Добавлен: 12.01.2024
Просмотров: 898
Скачиваний: 31
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
-
Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение -
«Средняя общеобразовательная школа села Аркадьевка»
-
ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ИТОГОВЫЙ ПРОЕКТ
на тему «3D принтер – технология будущего»
Выполнил:
Белов Роман Владимирович, ученик 9 класса
Руководитель проекта:
Понизова Мария Владимировна
учитель информатики
1 кв.категории МОБУ «СОШ с. Аркадьевка»
с. Аркадьевка, 2020
СОДЕРЖАНИЕ
| ВВЕДЕНИЕ | 3 |
| ГЛАВА 1. Теоретические основы 3D технологий | 4 |
| 4 |
| 5 |
| 5 |
| 6 |
| 7 |
| 8 |
| 9 |
| 11 |
| 11 |
| ГЛАВА 2. Создание 3D модели и её печать на 3D принтере | 15 |
| ЗАКЛЮЧЕНИЕ | 18 |
| СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ | 19 |
| ПРИЛОЖЕНИЕ | |
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В повседневную жизнь 3D пришло к нам в начале нового тысячелетия. Мы, естественно, связываем это определение с киноискусством или мультипликацией. Но данная технология охватывает гораздо больше спектров нашей жизни. Новые технологии применяются во всех сферах человеческого бытия, проникают и в учебную деятельность современных школьников. Если несколько десятилетий назад инструментами познания был стандартный учебный набор, то сейчас он расширился в довольно больших масштабах. Мультимедийные, интерактивные, мобильные и 3D-технологии открывают горизонты к творческой деятельности школьников, цифровая среда для детей становится привычной.
С открытием в МОБУ «СОШ с. Аркадьевка» Центра цифрового и гуманитарного профилей «Точка Роста» в школе появилось новое современное оборудование, среди которого был и 3D-принтер. Я задался вопросами «На что способен 3D- принтер? Так ли он необходим человеку?». Работа над проектом помогла мне ответить на данные вопросы.
Гипотеза состоит в предположении о том, что 3D-принтер – это устройство, которое имеет множество перспектив не только в производственной деятельности, но и в повседневной жизни человека.
Объектом данной работы являются 3D технологии
Предмет исследования – технология печати на 3D-принтере
Цель данного проекта – выяснить, может ли человек использовать 3D-принтер в реальной, повседневной жизни
Задачи:
-
изучить литературу по моделированию и печати 3D объектов; -
узнать о современном состоянии технологий 3D печати и сфере их применения; -
научиться создавать 3D модели и печатать их на 3D-принтере
Для решения поставленных задач использовались следующие методы:
-
теоретический анализ и обобщение научной литературы; -
моделирование.
Значимость исследования обусловлена тем, что на сегодняшний день применение технологий 3D-печати в сфере образования только начинает набирать обороты, однако уже сейчас намечаются поразительные перспективы. 3D технологии могут существенно оказать помощь в осуществлении проектной деятельности в школе, в развитии взаимодействия образования, науки и производства.
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 3D ТЕХНОЛОГИЙ
-
История развития 3D технологий
Многие думают, что 3D-принтеры появились совсем недавно. На самом деле технология объемной печати ведёт свою историю с 1984 года, когда американец Чарльз Халл разработал технологию послойного выращивания физических трёхмерных объектов из фотополимеризующейся композиции (ФПК).
Устройство выращивало смоделированный на компьютере трёхмерный объект из жидкой фотополимеризующейся композиции, нанося её слой за слоем на подвижную платформу, погружаемую в ванну с ФПК. Толщина каждого слоя составляла примерно 0,1-0,2 мм. Технология получила название «стереолитографии» (STL).
Патент на своё изобретение автор получил только в 1986 году, тогда же он основал компанию 3D System и приступил к разработке первого промышленного устройства для трёхмерной печати, которое было представлено общественности год спустя, в 1987 году.
Технология 3D печати была достаточно нова в то время, и компания 3D Systems изготовила и поставила первую модель станка нескольким избранным заказчикам. В 1988 г., основываясь на откликах клиентов о станке, компания разработала усовершенствованную модель 3D принтера SLA-250 и было начато его серийное производство.
В то время как к концу 1988 г. технологии 3D копирования получили широкую популярность, появились новые технологии: моделирование методом наплавления (Fused Deposition Modeling (FDM)) и метод селективного лазерного спекания (Selective Laser Sintering (SLS)). Технология моделирования методом наплавления была изобретена Скотом Крамп в 1988 г. В следующем году им была основана компания Stratasys и налажено промышленное производство станков. В 1992 г. компания продала свой первый станок "3D Modeler". В том же году компания DTM выпустила на рынок станок, работающий по технологии селективного лазерного спекания (SLS). В 1993 г. в Массачусетском технологическом институте (MIT) была изобретена и запатентована еще одна технология 3D печати. Она получила название «Технологии трехмерной печати» и была подобна технологии струйной печати, используемой в 2D принтерах.
В 1996 г. были произведены станки "Genisys" от компании Stratasys, "Actua 2100" – от 3D Systems, и "Z402" – Z Corporation. В течение этого времени впервые появился термин «трехмерная печать» для обозначения станков быстрого моделирования. Только в конце 1990-х - начале 2000 гг., в продаже появились несколько моделей станков по относительно низким ценам. В 2005 г. компания Z Corporation выпустила на рынок революционно-новую модель Spectrum Z510 – станок 3D печати с высоким разрешением цветов. Еще один прорыв в области трехмерной печати произошел в 2006 г. с созданием общедоступного проекта Reprap, нацеленного на производство 3D принтера, способного воспроизводить детали собственной конструкции. Первая модель Reprap, произведенная в 2008 г., может произвести приблизительно 50% своих собственных частей. Вторая модель проекта Reprap находится в настоящее время в стадии разработки.
Термин «3D-печать» был придуман студентами Массачусетского технологического института гораздо позже, в 1995 году. Краткое и емкое название прижилось, но у него всё же есть один недостаток: на его основе несведущие люди порой полагают, что печатать на 3D-принтере столь же просто, как и на обычном — включил аппарат, отправил на него файл из какого-то приложения и быстренько напечатал желаемый результат. Однако все технологии имеют свои тонкости, без знания которых хороший образец не получишь, да к тому же самая маленькая фигурка печатается дольше, чем документ в сотню страниц на бумаге.
-
Технологии печати: основные направления
1.2.1. Стереолитография
Стереолитография (SLA), предполагает использование в качестве расходного материала жидкий фотополимер. Однако, технологии изготовления изделия различны.
Процесс
Если в 3D-принтерах, работающих по технологии MJM, жидкий фотополимер подаётся на платформу построения с помощью системы сопел, то в SLA платформа построения слой за слоем опускается в ёмкость, заполненную жидким фотополимером. Для нанесения первого слоя платформа поднимается наверх, после чего УФ-луч засвечивает определённые участки фотополимерного слоя, делая их твёрдыми.
После завершения первого слоя, платформа опускается вниз на расстояние, равное толщине одного слоя. Далее специальный валик выравнивает поверхность жидкого фотополимера на платформе, и процесс засвечивания повторяется. После завершения печати платформа с готовым изделием поднимается вверх из ванны, наполненной оставшимся жидким полимером. Стереолитография требует использование поддерживающих структур для выступающих частей изделия, которые печатаются из того же материала, что и основная модель. После окончания печати поддерживающие структуры удаляются из модели механическим способом. Материалы Технология SLS предоставляет широкие возможности в выборе расходного материала. Это могут быть не только полиамиды (например, нейлон или полистирол), но и металлы и сплавы.
Применение Благодаря своим физическим свойствам, изделия, получаемые с помощью SLA, создаются как для быстрого прототипирования и акетирования, так и для мелкосерийного производства готовых изделий.
1.2.2. Селективное лазерное спекание
Выборочное или селективное лазерное спекание (англ. Selective Laser Sintering) – одна из наиболее популярных технологий 3D-печати, с помощью которой создаются функциональные прототипы и мелкие партии готовых изделий. В качестве материала в данном случае используется полиамидный или керамический порошок, спекаемый в камере построения с помощью одного или нескольких лазеров.
Процесс
В начале печати слой материала в виде мелкодисперсного порошка заполняет платформу построения. Далее лазер спекает определённые участки порошка (контуры будущей модели), делая их твёрдыми. После спекания одного слоя платформа опускается вниз. Далее наносится следующий слой порошка, и процесс повторяется. Одним из весомых преимуществ данного метода печати является отсутствие необходимости в поддерживающих структурах.
Материалы Технология SLS предоставляет широкие возможности в выборе расходного материала. Это могут быть не только полиамиды (например, нейлон или полистирол), но и металлы и сплавы.
Применение Благодаря своим физическим свойствам, изделия, получаемые с помощью SLS, создаются как для быстрого прототипирования и макетирования, так и для мелкосерийного производства готовых изделий.
1.2.3. Цветная струйная печать
Технология CJP (Color Jet Printing) – единственная технология 3D-печати, с помощью которой можно создавать полноцветные модели.
Процесс
3D-принтеры, использующие технологию СJP, по принципу работы очень похожи обычные домашние струйные принтеры, печатающие на бумаге.
В качестве исходного материала для изделия может быть использован гипсовый или пластиковый порошок (в зависимости от модели принтера). Порошок тонкими слоями распределяется на платформе построения с помощью валика. После этого из струйных печатающих головок избирательно впрыскивается красящее связующее вещество. Связующее, попавшее на порошок, превращает его в твёрдый участок.
Прокрасив таким образом один слой модели, платформа опускается на толщину одного слоя вниз, и процесс повторяется до тех пор, пока вся модель не будет напечатана.Преимуществом этой технологии, помимо многоцветности, является отсутствие поддерживающих структур. В качестве поддержи для основной модели используется не склеившийся порошок, который впоследствии удаляется в специальную камеру и используется повторно для следующей печати.
Материалы Для печати изделий по технологии CJP может быть использовано два типа материала:
Гипсовый порошок. Модели из гипса обладают отличной цветопередачей, однако прочность таких изделий невелика. Для улучшения и сохранения насыщенности и яркости цветов, а также увеличение прочности изделия после печати модель пропитывается суперклеем. В результате итоговое изделие можно подвергать пескоструйной обработке, сверлить, нарезать на них резьбу, окрашивать и гальванизировать, то есть выбор вариантов обработки изготовленных деталей расширяется.
Пластиковый порошок. Изделия из пластикового порошка немного прочнее гипсовых, однако разрешение печати ниже. Для увеличения насыщенности и яркости цветов пластиковая модель также подвергается постобработке, но в отличие от гипсовой, в данном случае используется спиртовой раствор.