|
|
Столер Владимир Алексеевич | (Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники) |
Кафедрой инженерной графики БГУИР предпринята попытка ввести в курс инженерной графики практические работы по ознакомлению студентов с технологией трехмерной печати изделий, разработанных по плановым графическим заданиям. Приводится пример создания логотипа факультета компьютерного проектирования БГУИР, а также плановых заданий студентов на принтере CubeX.
В последнее время успешно развивается так называемая трехмерная печать для изготовления предметов с использованием 3D принтера. Такой принтер способен распечатать любой физический предмет, который смоделирован на компьютере. Область применения трехмерной печати весьма обширная: от производства игрушек и различных сувениров до изделий используемых в радиоэлектронике, например матрицы с набором гранных поверхностей в виде тетраэдров, октаэдров, икосаэдров для последующего создания на их основе многослойных композиционных защитных экранов электромагнитного излучения [1,2].
Существует несколько технологий трехмерной печати, которые отличаются друг от друга по типу используемого материала и способам его нанесения. Наибольшее распространение получили следующие технологии: 1) стереолитография (SLA), 2) технология струйного моделирования (3DP), 3) послойная печать расплавленной полимерной нитью (FDM), 4) изготовление объектов методом ламинирования (LOM), 5) УФ-облучение через фотомаску, 6) лазерное спекание порошковых материалов (SLS), являющейся единственной технологией 3D печати, которая может быть использована для изготовления металлических формообразующих для металлического и пластмассового литья (рис. 1).
В общем случае трехмерная печать – это выполнение ряда повторяющихся операций, связанных с созданием объемных предметов путем нанесения на рабочий стол принтера тонкого слоя расходного материала, смещением рабочего стола вниз на высоту сформированного слоя. Циклы печати непрерывно следуют друг за другом, когда на предыдущий слой наносится следующий слой, стол снова опускается и так повторяется до тех пор, пока на рабочем столе не окажется готовое изделие.
Для увеличения компетенций студентов БГУИР, в основном конструкторских специальностей и ознакомления их с современными технологиями и техникой, реализующей эти технологии, кафедрой инженерной графики предпринята попытка ввести в преподаваемые ею дисциплины практические работы по применению 3D принтера CubeX от 3D Systems (США) для создания физических моделей изделий, разработанных студентами по соответствующим темам инженерной графики (рис. 2).
Принтер представляет собой куб, облицованный с ребер пластмассой. Картриджи с пластиком расположены внутри. Работает CubeX на двух видах пластика: PLA и ABS. Максимальная площадка для печатания имеет размеры 27х27х24 см, вес принтера – около 36 кг.
Студентам предлагалось в начале изучить процесс 3D печати на примере изготовления логотипа факультета компьютерного проектирования, созданного в 3D формате в программе AutoCAD, и далее напечатанного с помощью принтера CubeX и технологии послойного изготовления (рис. 3) [3].
Необходимо обратить внимание на то, что внутренняя часть реалистичного логотипа будет отличаться от его компьютерной модели. Прототип имеет полую форму с поддерживающей конструкцией в виде перегородок. Это различие автоматически создается программой при преобразовании форматов и связано с тем, что расход материала будет значительный при печатании монолитного объекта.
Далее, студентам необходимо было после освоения САПР AutoCAD и выполнения учебного задания в виде чертежа по теме «Проекционное черчение», изготовить в соответствии со своим заданием изделие в натуральном виде.
Последовательность изготовления была следующая. На первом этапе была сгенерирована электронная 3D модель изделия (рис. 4, а). На втором этапе в специальной программе электронную модель была сконвертирована в формат с расширением *.cubex, который распознает применяемый принтер. На третьем этапе путем задания точностных и масштабных настроек в течении трех часов было отпечатано изделие (рис. 4, б).
В заключение необходимо отметить, что, трехмерная печать как процесс овеществления своих электронных замыслов вызывает горячий интерес у студентов и при определенных условиях может занять достойное место в учебном процессе.
1. Столер В.А., Столер Д.В. Использование трехмерных технологий для моделирования и создания защитных экранов ЭМИ // Технические средства защиты информации: Тезисы докладов XIII Белорусско-российской НТК, 4-5 июня 2015 г., Минск: БГУИР, 2015. – С.79.
2. Столер В.А., Особенности использования трехмерной печати при решении инженерно-технических задач // Технические средства защиты информации: Тезисы докладов XIV Белорусско-российской НТК, 25-26 мая 2016 г., Минск: БГУИР, 2016. – С.70.
3. Столер В.А., Шамшуров П.Ю. Изготовление физических моделей предметов с использованием 3D принтера. Сборник трудов Междунар. научно-практ. конференции «Инновационные технологии в инженерной графике: Проблемы и перспективы» 20 апреля 2016, Брест БГТУ, Новосибирск НГАСУ (Сибстрин), С. 139-141.
Лазерное спекание порошковых материалов
Внешний вид принтера CubeX
Физическая 3D модель логотипа ФКП: с подложкой в виде сетки а); без подложки б)
Электронная 3D модель изделия а); физическая 3D модель изделия б)
Тихонов-Бугров Дмитрий Евгеньевич (12 марта 2017 г. 15:38) |
Здравствуйте, Владимир Алексеевич. Используете ли Вы в учебном процессе элементы конструирования? Наш опыт показывает, что использование 3D принтера в ситуации, когда студент конструирует хотя бы несложную деталь, отсутствующую в реальной сборочной единице, а потом, осуществляя сборку, видит что он "наконструировал", даёт очень положительны эффект. С уважением, Тихонов-Бугров. |
Горнов Александр Олегович (12 марта 2017 г. 17:58) |
Владимир Алексеевич, здравствуйте ! Известно, что скульптурное моделирование с применением 3D принтеров еще дорого. На прошлой конференции коллеги из Перьми приводили калькуляцию. Как вы считаете, в какой форме и при какихусловиях эти модели сейчас могут быть " методически - экономически" окупаемы ? C уважением, А.О. |
|
Столер Владимир Алексеевич (17 марта 2017 г. 22:23) |
Прошу прощения за долгий ответ - был в командировке. Ответ уважаемому Дмитрию Евгеньевичу. Т.к. мы обучаем на кафедре в основном студентов 1 курса, то конструирование у нас ограничивается выполнением типового задания по теме "Сборочный чертеж" в 2D или 3D формате на компьютере в САПР AutoCAD и Autodesk, и только для отдельных специальностей. А 3D принтер пока больше используется в НИР, чем в учебном процессе. Для студентов это некое интересное модное устройство, чем инструмент созидания. Тем не менее, мы планируем продвигать 3D печать и соответствующие технологии среди магистрантов для решения конкретных практических задач. Ответ уважаемому Александру Олеговичу. Моделирование с применением 3D принтера не настолько дорогой процесс, столько затратный по времени. Печать простого изделия при хорошем качестве и точности его воспроизведения занимает от 5 до 10 часов. Наш фирменный 3D принтера CubeX от 3D Systems (США) в 2014 году стоил около 5 тыс. у.е. Сейчас имеются в продаже относительно недорогие принтеры до 1 тыс у.е. В нашем вузе время от времени от студентов появляются самодельные 3D принтеры, которые им обошлись до 200 у.е. В то же время 3D печать серьезных изделий для использования в реальных технических устройствах, требует применения промышленных принтеров стоимостью уже выше 50 тыс. у.е., что для любого вуза не подъемно. С уважением Столер В.А. |