3D-технологии печати. Модель автомобиля

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

3D-технологии печати. Модель автомобиля

Леонова А.С. 1
1муниципальное автономное общеобразовательное учреждение Городского округа Балашиха "Средняя общеобразовательная школа №5"
Скрябина Г.Н. 1
1муниципальное автономное общеобразовательное учреждение Городского округа Балашиха "Средняя общеобразовательная школа №5"
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
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, info@ferra.ru 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

Просмотров работы: 76