Макет космодрома Байконур

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 9» г. Сафоново Смоленской области.

(МБОУ «СОШ № 9» г. Сафоново)

215500 Смоленская область, г. Сафоново, ул. Строителей, д.22.

тел.8(48142)4-34-49, e-mail: [email protected] , официальный сайт:

www.saf-schooll9.ucoz.ru

ОКПО 25768328, ОГРН 1026700947811ИНН 6726002827, КПП 672601001

Тема: Макет космодрома «Байконур»

Техническое направление

Выполнил: Просвиркин В.А.,

обучающийся 7 класса

Руководитель:

Лиханова Л.М.,

педагог дополнительного образования

2023 г.

Сафоново

Содержание

		Стр.
	Введение...........................................................................................	3
1	Теоретическая часть........................................................................	5
1.1	История появления макетов............................................................	5
1.2	Этапы изготовления макетов и преимущества 3D печати...........	5
1.3	История появления 3D-печати........................................................	6
1.4	Программное решение разработки макета - SketchUp.................	8
1.5	Слайсер 3D-моделей........................................................................	12
2	Практическая часть..........................................................................	13
	Заключение.......................................................................................	18
	Список использованных источников.............................................	19

Введение

В наше время макеты становятся все более востребованным. В сети Интернет появляются новые макетные мастерские и студии, которые предлагают разнообразные услуги по созданию макетов.

Макеты могут быть самыми разными: архитектурные (интерьерные макеты, экстерьерные модели, ландшафтные макеты, промышленные макеты) и технические (макеты машин, механизмов и любой другой техники). Макеты используются в музеях, в школах, на заводах, в архитектуре. Творческий проект: «Космодрома Байконур» был создан для обучающихся школы для того, чтобы ученики могли наглядно ознакомится с космодромом.

Цель проекта – создать макет площади взлёта ракет на космодроме «Байконур»

Задачи:

Разработка объектов в масштабе.

Показать ученикам откуда стартовал Гагарин.

Расположение различных объектов на космодроме.

Гипотеза: если дети заинтересуются данным макетом, то в будущем они станут космонавтами.

Объект исследования: Космодром «Байконур»

Предмет исследования: связи и коммуникации стартовой площадки космодрома «Байконур»

Предмет исследования: макет «Космодрома Байконур».

Практическая значимость: пополнить знание учеников о том, откуда стартуют космические корабли на орбиту.

1 Теоретическая часть

1.1 История появления макетов

Впервые макеты создали в Древнем Египте – вместе с фараонами в гробницы помещались миниатюрные копии храмов, необходимые для выполнения погребального ритуала. По прямому назначению макеты начали применять в античной Греции, а затем в Римской Империи. Макеты в то время изготавливались из воска, древесины. Широкое применение они получили в эпоху Возрождения при строительстве соборов, храмов. Одним из самых больших и грандиозных сооружений, построенных по макету, является собор Святого Петра. Длина этого макета превышала 6 метров.

На сегодняшний день макеты играют важную роль в проектировании зданий. Однако современная методика изготовления макетов отличается от первоначальных методов. Сейчас для создания макета используется бумага, особый пластилин (эглин), картон. Наиболее современным и эффективным методом создания является 3D печать. Популярность данного метода возрастает с каждым годом, и, вполне возможно, он в скором времени станет единственным.

1.2 Этапы изготовления макетов и преимущества 3D печати

Изготовление архитектурного макета состоит из следующих этапов:

1. Изучается проект, для которого будет создаваться макет. Подготавливается вся нужная информация (изображения, чертежи, концепция проекта), затем выполняется визуализация в 3D формате.

2. Изготавливаются детали макета с учетом чертежей, схем и инструкций.

3. Элементы макета соотносятся и скрепляются клеем, таким образом, получается завершенная конструкция. Каждая деталь макета собирается.

Подавляющее количество макетов колоссальных сооружений создается с помощью 3D печати. Изготовление архитектурного макета на 3D принтере имеет ряд преимуществ:

• для создания макетов используется полимер, который не представляет опасности для окружающей среды и человека;

• 3D печать позволяет воссоздать все детали макета с максимальной точностью, независимо от размеров и форм;

• макет изготавливается в самые короткие сроки;

• позволяет сэкономить финансы на персонале и оборудовании;

• существует возможность создавать сложные конструкции, состоящие из тысячи деталей, без каких-либо проблем.

Создание макетов является незаменимым этапом при планировании строительства, так как значительно облегчает работу дизайнеров, проектировщиков и инженеров [1].

Рисунок 1 - Пример макета

1.3 История появления 3D-печати

3D печать появилась на свет 40 лет назад и открыла потрясающие возможности для создания различных моделей в прототипировании, стоматологии, мелкосерийном производстве, кастомизированных продуктов, миниатюр, скульптур, макетов и многого другого.

Первые создаваемые 3D Systems и Stratasys агрегаты были громоздкими и дорогостоящими. Стоимость одного составляла сотни тысяч долларов, и использовать их могли только крупнейшие компании автомобильной и аэрокосмической отрасли. Принтеры имели массу ограничений и не могли широко применяться. Развитие технологии шло очень медленно. Спустя 20 лет, в 2005 году появился проект RepRap (ReplicatingRapidPrototyper) – самовоспроизводящийся механизм для быстрого изготовления прототипов.

В последние годы 3D-печать стала доступна массовому потребителю: цены на принтеры значительно сократились, а их использование стало удобнее. Фотополимерные 3D-принтеры печатают детализированные модели с высокой точностью и разрешением. Количество пользователей растет в том числе за счет огромного сообщества энтузиастов, готовых прийти на помощь новичкам. Этому способствует и наличие готовых файлов для 3D-печати и доступность программного обеспечение для создания моделей.

3D-печать становится уже стандартным решением в таких отраслях как стоматология, ювелирное дело, ортопедия, в других отраслях внедрение идет полным ходом. Перспективы бесконечны – от строительства домов до нейрохирургии, от печати шоколадом до печати металлом.

Технология печати заключается в следующем: жидкое светочувствительное вещество – фотополимер – выкладывается тонким слоем и тут же отверждается под воздействием УФ-лучей, превращаясь в пластмассу и обретая заданную форму[3].

Рисунок 2 - Внешний вид современного 3D-принтера

1.4 Программное решение разработки макета - SketchUp

SketchUp – программа для 3D-дизайна и архитектурного проектирования. В основном используется для моделирования жилых домов, мебели, интерьера. Есть инструменты для проектирования лестниц, электропроводки, санитарно-технических коммуникаций и оборудования. Однако существуют и гораздо более масштабные проекты на её базе. Так, например в SketchUp была создана 3D-модель города Красноярска с геодатой.

По сравнению со многими популярными пакетами данный обладает рядом особенностей, позиционируемых её авторами как преимущества.

Основная особенность – почти полное отсутствие окон предварительных настроек. Все геометрические характеристики вовремя или сразу после окончания действия инструмента задаются с клавиатуры в поле Value Control Box (поле контроля параметров), которое находится в правом нижнем углу рабочей области, справа от надписи Measurements (панель измерений).

Ещё одна ключевая особенность – это инструмент Push/Pull («Тяни/Толкай»), позволяющий любую плоскость «выдвинуть» в сторону, создав по мере её передвижения новые боковые стенки. Утверждается, что этот инструмент запатентован. Двигать плоскость можно вдоль заранее заданной кривой, для этого есть специальный инструмент Follow Me («Ведение»).

Отсутствие поддержки карт смещения объясняется нацеленностью продукта на непрофессиональную целевую аудиторию.

Также можно отметить следующие возможности:

• поддержка плагинов для экспорта, визуализации, создания физических эффектов (вращения, движения, взаимодействия созданных объектов между собой и пр.);

• поддержка создания макросов на языке Ruby и вызова их из меню. Макросами можно автоматизировать выполнение повторяющихся действий. Доступна функция загрузки и использования многочисленных готовых макросов, предоставленных другими пользователями;

• поддержка создания «компонентов» – элементов модели, которые могут быть созданы, затем использованы много раз, а потом отредактированы – и изменения, сделанные в компоненте, отразятся во всех местах, где он использован;

• библиотека компонентов (моделей), материалов и стилей рабочей области, которые можно пополнять своими элементами или загружать готовые из сети Интернет;

• инструмент для просмотра модели в разрезе и возможность добавлять к модели выноски с обозначением видимых размеров в стиле чертежей;

• возможность работать со слоями;

• возможность создания динамических объектов (например: открытие дверцы шкафа по клику указателя);

• возможность построения сечений объектов;

• возможность работы со сценами (сцена включает в себя положение камеры и режим отрисовки), и анимировать переходы от сцены к сцене;

• поддержка создания моделей реальных предметов и зданий:

  • указание реальных физических размеров, в метрах или дюймах;

  • режим осмотра модели «от первого лица», с управлением как в соответствующих 3D-играх;

  • имеется возможность устанавливать географически достоверные тени в соответствии с заданными широтой, долготой, временем суток и года;

  • интеграция с Google Earth;

  • возможность добавить в модель поверхность земли и регулировать её форму – ландшафт.

Проекты SketchUp сохраняются в формате *.skp. Также поддерживается импорт и экспорт различных форматов двухмерной растровой и трёхмерной графики, в частности: *.3ds, *.dwg, *.ddf; *.jpg, *.png, *.bmp, *.psd, *.obj.

Импорт растровой графики имеет несколько возможностей: вставка образа в качестве отдельного объекта, в качестве текстуры и в качестве основы для восстановления трёхмерного объекта по фотографии. Экспорт в формат *.jpg осуществляется в качестве снимка с рабочей области окна приложения.

Дополнительно установленные плагины позволяют экспортировать в форматы *.mxs, *.atl, *.dae, *.b3d и т. д. Последующее редактирование экспортированного файла в соответствующих приложениях может осуществляться без каких-либо ограничений.

Плагин V-Ray for SketchUp позволяет визуализировать трёхмерные сцены.

Программа-ресурс Google Earth («виртуальный глобус») и упрощённый 3D-редактор SketchUp представляют собой составные компоненты единой

семьи программных продуктов, так что пользователь может легко переносить информацию из одного пакета в другой.

Так, в частности, при моделировании копий архитектурных сооружений можно легко импортировать аэро- или спутниковую фотографию нужного здания, а также топографию местности из Google Earth, а затем «строить» виртуальное здание-модель на фундаменте, которым будет спутниковая фотография здания-прототипа.

А для того, чтобы увидеть только что созданную в программе SketchUp 3D-модель «в виртуальной жизни» на рельефе Google Earth, достаточно щёлкнуть иконку на панели инструментов. Для обмена информацией между программами достаточно, чтобы обе они были установлены на компьютере пользователя[2].

Рисунок 3 - Работа с программой SketchUp

5. Слайсер 3D-моделей

Cura – это слайсер 3D-моделей с открытым исходным кодом для 3D-принтеров. Он был создан Дэвидом Брэмом, который позже работал в  компании по производству 3D-принтеров, для обслуживания программного обеспечения. Изначально Cura была выпущена под открытой исходной лицензией, но 28 сентября 2017 года лицензия была изменена.  Это изменение позволило расширить интеграцию со сторонними приложениями САПР (систем автоматизированного проектирования). Cura используют более миллиона пользователей по всему миру и обрабатывают 1,4 миллиона заданий на печать в неделю. Это предпочтительное программное обеспечение для 3D-печати для 3D-принтеров[4].

Рисунок 4 - Общий вид слайсера 3D-моделей Cura

2 Практическая часть

Прежде чем приступить к печати объектов на 3D-принтере, необходимо было подготовить основание макета. Для этого взяли лист поликарбоната размером 0,9х0,9 метров, нанесли разметку на него, а затем обклеили его самоклеящейся пленкой разных цветов.

Таблица 1 - Календарный срок реализации проекта

N п/п	Мероприятие	Сроки (дата, месяц, год)
1.	3D моделирование зданий в «SketchUp Pro 2021»	15.09.2022 – 01.02.2023
2.	Печать зданий на 3Dпринтере«Element 3DStudy»	17.12.2022 – 02.02.2023
3.	Разметка дорог, тропинок и зданий на платформу и нанесение их на основание	23.09.2022 – 14.01.2023
4.	Расстановка объектов	20.01.2023 – 23.02.2023
5.	Подготовка паспорта проекта	21.02.2022 – 28.02.2023

Рисунок 5 - Подготовка макета

Параллельно с этим процессом разрабатывались объекты в программе SketchUp.

Рисунок 6 - Разработанная модель стартовой площадки в программе SketchUp

Каждая модель была преобразована в слайсере 3D моделей Cura для дальнейшей печати на принтере.

Рисунок 8 - Работа в слайсере Cura

Макет объектов был напечатан на принтере «ELEMENT 3DSTUDY».

Рисунок 9 - Печать модели здания на 3D-принтере

Рисунок 9 - Напечатанные и приклеенные объекты макета космодрома «Байконур»

Макет был доработан схемой подземных коммуникаций

Рисунок 10 - План подземных коммуникаций

Рисунок 11 - Готовый макет космодрома «Байконур»

Заключение

Разработанный макет космодрома «Байконур» был создан для того, чтобы ученики могли наглядно увидеть и понять как работает космодром.

Цель проекта была достигнута, задачи выполнены: разработаны здания и сооружения одной из стартовых площадок в масштабе.

Выдвинутая гипотеза пока не подтверждена, но мы уверены что в будущем из нашей выпустят будущие космонавты.

Список использованных источников

1. История появления макетов [Электронный ресурс].– Режим доступа: http://www.nevasm.ru/stati/

2. Википедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/SketchUp

3. Краткая история появления 3D-печати [Электронный ресурс]. – Режим доступа:https://habr.com/ru/post/553958/

4. Википедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Cura

5. Петелин, А. 3D-моделирование в SketchUp 2015 – от простого к сложному. Самоучитель / А. Петелин – изд. ДМК Пресс, 2015. – 370 с.

6. Быстров, А.Ю. Применение геоинформационных технологий в дополнительном школьном образовании. В сборнике: Экология. Экономика. Информатика / А.Ю. Быстров, Д.С. Лубнин, С.С. Груздев, М.В. Андреев, Д.О. Дрыга, Ф.В. Шкуров, Ю.В. Колосов – Ростов-на-Дону, 2016. – С. 42–47.

7. ГИС [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://gisgeo.org/

8. ГИС-Ассоциации [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://gisa.ru/

9. GIS-Lab[Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://gis-lab.info/