VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

3D–ручка это МИФ или уже РЕАЛЬНОСТЬ?

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Спесивая  М.М. 1

---

1Муниципальное автономное образовательное учреждение "Гимназия № 6" города Перми

Тимофеева Т.Б. 1

---

1МАОУ "Гимназия № 6" г. Перми

Работа в формате PDF

27.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

3D–ручка или маленькая волшебная палочка, для которой не нужно знать никаких специальных заклинаний.                                           

3D–ручка – это инструмент, способный рисовать в воздухе.

С помощью этого удивительного гаджета мы можем создавать объемные поделки, рисунки –               все, что подскажет нам наша фантазия.

Это не только искусство, но и моделирование, где каждый сможет почувствовать себя настоящим художником.

1. ВВЕДЕНИЕ

Тема научно–исследовательской работы выбрана мной неслучайно. Мне нравится рисовать, мастерить, используя разные материалы и методики.

Еще, участь в первом классе, я на YouTube увидела ролик про 3D–ручку. Мне стало очень интересно, что это такое 3D–ручка? Почему ручка называется 3D–ручкой? Как она устроена? Чем ручка рисует? И кому 3D–ручка может быть полезна? Чтобы понять и разобраться в этих вопросах я даже заказала Деду Морозу в подарок на Новый год 3D–ручку. Так у меня появилась                      3D–ручка. Рисовать ею, делать различные поделки мне нравится до сих пор.

На протяжении 2–х лет, я поняла, что 3D–ручка становится все актуальней и доступней. В различных развлекательных центрах сейчас регулярно проводятся мастер–классы по рисованию 3D–ручкой.

Мир изменяется, соответственно, меняемся и мы! Изучение                                3D–технологий с каждым годом становится все более значимым для современных людей. 3D–ручка является инструментом, который способен рисовать в воздухе. Это не волшебство, а очередной технологический прорыв в области 3D–моделирования, его сфера применения по–настоящему огромна. С помощью 3D–ручки можно не только рисовать и экспериментировать в создании поделок, но и решить множество бытовых проблем.

Поэтому, в своей работе я решила найти ответы на свои вопросы и выяснить область применения 3D–ручки.

2. ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ, ГИПОТЕЗА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

1. Изучить устройство 3D–ручки и область ее применения.
2. Чем и как рисует 3D–ручка.
3. Как правильно выбрать расходный материал для 3D–ручки.

ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛИ НЕОБХОДИМО РЕШИТЬ СЛЕДУЮЩИЕ ЗАДАЧИ:

1. Проанализировать литературу по теме исследования.
2. Привлечь внимание одноклассников к теме исследования.
3. Провести анкетирование среди одноклассников, обработать анкетные данные и сделать соответствующие выводы.
4. Изучить виды 3D–ручек.
5. Изучить виды расходного материала.
6. Составить памятку «Правила безопасного пользования 3D–ручкой».

Объект исследования. Внедрение 3D–моделирования в учебный процесс.

Предмет исследования. Изучение 3D–моделирования на примере                     3D–ручки.

ГИПОТЕЗА:

Предположим, что использование 3D–ручки в учебном процессе поможет учащимся лучше понять трёхмерное моделирование, что определит их дальнейшие интересы.

 Умение работать с 3D–ручкой даёт возможность школьникам воплощать в жизнь свои конструкторские замыслы и идеи, развивать творческие представления и способности в школе и дома.

Методы исследовательской работы:

1. Работа с различными источниками информации: журналы, научная литература, энциклопедии, интернет–источники.
2. Анкетирование.
3. Моделирование. Наблюдение, анализ и сравнение. Личный опыт.

Работа имеет выраженную практическую значимость, так как внедрение 3D–ручки в учебный процесс повышает эффективность обучения (в школе и дома), развивает абстрактное мышление, навыки трёхмерного мышления, даёт возможность изготовлять украшения или сувениры на память. Результаты могут быть использованы на уроках математики, окружающего мира, изобразительного искусства.

3. 3D–РУЧКА – МИФ ИЛИ УЖЕ РЕАЛЬНОСТЬ?

РОЛЬ 3D–РУЧКИ В НАШЕЙ ЖИЗНИ

Иногда приходится слышать высказывания о том, что все уже придумали и изобрели, ничего нового создать практически невозможно и никого ничем удивить нельзя. Но потенциал человеческого разума имеет огромные возможности: инженерная мысль находится в постоянном поиске, третья промышленная революция не за горами, 3D–технологии набирают обороты.

Всего несколько десятилетий назад 3D–принтеры, творящие объёмные фигуры, считались фантастикой.

Рис. 1. Одни из первых трехмерных принтеров.                                  

Самые первые трёхмерные печатающие устройства (аппараты вида               SLA–250) имели впечатляющие габариты, хотя при всём этом имели возможность создавать только ограниченное количество объектов. Ко всему прочему, стоили они десятки и даже сотни тысяч долларов. Поэтому брать на себя первую продукцию аддитивных технологий имели возможность исключительно приличные компании

В 2012 году возникли наиболее малогабаритные и экономные приспособления для трёхмерной печати. Обширное использование получили принтеры южноамериканской фирмы 3D–Systems, которая сейчас считается основным поставщиком в области AF–технологий. Инновации начали вводить конструкторские бюро, НИИ, архитекторы, художники. 3D–принтеры отвоевали для себя место в учебных действиях при освоении инженерных квалификаций.

Сейчас 3D–принтеры доступны любому желающему.

Рис. 2  Малогабаритные трехмерные принтеры.

А в феврале 2013 года возникла первая ручка для создания объёмных форм. Идея пришла в голову инженерам из Великобритании Питеру Дилворс и Максвеллу Боуг из фирмы WobbleWorks, когда сломался 3D–принтер и им потребовалось заделать брешь в напечатанной 3D–модели. Так они создали                  3D–ручку, для рисования которой бумага не нужна — она может рисовать в воздухе.

Первая 3D–ручка называлась 3 Doodler. Сейчас много марок и производителей.

Первая ручка

называлась 3 Doodler,                    была широкой (до 125 мм) и                       весила около 200 гр.

Будет ли открытие инженеров            из Великобритании девайсом или ещё одной игрушкой они не знали и решили, что это определит время.

Рис. 3  Первая ручка для создания объемных форм 3 Doodler.

В 2013 году инженеры разработали проект и планировали собрать 30 тыс. долларов для начала производства ручек. В результате им удалось привлечь 2,3 миллиона долларов, что стало свидетельством большого интереса людей к проекту.

Современные технологии не стоят на месте, благодаря которым модель ручки подверглась ряду изменений. Поскольку первоначальное исполнение ручки было тяжеловатым и неудобным, новый образец стал гораздо легче и тоньше – вес 40–65 г, толщина до 2–3 см, ручка стала удобно ложиться в руку. Также обновилось и зарядное устройство. Его оснастили предохранителем для защиты от перепадов напряжения в сети, был удлинен шнур, дина которого теперь достигает до 3 метров.

После успеха 3Doodler на рынке стали появляться 3D–ручки других производителей.

При помощи 3D–ручки можно не только писать тексты, которые не смываются, но и разрисовывать разные предметы, одежду, а также создавать различные декоративные фигуры — серьги, браслеты, ожерелье, жар–птицу, бабочку, вазу с цветами, самолет и даже Эйфелеву башню или любой другой объёмный предмет. Лишь бы Вам были под силу художественные шедевры!

3D–ручки –                               это компактные заменители                                3D–принтеров.

При помощи 3D–ручки можно моделировать, создавать макеты, конструировать новые детали, чинить устаревшие вещи.

А можно просто из воздуха делать игрушки, сувениры или развивать детскую моторику и воображение.

Это устройство поможет в работе, понадобится по хозяйству или станет отличным подарком.

Рис. 4  Преобразование первой ручки 3 Doodler.

3.1. ЧТО ЖЕ ТАКОЕ 3D–РУЧКА? ПРИНЦИП ЕЕ ДЕЙСТВИЯ

3D–ручка – это портативный аналог 3D–принтера, умещающийся в ладошке и позволяющий создавать трёхмерные модели различной сложности.

Внешне с одной стороны ручка немного напоминает устройство для выжигания, с другой стороны обычную пишущую ручку.

С помощью 3D–ручки возможно делать узоры, надписи, декоративные элементы на различных поверхностях или законченные трехмерные объекты: геометрические фигуры, прототипы и силуэты, также возможно рисовать на плоскости по трафарету. Рисование 3D–ручкой очень увлекательный процесс.

Пользоваться 3D–ручкой может любой человек, даже 5–летний ребенок, так как она приводится в рабочее состояние одним нажатием клавиши, которая отвечает за подачу пластика вперед, а сама подача регулируется контроллером – скоростью подачи пластика.

Рисует 3D–ручка при помощи специальной нити, сделанной из пластика. Внутри ручки помещен нагревательный элемент, который мгновенно разогревает пластик до температуры от 150 до 240 градусов. Нажатием кнопки пластик постепенно выдавливается из ручки и практически мгновенно застывает в той форме, которую ему придали, под воздействием воздуха цветная нить сразу застывает и надпись или рисунок готовы.

Заправляется нить просто, для этого на торце есть два отверстия, одно из которых предназначено для цветной нити, а другое для зарядного устройства. Наконечник изготовлен из керамики, что также важно, поскольку температура проходящего через него пластика достаточно высока, а головка 3D–печати меняется просто и быстро — нажатием двух клавиш, расположенных по обе стороны у основания изделия.

3.2. ВИДЫ 3D–РУЧЕК

С момента своего появления и до недавнего времени существовал лишь один тип 3D–ручек, который работал по технологии моделирования расплавленным пластиком FDM (Fused Deposition Modeling). У таких моделей в качестве расходного материала используются нити ABS–пластика или                     PLA–пластика толщиной 1,75 мм, которые подаются к соплу с регулируемой скоростью и температурой нагрева. Различают два вида 3D–ручек:

Рис. 6. Холодная и горячая 3D–ручки.

Наиболее распространены горячие 3D–ручки.

У меня такая                                  3D–ручка (горячая), поэтому в дальнейшем буду анализировать горячую ручку с расходным материалом – пластиковые нити.

Для рисования в ручку заправляется пластиковая нить, есть самые различные расцветки.

В задней части корпуса располагается отверстие, в которое вставляется пластик.

Пластиковая нить, затягиваемая внутрь корпуса ручки, расплавляется внутри неё и выдавливается с острия ручки                    (из сопла) в виде тонкой нити, которая затвердевает на воздухе сразу после выхода из сопла. 

Вследствие этого фигуры можно моделировать прямо на лету!

3.3.ДЛЯ ЧЕГО НУЖНЫ 3D–РУЧКИ

Учитывая значительный интерес к 3D–ручкам, полагаю, что 3D–ручки имеют все шансы стать нужным художественным средством, средством моделирования для разных уроков. Например,

– для окружающего мира – с помощью 3D–ручки можно создать различные трехмерные макеты, например, как мы недавно лепили из пластилина макет острова Робинзона Крузо,

– для уроков технологии и рисования – из пластика можно моделировать различные поделки: украшения, объёмные цветы, героев любимых мультфильмов, а на уроках рисования – с помощью 3D–ручки можно нарисовать отдельный рисунок или добавить заключительный штрих к нарисованному рисунку для выразительности,

– для геометрии – с внедрением 3D–ручки ученик может изображать геометрические фигуры, а вслед за тем делать собственные сложные формы,

– для уроков химии и физики – с помощью 3D–ручки можно создать модели молекул, с помощью пластика и 3D–ручки можно исследовать силу тяжести и прочие физические понятия,

– для уроков истории – при исследовании важных исторических памятников можно воссоздать их силуэты для проведения презентаций.

При этом, создание архитектурных чертежей содержит в себе еще математические способности – знание геометрии, пространственной ориентации и измерений.

Также объёмное рисование 3D–ручкой может понравиться и взрослым. Данный гаджет незаменим для творческих людей. Это просто находка для художников–декораторов, конструкторов, дизайнеров интерьера и архитекторов. Теперь для создания конструкций не надо использовать бумагу, пенопласт, различные краски, качество которых не всегда соответствует требованиям – надпись или модель из пластиковых нитей не смоется, не выцветет на солнце, а фигуры получаются очень прочными.

3D–технологии незаменимы в ремонте, а точнее при склеивании различных пластиковых деталей. Теперь поломка чего–либо из пластика не будет проблемой, его всегда можно склеить.

Еще большим преимуществом 3D–ручек является тот факт, что катушки с полимерными нитями обходятся куда дешевле, чем пластик для                             3D–принтера. Таким образом, можно заниматься творчеством, не беспокоясь о затратах на расходные материалы.

В отличие от профессионального 3D–принтера, 3D–ручка не нуждается в регулярном обслуживании, а освоить её простое и интуитивное управление сможет даже ребёнок.

К достоинствам 3D–ручки можно отнести небольшие габариты и эргономичную систему, а также ряд собственных неповторимых превосходств:

– современные 3D–ручки весят от 40 грамм,

– 3D–ручки можно брать с собой в командировки или на отдых,

– некоторые ручки обустроены перезаряжающимися батареями, что даёт вероятность применить их вдали от точек доступа к электросети,

– небольшие размеры ручек дают возможность изображать ею в малодоступных местах,

– и главное, 3D–ручки значительно расширяют рамки изобразительного искусства.

4. РАСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ

Для работы 3D–ручки используется специальный пластик. Чаще всего используется пластик шириной 1,75 мм. Модель 3Doodler содержит носик головной платы, рассчитанный на пластик шириной 3 мм.

Самые распространенные виды пластика:

ABS ПЛАСТИК         PLA ПЛАСТИК         ГИБКИЕ ПЛАСТИКИ

Все перечисленные пластики подходят для 3D–ручек почти всех модификаций, но каждый имеет свои технические характеристики и некоторые различия.

Какой же из материалов наиболее предпочтителен для рисования              3D–ручкой?

Для ответа на этот вопрос более подробно рассмотрим каждый вид пластика, его преимущества и особенности.

ABS пластик – это пластик, получивший наибольшее распространение во многих сферах производства, науки и быта. Из пластика ABS производят огромное количество изделий, начиная от игрушек для детей, деталей конструкторов и заканчивая элементами в автомобильной и даже авиапромышленности. К слову, корпус большинства 3D–ручек также сделан из ABS пластика.

Температура плавления ABS пластика – 210–235°C.

В основе ABS пластика лежат соединения нефтехимического происхождения, благодаря чему пластик обладает высокой прочностью и не подвержен разложению, отлично подходит для склеивания пластиковых изделий.

Изделия, нарисованные ABS пластиком, очень прочные их можно мыть, в том числе моющими средствами.

К недочётам ABS пластика относят склонность к малозначительной усадке и выделение при рисовании небольшого запаха жженой пластмассы, который не вреден для здоровья, поэтому рекомендуется использовать этот вид пластика в тщательно проветриваемом помещении!

Большие рисунки, нарисованные ABS пластиком, можно мыть и чистить от пыли средствами по уходу за бытовыми приборами. Рисунки из этого материала отличаются прочностью и долговечностью.

Пластик имеет широкую цветовую палитру. Расцветка нитей довольно насыщенная. Пластик ABS не содержит в собственной палитре прозрачных и глянцевых цветов.

PLA пластик – нетоксичный и полностью безвредный материал. Его часто используют в медицине, а также в производстве различной упаковки и тары. PLA пластик – биоразлагаемый материал, который производится из натурального природного сырья – сахарного тростника или кукурузы.

Изделия, нарисованные 3D–ручкой из PLA пластика недолговечны.              Во–первых, пластик достаточно хрупкий, ударив или уронив изделие его легко можно повредить. Во–вторых, так как пластик сделан из натурального сырья – уже через год он начнет постепенно разлагаться.

Температура плавления PLA пластика – 160–210°C. Пластик не причиняет вреда окружающей среде, при нагревании не выделяет токсичных веществ и неприятного запаха.

Фигуры из PLA наиболее качественны, что объясняется заниженной температурой плавления.

Не разрешается мыть и чистить изображения из PLA нитей, они от этого разрушаются. Расцветки пластика имеют глянцевый блеск.

Пластик PLA остывает быстрее, потому что температура его плавления ниже, нежели у ABS пластика. Поэтому данный вид делает более лёгкое объёмное рисование. В особенности, этим материалом хорошо рисуется картинка вверх.

Также пластиком PLA хорошо рисовать по ткани, держится несколько стирок, и на стеклянных поверхностях.

Нагретый пластик PLA пластичный, а после затвердевания он делается наиболее непрочным, чем ABS.

Гибкие материалы. В группу гибких материалов входят SBS пластик, эластичный пластик и гибкий пластик.

SBS пластик – прочный, эластичный пластик, который не ломается при сгибании. Удлинение при разрыве пластика SBS более 250%.

Также этот вид пластика имеет высокий коэффициент растяжения – может растягиваться до 650%. Стойкий к обработке химическими веществами, ударопрочный.

Пластик при нагревании не выделяет неприятного запаха, не токсичен.

SBS пластик используют для производства медицинских изделий, детских игрушек и даже тары для пищевых продуктов, а также в инженерных и механических приложениях.

Изделия, нарисованные SBS пластиком гибкие и эластичные, не сломаются при падении.

Температура плавления SBS пластика 200–220°C.

КРАТКАЯ СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА                                                       ABS, PLA и SBS ПЛАСТИКОВ

Таблица 1

Более подробная сравнительная характеристика ABS и PLA пластиков приведена в Приложении 1.

Внешне ABS, PLA и SBS пластики похожи,                                      однако характеристики этих материалов имеют несколько принципиальных различий.

Ключевым из них является способ производства.

Модуль упругости у SBS гораздо меньше, чем у ABS и PLA.                То есть, напечатанные детали получаются более гибкими.

Удлинение SBS пластика при разрыве более 250%. Нить, в отличие от ABS, не ломается, не говоря о PLA, который наиболее хрупкий из рассматриваемых материалов.                                                                        SBS имеет гибкую структуру, не обломится и не оборвется при печати.

SBS прозрачен (93% светопропускания). Окрашивание SBS дает очень красивый эффект.                                                                          SBS идеально подходит для печати плафонов светильников, прототипов прозрачной посуды, бутылок и т.д.

Выяснив, что такое 3D–ручка, область ее применения,

 виды и отличия расходного материала,я решила проверить все это в практической части.   Так ли это.

5. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИ–ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. РЕЗУЛЬТАТЫ

Для проверки гипотезы исследование включает в себя следующие этапы:

1. Анкетирование.
2. Моделирование 3D–ручкой, сравнение свойств пластика.
3. Разработка памятки «Правила безопасного пользования 3D–ручкой».

У меня уже вторая 3D–ручка. Обе ручки горячие. Рисуют пластиковой нитью ABS, PLA, SBS.

Первой была 3D–ручка Funtastique ONE (Фантастик) шириной до 3 см, весом 55 гр., 9 скоростей подачи пластика.

Вторая 3D–ручка DEXP RP900A, толщиной 2 см, весом 40 гр., 6 скоростей подачи пластика.

В практической части буду использовать вторую 3D–ручку DEXP RP900A, расходные материалы – пластиковые нити ABS, PLA, SBS.

1. АНКЕТИРОВАНИЕ

Чтобы определить, что известно о 3D–ручке, какие у нее перспективы в будущем и где ручка могла найти применение, мною было проведено анкетирование.

В анкетировании приняли участие взрослые (10 человек) и учащиеся           3 α класса МАОУ «Гимназия № 6» города Перми (21 одноклассник).

Вопросы для анкетирования и детальный анализ анкетирования приведены в Приложениях 2, 3 к моей работе.

По итогам анкетирования одноклассников можно сделать вывод что:

1.      О 3D–ручке знают 95% респондентов. При этом 3D–ручка интересна всем.

2.      У 7 ребят 3D–ручка уже есть (33%), остальные ребята хотели бы ее иметь. К сравнению в 1 классе 3D–ручка была только у меня.

3.      17 ребятам было бы интересно рисовать ручкой на уроках окружающего мира и ИЗО (81%).

4.      71% опрошенных считают, что 3D–ручка актуальна в наше время.

5.      На вопрос «Для чего нужна 3D–ручка и кому?»

-        7 ребят ответили – для создания 3D–шедевров (поделок, украшений в дом, полезных вещей), для развития творческого мышления и фантазий (33%),

–       4 человека ответили – рисовать (19%),

–       2 человека считают, что 3D–ручка нужна для конструирования и моделирования, 5 опрошенных затруднились ответить на этот вопрос.

6. На вопрос «Какая перспектива ждет 3D–ручку в будущем?»

–       33% опрошенных ответили – ей будут пользоваться все («Она будет популярной», «Ее будут любить все», «Она будет во всем мире»),

–       2 одноклассника предположили, что 3D–ручка преобразится, будет в новом дизайне и все захотят ее купить,

–       Были и такие интересные ответы: «3D–ручка будет сделана из                          3D–ручки», «Появятся целые игровые площадки», «Она будет съедобна», «Ею будут строить дома»,

–       затруднились с ответом – 8 ребят (38%).

По итогам анкетирования взрослых можно сделать вывод что:

1.      О 3D–ручке знают, слышали 90% респондентов.

2.      Большинство респондентов заинтересовала 3D–ручка (80%) и они хотели бы ее иметь (60%).

3.      7 опрошенных заинтересовал процесс рисования ручкой, поскольку они считают ручку актуальной и видят в ней будущее – 3D–ручка может использоваться как взрослыми в профессиональной деятельности (архитекторы, строители и т.д.) для изготовления украшений и сувениров ручной работы, так и детьми (в школе на уроках ИЗО, геометрии, в качестве замены пластилина и т.д.) для развития пространственного и творческого мышления.

4.      2 респондента, имеющие опыт рисования 3D–ручкой, в качестве перспективы развития ручки предположили о модернизации функций ручки, изменения ее дизайна и совершенствования свойств пластика. Остальные 80% опрошенных затруднились ответить на этот вопрос, поскольку не имели опыт рисования 3D–ручкой.

Большинство опрошенных подтвердили актуальность                 3D–ручки в настоящее время и её перспективу в будущем.

Больше половины считают, что она вполне может быть вспомогательным техническим инструментом в профессиональной деятельности взрослых (архитекторы, строители и т.д.), а также в учебном процессе – на уроках технологии, ИЗО, геометрии, физики, химии, истории.

Можно с уверенностью сказать, что 3D–ручка интересна ребятам, и они с удовольствием использовали бы её в школе и дома.

5.2.  РАБОТА С 3D–РУЧКОЙ, РАСХОДНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

Что же можно сделать из 3D-ручки?

Прежде всего, это оригинальный инструмент для рисования. Сейчас рисунки можно не только лишь рассматривать, но и потрогать их руками. Даже лепку можно заменить моделированием 3D–ручкой: из пластиковой нити получаются уникальные декорации, фигуры животных, кукольная мебель и сами куколки.

Сделанные 3D–ручкой фигуры могут быть будут сувениром, который не стыдно подарить близким.

Фото моих поделок, которые я делала на протяжении почти 3 лет, приведены в Приложении 4.

Перед тем как приступить к этапам моей практической работы, я подумала, что же мне сделать, чего я еще не рисовала 3D–ручкой.

Я решила сделать небольшой подсвечник и на нем проверить свойства SBS пластика, поскольку раньше этим пластиком я не рисовала. Исследуемые свойства:

–       гибкость, прочность, ударопрочность,

–       прозрачность,

–       растяжение.

Оборудование и материалы:

–       3D–ручка,

–       пластиковые нити SBS,

–       трафарет рисунка,

–       температура плавления SBS пластика 200–220°C.

Рис. 10. Используемые оборудование и материалы. 1 этап.

Процесс исследования:

1. В интернете выбрала понравившийся трафарет для изготовления подсвечника, распечатала его, проклеила скотчем, чтобы бумага не осталась на поделке.
2. Подготовила 3D–ручку для рисования:

–       подключила адаптер питания к розетке, второй конец шнура вставила в разъем питания на ручке,

–       на дисплее выбрала нужный вид пластика и установила необходимую температуру плавления пластика,

–       определилась с цветом используемого пластика,

–       вставила пластик и нажала кнопку подачи пластика, после нагревания ручки до нужной температуры пластик начал поступать в ручку,

–       проверила как разогретый пластик выходит из ручки,

–       и все – ручка готова для рисования.

Этап 1. Проверка свойств SBS пластика на сделанном подсвечнике – ударопрочность, гибкость, прозрачность, выделение (не выделение) запаха при нагревании.

Результат:

Гибкость, ударопрочность – пластик прочный, при сильном ударе на пол с 1–метрового расстояния подсвечник не сломался. Гибкость присутствует.

Прозрачность – подсвечник пропускает свет, держа в руках подсвечник, сквозь его стены видны пальцы рук. При зажженной свечке подсвечник красиво мерцает. К сожалению, фотографии не могут показать красоту мерцания подсвечника, переливы цветов пластиковой нити.

Пластик при нагревании не выделяет неприятного запаха.

Рис. 11. Подсвечник из SBS пластика.

В ходе 1–го этапа исследования мною подтверждены свойства исследуемого пластика SBS – ударопрочность, гибкость, прозрачность.

Этап 2. Проверка свойств SBS пластика на гибкость, сгибание, растяжение. Для исследования на данном этапе мною были взяты:

–       часть пластиковой нити до нагревания в 3D–ручке,

–       пластиковая нить, полученная после ее нагревания в ручке длиной                 13 см.

Результат:

Пластиковая нить до нагревания в 3D–ручке гибкая, при сгибе не ломается, подается завязать в узел; не растягивается, не рвется в руках.

Пластиковая нить после нагревания в 3D–ручке более тонкая и более гибкая, при сгибе не ломается, легко завязывается в узел или бант. При растяжении руками длина нити увеличилась на 6 см до 19 см, растяжение составило 146%.

Рис. 12. Растяжение пластиковой нити (SBS).

В ходе 2–го этапа исследования мною также были подтверждены свойства SBS пластика – гибкость, сгибание, растяжение.

Заявленные производителями свойства SBS пластика полностью подтверждены 1 и 2 этапами моей работы.

SBS пластик прочный, эластичный, не ломается при сгибании, ударопрочный.

Однако, в домашних условиях растяжение пластиковой нити составило только 146% при заявленных до 650% при промышленном тестировании.

SBS пластик прозрачен (пропускает свет). При подсветке пластик дает очень красивый эффект.

При нагревании не выделяет неприятного запаха.

Сама буду в дальнейшем использовать SBS пластик для рисования 3D–ручкой и рекомендую всем.

На следующем этапе исследования мне было интересно сравнить свойства ABS и PLA пластиков.

Я также решила сделать небольшой подсвечник и на нем проверить свойства ABS и PLA пластиков:

–       прочность,

–       эластичность,

 –      прозрачность,

–       наличие запаха при нагревании.

Оборудование и материалы:

–       3D–ручка,

–       пластиковые нити ABS и PLA,

–       трафарет рисунка тот же,

–       температура плавления ABS пластика 210–235°C,

–       температура плавления PLA пластика 160–210°C.

Рис. 12. Используемые оборудование и материалы . 3 этап.

Процесс исследования

–       трафарет я взяла тот же,

–       аналогично подготовила 3D–ручку для рисования,

–       определилась с цветом используемого пластика,

–       установила нужный режим и необходимую температуру нагрева,

–       проверила как разогретый пластик выходит из ручки,

–       и начала рисовать.

Этап 3. Проверка свойств ABS и PLA пластиков на сделанном подсвечнике – ударопрочность, гибкость, прозрачность, выделение (не выделение) запаха при нагревании.

Для проверки свойств пластиков три стороны подсвечника были сделаны из ABS пластика фиолетового и желтого цвета, а четвертая сторона – из ABS пластика (фиолетовый цвет, основа), из PLA пластика (желтый цвет, элемент декора).

Результат:

Ударопрочность, гибкость – пластик прочный, но при сильном ударе на пол с 1–метрового расстояния из четвертой стороны подсвечника, сделанной из ABS и PLA пластиков, выпал желтый элемент декора (PLA пластик).  

Гибкость – совсем небольшая, практически нет. Пластиковые нити до нагревания совсем не гибкие. До и после нагревания пластиковая нить PLA хрупкая.

Прозрачность – подсвечник не пропускает свет.

Выделение запаха при нагревании – ABS пластик выделяет несильный, но неприятный запах жженой пластмассы, PLA пластик – не выделяет запаха.

Цветовая палитра – подсвечник из ABS пластика получился ярче, чем подсвечник из SBS пластика.

Рис. 13. Подсвечники из SBS пластика и ABS и PLA пластиков. Сравнение.

ABS и PLA пластики в отличие от SBS пластика обладают менее прочными качествами, ABS пластик имеет низкую эластичность, PLA пластик вообще не эластичен.

Кроме того, данный результат эксперимента позволил мне подтвердить полезность пластика и 3D–ручки – с помощью пластика и ручки можно легко отремонтировать сломанный элемент, что и было мною сделано. Теперь подсвечник выглядит как до падения.

Изделия из ABS и PLA пластиков не пропускают свет, но их цвета более ярче, чем изделия из SBS пластика.

При нагревании ABS пластик выделяет не сильный, неприятный запах жженой пластмассы, PLA пластик – запах не выделяет.

Этап 4. С целью подтверждения внедрения 3D–ручки в учебный процесс мною были сделаны геометрические фигуры – треугольник из SBS пластика.

Оборудование и материалы:

–       3D–ручка,

–       пластиковые нити SBS,

–       температура плавления SBS пластика 200–220°C (цв. голубой).  

Рис. 14. Используемые оборудование и материалы. 4 этап..

Процесс исследования

–       подготовила 3D–ручку для рисования,

–       установила нужный режим и необходимую температуру нагрева,

–       проверила как разогретый пластик выходит из ручки,

–       и начала рисовать в воздухе, без шаблона.

Результат:

Как видно из рисунка, фигуры получились не особенно ровными, особенного треугольник черного цвета, сделанный из ABS пластика. Поскольку я еще не изучала геометрию, в пространственной ориентации мне сложно было рассчитать длину пластиковой нити, которой я рисовала стороны треугольника. Однако, треугольник голубого цвета, сделанный из гибкого пластика, получился более ровным, в процессе рисования я могла его подправить, сделать стороны треугольника более ровными и равными.

Рис. 15. Полученные геомерические фигуры.

3D–ручку можно смело применять в учебном процессе:

на уроках рисования, технологии, окружающего мира –                       уже сейчас,

на уроках геометрии, физики, химии – чуть позже, после начала изучения этих предметов, чтобы иметь представление как правильно в пространстве рассчитать те же стороны треугольника.

С материалами фотофиксации 1, 2, 3, 4 этапов можно ознакомиться в Приложении 5.

Этап 5. В процессе почти трехлетнего опыта работы с 3D–ручкой я столкнулась с некачественным ABS пластиком.

При рисовании некачественным пластиком выделяется более сильный неприятный запах жженой пластмассы, сама 3D–ручка издает нехарактерный для нее звук – треск, шипение. До нагревания пластиковые нити очень хрупкие. При нагревании пластиковые нити также не соответствуют заявленным требованиям. Изделия из некачественного пластика получаются хрупкими, ломкими, без глянца.

Изучив интернет–материалы, отзывы производителей, пришла к выводу, что причинами некачественного пластика могут быть:

–       нарушение технологического процесса при производстве пластика (изготовитель),

–       неправильное хранение пластика (посредник, продавец, пользователь).

Любые пластиковые нити боятся прямых солнечных лучей, но особенно влаги и сырости. Даже если просто оставить пластик на открытом воздухе, результаты печати с его использованием окажутся некачественными.

Под воздействием влаги с пластиком может произойти следующее – увеличится его хрупкость, пластик начнет разлагаться, увеличится диаметр, пластик может пузыриться, из сопла начнет выходить пар, для нагрева потребуется более высокая температура, пластик станет разрываться.

PLA пластик больше впитывает влагу, чем ABS и SBS пластики.  

От влаги может пострадать не только пластик, но и 3D–принтер,                         3D–ручка, потому что разбухший PLA пластик может забить сопло принтера, ручки до такой степени, что сопло даже придется заменить.

Хрупкость поделки объясняется наличием влаги в структуре пластиковой нити.

Если пластик стал ломкий, что делать?

Выход очень простой – надо нагреть пластик градусов до 50–80 в духовке. Влага испарится, а на микроуровне произойдет слипание (спайка) микротрещин пластиковой нити. АБС надо греть 80–100.

После печки пластик не будет ломким как минимум 1–2 месяца, тут все будет зависеть от условий хранения пластика. Убранный в пакеты и в коробки пластик сохранится дольше.

5.3. РАЗРАБОТКА ПАМЯТКИ «ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ 3D–РУЧКОЙ»

В основу разработки памятки «Правила безопасного пользования                        3D–ручкой» легли мои практические навыки и наблюдения.

Практические советы:

Пластик к обычной офисной бумаге не прилипает или легко отстает. Но чтобы пластик вообще не прилипал к бумаге, рисунок трафарета лучше предварительно проклеить скотчем. 

Чтобы пластик лучше прилипал к стеклу или металлу – поверхность можно заранее обезжирить, протереть или сделать шероховатой.

Выбор оптимального температурного режима и скорости – дело опыта, тренировок и сноровки. К каждой отдельной ручке приходится приноравливаться индивидуально.

Перед тем, как рисовать 3D–ручкой в воздухе, желательно сначала «набить руку», рисуя на плоскости, на бумаге. Также удобным вариантом может стать, например, контейнер из–под «Киндер–сюрприза», шар от куколки L.O.L.  или перегоревшая электрическая лампочка. Покрывая пластиковыми линиями или кольцами такую основу, можно делать простейшие игрушки или сувениры (например, пингвина, собачку, зайца, снеговика). Из лампочки может получиться стилизованная груша или ананас. «Воздушные» детали (лапы, уши, хвосты, листья и черешки) наращиваются уже на основу. Комбинируя рисование на плоскости и в воздухе, можно делать ажурные пластиковые поделки и сувениры.

Чтобы ручка не засорялась, ранее использованный кусок пластиковой нити надо сначала обрезать конец ножницами так, чтобы он был плоским, а затем уже вставлять в ручку для нагревания и рисования.

В целом, чтобы повысить срок эксплуатации 3D–ручки, мною были составлены простые правила ее использования. Соблюдая данные правила эксплуатации, можно долго наслаждаться использованием своего гаджета.

Правила безопасности пользования 3D–ручкой указаны в Приложении 6.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении хочется отметить, что цель моего исследования достигнута – изучено устройство 3D–ручки и область ее применения.

В процессе исследования я ознакомилась с историей возникновения                  3D–ручки, ее названием. Узнала, как устроена 3D–ручка, чем рисует и кому может быть полезна. Как правильно выбрать расходный материал.

Практическая часть моей работы содержит результаты анкетирования взрослых (10 человек) и учеников 3α класса МАОУ «Гимназия № 6» г. Перми (21 одноклассника), а также результаты исследований, в ходе которых были изучены и сравнены свойства пластиковых нитей, для этого мною были изготовлены подсвечники из трех типов пластика – ABS, PLA, SBS. На основании практической части составлена памятка «Правила безопасного пользования 3D–ручкой».

Моя гипотеза, что использование 3D–ручки в учебном процессе поможет учащимся лучше понять трёхмерное моделирование, определить их дальнейшие интересы, подтвердилась. Это подтверждают выводы по анкетированию.

Работа имеет выраженную практическую значимость, так как внедрение 3D–ручки в учебный процесс повышает эффективность обучения (в школе и дома), обогащает школьников знаниями в области технических дисциплин, развивает у них абстрактное и творческое мышление, навыки трёхмерного мышления, что даёт возможность изготовлять украшения или сувениры. Результаты моделирования могут быть использованы на уроках математики, окружающего мира, изобразительного искусства и других предметов.

Также имея 3D–ручкой под рукой, можно реализовать многие свои идеи, а также решить большинство бытовых проблем за считанные минуты.

Данная работа важна, и я буду продолжать изучать и совершенствовать навыки рисования 3D–ручкой. Мне еще много предстоит изучить по данной теме, например, хочется попробовать порисовать холодной ручкой, изучить свойства расходных материалов для холодной ручки, напечатать фигурку при помощи 3D–принтера.

Таким образом, 3D–ручка – это уже не миф, а реальность!                                    Это инструмент, способный рисовать в воздухе.

Волшебство, подумаете вы, но нет, это всего лишь очередной технологический прорыв в области 3D–моделирования.

3D–ручки дают возможность открыть в человеке новые таланты или могут помочь весело провести время, делая игрушки, предметы интерьера, кучу подарков друзьям и родственникам, не выходя из дома!

3D–ручка это гаджет, которому суждено навсегда изменить представление о том, что такое «рисование», ведь теперь можно рисовать не на бумаге, а в пространстве!

7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Интернет - источники:

https://ru.wikipedia.org/wiki/3D–_%D1%80%D1%83%D1%87%D0%BA%D0%B0#%C2%AB%D0%93%D0%BE%D1%80%D1%8F%D1%87%D0%B8%D0%B5%C2%BB_3D–_%D1%80%D1%83%D1%87%D0%BA%D0%B8 - Википедия. 3D ручка.

https://make–3D–.ru/articles/chto–takoe–3D––ruchka/ - Что такое 3D ручка?

https://rusabs.ru/blogs/blog/razlichie–mezhdu–abs–i–pla–dlya–3D––pechati - Сравнение ABS, PLA, SBS, PETG. Различие пластиков: свойства, хранение, применение.

http://3D–today.ru/wiki/3D–_pens/#.D0.98.D1.81.D1.82.D0.BE.D1.80.D0.B8.D1.8F2 - 3D-ручка.

https://www.ixbt.com/printer/3D–/3D–_pen_funt.shtml  - 3D-ручка Funtastique One.

http://old.msun.ru/Vector/Art_tur/%D0%A0%D0%B8%D1%81%D1%83%D0%B5%D0%BC%203D––%D1%80%D1%83%D1%87%D0%BA%D0%BE%D0%B9.htm - Как пользоваться 3d-ручкой: Инструкция.

https://www.losprinters.ru/articles/instruktsiya–dlya–3D––ruchki–myriwell–rp–400a/ - Инструкция для 3D ручки Myriwell RP 400А.

https://habrahabr.ru/post/275495/ - 3D в школе: кто, чему и как должен учить?

https://rusabs.ru/blogs/blog/sposoby–hraneniya–filamenta - Лучшие способы хранения филамента для 3D-печати.

http://3D–today.ru/blogs/zona–3D–/proper–storage–of–plastic–for–3D––printing–/ - Правильное хранение пластика для 3D-печати. 

Приложение 1

ТАБЛИЦА СРАВНЕНИЯ ВИДОВ ABS и PLA ПЛАСТИКОВ

Приложение 2

ВОПРОСЫ ДЛЯ АНКЕТИРОВАНИЯ

Приложение 3

Диаграмма по результатам анкетирования учащихся

Диаграмма по результатам анкетирования взрослых

Приложение 4

ОБРАЗЦЫ РАБОТ, ВЫПОЛНЕННЫХ МНОЮ 3D–РУЧКОЙ

Так начиналось мое знакомство 3D–ручкой и PLA пластиком.

Часть поделок подарены, часть поделок используются в домашнем интерьере и в качестве новогодних украшений, часть – для участия в конкурсах.

Подарено

Из ABS ПЛАСТИКА

На 8 марта

Подарено

Подарено маме

Продано на гимназической ярмарке

Так я украсила маленькую ёлочку

Подарено

Подарено

Эти рисунки были подготовлены конкурсы, посвященные ко Дню Победы и                     Дню медицинского работника в 2018 г. (тематика «Врачи и футбол», МСЧ № 133)

Топпер на торт для моей тети-врача

Топпер можно использовать в качестве образца изделия из некачественного пластика (хрупкий, ломкий, плохо держит форму, быстро сломался).

После «ремонта»                3D–пластиком            (приделана голова, укреплен градусник, полукруг футбольного мяча исправлять не стала).

ИЗ ПЛАСТИЧНОГО SBS ПЛАСТИКА

Подарено

БРЕЛОКИ

Подарен

У этого мишки уже тоже есть хозяйка

для ИССЛЕДОВАНИЯ в ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ РАБОТЫ

   SBS пластик                       ABS и PLA пластики                         SBS пластик

При дневном свете

В темноте

Геометрические фигуры

Приложение 5

МАТЕРИАЛЫ ФОТОФИКСАЦИИ ЭТАПОВ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

Этапы 1, 3. СРАВНЕНИЕ СВОЙСТВ ПЛАСТИКОВ.

   SBS пластик                       ABS и PLA пластики                         SBS пластик

При дневном свете

В темноте

Этап 1.

Этап 2.

Этап 3.

Этап 4. 

Приложение 6

ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЬЗОВАНИЯ 3D–РУЧКОЙ

Оборотная часть памятки

Пластик к обычной офисной бумаге не прилипает или легко отстает. Но чтобы пластик вообще не прилипал к бумаге, рисунок трафарета лучше предварительно проклеить скотчем. 

Чтобы пластик лучше прилипал к стеклу или металлу – поверхность можно заранее обезжирить, протереть или сделать шероховатой.

Перед тем, как рисовать 3D–ручкой в воздухе, желательно сначала «набить руку», рисуя на плоскости, на бумаге. Также удобным вариантом может стать, например, контейнер из–под «Киндер–сюрприза», шар от куколки L.O.L.  или перегоревшая электрическая лампочка. Покрывая пластиковыми линиями или кольцами такую основу, можно делать простейшие игрушки или сувениры (например, пингвина, собачку, зайца, снеговика). Из лампочки может получиться стилизованная груша или ананас. «Воздушные» детали (лапы, уши, хвосты, листья и черешки) наращиваются уже на основу. Комбинируя рисование на плоскости и в воздухе, можно делать ажурные пластиковые поделки и сувениры.

Чтобы ручка не засорялась, ранее использованный кусок пластиковой нити надо сначала обрезать конец ножницами так, чтобы он был плоским, а затем уже вставлять в ручку для нагревания и рисования.

При рисовании некачественным пластиком выделяется более сильный неприятный запах жженой пластмассы, сама 3D–ручка издает нехарактерный для нее звук – треск, шипение. До нагревания пластиковые нити очень хрупкие. При нагревании пластиковые нити также не соответствуют заявленным требованиям. Изделия из некачественного пластика получаются хрупкими, ломкими, без глянца.

Любые пластиковые нити боятся прямых солнечных лучей, но особенно влаги и сырости. Даже если просто оставить пластик на открытом воздухе, результаты печати с его использованием окажутся некачественными. 

Под воздействием влаги у пластика увеличится хрупкость, пластик может пузыриться, из сопла начнет выходить пар, для нагрева потребуется более высокая температура, пластик станет разрываться.

Если пластик стал ломкий, что делать?

Выход очень простой – надо нагреть пластик градусов до 50–80 в духовке. Влага испарится, а на микроуровне произойдет слипание (спайка) микротрещин пластиковой нити. АБС надо греть 80–100. После печки пластик не будет ломким как минимум 1–2 месяца, тут все будет зависеть от условий хранения пластика. Убранный в пакеты и в коробки пластик сохранится дольше.