Проект по трехмерной графике и 3D моделированию "Головоломки"

МУНИЦИПАЛЬНОЕ бюджетное ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«Подгоренский лицей имени Н.А. Белозорова»
Россошанского муниципального района
Воронежской области

ПРОЕКТ

Автор:
Гураль Аделина,

Бутко Виктория,

11 класс

Научный руководитель:
Малакеев Михаил Владимирович, учитель

информатики и ИКТ

МБОУ «Подгоренский лицей

Имени Н.А. Белозорова»

Россошь

2018 год

Проект по трехмерной графике и 3D технологиям
«Головоломки»

Содержание

Авторы проекта 3

Цель проекта 4

Этапы создания проекта 5

Общий план 5

Описание 6

Идея проекта 6

Выбор деталей для конструирования 6

Процесс выполнения задуманной идеи 6

Особенности печати деталей 7

Сопоставление поставленных задач и достигнутых результатов 8

Источники 9

Гураль Аделина

Бутко Виктория

Чеботок Анастасия

Общее руководство:

Малакеев Михаил Владимирович –

учитель информатики

Название команды: «U-клон»

Рис.1 – Эмблема команды

Время выполнения проекта – 3 недели.

• Познакомиться с необычными механизмами и их принципами действия.

• Получить реальное представление о современной проектно- производственной технологии «Rapid Prototyping».

Задачи, на решение которых он направлен:

• Развивать у обучающихся навыки практического решения актуальных конструкторских и инженерно-технических задач.

• Стимулировать интерес детей к сфере инноваций и высоких технологий.

• Выявлять, отбирать и поддерживать талантливую молодежь.

Цель, которую команда ставила при выполнении проекта:

• Овладение работой с трехмерной графикой и 3D технологиями.

Задачи, которые решали в ходе выполнения проекта:

• Изучить положение о конкурсе.

• Определить состав участников проекта и лидеров групп.

• Определить направления и этапы работы над проектом.

• Определить расписание, режим и сроки работы над проектом.

• Распределить обязанности между участниками проекта.

• Определить способы взаимодействия и решения спорных вопросов.

• Научится работать и взаимодействовать в команде.

• Познакомится с основными технологиями трехмерной печати.

• Овладеть отдельными практическими умениями, связанными с реализацией технологии «Rapid Prototyping».

• Научится выполнять подготовку и печать деталей на 3D принтере.

• Выявление интереса к забытым играм в новом формате.

• Анализировать полученные результаты и вносить необходимые коррективы в отдельные этапы работы над проектом.

• Подготовить краткое и полное описание проекта.

• Выбор объектов для 3D моделирования.

• Набор участников проекта и выявление лидеров в группе.

• Распределение обязанностей между участниками проекта.

• Выполнение расчетов элементов деталей и построение их эскизов.

• Построение и редактирование фрагментов чертежей в САПР «КОМПАС 3D».

• Выполнение операций твердотельного моделирования в САПР «КОМПАС 3D» на основе фрагментов чертежей.

• Конвертирование файлов 3D моделей в популярный формат stl.

• Изучение основных современных технологий трехмерной печати.

• Освоение приемов работы с 3D принтером «Альфа» и его программным обеспечением.

• Подготовка 3D моделей к печати и их корректировка.

• Печатать 3D моделей, созданных в САПР «КОМПАС 3D».

• Корректировка режимов печати принтера.

• Сборка узлов из полученных деталей.

• Корректировка 3D моделей на основе выявленных замечаний.

• Печать конструкторской документации.

• Подготовка описания проекта и приложений к нему.

В нашу жизнь бурно ворвались различные информационных технологии, в том числе и 3D технологии. В настоящее время, в каждой квартире есть компьютеры, принтеры, смартфоны и другие различные устройства. Соответственно с приходом этих устройств игры, в которые играли наши родители ушли в прошлое. Перед нами встал вопрос, а можно ли каким-либо образом с помощью новых технологий воспроизвести забытые игры? Ведь все новое – это хорошо забытое старое.

Помимо этого, наш учитель информатики Малакеев Михаил Владимирович продемонстрировал нам – ученикам 11 класса несколько деревянных механически головоломок, они нас заинтересовали. Околдовали своею скрытой мелодией волшебного действа, гимном механике.

«А слабо вам спроектировать и воплотить в реальность с помощью 3D принтера что-либо из увиденного?» – спросил наш учитель. Мы сначала оторопели и попытались отмахнуться от такой задачки. На что был ответ учителя: «Не по силам цели выбирают, а по целям силы напрягают!», – подумайте над проблемой и предложите свои варианты к следующему занятию.

Рис.2 – Такими мы увидели решенные головоломки в Интернете.

К следующему занятию мы уже сами принесли, найденные в Интернете изображения нескольких механических головоломок.

После обсуждения стал определяться набор деталей, которые показались нам с одной стороны наиболее необычными, а с другой стороны достаточно сложными, но тем не менее реализуемыми с помощью 3D печати. Первоначально за реализацию идеи согласились взяться почти все учащиеся нашего класса, но в последствии, по разным причинам, команда конструкторов-разработчиков сократилась до 3-х человек. Ими и был выполнен основной объем работы.

На первом этапе, в целях экономии времени, было решено разработать детали головоломок каждому учащемуся. В результате мозгового штурма была определена размеры деталей. При их определении учитывались габаритные возможности 3D принтера «Альфа».

В нашем лицее есть профильное обучение, которое подразумевает углубленное изучение технической графики (черчение) и изучение САПРов. Так, при выполнении проекта проблем при выборе каким образом и когда мы будем это все выполнять не возникло.

Вовремя уроков, используя доступ к сети интернет, мы нашли размеры деталей для головоломок, которые мы выбрали выполнять. Несколько уроков мы с заинтересованностью выполняли процесс черчения деталей в «Компасе 3D», затруднений на данном этапе практически не было. Чертежи выполняли с точным размером до миллиметров.

Следующим этапов является печать на 3D принтере.

После знакомства с основными технологиями 3D печати наше конструкторское бюро под контролем учителя информатики приступило к изучению программного обеспечения 3D принтера «Альфа» и особенностей работы с ним.

Эксперименты с 3D печатью начали с небольших деталей. Основные проблемы, которые выявились на этом этапе:

• как расположить деталь на столе?

• как ее надежно закрепить?

Дело в том, что прочность детали, напечатанной на 3D принтере, в разных направлениях неодинакова. Детали получаются внешне более качественными, если их расположить вертикально. Но пришлось их располагать горизонтально, не смотря на снижение качества поверхности.

Для надежного закрепления деталей пришлось отрегулировать положение стола относительно экструдера и воспользоваться раствором сахара в воде в качестве клеящей основы. Использовались различные способы заполнения деталей. Печать проходила с методом проб и ошибок. Так как используемый пластик мог оторваться или не приклеиться к предыдущему слою, возникали технические сбои в работе принтера, а также отключение электроэнергии. Погрешности нашей работы вы можете увидеть на наших деталях. На данный момент у нас выполнены не все элементы головоломок, но мы над этим работаем.

Далее оставалось только распечатать подготовленную конструкторскую документацию, что и было исполнено.

Совместными усилиями было подготовлено данное описание проекта.

За время работы над совместным проектом мы познакомились и расширили свои представления о быстром прототипировании – «Rapid Prototyping». Это современная, активно развивающаяся в проектно-конструкторской и производственной сфере технология. Она обеспечивает возможность получения реальных моделей и деталей без их инструментального изготовления. Инженер-конструктор, после завершения работы в САПР над идеей или проектом, может дать команду «печать» и через небольшой промежуток времени, существенно меньший обычного производственного цикла получить физическую модель спроектированного в цифровом виде изделия. Эту технологию можно назвать технологией дистанционного производства по требованию. Уже сейчас в сети Интернет можно найти сервисы, которые предоставляют обширные библиотеки готовых 3D моделей, сервисы для поддержки разработки и коррекции 3D моделей перед печатью, сервисы, которые предлагают услуги 3D печати.

В недалекой перспективе – «комнатное производство». Мало кто откажется от возможности сделать в домашних условиях какую-нибудь нужную деталь, вместо того чтобы искать ее по магазинам или где-то заказывать. Так же как компьютеры, принтеры и сканеры, у многих появится на столе свой персональный мини-заводик, заменяющий в мелочах обычное производство.

В процессе работы над проектом мы получили представление о задачах проектирования и конструирования, нами были получены знания и приобретены практические навыки поиска и отбора информации, создания и редактирования эскизов, чертежей и 3D моделей, освоены методы построения сборок и создания ассоциативных видов, сборочных чертежей и спецификаций на их основе, подготовки конструкторской документации.

Участники проекта познакомились с основными аддитивными технологиями 3D печати. Научились пользоваться программным обеспечением 3D принтера «Альфа», выполнять подготовку его к печати и обслуживание. Эта часть проекта оказалась наиболее проблемной как из-за несовершенства самого принтера, так и из-за необходимости учитывать множество параметров, влияющих на качество печати и проявившихся только в процессе работы.

Не все «конструкторы» оказались одинаково хорошо подготовленными к выполнению порученных заданий, да и сами задания были разной сложности, по этой причине наблюдались нестыковки по времени выполнения. Каждый из членов команды почувствовал необходимость работать слаженно и ответственно, выполнять порученные задания качественно и в срок, соблюдать «производственную дисциплину».

В общем, поставленные цели были достигнуты, а задачи решены, хотя временные затраты оказались несколько больше планировавшихся как по зависимым от участников проекта, так и по независимым причинам.

1. Артоболевский И. И. Механизмы в современной технике. Т.3. – М.; 1973.

2. Киреев С.О. Численное определение координат контура эвольвентного зуба. Техн. Науки. – 2000.

3. Киреев С.О. Аналитическое определение профилей зубьев эллиптического колеса. Техн. Науки. – 2000.

4. Литвин Ф.Л. Некруглые зубчатые колеса. Проектирование, теория и производство. – М-Л: Машгиз. – 1956.

5. Некруглые зубчатые колеса свободных форм. http://3dd.blog.ru/214117603.html

6. Падалко А.П. Зубчатая передача с некруглым колесом. Теория Механизмов и Машин. Том 11.  С-Пб. Изд. СПбГПУ. – 2013.

7. Принципы работы механических устройств https://www.youtube.com/watch?v=Cqhl5mM05x0

8. Теория машин и механизмов. Портал для профессионалов и студентов. http://tmm.spbstu.ru/

9. Энциклопедия по машиностроению. XXL http://mash-xxl.info/pics/190998/

10