ПРИМЕР ПОСТРОЕНИЯ ТИПОВОЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ НА 3D-ПРИНТЕРЕ

EXAMPLE OF CONSTRUCTING A TYPICAL GEOMETRIC FORM ON A 3D PRINTER

Mikhail Ermakov

student gr. T-120; Faculty of TMS, Vladimir State University,

Russia, Vladimir

Tatyana Ulchenko

scientific adviser, candidate of technical sciences., associate professor, Department of AMiR, Vladimir State University,

Russia, Vladimir

АННОТАЦИЯ

В данной статье разобран пример построения типового плафона электрической лампы, с простыми геометрическими формами на 3D-принтере. В статье отмечено, что 3D-принтер позволяет выводить трехмерную информацию, т.е. создавать определенные физические объекты. В основе технологии 3D-печати лежит принцип послойного создания (выращивания) твердой модели.

ABSTRACT

In this article, an example of constructing a typical pla-background of an electric lamp with simple geometric shapes on a 3D printer is analyzed. The article notes that a 3D printer allows you to display three-dimensional information, i.e. create certain physical objects. The technology of 3D printing is based on the principle of layer-by-layer creation (growing) of a solid model.

Ключевые слова: 3D-принтер, 3D-печать, 3D-моделирование, 3D-модель, прототипирование, технология FDM, трёхмерная печать.

Keywords: 3D printer, 3D printing, 3D modeling, 3D model, prototyping, FDM technology.

Еще в 60-х годах фантасты предсказывали, что в 21 веке все задачи будут выполнять роботы, даже задачу производства самих себя. И мы двигаемся в сторону этой мечты семимильными шагами: 3D-печать стала доступной и простой в освоении. Благодаря универсальности 3D-печати, её начали использовать во многих областях: от ракетостроения до стоматологии и даже дизайна [1]. Данная технология не обошла область образования: во многих школах и университетах существуют собственные лаборатории 3D-печати и 3D-моделирования. 3D-печать позволяет создавать уникальные объекты. Устройство 3D принтера показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Устройство 3D принтера

Технология 3D-печати революционно меняет методы обучения и выводит образовательный процесс на совершенно новый уровень развития творческих способностей учащихся. Трёхмерное моделирование объекта хорошо подходит для визуализации и наглядности изображения детали, облегчает поиск ошибок при моделировании конструкции, помогает в сложном процессе моделирования объектов.В данной работе рассматривается процесс создания модели плафона, состоящего из трех частей (Рис. 2а), одна из которых включает в себя две серьги, перегородку, планку и удерживающие цилиндрические закладные детали (Рис. 2б).

Рисунок 2а. Плафон. Вид сверху              Рисунок 2б. Плафон. Вид снизу

В учебной дисциплине «Инженерная графика» рассматриваются следующие этапы изготовления детали [2]:

1. выполнение эскиза детали вручную карандашом, без чертежных инструментов, соблюдая пропорции и размеры детали;
2. выполнение рабочего чертежа - точное изображение видов и нужных разрезов детали;
3. выполнение развертки детали позволяет развернуть вид изделия на одной плоскости.

В случае выполнения развертки вида плафона, единственная неразвёртываемая часть изделия - это радиус дуги плафона. Развертка этой части плафона выполняется с помощью секторов. Имея линейные размеры и представление о детали, создаем 3D модель плафона, пользуясь платформой «Autodesk Inventor». Данный процесс получил название – прототипирование.

Существует множество инструментов прототипирования, которые помогают дизайнерам связывать артборды, создавать анимации и интерактивный интерфейс без участия разработчика, что значительно снижает стоимость проекта.  Прототипы это еще не все. Следующая ступень - быстрое производство. Уже сейчас некоторые технологии 3D-печати позволяют изготовлять готовые предметы из различных материалов. Это идеальное решение для мелкосерийного производства, поскольку унифицированный техпроцесс дает возможность сделать деталь любой конфигурации за относительно малое время.

Так как размеры плафона превышают область печати 3D-принтера, необходимо разбить виртуальную модель на части, размеры которых соответствуют области печати используемого 3D-принтера. Для соединения изготовленных частей выберем тип соединения «ласточкин хвост». Разделение модели на части выполняется при помощи средств «Autodesk Inventor», полученные после разделения элементы модели сохраняются в файл с расширением *.stl.

Специальное программное обеспечение «Ultimaker Cura» позволяет преобразовать 3d объект, полученный в «Autodesk Inventor», в объект, доступный для обработки 3D-принтером (файл с расширением .gcode). Загрузим в «Ultimaker Cura» нашу модель и нарежем её на слои (рис. 3), тем самым, мы «выращиваем» данную деталь, накладывая слои друг на друга. Так как модель печатается послойно вдоль вертикальной оси «z», для фиксации изделия в пространстве, назначаем дополнительные опорные слои-стойки, которые печатаются вместе с моделью, поддерживая ее во время печати. После нарезки нашей модели на слои сохраняем в файл с расширением *.gcode и отправляем  данный файл на 3D-принтер.

Для данной работы использовалась технология FDM трёхмерной печати из-за своей распространенности и не требующей больших затрат на расходные материалы.

Рисунок 3. Нарезка модели на слои

К минусам данной технологии можно отнести:

1) ограниченные габариты печатной области;

2) качество поверхности модели после печати;

3) жёсткость модели.

Выводы:

Благодаря 3d принтеру студент может применить знания и умения сразу в лаборатории. Получая из виртуальной модели сразу объёмную деталь. Следует отметить для начинающего пользователя – студента удобство работы в программе Inventor совместно с 3d принтером.

К плюсам отнесём

1. Простой и интуитивно понятный интерфейс
2. Имеется расширенная справочная система
3. хорошо сочетаются 2D возможности с помощью 3D технологии.
4. Имеется поддержка аддитивных технологий
5. Большое количество плагинов, расширяющих функционал программы.

Список литературы:

1. История создания трехмерных принтеров [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://vuzlit.ru/969299/istoriya_sozdaniya_trehmernyh_printerov (дата обращения: 24.02.22)
2. Романычева Э.Т. и др. Инженерная и компьютерная графика: учеб. для вузов. – М.: Высш. шк., 1996. – С.367.