3D-моделирование – шаг в будущее

VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

3D-моделирование – шаг в будущее

Каданчик Г.А. 1
1МАОУ Одинцовский лицей №6 им. А.С. пушкина
Ананьева Е.В. 1
1МАОУ Одинцовский лицей №6 им. А.С. Пушкина
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Актуальность: на сегодняшний день компьютеры и компьютерные технологии прочно вошли в жизнь современного человека. Каждый день мы контактируем с различными гаджетами, используем в речи специальные компьютерные термины. Словосочетание 3D - программирование (моделирование) и 3D-печать - неотъемлемые части нашей жизни. Сегодня для производства любого изделия инженеры и технологи всего мира изначально разрабатывают 3D модель изделия, затем печатают образец на 3D принтере, а уж после пускают его в массовое производство.

Практическая значимость: практическая значимость моего проекта заключается в популяризации 3D–моделирования и 3D-печати. Естественно, не все разбираются в 3D-программах и умеют моделировать объемные объекты. Отсюда и востребованность профессии в области 3D моделирования. Внимательно изучив мою работу любой человек научится азам 3D–моделирования и 3D-печати.

Разработанность проблемы:

Насколько развито промышленное применение данной технологии в нашей стране, можно понять на основании Приложения 1. Доля России на мировом рынке промышленного применения АМ-технологии в 2016 г. составляет всего 1,4%. [1].

Отдельные ведущие отечественные предприятия авиационной, автомобильной промышленности, энергетики и предприятия Росатома и многие другие уже имеют опыт практического использования 3D печати в различных отраслях промышленности, однако широкого распространения эти технологии не пока получили. Но при всем этом, можно заметить большой интерес со стороны различных организаций и предприятий. Например, активное развитие можно увидеть у Минпромторгом России, Минобрнауки России, Роскосмосом, Государственной корпорацей «Ростех», Госкорпорацией «Росатом», ОАО «Объединенная авиастроительная корпорация», ОАО «Объединенная двигателестроительная корпорация», научными организациями ФАНО России [2; c 124].

На мой взгляд, в России 3D-моделирование используют лишь в некоторых профессиях, хотя люди могут использовать его для многих целей, от творчества до практической работы.

Цель: спроектировать и распечатать на 3D-принтере модель корпуса для электроприборов.

Задачи:

Изучить работу с программой Autodesk Inventor (система трёхмерного твердотельного и поверхностного параметрического проектирования компании Autodesk, предназначенная для создания цифровых прототипов промышленных изделий).

Спроектировать в программе модель корпуса для электроприборов.

Создание новых устройств, при помощи 3D – моделирования.

Распечатать модель корпуса для электроприборов на 3D-принтере.

Этапы работы над проектом:

Выбор программы для создания модели изделия.

Изучить работу с программой Autodesk Inventor.

Разработать макет модели корпуса для электроприборов.

Распечатать чертеж для печати на 3D –принтере.

Распечатать и обработать изделие.

I этап – подготовительный (сбор информации, систематизация материала, ознакомление с инструментами работы). Сентябрь – октябрь 2017 года.

Сделать выбор (программы и макета изделия).

Изучить программу.

Разработать макет и чертеж модели корпуса для электроприборов при помощи карандаша.

Потренироваться в обработке изделий на объектах, изготовленных ранее.

II этап – реализация проекта. Ноябрь 2017 – февраль 2018 г.

Сбор информации.

Разработка макета модели корпуса для электроприборов.

Обсуждение макета c учителем, окончательная обработка.

Разработка чертежа.

Печать на 3D-принтере.

Размещение фотографий и проекта на сайт лицея и в социальные сети (http://licey-6.odinedu.ru/school_life/photo/)

Тренировка изготовления других изделий.

III этап – организационно-обобщающий. Март - апрель 2018.

Анализ работы по реализации проекта.

Отчет о проделанной работе.

Наличие результата на каждом этапе:

I этап: поставлены задачи и цели, получены первоначальные знания.

II этап: изучена программа для работы Autodesk Inventor, создан чертеж модели корпуса для электроприборов, распечатано изделие на 3D-принтере Form 1, на сайт размещены лицея фотографии работы.

III этап: проанализирована работа, подведены итоги по реализации проекта.

Материально-техническое обеспечение проекта: компьютер, 3D-принтер Form 1 от американской компании Formlabs, Autodesk Inventor.

Результат проекта: распечатанная на 3D-принтере модель корпуса для электроприборов, чертеж этого изделия для производства.

Общий итог:

Спроектированная и распечатанная модель корпуса для электроприборов.

Ссылка на фотографии: (http://licey-6.odinedu.ru/school_life/photo/).

Возможные области применения: возможно применение в домашних условиях и в промышленности.

Введение.

3D моделирование играет важную роль в жизни современного общества. Сегодня оно широко используется в сфере маркетинга, архитектурного дизайна и кинематографии, не говоря уже о промышленности. 3Д-моделирование позволяет создать прототип будущего сооружения, коммерческого продукта в объемном формате. Важную роль 3D моделирование играет при проведении презентации и демонстрации какого-либо продукта или услуги.

Благодаря появлению и популяризации 3D-печати 3D-моделирование перешло на новый уровень и стало востребовано как никогда. Каждый человек уже может напечатать нарисованный им самим или загруженный из интернета 3D-объект, будь то дизайнерская модель или персонаж любимого мультфильма или просто необходимый ему в быту предмет.

Я решил научиться работать в программе для 3D-моделирования и печатать на 3D-принтере, чтобы иметь возможность в будущем стать профессионалом в этой области.

Актуальность:

На сегодняшний день компьютеры и компьютерные технологии прочно вошли в жизнь современного человека. Каждый день мы контактируем с различными гаджетами, используем в речи специальные компьютерные термины. Словосочетание 3D - программирование (моделирование) и 3D-печать - неотъемлемые части нашей жизни. Сегодня для производства любого изделия инженеры и технологи всего мира изначально разрабатывают 3D модель изделия, затем печатают образец на 3D принтере, а уж после пускают его в массовое производство.

Практическая значимость:

Практическая значимость моего проекта заключается в популяризации 3D–моделирования и 3D-печати. Естественно, не все разбираются в 3D-программах и умеют моделировать объемные объекты. Отсюда и востребованность профессии в области 3D моделирования. Внимательно изучив мою работу любой человек научится азам 3D–моделирования и 3D-печати.

Разработанность проблемы:

Технологии 3D-моделирования относят к технологиям XXI века. Несмотря на многие положительные особенности 3D-Печати, внедрение этой технологии в России ещё не достигло значительного уровня. Это можно объяснить тем, что существует ряд проблем, как при создании российских разработок, так и физическими особенностями самой технологии производства. Существует потребность в создании моделей отечественных устройств 3D-печати, в разработке методов контроля и общей системе национальных стандартов.

Насколько развито промышленное применение данной технологии в нашей стране, можно понять на основании Приложения 1. Доля России на мировом рынке промышленного применения АМ-технологии в 2016 г. составляет всего 1,4%. [1].

Большинство специалистов в области инновационных технологий также отмечают, слабое развитие АМ-технологии в России. Отдельные ведущие отечественные предприятия авиационной, автомобильной промышленности, энергетики и предприятия Росатома и многие другие уже имеют опыт практического использования 3D печати в различных отраслях промышленности, однако широкого распространения эти технологии не пока получили. Но при всем этом, можно заметить большой интерес со стороны различных организаций и предприятий. Например, активное развитие можно увидеть у Минпромторгом России, Минобрнауки России, Роскосмосом, Государственной корпорацей «Ростех», Госкорпорацией «Росатом», ОАО «Объединенная авиастроительная корпорация», ОАО «Объединенная двигателестроительная корпорация», научными организациями ФАНО России [2; c 124].

Научно-технические проблемы развития аддитивных технологий в России неоднократно рассматривались научно-техническим советом Военно-промышленной комиссии Российской Федерации, мероприятия по развертыванию аддитивного производства и развитию системы непрерывного образования в этой области закреплены решением Совета при Президенте Российской Федерации по модернизации экономики и инновационному развитию России [3].

На мой взгляд, в России 3D-моделирование используют лишь в некоторых профессиях, хотя люди могут использовать его для многих целей, от творчества до практической работы.

Цель: спроектировать и распечатать на 3D-принтере модель корпуса для электроприборов.

Задачи:

Изучить работу с программой Autodesk Inventor (система трёхмерного твердотельного и поверхностного параметрического проектирования компании Autodesk, предназначенная для создания цифровых прототипов промышленных изделий).

Спроектировать в программе модель корпуса для электроприборов.

Создание новых устройств при помощи 3D – моделирования.

Распечатать модель корпуса для электроприборов на 3D-принтере.

Этапы работы над проектом:

Выбор программы для создания модели изделия.

Изучить работу с программой Autodesk Inventor.

Разработать макет модели корпуса для электроприборов.

Распечатать чертеж для печати на 3D –принтере.

Распечатать и обработать изделие.

I этап – подготовительный (сбор информации, систематизация материала, ознакомление с инструментами работы). Сентябрь – октябрь 2017 года.

Сделать выбор (программы и макета изделия).

Изучить программу.

Разработать макет и чертеж модели корпуса для электроприборов при помощи карандаша.

Потренироваться в обработке изделий на объектах, изготовленных ранее.

II этап – реализация проекта. Ноябрь 2017 – февраль 2018 г.

Сбор информации.

Разработка макета модели корпуса для электроприборов.

Обсуждение макета c учителем, окончательная обработка.

Разработка чертежа.

Печать на 3D-принтере.

Размещение фотографий и проекта на сайт лицея и в социальные сети (http://licey-6.odinedu.ru/school_life/photo/)

Тренировка изготовления других изделий.

III этап – организационно-обобщающий. Март - апрель 2018.

Анализ работы по реализации проекта.

Отчет о проделанной работе.

Наличие результата на каждом этапе:

I этап: поставлены задачи и цели, получены первоначальные знания.

II этап: изучена программа для работы Autodesk Inventor, создан чертеж модели корпуса для электроприборов, распечатано изделие на 3D-принтере Form 1, на сайт размещены лицея фотографии работы.

III этап: проанализирована работа, подведены итоги по реализации проекта.

Материально-техническое обеспечение проекта: компьютер, 3D-принтер Form 1 от американской компании Formlabs, Autodesk Inventor.

Результат проекта: распечатанная на 3D-принтере модель корпуса для электроприборов, чертеж этого изделия для производства.

Общий итог:

Спроектированная и распечатанная модель корпуса для электроприборов.

Ссылка на фотографии: (http://licey-6.odinedu.ru/school_life/photo/).

Возможные области применения: возможно применение в домашних условиях и в промышленности.

Глава 1. Теоретический раздел.

1.1. Что такое 3D-моделирование и с чем его «едят».

Плоды технической фантазии всегда стремились вылиться на бумагу, а затем и воплотиться в жизнь. Если раньше, представить то, как будет выглядеть дом или интерьер комнаты мы могли лишь по чертежу или рисунку, то с появлением компьютерного трехмерного моделирования стало возможным создать объемное изображение спроектированного сооружения.  Многие конструкторы уже давно перешли от использования линейки и карандаша к современным трехмерным компьютерным программам.

Методы трехмерного моделирования нужны там, где нужно показать в объеме уже готовые объекты или те объекты, которые существовали когда-то давно. Преимуществ у трехмерного моделирования перед другими способами визуализации довольно много. Трехмерное моделирование дает очень точную модель, максимально приближенную к реальности. Современные программы помогают достичь высокой детализации. При этом значительно увеличивается наглядность проекта. Выразить трехмерный объект в двухмерной плоскости не просто, тогда как 3D визуализации дает возможность тщательно проработать и что самое главное, просмотреть все детали. Это более естественный способ визуализации [4].

В трехмерную модель очень легко вносить практически любые изменения. Вы можете изменять проект, убирать одни детали и добавлять новые. Ваша фантазия практически ничем не ограничена, и вы сможете быстро выбрать именно тот вариант, который подойдет вам наилучшим образом. Передовые технологии позволяют добиваться потрясающих результатов.

3D-моделирование прочно вошло в нашу жизнь, частично или полностью перестроив некоторые виды бизнеса. В каждой отрасли, в которую 3D-моделирование принесло свои изменения, имеются как свои определенные стандарты, так и негласные правила. Но даже внутри одной отрасли, количество программных пакетов бывает такое множество, что новичку бывает очень трудно разобраться и сориентироваться с чего начинать. Поэтому, для начала, давайте разберем какие же бывают виды 3D-моделирования и где они применяются.

Можно выделить 4 крупные отрасли, которые сегодня невозможно представить без применения трехмерных моделей. Это:

Индустрия развлечений.

Строительство.

Медицина (хирургия).

Промышленность.

С первой мы сталкиваемся почти каждый день. Это фильмы, анимация и 90% компьютерных игр. Все виртуальные миры и персонажи созданы с помощью одного и того же принципа — полигонального моделирования [5].

Полигонами называются треугольники и четырехугольники с вершинами, гранями и ребрами. Чем больше полигонов на площадь модели, тем точнее модель. Полигональное моделирование происходит путем манипуляций с полигонами в пространстве. Вытягивание, вращение, перемещение и.т.д. Что же мы получаем на выходе сделав такую модель? Мы получаем визуальный образ. В основном, полученные образы используются для финальной визуализации изображения в игре / в фильме / для картинки на рабочем столе.

Полигональное моделирование незаменимо в производстве фильмов, игр, сайтов и других сферах индустрии развлечений, но оно не подойдет для сферы промышленного производства. В нем невозможно учесть физические свойства материала и технологию изготовления, контролировать необходимые зазоры, сечения. Для таких целей применяются методы промышленного проектирования.

Правильное название: САПР (Система Автоматизированного Проектирования) или по-английский CAD (Computer-Aided Design). Это принципиально другой тип моделирования. Чем этот метод отличается от полигонального? Тем, что тут нет никаких полигонов. Все формы являются цельными и строятся по принципу профиль + направление [6].

Оно отлично подходит для проектирования рам, шестеренок, двигателей, зданий, самолётов, автомобилей, да и всего, что получается путем промышленного производства. Но в нем (в отличии от полигонального моделирования) нельзя сделать модель пакета с продуктами из супермаркета, копию соседской собаки или скомканные вещи на стуле.

Цель этого метода — получить не только визуальный образ, но также измеримую и рабочую информацию о будущем изделии.

Профессиональные программы дают множество преимуществ и изготовителю. Из трехмерной модели легко можно выделить чертеж каких-либо компонентов или конструкции целиком. Несмотря на то, что создание трехмерной модели довольно трудозатратный процесс, работать с ним в дальнейшем гораздо проще и удобнее чем с традиционными чертежами. В результате значительно сокращаются временные затраты на проектирование, снижаются издержки [7].

Специальные программы дают возможность интеграции с любым другим профессиональным программным обеспечением, например, с приложениями для инженерных расчетов, программами для станков или бухгалтерскими программами. Внедрение подобных решений на производстве дает существенную экономию ресурсов, значительно расширяет возможности предприятия, упрощает работу и повышает ее качество.

В САПР мы получаем электронно-геометрическую модель изделия (при полигональном моделировании мы получаем визуальный образ) при помощи САПР можно:

Сделать чертеж

По ней можно написать программу для станков с ЧПУ 

Ее можно параметризировать (это когда изменяя 1 параметр можно изменить модель без переделки) 

Можно проводить прочностные и другие расчеты. 

Ее так же можно послать на 3д печать

Сегодня существует огромное количество программ САПР. Я выбрал для своего проекта программу Autodesk Inventor.

1.2. Программа AutodeskInventor.

Компания Autodesk давно уже занимается производством программного обеспечения для черчения и трехмерного моделирования. Своеобразные мастодонты в данной сфере цифрового рынка. Не так давно появилась программа Autodesk Inventor, которая предназначена специально для трехмерного моделирования сложных деталей. Можно использовать ее для моделирования практически любых деталей, даже корпусов автомобилей [8].

Autodesk Inventor  — система  трёхмерного  твердотельного и поверхностного параметрического проектирования (САПР) компании Autodesk, предназначенная для создания цифровых прототипов промышленных изделий. Инструменты Inventor обеспечивают полный цикл проектирования и создания конструкторской документации:

2D-/3D-моделирование;

создание изделий из листового материала и получение их разверток;

разработка электрических и трубопроводных систем;

проектирование оснастки для литья пластмассовых изделий;

динамическое моделирование;

параметрический расчет напряженно-деформированного состояния деталей и сборок;

визуализация изделий;

автоматическое получение и обновление конструкторской документации (оформление по ЕСКД).

На самом деле, Invertor не первое программное обеспечение данной компании. Любой инженер знает их более известную программу под названием Auto CAD. Они часто используются для производства проектов строительства, машиностроения и даже проектирования различных цехов или блоков. Разница лишь в том, что Auto CAD предназначен для черчения двухмерных чертежей, а Autodesk Inventor предназначен для трехмерного моделирования. Но, если вам потребуется перенести чертеж из Auto CAD в третье измерение, вы можете импортировать чертеж в Autodesk Inventor, так как они могут взаимодействовать [9].

Если вы когда-либо пользовались другим программным обеспечением Autodesk, то вы без проблем освоите Inventor. Что самое главное, интерфейс очень схож и благодаря этому, любой инженер сможет очень быстро научиться работать в данной программе. Главное, если вы когда-либо работали в других программах похожего типа, вы так же сможете очень быстро научиться работать.

Программа Autodesk Inventor позволяет наделять электронные макеты изделий интеллектуальной составляющей, предоставляя инженерам средства для гибкой настройки их внутренней параметрической структуры и обеспечивая их единой точкой управления всей моделью.

Итак, для целей, которых я хочу достигнуть, а именно, научиться программировать в САПР и разработать 3D-модель изделия для дальнейшей печати этого изделия на 3D-принтере, программа Autodesk Inventor.

1.3. Технология 3D-печати и 3D-принтер Form 1 от Formlabs.

История установок для печати объемных образцов насчитывает уже почти три десятилетия, но долгое время они оставались экзотическими устройствами с запредельной ценой и очень ограниченной сферой применения. Однако в последние годы интерес к ним стал возрастать в геометрической прогрессии, причем не только у энтузиастов или узких специалистов. Компании, занимающиеся производством и проектированием самой различной продукции, активно используют 3D-принтеры, а правительства наиболее развитых стран делают или планируют в ближайшее время сделать инвестиции в создание центров развития технологий 3D-печати, способных сократить издержки производства сложной технической продукции. И не только: понимая, что в обозримом будущем потребуется немало специалистов в этой области, разрабатываются или уже внедряются планы обучения основам 3D-моделирования и печати в образовательных учреждениях с финансированием из госбюджета [10].

Новости из мира 3D-печати сегодня встречаются во всех новостных лентах, количество посвященных этому вопросу сайтов с трудом поддается исчислению; информации очень много, поэтому для начала сделаем краткий экскурс как в сами технологии печати, так и в их историю.

Начнем с технологических основ. Во многих привычных способах обработки материалов, особенно тех, которые используются на этапе моделирования и создания прототипов, чаще всего используется принцип «взять заготовку и удалить всё лишнее», при котором образуется большое количество отходов. В этом плане 3D-печать отличается радикально: процесс начинается с нуля и постепенно, последовательным добавлением слоев, «выращивается» будущее изделие. Отходов при этом может вообще не быть, хотя у некоторых из имеющихся технологий без них тоже не обходится, но в относительно небольших количествах.

Есть и еще один момент: в отличие от работы на привычных устройствах обработки (фрезерных, токарных и других станках), 3D-печать не требует глубоких познаний в области материаловедения и большого опыта в обработке материалов. Конечно, здесь тоже не обходится без тонкостей и хитростей, но научиться печатать образцы по готовым моделям на 3D-принтерах можно гораздо быстрее.

В настоящее время количество технологий объемной печати превысило десяток. Все они могут быть сведены к нескольким основным методикам.

Лазерная-стереолитография ультрафиолетовый лазер постепенно, пиксель за пикселем, засвечивает жидкий фотополимер, либо фотополимер засвечивается ультрафиолетовой лампой через фотошаблон, меняющийся с новым слоем. При этом жидкий полимер затвердевает и превращается в достаточно прочный пластик.

Лазерное сплавление— при этом лазер сплавляет порошок из металла или пластика, слой за слоем, в контур будущей детали.

Ламинирование— деталь создаётся из большого количества слоёв рабочего материала, которые постепенно накладываются друг на друга и склеиваются, при этом лазер вырезает в каждом контур сечения будущей детали.

Биопринтеры — печать 3D-структуры будущего объекта (органа для пересадки) производится стволовыми клетками. Далее деление, рост и модификации клеток обеспечивает окончательное формирование объекта.

Лазерная стереолитография— объект формируется из специального жидкого фотополимера, затвердевающего под действием лазерного излучения (или излучения ртутных ламп). При этом лазерное излучение формирует на поверхности текущий слой разрабатываемого объекта, после чего, объект погружается в фотополимер на толщину одного слоя, чтобы лазер мог приступить к формированию следующего слоя.

Электронно-лучевая плавка — аналогична технологиям SLS/DMLS, только здесь объект формируется путем плавления металлического порошка электронным лучом в вакууме [12].

Полимеризацияфотополимерного пластика под действием ультрафиолетовой лампы — способ похож на предыдущий, но пластик твердеет под действием ультрафиолета.

Исторически первой была технология стереолитографии SLA (Stereolithography), разработанная в 1984-м и запатентованная в 1986-м году Чарльзом Халлом (Charles W. Hull). В том же 1986 году было разработано первое коммерческое устройство объемной печати (термина «3D-печать» тогда еще не придумали и пользовались словом «прототипирование») и основана компания 3D Systems, ставшая в настоящее время одним из ведущих производителей 3D-принтеров и материалов к ним.

Термин «3D-печать» был придуман студентами Массачусетского технологического института гораздо позже, в 1995 году. Краткое и емкое название прижилось.

Для того, чтоб распечатать изделие на 3D-принтере я выбрал принтер Form 1 от американской компании Formlabs. Он является практически единственным персональным 3D принтером, который использует технологию SLA (Stereolithography, лазерная стереолитографии). Для создания модели Form 1 использует акрилатную фотополимерную смолу различных цветов и свойств.

Одним из самых главных преимуществ Form 1, является то, что он создает чрезвычайно гладкие модели с толщиной слоя всего в 25 микрон, а минимальный размер детали 300 мкм. Благодаря этому, существует возможность печатать объекты сложной конструкции с мелкими деталями высочайшего качества. Form 1 выдает стабильно отличные результаты даже на низких разрешениях.

Для работы с Form 1, используется очень простое и удобное программное обеспечение Preform.

Также к плюсам данной модели, можно отнести то, что не нужно проводить никакой подготовительной работы перед печатью: калибровка, настройка рабочей платформы. Достаточно подключить Form 1 к компьютеру и залить фотополимер. После печати, для удобства извлечения объекта, сделана вынимающаяся платформа, которая достается вместе с деталью. После извлечения, объект следует прополоскать в ванне с растворителем для удаления излишков.

Итак, 3D-принтер Form 1 от Formlabs идеально подойдет для того. Чтоб напечатать смоделированное мной в Autodesk Inventor изделие.

Глава 2. Практический раздел.

2.1. Проектирование в AutodeskInventor.

В качестве изделия для моделирования в программе Autodesk Inventor я выбрал корпус для электроприбора. Для того чтобы мое изделие можно было полноценно использовать по назначению выставляем следующие параметры:

корпус должен состоять из двух и более деталей;

в корпусе должны быть вентиляционные отверстия для доступа воздуха;

в корпусе должны присутствовать специальные отверстия для крепления деталей друг к другу;

прочность корпуса необходимо усилить специальными ребрами жесткости.

Начинаем моделирование. Вначале в программе Autodesk Inventor я создал эскиз с размерами корпуса (Приложение 2, рис. 1).

Далее из плоской фигуры выдавливаю объёмный параллелепипед для того, чтобы придать нашему корпусу полноценный объём (Приложение 2, рис. 2).

Сглаживаю или скругляю углы с помощью элемента «сопряжение». Острые углы не практичны, они откалываются и об них можно порезаться (Приложение 2, рис. 3).

Далее я разделяю по плоскости твёрдое тело на две части. Называю верхнюю крышкой, а нижнюю корпусом (Приложение 2, рис. 4).

Создавая оболочку, я придаю фигуре толщину стенок и полость внутри. Таким образом, у меня получается почти готовая коробка (Приложение 2, рис. 5).

Следующим пунктом, по наружной грани корпуса я сделал выступ, а на грани крышки – канавку. Это обеспечит плотное прилегание крышки к корпусу (Приложение 2, рис.6).

Для соединения двух частей нам необходимо разместить специальные трубы, которые называются – бобышки (Приложение 2, рис. 7.).

Для увеличения прочности корпуса внутри полости размещаю рёбра жёсткости (приложение 2, рис. 8).

Проецируя точки на наружную поверхность крышки, я создаёю отверстия для бобышек.

На поверхности крышки мы создаём эскиз решётки. Решётка предназначена для защиты электроники от перегрева (Приложение 2, рис. 9).

После того, как я сделаю эскиз, я вставляю болты. Болты проектировать не нужно, они есть в любом специализированном магазине. В программе есть специальный раздел, где представлены различные виды болтао, с учётом требований разных стран. Мы использовал болты по ГОСТу.

Фактически 3D моделирование закончено.

2.2. Чертеж изделия

Да, мое 3D моделирование закончено, но представим себе такую ситуацию. Прототип корпуса оказался удачным, и я хоту отправить его в серийное производство, в этом случае мне необходим чертёж. На заводах всего мира инженеры не принимают готовые изделия. Им нужны точные размеры и проекции (Приложение 2, рис. 10).

Этот чертеж можно свободно отдавать в производство. Подобные чертежи используют на всех производствах.

2.3. Печать на 3D принтере.

Осталось изготовить деталь. Я сделал это на 3D принтера Form 1 от Formlabs (Приложение 2, рис. 11).

Подключаем принтер к компьютеру и начинаем печать. Печать крышки нашего корпуса занимает приблизительно 3 – 5 часов в зависимости от выбранного качества. Как только деталь распечатана, ее кладут в специальный раствор, чтоб удалить лишний слой полимера. В нем наш корпус должен провести примерно 15 минут.

Корпус моего изделия будет изначально распечатан на поддержках, которые обеспечивают устойчивость детали во время печати. Мне эти поддержки больше не понадобятся, и я должен их убрать. Я обрезаю их специальными кусачками.

Теперь я обрабатываю получившийся корпус наждачной бумагой, чтобы придать гладкость поверхности. Мне понадобится несколько видов наждачной бумаги различной шероховатости. Начинаю с самой жесткой и заканчиваю самой мягкой. Далее полирую поверхность корпуса специальным устройством с мягкой губкой на конце. Фактически корпус готов, но при желании можно дополнительно покрыть его краской или украсить по желанию автора (Приложение 2, рис. 12).

2.4. Изготовление на 3D принтере различных изделий.

Кроме корпуса для электроприборов я также распечатал на 3D –принтере Form 1 от Formlabs другие изделия. В частности, кольца к 8 марта для моей мамы и сестры, а также кулон-бабочку для моей сестры. С помощью Autodesk Inventor я разработал макеты для этих изделий, в них я спроектировал на них дарственные надписи и выпуклые символы. Также после шлифовки этих изделий я их покрасил. Получилось очень красиво (Приложение 3).

Заключение

В процессе работы над проектом я изучил методы 3D-моделирования, рассмотрел различные программы для 3D-моделирования, узнал, как разработать чертеж для производств конкретного изделия, изучил историю возникновения 3D-принтера, а также их разновидности, научился работать на одном из 3D-принтеров.

Результатом проведенной мной работы стало смоделированное специализированной программе Autodesk Inventor модель корпуса для электроприборов, готовый чертеж корпуса для производства, а также распечатанный корпус на 3D-принтере Form 1 от компании Formlabs. Весь процесс (от изначальной идеи до распечатанного изделия) занял у меня несколько месяцев. Причем работа над каждым последующим изделием отнимало у меня все меньше времени.

Практическая значимость проделанной мной работы для меня огромна. Развиваясь дальше в этом направлении в будущем, я смогу более подробно изучить другие методы 3D-моделирования и другие 3D-принтеры, а возможно и посвятить этому свою профессию.

Список используемой литературы.

T.Wohlers. Cumulative Ind ustrial AM Machines, '88–'12[Электронныйресурс]. Режим электронного доступа : http://www.tctmagazine.com/blogs/industry-snapshot/cumulative-industrial-am-machines-88-12/.

Федеральный справочник. Оборонно-промышленный комплекс России. Выпуск 11 [электронный ресурс]. Режим доступа : http://federalbook.ru/files/OPK/Soderjanie/OPK-11/III/Mihaylov.pdf .

Решения протокола заседания президиума Совета РФ от 16 сентября 2014 года No 5 [электронный ресурс]. Режим электронного доступа: http://government.ru/orders/14911/.

http://www.grandsoft.ru/3d_modelirovanie_v_programmah

https://otherreferats.allbest.ru/programming/00688917_0.html

https://habrahabr.ru/sandbox/103016/

http://www.profilgp.ru/article/preimushchestva-autodesk-inventor

https://cad.ru/ru/press-centre/publication/detail.php?ID=5698

https://ru.wikipedia.org/wiki/Autodesk_Inventor

https://make-3d.ru/articles/chto-takoe-3d-pechat/

https://www.ixbt.com/printer/3d/3d_common.shtml

http://3dtoday.ru/blogs/top3dshop/review-3d-printer-formlabs-form-1/

https://formlabs.ru/

https://www.scienceforum.ru/2016/1438/17281

Приложение 1.

Рисунок 1. Доля России на мировом рынке промышленного применения АМ-технологии в 2016 г..

Приложение 2.

Рисунок 1. Эскиз с размерами корпуса.

Рисунок 2. Придаем корпусу полноценный объём.

Рисунок 3. Сглаживание или скругление углов с помощью элемента «сопряжение».

Рисунок 4. Разделение по плоскости твёрдого тела на две части.

Рисунок 5. Придаем фигуре толщину стенок и полость внутри.

Рисунок 6. Формирование выступа, а на грани крышки – канавку.

Рисунок 6а. Формирование выступа, а на грани крышки – канавку.

Рисунок 6. Формирование выступа, а на грани крышки – канавку.

Рисунок 7. Специальные трубы, которые называются – бобышки.

Рисунок 8. Размещение внутри полости рёбра жёсткости.

Рисунок 8а. Размещение внутри полости рёбра жёсткости.

Рисунок 9. На поверхности крышки создаётся эскиз решётки.

Рисунок 9а. На поверхности крышки создаётся эскиз решётки.

Рисунок 9б. На поверхности крышки создаётся эскиз решётки.

Рисунок 10. Готовый чертеж.

Рисунок 11. 3D принтера Form 1 от Formlabs.

Рисунок 12. Готовое изделие.

Приложение 3.

Рисунок 1. Изготовленная продукция.

Просмотров работы: 7258