Vormen combineren — Zo bouw je van simpel naar bruikbaar

In het vorige hoofdstuk heb je kennisgemaakt met het werkvlak van Tinkercad, de standaardvormen en de manier waarop je naar een ontwerp kijkt. Je weet inmiddels hoe je een blok op het werkvlak zet, hoe je een vorm selecteert en hoe je de camera gebruikt om ook de achterkant, onderkant en zijkanten te controleren.

Dat lijkt misschien nog vooral op het verplaatsen van losse blokjes.

Maar juist daar begint bijna ieder bruikbaar ontwerp.

Een behuizing voor een ESP32, sensor of klein display ontstaat meestal niet uit één ingewikkelde vorm. Je bouwt hem op uit eenvoudige vormen die je groter, kleiner, hoger, lager, rond of juist hoekig maakt. Daarna voeg je vormen samen of gebruik je de ene vorm om materiaal uit een andere vorm weg te halen.

Dat is een belangrijk principe om te begrijpen:

je hoeft in Tinkercad geen ingewikkelde vorm te tekenen als je hem kunt opbouwen uit eenvoudige vormen.

In dit hoofdstuk gaan we daarom niet meteen een complete behuizing maken. We onderzoeken eerst hoe je met een paar eenvoudige blokken al iets kunt bouwen dat op een echt onderdeel begint te lijken.

Een behuizing is meestal een combinatie van eenvoudige vormen

Kijk eens naar een eenvoudige elektronicabehuizing.

Van buiten lijkt het misschien één object. Maar als je hem uit elkaar probeert te denken, bestaat hij vaak uit heel gewone vormen:

een rechthoekige doos voor het hoofdgedeelte;
een kleinere rechthoek voor een uitsparing;
cilinders voor schroefgaten;
smalle balkjes voor verstevigingen;
kleine blokken voor montagepunten;
afgeronde vormen voor een knop of kabeldoorvoer.

Dat is ook een handige manier om naar een ontwerp te leren kijken.

Vraag jezelf niet meteen af:

Hoe teken ik deze complete behuizing?

Vraag liever:

Uit welke eenvoudige vormen bestaat deze behuizing?

Dat verschil lijkt klein, maar maakt ontwerpen veel overzichtelijker.

Begin met de grootste vorm

Een goede gewoonte is om eerst de grootste en eenvoudigste vorm van je ontwerp te maken.

Stel dat je in De Werkplaats een kleine behuizing wilt maken voor een ESP32 met een temperatuursensor.

De basisvorm kan dan gewoon een rechthoekig blok zijn.

Sleep vanuit het vormenpaneel een Box naar het werkvlak.

Maak hem voorlopig ongeveer:

70 mm breed;
45 mm diep;
20 mm hoog.

De exacte maten zijn nu nog niet belangrijk. In het volgende hoofdstuk gaan we juist nauwkeurig met maten werken.

Voor nu gaat het om het principe.

Eerst voorspellen

Kijk naar het blok voordat je verdergaat.

Stel je voor dat dit de buitenkant van een behuizing wordt.

Wat ontbreekt er dan nog?

Waarschijnlijk denk je meteen aan iets belangrijks:

er is nog geen ruimte voor de elektronica.

Het blok is volledig massief.

Een echte behuizing moet meestal hol zijn.

Materiaal toevoegen en materiaal verwijderen

Bij het combineren van vormen zijn er eigenlijk twee dingen die je voortdurend doet:

materiaal toevoegen;
materiaal verwijderen.

Materiaal toevoegen doe je door gewone, vaste vormen te combineren.

Materiaal verwijderen doe je met een Hole, oftewel een gatvorm.

Dat tweede is een van de belangrijkste gereedschappen in Tinkercad.

Een Hole is eigenlijk geen zelfstandig gat. Het is een vorm die aangeeft:

Op deze plek moet straks materiaal verdwijnen.

Pas wanneer je die vorm samenvoegt met een vaste vorm, wordt het materiaal daadwerkelijk verwijderd.

Van een massief blok naar een holle doos

We gaan van ons massieve blok een eenvoudige open doos maken.

Sleep nog een Box naar het werkvlak.

Maak deze tweede vorm iets kleiner dan het eerste blok.

Bijvoorbeeld ongeveer:

64 mm breed;
39 mm diep;
18 mm hoog.

Plaats deze kleinere box binnen in de grote box.

Klik daarna op de instelling Hole.

De vorm wordt nu meestal half transparant weergegeven. Dat helpt je herkennen dat deze vorm straks materiaal gaat verwijderen.

Je hebt nu dus:

een grote vaste box;
een kleinere Hole-box daarbinnen.

Denk voordat je ze samenvoegt even na.

Als je de kleinere vorm precies in het midden van de grote vorm zet en beide vormen groepeert, wat verwacht je dan dat er gebeurt?

Waarschijnlijk ontstaat er een holle ruimte.

Dat is precies wat we willen.

Uitlijnen voorkomt scheve onderdelen

Met de hand kun je proberen de kleine box netjes in het midden van de grote box te zetten.

Dat lukt ongeveer.

Maar "ongeveer" is bij technisch ontwerpen vaak niet goed genoeg.

Als de binnenste vorm iets te ver naar links staat, wordt de wand links dunner dan rechts. Je ziet dat misschien niet meteen, maar later kan dat problemen veroorzaken met sterkte, passing of montage.

Daarom heeft Tinkercad een functie om vormen exact ten opzichte van elkaar uit te lijnen.

Selecteer beide boxen.

Dat kan door met de muis een selectiekader om beide objecten te trekken of door één object te selecteren en daarna met Shift het andere toe te voegen.

Kies vervolgens Align.

Tinkercad toont nu zwarte uitlijnpunten rondom de geselecteerde objecten.

Klik op het middelste punt in de breedterichting en daarna op het middelste punt in de diepte.

De kleine box staat nu exact gecentreerd.

Controleer vóór je groepeert

Draai de camera een beetje.

Kijk van voren, van boven en schuin van opzij.

Controleer of de Hole-box werkelijk binnen de grote box staat.

Let vooral op de onderkant.

Als de Hole-box helemaal door de bodem heen loopt, krijg je geen doos maar een soort rechthoekige ring.

Dat kan nuttig zijn, maar dat is nu niet wat we willen.

Voor een open doos moet er onder de Hole-box nog materiaal overblijven.

Je maakt dus eigenlijk bewust drie delen:

een linkerwand;
een rechterwand;
een bodem.

En natuurlijk hetzelfde aan de voor- en achterkant.

Je ziet nu al dat een eenvoudige doos niet werkelijk als "doos" hoeft te worden getekend. Hij ontstaat uit twee blokken.

Groeperen maakt van meerdere vormen één object

Wanneer de vormen goed staan, selecteer je beide objecten.

Klik daarna op Group.

Tinkercad verwerkt de Hole-vorm in de vaste vorm.

De kleine box verdwijnt en er blijft een holle doos over.

Draai de camera rond het object.

Kijk ook van bovenaf.

Je hebt nu met slechts twee standaardvormen iets gemaakt dat al sterk lijkt op het begin van een echte elektronicabehuizing.

Dat is het basisprincipe dat je in deze gids voortdurend zult gebruiken:

vaste vorm + Hole + Group = nieuwe vorm.

Een groep blijft bewerkbaar

Een groep lijkt nu één object, maar Tinkercad heeft de oorspronkelijke vormen niet meteen onherroepelijk weggegooid.

Selecteer de doos en kies Ungroup.

De oorspronkelijke grote box en de Hole-box verschijnen weer.

Dat is belangrijk.

Je hoeft dus niet bang te zijn om vormen te groeperen zolang je ontwerp nog in ontwikkeling is.

Je kunt:

groeperen;
controleren;
weer uit elkaar halen;
één onderdeel aanpassen;
opnieuw groeperen.

Dat past goed bij een technische werkwijze waarbij je steeds één ding tegelijk verandert.

Bouw ingewikkelde vormen in kleine stappen

Stel dat je nu aan de zijkant van de doos een opening wilt maken voor een USB-kabel.

Je zou kunnen proberen meteen een ingewikkelde uitsparing te tekenen.

Maar het is eenvoudiger om opnieuw dezelfde methode te gebruiken.

Sleep een kleine Box naar het werkvlak.

Maak hem bijvoorbeeld:

ongeveer 12 mm breed;
8 mm hoog;
lang genoeg om door de wand heen te steken.

Maak van die vorm een Hole.

Plaats hem door de zijkant van de behuizing.

Draai de camera zodat je kunt zien of de Hole-vorm werkelijk door de hele wand heen steekt.

Selecteer daarna de behuizing en de Hole en groepeer ze.

Er verschijnt een rechthoekige opening.

Je hebt dus dezelfde techniek gebruikt voor twee totaal verschillende functies:

de binnenruimte van de behuizing;
een kabelopening aan de zijkant.

Dat is precies waarom het combineren van simpele vormen zo krachtig is.

Zorg dat een Hole werkelijk door het materiaal heen gaat

Een veelgemaakte beginnersfout is dat een Hole-vorm precies tegen een wand wordt gezet, maar er niet helemaal doorheen loopt.

Vanuit één camerahoek kan het lijken alsof alles goed staat.

Na het groeperen blijkt er dan bijvoorbeeld nog een dun laagje materiaal over te zijn.

Daarom is het verstandig om een Hole meestal iets verder door het materiaal heen te laten steken dan strikt noodzakelijk.

Wil je een opening door een wand van 2 mm maken?

Laat de Hole-vorm dan gerust enkele millimeters aan beide kanten uitsteken.

Dat verandert de opening niet, maar maakt wel duidelijk dat de vorm volledig door de wand snijdt.

Voorspel wat er gebeurt

Zet een Hole eens bewust maar half in een wand.

Groeperen.

Wat verwacht je?

Je krijgt geen volledig gat, maar een verdieping of uitsparing.

Dat is geen fout van Tinkercad. Het programma heeft precies gedaan wat je hebt ontworpen.

Dat is een nuttige manier om fouten te bekijken:

een onverwacht resultaat vertelt je meestal iets over de positie of afmetingen van een vorm.

Niet ieder onderdeel hoeft meteen gegroepeerd te worden

Stel dat je binnen in de behuizing vier kleine verhogingen wilt maken waarop later een printplaat kan rusten.

Zo'n verhoging wordt vaak een afstandhouder of standoff genoemd.

Sleep bijvoorbeeld vier kleine cilinders of boxen naar de bodem van de behuizing.

Je zou ze direct kunnen groeperen met de behuizing.

Maar soms is het verstandiger om daar nog even mee te wachten.

Waarom?

Omdat je misschien later nog wilt veranderen:

waar de printplaat precies komt;
hoe groot de afstandhouders zijn;
hoeveel ruimte er rond de printplaat nodig is;
waar een schroefgat moet komen.

Zolang je nog aan het onderzoeken bent, kan het prettig zijn om onderdelen los te laten staan.

Pas wanneer hun positie redelijk zeker is, groepeer je ze.

Dat maakt aanpassen eenvoudiger.

Vormen kopiëren in plaats van opnieuw maken

Als je vier gelijke afstandhouders nodig hebt, hoef je niet vier keer opnieuw een cilinder te maken.

Maak eerst één vorm goed.

Dupliceer die daarna.

In Tinkercad kun je daarvoor Duplicate gebruiken.

Dat levert een exacte kopie van het geselecteerde onderdeel op.

Dat is niet alleen sneller. Het voorkomt ook kleine verschillen tussen onderdelen die eigenlijk gelijk zouden moeten zijn.

Bij technisch ontwerpen geldt vaak:

maak één onderdeel goed en kopieer het daarna.

Dat principe zul je later bijvoorbeeld gebruiken voor:

schroefgaten;
ventilatieopeningen;
afstandhouders;
montageogen;
sleuven;
ribben voor versteviging.

Een gat in een afstandhouder

Een afstandhouder wordt nog bruikbaarder als er een schroef doorheen kan.

Ook daarvoor heb je geen speciale vorm nodig.

Neem een vaste cilinder.

Plaats daar een kleinere cilinder in.

Maak die kleinere cilinder een Hole.

Lijn beide cilinders in het midden uit.

Groepeer ze.

Je hebt nu een holle cilinder.

Daarmee heb je feitelijk een eenvoudig montagepunt gemaakt.

De techniek is exact dezelfde als bij de behuizing:

een grote vaste vorm;
een kleinere Hole;
uitlijnen;
groeperen.

Alleen het resultaat heeft nu een andere functie.

Denk in positieve en negatieve vormen

Een handige manier om Tinkercad te leren begrijpen is door onderscheid te maken tussen positieve en negatieve vormen.

Een positieve vorm voegt materiaal toe.

Denk aan:

de wand van een behuizing;
een montageblok;
een verstevigingsrib;
een steun voor een printplaat.

Een negatieve vorm haalt materiaal weg.

Denk aan:

een USB-opening;
een ventilatiegat;
een schroefgat;
ruimte voor een printplaat;
een uitsparing voor een display.

Tinkercad noemt zo'n negatieve vorm een Hole.

Wanneer je naar een behuizing kijkt, kun je jezelf dus twee vragen stellen:

Waar heb ik materiaal nodig?

en:

Waar moet juist materiaal verdwijnen?

Met alleen die twee vragen kun je verrassend veel ontwerpen ontleden.

Bouw niet alles tegelijk

Wanneer je eenmaal doorhebt hoe vormen gecombineerd worden, ontstaat snel de neiging om meteen alles toe te voegen:

binnenruimte;
USB-opening;
ventilatie;
schroefgaten;
deksel;
printplaathouders;
sensoropening;
kabeldoorvoer.

Dat lijkt efficiënt, maar maakt fouten juist moeilijker te vinden.

Een betere volgorde is bijvoorbeeld:

maak eerst de buitenvorm;
maak hem hol;
controleer de wanddikte;
voeg één opening toe;
controleer die opening;
voeg daarna pas montagepunten toe.

Na iedere stap draai je het model even rond.

Kijk van boven.

Kijk van onderen.

Vraag jezelf af:

Is alleen veranderd wat ik wilde veranderen?

Als het antwoord nee is, weet je waar je moet zoeken: bij de laatste wijziging.

Dat is veel eenvoudiger dan een ontwerp met twintig vormen tegelijk proberen te repareren.

Waarom de camera hier opnieuw belangrijk wordt

In het vorige hoofdstuk heb je geleerd dat de camera geen los navigatiehulpmiddel is, maar onderdeel van het ontwerpen zelf.

Bij het combineren van vormen wordt dat nog duidelijker.

Een Hole kan vanuit de voorkant perfect geplaatst lijken, terwijl hij:

te hoog staat;
onder de bodem uitkomt;
niet volledig door een wand gaat;
aan de achterkant buiten de behuizing steekt;
een ander onderdeel raakt.

Daarom is het verstandig om bij iedere belangrijke combinatie minimaal vanuit drie richtingen te kijken:

boven;
voor of zijkant;
schuin perspectief.

Vooral het schuine perspectief is nuttig omdat je dan tegelijk hoogte, diepte en breedte kunt beoordelen.

Oefening: maak een eenvoudige sensorbehuizing

Maak nu zonder exact op de maten te letten een eenvoudige open behuizing.

Gebruik alleen standaardvormen.

Probeer de volgende onderdelen te maken:

een rechthoekige buitenvorm;
een holle binnenruimte;
één opening in de zijkant voor een kabel;
twee afstandhouders op de bodem;
in iedere afstandhouder een klein gat.

Werk rustig.

Maak niet alles tegelijk.

Stap 1 — Buitenblok

Plaats één Box.

Maak er een vorm van die ongeveer geschikt lijkt voor een kleine ESP32-printplaat.

Stap 2 — Binnenruimte

Plaats een tweede Box.

Maak hem kleiner.

Zet hem op Hole.

Centreer hem met Align.

Controleer of er onderaan nog een bodem overblijft.

Groepeer de vormen.

Stap 3 — Kabelopening

Maak een kleine rechthoekige Hole.

Steek hem door één wand.

Draai de camera zodat je zeker weet dat hij volledig door de wand gaat.

Groepeer opnieuw.

Stap 4 — Eerste afstandhouder

Plaats een kleine cilinder op de bodem.

Maak hem niet te groot.

Je wilt alleen een kleine verhoging waarop later bijvoorbeeld een printplaat kan rusten.

Stap 5 — Schroefgat

Plaats een kleinere cilinder in de eerste cilinder.

Maak die Hole.

Lijn beide vormen centraal uit.

Groepeer ze.

Stap 6 — Dupliceer

Maak een kopie van de afstandhouder en plaats die aan de andere kant.

Je hebt nu nog geen perfecte behuizing.

Dat hoeft ook niet.

Het doel van deze oefening is dat je begint te herkennen hoe een technisch onderdeel uit simpele vormen ontstaat.

Controleer wat je werkelijk hebt gemaakt

Draai het model langzaam rond.

Kijk naar de opening.

Is hij volledig open?

Kijk naar de bodem.

Is die nog aanwezig?

Kijk naar de afstandhouders.

Staan ze werkelijk op de bodem of zweven ze erboven?

Kijk van onderen.

Zijn de gaten door de afstandhouders gegaan zonder ook een gat door de bodem te maken?

Als iets niet klopt, probeer dan niet meteen opnieuw te beginnen.

Gebruik Ungroup waar nodig en zoek de vorm die het onverwachte resultaat veroorzaakt.

Dat is een veel nuttigere oefening dan alleen een perfect model proberen te krijgen.

Veelgemaakte fouten bij het combineren van vormen

De Hole staat niet diep genoeg

Je verwacht een opening, maar er blijft een dun laagje materiaal staan.

Controle: laat de Hole duidelijk door het volledige onderdeel heen steken.

De binnenruimte loopt door de bodem

Je verwacht een doos, maar krijgt een open frame.

Controle: kijk van de zijkant hoeveel ruimte er onder de Hole overblijft.

Twee vormen lijken gecentreerd, maar zijn het niet

De wanddikte is links anders dan rechts.

Controle: gebruik Align in plaats van alleen op het oog te werken.

Een schroefgat gaat ook door de bodem

De Hole-cilinder is langer dan de afstandhouder en snijdt ook in de behuizing.

Controle: kijk van onderen en verander slechts de hoogte of positie van die ene Hole.

Je kunt een onderdeel niet meer eenvoudig aanpassen

Je hebt heel veel onderdelen vroeg in het proces tot één groep gemaakt.

Controle: gebruik Ungroup of wacht voortaan iets langer met groeperen wanneer de plaatsing nog onzeker is.

Van blokken naar functies

Op dit punt wordt Tinkercad interessanter.

Je bent niet meer alleen geometrische vormen aan het verplaatsen.

Iedere vorm kan nu een functie vertegenwoordigen.

Een Box kan de buitenwand zijn.

Een andere Box kan de ruimte worden waarin een ESP32 ligt.

Een cilinder kan een montagepunt zijn.

Een Hole-cilinder kan een schroefgat worden.

Een kleine rechthoekige Hole kan de opening voor USB voorstellen.

Dat is de omslag van tekenen naar ontwerpen.

Je denkt niet alleen:

Welke vorm wil ik maken?

Je denkt steeds vaker:

Welke functie moet hier komen, en uit welke simpele vormen kan ik die functie opbouwen?

Maar ongeveer goed is straks niet meer goed genoeg

Tot nu toe hebben we de afmetingen bewust nog niet heel nauwkeurig gemaakt.

Dat was handig omdat je eerst het principe moest leren:

vormen toevoegen;
gaten gebruiken;
uitlijnen;
groeperen;
dupliceren;
controleren.

Maar voor een echte behuizing is "ongeveer 70 millimeter" niet voldoende.

Een ESP32-printplaat heeft een echte breedte.

Een USB-connector zit op een echte hoogte.

Een M3-schroef heeft een bepaalde diameter.

En wanneer een wand 2 mm dik moet worden, wil je niet dat hij aan de ene kant 1,6 mm en aan de andere kant 2,7 mm wordt omdat je iets met de muis hebt versleept.

Vanaf het volgende hoofdstuk gaan we daarom stoppen met ontwerpen op het oog.

We gaan Tinkercad exacte maten geven.

Wat je uit dit hoofdstuk kunt meenemen

Een bruikbaar Tinkercad-model hoeft niet uit ingewikkelde vormen te bestaan. De meeste technische onderdelen kun je opbouwen uit eenvoudige blokken, cilinders en andere standaardvormen.

Een vaste vorm voegt materiaal toe. Een Hole verwijdert materiaal zodra je beide vormen groepeert. Met die combinatie kun je onder andere binnenruimtes, kabelopeningen, schroefgaten en uitsparingen maken.

Gebruik Align wanneer onderdelen werkelijk gecentreerd moeten staan en Duplicate wanneer meerdere onderdelen identiek moeten zijn. Controleer je ontwerp steeds vanuit verschillende camerahoeken en verander bij voorkeur één onderdeel tegelijk.

Belangrijker nog: probeer een behuizing niet als één ingewikkeld object te zien. Deel hem in gedachten op in eenvoudige functies en vormen.

In het volgende hoofdstuk gaan we die vormen niet langer ongeveer goed zetten. Dan bekijken we hoe je exacte afmetingen invoert en waarom dat het verschil maakt tussen op het oog tekenen en werkelijk ontwerpen.