt deze bij de hulpgereedschappen.

Sleep de liniaal naar het werkvlak.

Zodra je daarna een vorm selecteert, laat Tinkercad extra maatgegevens zien.

Je kunt daarmee onder andere controleren:

de breedte;
de diepte;
de hoogte;
de afstand tot het gekozen nulpunt.

Die laatste eigenschap wordt later bijzonder handig.

Je kunt een onderdeel daardoor bijvoorbeeld exact 10 mm vanaf een rand plaatsen in plaats van het daar ongeveer neer te zetten.

Afhankelijk van wijzigingen aan Tinkercad kunnen knoppen of de exacte plaats van gereedschappen iets veranderen, maar het principe blijft hetzelfde: de liniaal geeft je numerieke controle over afmetingen en posities.

Kies bewust waar je meet

Wanneer je de liniaal plaatst, wordt dat punt het referentiepunt voor je metingen.

Dat klinkt technisch, maar het idee is eenvoudig.

Stel dat je een werkbank hebt en alle maten vanaf de linkerhoek meet.

Dan kun je zeggen:

dit gat zit 10 mm vanaf links;
de printplaat begint op 8 mm;
de kabelopening begint op 45 mm.

Je gebruikt steeds hetzelfde vertrekpunt.

Bij een ontwerp werkt dat hetzelfde.

Een vast referentiepunt voorkomt dat je overal losse afstanden probeert te schatten.

Werk vanuit echte onderdelen

Tot nu toe hebben we fictieve maten gebruikt.

Bij een echte behuizing begint het werk meestal met meten.

Daarvoor is een eenvoudige digitale schuifmaat bijzonder handig.

Met zo'n schuifmaat kun je bijvoorbeeld meten:

de breedte van een printplaat;
de diameter van een schroef;
de hoogte van een connector;
de dikte van een kabel;
de afstand tussen montagegaten.

Een gewone liniaal kan voor grotere maten prima werken, maar bij kleine technische onderdelen is een schuifmaat nauwkeuriger.

Stel dat je een ESP32-module wilt inbouwen.

Meet dan niet alleen de printplaat zelf.

Kijk ook naar uitstekende onderdelen.

Een USB-connector kan buiten de rand van de printplaat steken. Headerpinnen kunnen extra hoogte nodig hebben. Een kabel moet misschien kunnen buigen.

De maat van een behuizing wordt dus bepaald door het complete gebruik, niet alleen door het groene of blauwe printplaatje dat je ziet.

Meet wat werkelijk ruimte inneemt

Een veelgemaakte fout is dat je alleen de hoofdvorm meet.

Stel dat een sensorprintje 25 × 20 mm is.

Dat lijkt klein.

Maar aan één kant zit een connector waar een kabel in moet.

De connector zelf steekt 4 mm uit en de kabel heeft daarna nog zeker 10 mm ruimte nodig voordat hij comfortabel kan buigen.

De benodigde lengte is dan niet simpelweg 25 mm.

Je moet rekening houden met het gebruik.

Datzelfde geldt voor:

USB-stekkers;
voedingsconnectoren;
antennes;
schroefkoppen;
schakelaars;
drukknoppen;
kabelwartels.

Een behuizing moet niet alleen om het onderdeel passen.

Je moet het onderdeel ook nog kunnen aansluiten en gebruiken.

Maak een eenvoudige maatschets

Voordat je een ingewikkelde behuizing tekent, helpt het om de belangrijkste maten even op papier te zetten.

Bijvoorbeeld:

Printplaat

breedte: 52 mm;
diepte: 28 mm;
hoogte: 14 mm.

Gewenste speling

links/rechts: 1 mm;
voor/achter: 1 mm;
boven: 3 mm.

Wanddikte

2 mm.

Daaruit kun je de eerste behuizingsmaten berekenen.

Dat hoeft geen nette technische tekening te zijn.

Een simpele schets met een paar maten is vaak al genoeg.

Het voorkomt dat je tijdens het tekenen voortdurend opnieuw moet bedenken wat je eigenlijk wilde maken.

Gebruik ronde maten waar dat kan

Bij een eerste ontwerp is het vaak handig om met logische maten te werken.

Als iets minimaal 31,7 mm nodig heeft, hoef je niet automatisch een binnenruimte van 31,8 mm te maken.

Misschien is 33 of 34 mm veel praktischer.

Ronde maten zijn gemakkelijker te controleren en later ook gemakkelijker aan te passen.

Dat betekent niet dat nauwkeurigheid onbelangrijk is.

Het betekent dat je nauwkeurig ontwerpt waar dat nodig is en praktisch blijft waar dat kan.

Een schroefgat kan bijvoorbeeld een maat van 3,2 mm nodig hebben.

De totale lengte van een behuizing hoeft misschien niet 83,47 mm te zijn. 85 mm kan net zo goed werken.

Wanddikte bewust kiezen

De dikte van een wand is ook een maat die je bewust kiest.

Een zeer dunne wand bespaart materiaal, maar kan slap of moeilijk printbaar worden.

Een dikke wand is stevig, maar maakt de behuizing groter en kost meer materiaal.

Voor eenvoudige kleine behuizingen is ongeveer 2 mm vaak een bruikbaar vertrekpunt.

Dat is geen universele regel.

De juiste dikte hangt onder andere af van:

materiaal;
grootte van de behuizing;
manier van printen;
mechanische belasting;
gewenste stevigheid.

Voor onze eerste ontwerpen is 2 mm vooral handig omdat het gemakkelijk te berekenen en te controleren is.

Controleer een wand met rekenen

Stel dat de buitenmaat 60 mm is.

De binnenruimte is 56 mm.

Het verschil is:

60 - 56 = 4 mm

Die 4 mm wordt verdeeld over twee wanden.

Dus:

4 / 2 = 2 mm

Je hebt daarmee een wanddikte van 2 mm.

Deze simpele controle is vaak sneller dan proberen op het scherm te zien hoe dik een wand is.

Doe hetzelfde voor de andere richting.

Op die manier gebruik je Tinkercad niet alleen als tekenprogramma, maar ook als controle op je berekeningen.

Verander steeds één maat tegelijk

Tijdens het ontwerpen kom je vaak tot de conclusie dat iets niet helemaal klopt.

Misschien is de behuizing te breed.

Misschien is een opening te klein.

Misschien is de wand dunner dan gedacht.

Verander dan bij voorkeur één maat tegelijk.

Stel dat je zowel de binnenruimte als de buitenmaat tegelijk aanpast en daarna blijkt de wand fout te zijn.

Dan weet je niet direct welke wijziging het probleem heeft veroorzaakt.

Verander je alleen de binnenbreedte, dan kun je direct zien welk effect dat heeft.

Deze werkwijze lijkt misschien langzaam, maar bij grotere modellen bespaart hij juist tijd.

Een praktische oefening: ontwerp rondom een printplaat

Neem voor deze oefening een denkbeeldige printplaat van:

50 × 30 × 12 mm

We willen rondom 1 mm speling.

De gewenste binnenruimte wordt dan:

52 × 32 mm

Voor de hoogte nemen we 15 mm.

We kiezen een wanddikte van 2 mm.

Bereken eerst zelf de buitenmaat voordat je verder leest.

Voorspel

Welke buitenbreedte en buitendiepte verwacht je?

De breedte wordt:

52 + 2 + 2 = 56 mm

De diepte wordt:

32 + 2 + 2 = 36 mm

Maak nu in Tinkercad een buitenste Box van:

56 × 36 × 17 mm

Maak vervolgens een Hole van:

52 × 32 × 15 mm

Plaats die zo goed mogelijk in de buitenste vorm.

Waarnemen

Bekijk het model van bovenaf.

Zijn de wanden ongeveer even dik?

Bekijk het model daarna schuin van boven.

Is de bodem ongeveer 2 mm dik?

Controleren

Controleer de ingevoerde maten opnieuw.

Als de maten kloppen maar de wanden niet overal even dik zijn, weet je waar het probleem zit:

niet in de afmetingen, maar in de uitlijning.

Dat is precies de stap die we hierna gaan oplossen.

Maten geven rust in een ontwerp

Wanneer je voor het eerst met Tinkercad werkt, kan exact invoeren wat formeel voelen.

Je zou kunnen denken dat slepen sneller is.

Voor een los creatief model is dat soms ook zo.

Maar bij een behuizing wil je op een gegeven moment kunnen zeggen:

deze wand is 2 mm dik;
dit gat is 3,2 mm;
deze opening is 12 mm breed;
deze printplaat heeft 1 mm speling;
deze behuizing is 58 mm breed.

Dan hoef je niet meer te hopen dat iets past.

Je kunt uitleggen waarom het zou moeten passen.

En als het later toch niet past, heb je concrete informatie waarmee je het ontwerp kunt verbeteren.

Een foutieve maat is geen mislukt ontwerp

Stel dat je een behuizing print en de printplaat blijkt nét niet te passen.

Dat is vervelend, maar het geeft ook informatie.

Meet hoeveel je tekortkomt.

Misschien blijkt de opening 0,6 mm te smal.

Dan hoef je niet opnieuw vanaf nul te beginnen.

Je weet dat je één specifieke maat moet aanpassen.

Maak de binnenruimte bijvoorbeeld 1 mm groter en laat de rest van het ontwerp ongemoeid.

Zo ontwikkelt een ontwerp zich stap voor stap.

Niet door steeds opnieuw te tekenen, maar door gericht te meten, aanpassen en controleren.

Wat je uit dit hoofdstuk kunt meenemen

Een bruikbare behuizing ontwerp je niet alleen met vormen, maar vooral met maten.

Je hebt gezien dat je in Tinkercad exacte afmetingen kunt invoeren in plaats van vormen op het oog groter of kleiner te maken.

Je weet nu ook waarom je bij een behuizing meestal vanuit de binnenruimte begint. Eerst bepaal je wat erin moet passen, daarna voeg je speling en wanddikte toe.

Daarnaast heb je kennisgemaakt met de liniaal als hulpmiddel om niet alleen maten, maar ook posities numeriek te controleren.

De belangrijkste gedachte is eenvoudig:

meet eerst wat nodig is, voer de maat bewust in en controleer daarna wat je hebt gemaakt.

Maar exacte maten lossen nog niet alles op.

Twee onderdelen kunnen precies de juiste afmetingen hebben en toch scheef of uit het midden staan.

In het volgende hoofdstuk gaan we daarom kijken naar uitlijnen, spiegelen en dupliceren zonder scheve onderdelen.