Практика обучения 3D моделирования и 3D фрезерования

Автор: Наседкин Алексей Александрович

Организация: МБОУ «Школа №54»

Населенный пункт: город Курск

Быстрое прототипирование очень быстро входит в повседневную жизнь. Знание основ пространственного мышления и умение пользоваться графическими программами, применяются во многих современных производственных, технических и дизайнерских направлениях, остро востребованных профессиях. К сожалению, учебные профессиональные заведения не всегда способны обеспечить такими специалистами современные производства, так как оборудование и программное обеспечение очень дорогое. Для начального знакомства с этим направлением в школах внедряется 3 D моделирование и 3 D фрезерование.

Ключевые слова: 3 D моделирование,3D фрезерование,быстрое прототипирование, растровый слой, векторная графика, 3 Dпринтер, современные технологии.

 

Сегодня очень часто стали говорить о новых технологиях, такие как 3Dмоделирование и 3D фрезерования, которые относятся к быстрому прототипированию или быстрому макетированию. Эти технологии зародились в конце 80х годов [1, c. 35]. В это время появляются новые технологии изготовления изделий из различных материалов. Одни основываются на изготовлении изделия, путем наращивания материалов и послойного его добавления. Другие - на создании прототипа модели путем удаления материала, как и применялось ранее в механической обработки [4, c.16]. Но, объединяются эти технологии тем, что работа ведется по трехмерной модели.

В системе проектирования используют векторную графику традиционного черчения или же содержит элементы для создания растрового изображения, отображающий общий вид создаваемых объектов [9,c.106]. Эти методы включают в себя больше, чем просто шаблонные формы. Как при ручном создании чертежей, выходные данные в системе обязаны содержать информацию, такую как, основные размеры и допуски и посадки, а также полную информацию об изготавливаемом изделии [6, c.58].

3 D моделирование – новейшее современное направление на уроках технологии[2,c.24]. Мы сейчас живем в том времени, когда практически все технология тесно переплетается с цифровизацией. И невозможно определить грань между технологией и информатикой.

Применения навыков основ черчения, понимание и умение читать технологическую документацию, развивает образно-пространственное мышление, что помогает учащимся изучить программы по 3D моделированию лучше, и надежно ориентироваться в трехмерном пространстве [8, c. 40]. Использование 3D принтеров помогает сразу увидеть плоды своей работы. Оценить преимущества и недостатки. Понимать на практике свои ошибки и устранять их во время. При разработке модели ученики учатся выбирать размеры и форму.

3 D принтер- современное оборудование использующий послойную печать детали.

С применением этого оборудования в кабинетах технологии, на уроке и внеурочной деятельности можно создавать детали машин (шестерни, валы, втулки), проекты конструкций зданий и сооружений [3, 98].

Основная задача – научить учащихся создавать модели по собственным разработкам, с обоснованным выбором (для чего нужна эта модель), учитывать плотность модели и т.д.

В разработках 3D моделей относящийся к учебному процессу помогает выбор и использование программ по 3D построению модели и чертежей. Это, AutoCAD, Maya, Moodbox,3DStudio, MaxBlender, Компас-3D и т.д [10, c. 78]. Это программное обеспечение используется во многих секторах промышленности, от архитектурных студий до конструкторских бюро.

Программа «Компас -3D» используется при построении сборочных чертежей изделий, а также при построении чертежей для изготовления деталей из древесины, металла, пластика с учетом проверки на ошибки [5, c.63].

Имея такие программы, учащиеся могут на уроках технологии разрабатывать собственные проекты, предоставлять результат своей деятельности учителю, а затем их распечатывать.

При обработке материалов для получения деталей применяется ручной инструмент или оборудование. Модернизация станков не стоит на месте, они постоянно улучшаются, делая детали более точные, и минимизируют труд человека. Одной изразнообразных технологий считается 3D фрезеровка,с помощью которой создают изделия сложной формыи делают гравировку.

3D фрезерование это, технологический процесс, при котором обработка детали происходит в трех плоскостях (x,y,z).3д фрезерные станки оборудуются числовым программным управлением. Оператор задаёт программный алгоритм, по которому будет работать станок. Благодаря применению программного управления, правильного подбора инструмента возрастает точность проводимой обработки, увеличивается эффективность труда[7, c. 100].

Технология 3 D фрезерования представляет собой взаимодействие инструмента (фрезы) с заготовкой, закрепленной на рабочем столе. Металлические изделия изготавливаются при помощи стереолигрофии (3D), и представляет собой технологию быстрого прототипирования, то есть быстрого макетирования. Это, увеличивает точность проводимых работ и ускоряет производственный процесс. У станков с ЧПУ, есть ряд преимуществ, например: программное управление увеличивает точность работы, большой выбор технологических операций [2, c.58].

Операции, выполняемые при фрезеровании это: гравировка поверхностей, сверление отверстий, выборка пазов, раскрой металлических листов, изготовление 3д моделей и т.д.

При чем, материал для фрезерования может быть разнообразным это: пластик, дерево, металл. При выборе оснастки для работы учитывается обрабатываемый материал и инструмент. 3Dфрезерование применяется в различных сферах отраслей такие как: производство мебели, авто и авиа промышленности, декоративном искусстве, приборостроении.

Фрезерование вызывает большой интерес у школьников. Так как при помощи станков с программным управлением учащиеся могут создавать различные детали, которые могут применяться в сферах электроники (создание плат), а так же в декоративном творчестве (гравировка).

Прежде чем начать создание объектов нужно изучить оборудование. Все оборудование по 3Dфрезерованию работает по одному и тому же принципу.

Эскиз модели с указанными параметрами размеров и характеристик разрабатывается и создается в CAM-программе, или путемсканирования и оцифровки готового изделия с последующей передачей данных на компьютер [11,c.45].

Для того, чтобы станок начал свою работу, операторунужнопрописать всю последовательность действий, это делается при помощи подготовке УП.

Для начала создается точка начала работы и весь маршрут перемещения инструмента, а так же указываются параметры фрезы (глубина врезания в поверхность, скорость вращения шпинделя, параметр и тип фрезы), задаются характеристики материала, а так же оси обработки и т. д.

Программы для 3Dфрезерования разные, основные применяемые в школе это: AutoCAD – которая включает в себя большое количество инструментов и возможностью создания разработок собственного приложения для проектирования [10, c. 123]. MasterCAM– является самой популярной системой для создания двух- и трехмерных объектов и создания УП для фрезерных станков с ЧПУ. Отличается простотой в изучении и высокой скоростью расчетов, что характерна для учащихся. ArtCAM – самая лучшая на сегодняшний день программа для 2D и 3D-моделирования. Работает с растровой и векторной графикой, в основном используется для создания объемных рельефных объектов, позволяет выстроить маршрут фрезы, позволяет преобразовать плоские эскизы в 3D объекты, она характерна для декоративного творчества [1, c.111].

Выбор и разработка моделей в программе позволяет учащимся создать проектную работу с элементами внедрения новых технологий, позволяя расширить свой кругозор, увеличив навыки работы с оборудованием, расширить пространственное мышление.

 

Список литературы.

[1] Аббасов, И.Б. Двухмерное и трехмерное моделирование в 3ds MAX / И.Б. Аббасов. - М.: ДМК, 2012. - 176 c.

[2] Ганеев, Р.М. 3D-моделирование персонажей в Maya: Учебное пособие для вузов / Р.М. Ганеев. - М.: ГЛТ, 2012. - 284 c.

[3] Зеньковский, В. 3D-моделирование на базе VuexStream: Учебное пособие / В. Зеньковский. - М.: Форум, 2011. - 384 c.

[4] Зеньковский, В.А. 3D моделирование на базе VuexStream: Учебное пособие / В.А. Зеньковский. - М.: ИД Форум, НИЦ Инфра-М, 2013. - 384 c.

[5] Климачева, Т.Н. AutoCAD. Техническое черчение и 3D-моделирование. / Т.Н. Климачева. - СПб.: BHV, 2008. - 912 c.

[6] Пекарев, Л. Архитектурное моделирование в 3ds Max / Л. Пекарев. - СПб.: BHV, 2007. - 256 c.

[7] Рейзлин, В.И. Математическое моделирование: Учебное пособие для магистратуры / В.И. Рейзлин. - Люберцы: Юрайт, 2016. - 126 c.

[8] Решмин, Б.И. Имитационное моделирование и системы управления / Б.И. Решмин. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2016. - 74 c.

[9] Соколова, Т. AutoCAD 2016. Двухмерное и трехмерное моделирование / Т. Соколова. - М.: ДМК, 2016. - 756 c.

[10] Соколова, Т.Ю. AutoCAD 2016. Двухмерное и трехмерное моделирование. Учебный курс / Т.Ю. Соколова. - М.: ДМК, 2016. - 754 c.

[11] Сосновиков, Г.К. Компьютерное моделирование. Практикум по имитационному моделированию в среде GPSS World: Учебное пособие / Г.К. Сосновиков, Л.А. Воробейчиков. - М.: Форум, 2016. - 320 c.


Приложения:
  1. file0.docx.. 24,5 КБ
Опубликовано: 11.03.2021