VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
3D-технологии печати. Модель автомобиля
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
.Введение
В наше время развития информационных и мультимедийных технологий у каждого человека уже имеется представление о таких понятиях, как трехмерное изображение, 3D-графика, трехмерное моделирование. Этому способствуют, конечно, успехи киноиндустрии в создании реалистичных спецэффектов, которые мы можем наблюдать в полюбившихся нам фильмах. Сфера кино, понятно, что не единственная область применения реалистичной трехмерной графики. Такие направления жизнедеятельности, как архитектура и дизайн, образование, медицина, промышленность напрямую ассоциируются с миром 3D. Можно также вспомнить о компьютерных играх. Виртуальные 3D миры поражают своей реалистичностью и правдоподобием. 3D модели широчайшим образом используются на производстве и в конструкторских бюро. В настоящее время существует множество пакетов программ трехмерного моделирования, такие как SkretchUp, 3D studio max, Blender и многие другие, их возможности зависят от сферы применения и содержания задач, для решения которых они используются ими.
Актуальность нашей темы очевидна, так как методы 3D моделирования и печати внедряются во все сферы жизни человека, в будущем эти технологии будут применяться повсеместно, поэтому учащимся необходимы знания в этой области.
Гипотеза:
Технология 3D-печати позволяет создавать уникальные детали и предметы, даже те, аналогов которым не существует, поэтому в будущем, вероятно, она будет очень востребована во всех сферах жизни человека.
Цель: разработать 3D модель современного автомобиля на примере модели автомобиля спорткар Mercedes AMG vision, с помощью программ моделирования таким образом, чтобы при минимальных потерях в уровне детализации и времени получить возможность их безошибочной печати с помощью 3D-принтера.
Задачи:
1. произвести выбор технически сложного объекта для дальнейшего создания его 3D-модели с использованием специализированного программного обеспечения;
2. произвести поиск эскизов (изображений, чертежей и т.п.) для использования в процессе 3D-моделирования
3. изучить возможности выбранного программного обеспечения, подобрать необходимые инструменты для создания детализированной модели выбранного объекта.
4. изучить необходимые приёмы для работы с трёхмерными моделями.
5. создать 3D-модели корпуса, изучить представленные в свободном доступе материалы по подготовке 3D-моделей для последующей печати на 3D-принтере.
6. произвести печать автомобиля на 3D-принтере.
7. Подготовить визуальное представление своего проекта.
8. Провести опрос, обобщить и систематизировать результаты проведенного опроса среди учащихся моей школы о применении методов 3D-моделирования и 3D-печати в современной жизни человека.
9. Сделать буклет на тему "Метод трёхмерного виртуального моделирования".
10.Обозначить перспективы.
Объект исследования: этапы и виды 3D-печати, программы и оборудование, мнения учеников нашей школы.
Предмет исследования: 3D- моделирование и печать на 3D-принтере.
Задачи, поставленные в работе, могут быть решены с помощью следующих методов:
Анализ литературных источников;
Практическая работа по 3D – моделированию;
Опрос;
Статистическая обработка результатов;
Синтез полученных данных.
Применение 3D-технологий в различных сферах:
3D технологии в науке, медицине, в образовании
Применение 3D технологий даст значительный инновационный импульс в таких сферах как:
Промышленный дизайн и машиностроение – возможность механического конструирования, функционального тестирования практически сразу, во время учебного процесса. 3D печать, включенная в учебную программу инженерных дисциплин, даст возможность студентам воплощать в жизнь свои конструкторские замыслы и идеи, тем самым увеличив долю инноваций в их проектах.
Архитектура и строительство - создание моделей архитектурных дизайнов и конструкций наиболее важных элементов, визуализация проектов.
Биология и химия - возможность создавать полноцветные молекулярные модели, наглядно демонстрировать цепочки ДНК, электрический заряд или устройство атома.
Медицина – анатомическое моделирование, хирургическое планирование, протезирование. 3-D печать существенно упрощает эксперименты в области биотехнологий, таких как создание искусственных тканей человеческих органов;
3D технологии в производстве
Активнее всего технологии трехмерной печати сегодня внедряются на крупных предприятиях машиностроительной отрасли для производства деталей реактивных двигателей, а также медицинского оборудования.
В России технологию 3D печати активно применяют в авиационной промышленности – «Салют», «Сухой», «Рыбинские моторы», в энергетическом машиностроении – Тушинский машиностроительный завод.
Разработка и внедрение новых производственных 3D технологий является важной задачей для машиностроения в условиях стремительной технологической конкуренции. Перспектива применения 3D принтеров экономически очевидна, так как эти устройства существенно ускоряют процесс разработки новой продукции, в значительной степени уменьшают риски ошибки проектирования, снижают затраты на получение макета, и уже сейчас по своим ценам доступны большинству российских предприятий.
Используя современные 3D технологии, пользователи компьютеров могут получить полноценный опыт взаимодействия с виртуальной реальностью. Например, виртуальный тест-драйв познакомит автолюбителей с новинками автомобильной промышленности, оценить автомобиль можно теперь не выходя из дома. Интерактивный проект совмещает эффект присутствия при знакомстве с новым автомобилем на основе технологии видеопанорамы 360° и виртуальное путешествие. Пользователи смогут познакомиться с экстерьером и интерьером автомобиля, которые демонстрируются в мельчайших подробностях. В рамках виртуального тест-драйва автомобиль также «испытывает» будущего владельца, задавая вопросы и оценивая его предпочтения и манеру вождения.
3D технологии в оформлении интерьера
В се чаще трехмерные эффекты стали использовать дизайнеры при проектировании жилых и административных помещений. На рынке появилось очередное ноу-хау в этой области - 3D потолки. П отолки 3D находятся на вершине популярности. Относятся такие конструкции к стилю под названием ультрамодерн. У систем этого типа множество очевидных преимуществ. Современные потолки и полы 3D позволяют визуально разделить комнату на несколько функциональных зон, создать ощущение живого открытого пространства. Помещение становится просторней, а оригинальные и неповторимые дизайны различного уровня сложности не перестают удивлять и радовать нас.
Натяжные потолки с пространственным 3D эффектом, создаются благодаря сочетанию геометрических форм, плавных переходов, волнообразных элементов, изгибов и резких переломов. Можно придумывать самые неожиданные конструкции и формы, но чаще всего используют несколько видов объёмных потолочных конструкций:
конусный потолок;
арочные и купольные конструкции;
волнообразные элементы и изогнутые детали;
л оманые потолки неправильной формы.
Ещё одно модное направление оформления интерьера стеновые панели с эффектом 3D. Они выполняют одновременно практические и эстетические задачи. Их можно использовать для зонирования помещения, обустройства перегородок, декорирования проводки, батарей или небольших дефектов стен. Помимо этого, 3D панели совершенно меняют пространство помещения.
Например, выбрав 3D гипсовые панели с объемным горизонтальным рисунком, комната визуально станет более вытянутой и широкой. Если же необходимо з рительно увеличить малогабаритную комнату, рекомендуется использовать панели с вертикальными узорами. Кроме того, полноформатные панели можно использовать в качестве дополнительной звуко-и-теплоизоляции.
. Основная часть
Практическая часть.
Этапы выполнения проекта:
рис.2.Модель автомобиля
рис.1 Модель дома
Н а первом этапе выполнен выбор объекта для моделирования и программы для создания его детализированной 3D-модели. В качестве объекта для моделирования был выбран автомобиль спорткар Mercedes AMG vision ввиду сложности его конструкции. Для автомобиля были подобраны эскизы. Программа для моделирования подбиралась так, чтобы с ее помощью можно было произвести анимацию и визуализацию модели, например можно создать модель дачного дома с бассейном (рис.1). Для знакомства с 3D моделированием мы выбрали бесплатную версию программы Skretch Up, которая проста в освоении, имеет интернет поддержку в виде обширных коллекций готовых моделей и возможности обмена ими. Она позволяет: рисовать, изменять, измерять, вращать, масштабировать и перемещать геометрические текстуры поверхностей. На данном этапе было важно точно повторить внешний вид автомобиля (рис.2).
На втором этапе произвели анализ возможностей и характеристик используемого в проекте 3D-принтера SHINING. Были выявлены: максимальный размер фрагмента для печати, оптимальное заполнение фрагментов модели, температурные режимы стола и экструдера и т.д. Были определены инструменты разделения большой модели на части, задания толщины стенкам модели, повышения и понижения уровня детализации частей модели, средства экспорта фрагментов модели в *.STL формат.
Н а заключительном этапе осуществили подбор пластика для печати, калибровку и подготовку 3D-принтера к печати. Для печати модели применялся PLA-пластик.
Для работы с *.STL файлами и печати использовалась программа Repetier-Host.
4. Затем мы приступили к распечатке модели на 3D-принтере SHINING (рис.4).
Рис.4 принтер SHINING
Вот такая машинка у меня
получилась (рис.5).
Рис.5 Автомобиль
).
5. Подготовили буклет на тему «Метод трёхмерного виртуального моделирования» (Приложение 1).
6. Для того, чтобы выяснить, знают ли наши дети о передовых технологиях, заинтересовать их изготовлением и печатью изделий на 3D-принтере, мы провели опрос среди учащихся 5-7 классов моей школы о применении методов 3D-моделирования и 3D-печати в современной жизни человека, выполнили и систематизировали обработку результатов проведенного опроса, сформулировали выводы.
Я провела социологический опрос (анкетирование) среди учащихся 5-7 классов. Всего в анкетировании приняло участие 50 человек.
В ходе исследования выяснилось:
70% опрошенных знают, что такое 3D-принтер, 30% респондентов не знакомы с таким устройством. 95% учеников слышали о нем из средств массовой информации; 80% опрошенных уверены, что это устройство может облегчить жизнь человека, 10% так не считают и 10% - сомневаются.
60% респондентов считают, что с помощью 3D-принтера можно изменить будущее, так как эти ученики знают, что собой представляет это устройство и видят пути его применения.
О возможности изготовления человеческих органов и пищи на 3D-принтере высказались соответственно 90% и 50% опрошенных, т.к. в средствах массовой информации были сообщения о 3D- печати легких, сердца, печени, о печати пищи сообщается в меньшей степени.
70% опрошенных хотели бы больше знать о 3D-принтере, т.к. считают (70%) это изобретение полезным (возможно, в будущем оно будет в каждом доме).
80% респондентов пожелали иметь вещи, изготовленные на 3D-принтере, 20% - высказались отрицательно, возможно, они сомневаются в их качестве и сопоставимости с оригинальными моделями, т.к. не знакомы с принципом работы 3D-принтера.
Не смотря на то, что 90% опрошенных считают, что технологии 3D-печати в будущем будут применяться повсеместно, 60% допускают возможность отрицательных последствий повсеместного применения этих технологий (так как на 3D- принтере можно напечатать даже стрелковое оружие).
Таким образом, из данного опроса я сделала вывод, что дети знают и интересуются 3-D принтерами, данной технологией в целом. Они хотели бы узнать больше об этом и иметь вещи, изготовленные на 3-D принтере. Но, к сожалению, они не осведомлены о всех возможностях данной технологии.
. Заключение:
Проанализировав различные литературные источники и проведя опрос и исследование, можно сказать, что:
1. В предложенном мною проекте по информатике 3D-технологии печати. Модель автомобиля» выдвигалась гипотеза, что возможности 3D-принтера очень велики на данный момент, поэтому в будущем, вероятно, он будет очень востребован во всех сферах жизни человека. Гипотеза – подтвердилась, 3D модели являются отличными наглядными материалами для обучения на всех уровнях образования. Данная технология только набирает обороты в развитии автомобилестроения. Такой способ, как 3D моделирование, позволяет протестировать автомобиль на этапе разработки и распространении.
2. Подводя итоги, стоит отметить, что использование 3D- принтеров позволяют полностью исключить ручной труд и необходимость делать чертежи и расчёты на бумаге, а нужно использовать специальные программы для моделирования, и устранить выявленные недостатки не в процессе создания, а непосредственно при разработке. В созданной мною модели автомобиля с помощью 3D- принтера нет ограничения на дизайн и сложность формы, что позволяло полностью задействовать свою фантазию и сделать индивидуальное и оригинальное изделие. Машинка получилась очень легкая, но и при этом время на её изготовление на нашем принтере SHINIG ушло около 6 часов. Школа приобрела другой 3D-принтер, нужно попробовать на нём печать макета машины, возможно, это будет не так длительно по времени.
Несомненно, эта технология — технология будущего.
Результаты данного исследования могут быть полезны в качестве просветительского материала, а также для уроков информатики, но самое главное в том, что у нас возникла идея: собрать ребят, заинтересовавшихся изготовлением и печатью 3D-моделей и организовать «Малое конструкторское бюро». Ко дню Великой Победы выполнить для школьного музея макеты танка Т-34, артиллеристских установок, разработанных советскими конструкторами и дошедшими с боями до Берлина.
Для начально школ создадим Игру «Правила дорожного движения»Для этого распечатаем 3D- макет улицы и перекрёстка, игрушечные автомобили разного назначения и дети в игре будут закреплять правила дорожного движения.
Продуктом моей работы является игрушка – модель легкового автомобиля, выполненная на 3D-принтере и буклет «Метод трёхмерного виртуального моделирования»(Приложение 1).
V. Источники информации:
1. Бриан Эванс, Практические 3D-принтеры: наука и искусство 3D-печати. Apress, 2015.
2. Кристофер Барнат. 3D печать: третья индустриальная революция. 2013. 3D принтер. [Электронный ресурс— www.printbox3d.ru. 3D]
3. Кудашов Н. С., Соболева И. В. Исследование работы и области применения 3D принтера // Юный ученый. - 2017. - №2.2. - С. 58-61. -URL https://moluch.ru/young/archive/11/829/ (дата обращения: 14.01.2020).
4. И. Канеса, С. Фонда, М. Зенаро, Доступная 3D печать для науки, образования и устойчивого развития. The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics, 2016.https://himfaq.ru/books/3d-pechat/Dostupnaya_3D_pechat_dlya_nauki_obrazovaniya-kniga.pdf
5. Краткий обзор технологий формирования 3D-изображения 03.06.2002 Марат Давлетханов, [email protected] Версия для печати
К. Афанасьев, 3D-принтеры, - [Электронный ресурс: http://www.3dnews.ru]
http://ru.wikipedia.org/
http://traditio-ru.org/wiki/ Трёхмерная_графика
https://infourok.ru/nauchnoissledovatelskaya-rabota-na-temu-d-tehnologii-3505856.html - статья Ефимовой Е. Н. «3D -технологии»
Бумажные и электронные книги, ЗА и ПРОТИВ
Краткое описание продуктов и услуг. Количество копий здесь обычно не указывается.
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetuer adipiscing elit, sed diem nonummy nibh euismod tincidunt ut lacreet dolor et accumsan.
Приложение 1
Буклет «Метод трхмерного виртуального моделирования»
Приложение 2
Проведение социологического опроса
Я провела анкетирование среди учащихся 9-11 классов. Всего в анкетировании приняло участие 50 человек. В данной таблице приведены результаты опроса.
|
№п/п |
Вопрос |
Да (%) |
Нет (%) |
не знаю |
|
1 |
Ты знаешь, что такое 3D принтер? |
70 |
30 |
0 |
|
2 |
Ты слышал о нем по телевидению, радио, читал в интернете? |
95 |
5 |
0 |
|
3 |
Можно ли облегчить жизнь с помощью этого «чудо» предмета? |
80 |
10 |
10 |
|
4 |
На твой взгляд можно ли изменить будущее с помощью 3D принтера? |
60 |
20 |
20 |
|
5 |
Можно ли изготовить человеческий орган на 3D принтере? |
90 |
10 |
|
|
6 |
Будет ли со временем его применение повсеместно? |
90 |
10 |
|
|
7 |
Хотел бы ты узнать больше о 3D принтере? |
70 |
20 |
10 |
|
8 |
На твой взгляд полезно ли это изобретение? |
70 |
20 |
10 |
|
9 |
Можно ли изготовить на 3D принтере пищу? |
50 |
40 |
10 |
|
10 |
Хотел бы ты иметь вещи, изготовленные на 3D принтере? |
80 |
20 |
|
|
11 |
Могут ли быть отрицательные последствия появления повсеместно этих принтеров? |
60 |
30 |
10 |
Из данного опроса я сделала вывод, что старшеклассники знают и интересуются 3-D принтерами, данной технологией в целом. Они хотели бы узнать больше об этом и иметь вещи, изготовленные на 3-D принтере. Но, к сожалению, они не осведомлены о всех возможностях данной технологии.
Приложение 3
Интересные и невероятные факты о 3D- моделировании
Создание 3D-моделей человека. Разметка оригинальных повреждений на модели.
3D-моделирование повреждений.
3D-модель Дарт Вейдера, полученная на 3D-принтере