Изготовление 3D-формочек для печенья

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

Изготовление 3D-формочек для печенья

Яковлева А.В. 1Адамова Т.Н. 1
1МБОУ «Покровская СОШ №1 с УИОП им.И.М.Яковлева»
Яковлева С.Ф. 1
1МБОУ «Покровская СОШ №1 с УИОП им.И.М.Яковлева»
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

Введение

 

Современного человека трудно удивить кулинарными изысками, в том числе и кондитерскими. Тем не менее, кондитерские изделия, будь то конфеты, торты или пирожные неизменно сопровождают нашу жизнь, начиная с самого раннего детства. В последнее время большим спросом пользуется домашняя выпечка. Рынок предлагает разнообразные формы для выпечки.

С развитием 3D-технологий появилась возможность печати 3D-формочек для печенья.

Задачи:

- изучение основ 3D-моделирования;

- разработка эскизов 3D-моделей формочек;

- изготовление 3D-формочек.

Предмет исследования: процесс изготовления 3D-формочек для печенья.

Объект исследования: создание 3D-формочек для печенья.

Новизна: создание формочек для печенья на 3D-принтере в традиционном национальном стиле.

Гипотеза: при помощи 3D-принтера можно изготовить 3D-формочки для печенья в традиционном национальном стиле.

1. 3D-моделирование

Изначально аддитивные технологии позиционировались как способ быстрого и качественного прототипирования. Лишь позже они стали восприниматься еще и как сверхэффективная методика производства.

Создание прототипа предмета или конструкции – один из важнейших этапов производства. Именно на этой промежуточной стадии исследователь, инженер или дизайнер может максимально оценить геометрию, эргономичность и целостность своей разработки, прежде чем затратить значимые ресурсы на ее производство.

Технология 3D-прототипирования позволила максимально сократить время, расходуемое на создание опытных моделей. По этой причине аддитивное производство даже получило статус «обходной технологии».

3D-прототипирование – это методика создания физического объекта на базе цифровой 3D-модели.

Для получения вещественного макета перед печатью создается его компьютерная CAD-модель в STL-формате. Прототипирование 3D-моделей, чаще всего, происходит при помощи бюджетных моделей принтеров, но с использованием весьма широкого спектра материалов.
Основные виды трехмерного прототипирования:

стереолитораграфия;

послойное наплавление;

выборочное лазерное спекание;

многоструйное моделирование.

Методика SLA (Stereolithography) заключается в полимеризации жидких фотополимеров ультрафиолетовым лазером при последовательном построении слоев. Главное достоинство – высокая детализация печатного изделия. Основной же ее недостаток заключается в том, что полимеризация – относительно длительный процесс.

Технология FDM (Fused deposition modeling) предполагает послойное построение изделия из расплавленного сырья. Она наиболее популярна на рынке аддитивных технологий. Причиной тому – довольно низкая стоимость пластиковых расходных материалов, которые чаще всего используются при этом типе печати. Из недостатков – невысокая скорость и низкое разрешение работ.

3D-прототипирование и печать по типу SLS (Selective laser sintering) основываются на послойном распределении нагретой порошковой массы с последующим спеканием ее отдельных участков лазерным лучом. Из главных достоинств: высокая скорость печати, широкий выбор расходного сырья, возможность создания крупных моделей. К недостаткам относят необходимость предварительных работ и дополнительного оборудования.

Прототипирование MJM (Multi-jet Modeling) проходит по принципам струйной печати. Расплавленный материал подается через экструдер, послойно застывая и придавая изделию форму. Если говорить о плюсах технологии, то MJM-принтеры довольно компактны и способны на многоцветную печать тонкими слоями. Используемые материалы можно комбинировать, но их число весьма ограничено.

Таким образом, трехмерная печать моделей и макетов – верх современного прототипирования. Для любой из потенциальных сфер найдется нужный тип технологии, который сделает производственный процесс быстрее, эффективнее и надежнее.

Для изготовления формочек мы используем PLA-пластик. PLA-пластик является биоразлагаемым, биосовместимым, термопластичным алифатическим полиэфиром, структурная единица которого – молочная кислота.

PLA-пластик производят из кукурузы или сахарного тростника. Сырьем для получения служат так же картофельный и кукурузный крахмал, соевый белок, крупа из клубней маниока, целлюлоза.

Натуральное природное сырье в составе PLA-пластика позволяет без угрозы для здоровья человека применять его для различных целей. Красители полностью натуральные.

При утилизации PLA-пластик разлагается в компосте при влажности воздуха 80% и температуре 55-700 в течение 1 месяца, при домашних условиях – 2-3 года.

Таким образом, PLA-пластик можно использовать в пищевой промышленности, в частности для изготовления 3D-формочек для печенья.

2. Программа SketchUp

Google SketchUp – бесплатная утилита для проектирования всевозможных ландшафтов, зданий, интерьеров и прочих архитектурных сооружений. В данный момент сосуществуют как бесплатная версия — Google SketchUp, ограниченная по функциональности, прежде всего при экспортировании в другие форматы, так и платная SketchUp Pro 6.

SketchUp по сравнению со многими популярными пакетами обладает рядом преимуществ, заключающихся, в первую очередь, в почти полном отсутствии окон предварительных настроек. Все геометрические характеристики задаются в процессе построения объекта. Они заносятся с клавиатуры до или сразу после окончания действия инструмента, что отражается в Value Control Box (Панель Контроля Параметров). Эта особенность позволяет избежать необходимости настраивать каждый инструмент перед его применением, а затем редактировать возможные неучтённые ошибки. В то же время, это достоинство оборачивается недостатком, когда возникает потребность в массовом изменении геометрии созданных объектов. Тем не менее, такие ситуации возникают редко, а их исправление средствами пакета не составляет большого труда.

SketchUp поддерживает экспорт в различные форматы трёхмерной графики, в том числе 3ds, dwg, obj. Кроме того, дополнительно установленные plug ins позволяют экспортировать в форматы mxs, atl, dae и т. д. Последующее редактирование экспортированного файла в соответствующих приложениях может осуществляться без какого-либо ограничения.

SketchUp поддерживает импорт/экспорт растровых форматов. Импорт имеет несколько возможностей: вставка образа в качестве отдельного объекта, в качестве текстуры и в качестве основы для восстановления трёхмерного объекта по фотографии. Экспорт в формате jpg осуществляется в качестве снимка с рабочей области окна приложения.

В программе есть библиотеки компонентов, которые можно пополнять своими элементами и библиотека материалов. Так же есть возможность устанавливать тени в соответствии с заданными широтой, долготой, временем суток и года. Утилита проста в освоении и использовании.

3. Исследование рынка

Мы провели опрос среди учителей и учащихся 8-11 классов МБОУ «Покровская СОШ №1 с УИОП им.И.М.Яковлева» с целью выявления уровня знаний анкетируемых об использовании 3D-технологий в пищевой промышленности.

3.1. Анкетирование учителей

В анкетировании учителей приняло участие 32 человека из нашей школы.

Результаты анкетирования в первой части анкеты следующие:

Вопрос

Да

Нет

Не знаю

Кол-во

%

Кол-во

%

Кол-во

%

1

Вы знаете, что такое 3D-принтер?

30

93

2

7

0

0

2

Вы слышали о нем по телевидению, радио, читали в Интернете?

31

97

0

0

1

3

3

Можно ли облегчить жизнь с помощью этого «чудо»-предмета?

25

78

0

0

7

22

4

На Ваш взгляд, можно ли изменить будущее с помощью 3D-принтера?

25

78

0

0

7

22

5

На Ваш взгляд, будет ли со временем применение 3D-принтеров повсеместно?

24

75

1

3

7

22

6

Можно ли изготовить на 3D-принтере модель, пригодную для пищевой промышленности?

5

16

16

50

11

34

Проанализировав ответы респондентов, можно сделать следующие выводы: подавляющее большинство учителей 30 (93%) знают о 3D-принтерах. 25 человек (78%) считают, что с помощью 3D-принтеров можно облегчить жизнь, такое же количество уверены в том, что с помощью 3D-технологий можно изменить будущее.

Во второй части анкеты ответы учителей следующие:

Вопрос

Оценка

1

2

3

4

5

1.

3D-моделирование мотивирует учащихся к научно-технической деятельности.

0

0

2

9

21

2.

3D-моделирование развивает фантазию и воображения.

0

0

0

4

28

3.

3D-принтер печатает объекты и предметы, помогающие наглядно изучить многие школьные дисциплины.

0

0

1

6

25

4.

3D-моделирование помогает развитию пространственного воображения.

0

0

0

7

25

5.

3D-изделия стоят дорого

1

1

2

3

25

Только один учитель считает, что 3D-изделия стоят не дорого, остальные считают иначе.

3.2. Анкетирование учащихся

В анкетировании обучающихся приняло участие 109 человек.

Результаты анкетирования представлены в таблице:

   

Да

Нет

Не знаю

Кол-во

%

Кол-во

%

Кол-во

%

1

Вы знаете, что такое 3D-принтер?

92

84

5

5

12

11

2

Вы слышали о нем по телевидению, радио, читали в Интернете?

78

72

23

21

8

7

3

Можно ли облегчить жизнь с помощью этого «чудо»-предмета?

58

53

14

13

37

34

4

На Ваш взгляд, можно ли изменить будущее с помощью 3D-принтера?

60

55

14

13

35

32

5

На Ваш взгляд, будет ли со временем применение 3D-принтеров повсеместно?

48

44

13

12

48

44

10

Можно ли изготовить на 3D-принтере модель, пригодную для пищевой промышленности?

14

13

65

60

30

28

Проанализировав ответы обучающихся, можно сделать вывод о том, что большинство учащихся (92) знают о 3D-принтерах, 14 учащихся знают, что на 3D-принтерах можно изготовить модели пригодные в пищевой промышленности.

По результатам анкетирования учителей и обучающихся 8 – 11 классов МБОУ «Покровская СОШ №1 с УИОП им.И.М.Яковлева» можно сделать выводы о том, что большинство респондентов знакомы с технологиями 3D-моделирования. Однако, о таких возможностях 3D-принтеров, как изготовление модели, пригодной для пищевой промышленности, знают менее половины опрошенных.

4. Маркетинг

Рынок производства формочек для печенья в нашем городе остается еще не занятым.

Примером успешной реализации бизнеса по изготовлению 3D-формочек является проект Анны Любимовой. Анна открыла свой рукодельный магазин в 2014 году. При этом она продает свои формочки не только через иностранный интернет-магазин «Etsy», но и на российском интернет-портале «Ярмарка мастеров». Анна запустила еще одну услугу — изготовление формочек на заказ. То есть как минимум, рукодельница имеет четыре источника дохода благодаря своему 3D принтеру:

1. Продажа пряников (печенья) собственного производства (сделанных при помощи своих уникальных формочек для вырезания)

2. Продажа формочек иностранцам через «Etsy».

3. Продажа тех же формочек россиянам через «Ярмарка мастеров».

4. Изготовление формочек на заказ.

К ключевым рынкам сбыта продукции можно отнести:

Физические лица;

Оптовые покупатели;

Кондитерские магазины;

Он-лайн магазин.

Для расширения рынка сбыта также можно открыть собственную розничную точку. Так можно продавать напрямую людям.

Для того, чтобы успешно реализовать стратегию развития нашего производства потребуется составить грамотную рекламную и маркетинговую программу.

В рекламную стратегию обязательно необходимо включить следующие каналы привлечения:

Реклама в социальных сетях;

Реклама в СМИ (телевидение, радио, газеты);

Участие в НПК, выставках, ярмарках, национальных праздниках.

К ключевым преимуществам небольшого производства можно отнести:

Возможность быстро менять ассортимент и приспосабливаться к потребностям рынка;

Предлагать лучшие дизайнерские решения;

Более низкие цены по сравнению с российскими и импортными товарами.

Основным отличием нашей продукции является создание формочек для печенья традиционного национального стиля. Мы использовали следующие формы:

Чороон;

Чепрак;

Лошадь.

Для производства в школе имеется:

Программное обеспечение, с помощью которой создается 3d-модель формочек;

Оборудование: 3D-принтер Wanhao Duplicator i3;

PLA-пластик, который является экологически чистым материалом и пригоден для изготовления пищевых форм.

Выводы

Для изготовления 3D-формочек:

использовали оборудование: 3D-принтер Wanhao Duplicator i3;

PLA-пластик, который является экологически чистым материалом и пригоден для изготовления пищевых форм;

использовали программное обеспечение SketchUp, с помощью которой создается 3d-модель формочек;

провели опрос среди учителей и учащихся МБОУ «Покровская СОШ №1 с УИОП им.И.М.Яковлева» на знание 3D-технологий;

изготовили 3D-формочки;

приготовили печенье с помощью 3D-формочек.

Основным отличием нашей продукции является создание формочек для печенья традиционного национального стиля. Мы использовали следующие формы:

Чороон;

Чепрак;

Лошадь.

Мы считаем, что при помощи 3D-принтера можно организовать свое производство в стенах школы или дома.

Информационные ресурсы

Бизнес-план для школьников. https://www.beboss.ru

Как производят PLA для принтеров. http:// m.habr.com/post

Какой материал лучше – ABS или PLA пластик. http://magnum3d.ru

Приложение

Просмотров работы: 22