Проект направлен на разработку технологического процесса изготовление наглядных анатомических пособий для обучения детей с нарушениями зрения посредством трехмерного моделирования, аддитивных и лазерных технологий.
Современные темпы развития промышленности требуют выбора технологий производства, требующих наименьших затрат и выполняемых в кротчайшие сроки.
Наряду с новыми и передовыми технологиями можно отметить стремительный рост внедрения аддитивных технологий.
Существует огромное количество определений, так или иначе характеризующие аддитивные технологии. В общем, под аддитивными технологиями понимают (АМ — Additive Manufacturing, AF- Additive Fabrication) технологии, которые позволяют изготавливать изделия за счет послойного синтеза, или послойного выращивания изделий по цифровой 3D-модели.
В отличие от традиционных технологий изготовления деталей методом вычитания материала из заготовки, использование аддитивных технологий подразумевает построение детали путем добавления слоя за слоем до получения готового изделия. Если при обработке по традиционным технологиям обработки деталей отходы материала иногда превышают 70 %, то при использовании аддитивных технологий этот показатель стремится к нулю.
Аддитивное производство (АП) включает в себя ряд этапов:
— проектирование в среде САПР;
— преобразование в STL-файлы;
— перенос STL-файла в машину аддитивного производства и манипулирование этими файлами;
— изготовление;
— последующая обработка (постобработка);
— применение.
В данном проекте рассматривается возможность изготовления анатомических наглядных пособий для обучения детей с нарушениями зрения посредством трехмерного моделирования, аддитивных и лазерных технологий.
Актуальность темы исследования обусловлена тем, что при обучении слепых и слабовидящих детей разнообразные средства наглядности применяются в значительно большей степени, чем в работе с нормально видящими детьми. Это обусловлено тем, что нормально видящий ребенок с раннего детства овладевает необходимой информацией об окружающем мире без каких-либо специальных условий. Причем 90 % этой информации — зрительная. Ребенок, имеющий глубокую зрительную патологию, нуждается в целенаправленном обучении способам ознакомления с окружающим миром.
В данном проекте рассматривается возможность изготовление анатомических наглядных пособий для обучения детей с нарушениями зрения посредством трехмерного моделирования, аддитивных и лазерных технологий.
Данная модель — отличный образовательный инструмент, объемные анатомическое наглядное пособие, которое представляет из себя кисть руки человека с мышечной тканью.
Он создан точно в соответствии с масштабированием.
Проект является анатомическим наглядным пособием для обучения детей с нарушениями зрения посредством трехмерного моделирования, аддитивных и лазерных технологий
Изучив предложения на рынке наглядных пособий, становится понятно, что современные пособия представляют из себя 2 вида продукции:
- Интерактивные демонстрационные комплексы
- Информационные планшеты и плакаты
Интерактивные демонстрационные комплексы применяется для мультимедийного сопровождения лекционных и практических занятий в лаборатории. Учебное демонстрационное оборудование состоит из мультимедиа проектора, экрана или интерактивной доски, документальной камеры, ПЭВМ, интерактивной панели, коммутатора аудио и видеосигналов, звуковой системы, усилителей и распределителей. Как видно из описания данный вид пособий требует немалых финансовых затрат на оснащение кабинета. Стоимость таких комплектов составляет несколько сотен тысяч рублей.
Стоимость информационных плакатов и планшетов варьируется от нескольких сотен до нескольких тысяч рублей, в зависимости от размера. Однако при использовании данного вида пособия теряется возможность демонстрации объемного представления об объекте.
Самостоятельное изготовление наглядных пособий посредством аддитивных и лазерных технологий позволяет избежать высоких затрат при производстве и решает проблему объемного наглядного представления об объекте изучения.
Цифровая модель кисти была спроектирована в программе Blender 3D. Blender 3D ― это многофункциональный профессиональный софт для создания и редактирования трехмерной графики.
Рис. 1. Интерфейс программы Blender 3D
CorelDRAW — графический редактор векторной графики.
Функционал: редактирование изображений стандартного пиксельного формата, работа с векторной/растровой графикой.
В данной программе была разработана информационная табличка.
Программа JobControl — используется для управления лазерными станками. Широкий функционал позволяет реализовывать большое количество задач, связанных с лазерной резкой: определять точку входа и возврата, настраивать параметры резки, мощность излучателя и скорость его перемещения, определять время для выполнения работы и многое другое. Может работать как с векторными (.cdr,.ai,.plt,.dxf и др.) так и растровыми файлами (.jpg,.png,.bmp и др.)
Рис. 2
PolygonX — программа слайсер, в которой реализованы функции поддержки нескольких экструдеров, разделение на слои, плавная переменная высота слоя, последовательная печать, печать в режиме «сотовых пузырей», разделение объектов на части.
Рис. 3. Интерфейс программы PolygonX
В данной программе был произведен слайсинг трехмерных моделей, которые необходимо было напечатать на 3D-принтере. Слайсинг — это процесс перевода 3D-модели в управляющий год (G-код), необходимый для того, чтобы принтер смог распознать и напечатать те или иные детали.
Все представленное программное обеспечение удобно в использовании и доступно обычным пользователям, существует множество методичек, статей и видео-уроков по работе с ними. Их использование упрощает многие задачи и расчеты, что помогает в проектировании изделий.
Для изготовления макета были использованы аддитивные (FDM) и лазерные технологии.
Аддитивные технологии — изготовление физического объекта методом послойного нанесения материала. В данном проекте они являются основными.
Основные преимущества аддитивных технологий
Улучшенные свойства готовой продукции. Благодаря послойному построению, изделия обладают уникальным набором свойств. Например, детали, созданные на металлическом 3D-принтере по своему механическому поведению, плотности, остаточному напряжению и другим свойствам превосходят аналоги, полученные с помощью литья или механической обработки.
Большая экономия сырья. Аддитивные технологии используют практически то количество материала, которое нужно для производства изделия. Тогда как при традиционных способах изготовления потери сырья могут составлять до 80–85 %.
Возможность изготовления изделий со сложной геометрией. Оборудование для аддитивных технологий позволяет производить предметы, которые невозможно получить другим способом. Например, деталь внутри детали. Или очень сложные системы охлаждения на основе сетчатых конструкций (этого не получить ни литьем, ни штамповкой).
Мобильность производства и ускорение обмена данными. В основе аддитивных технологий лежит компьютерная модель будущего изделия, которую можно передать в считанные минуты на другой конец мира — и сразу начать производство.
Все поставленные в проекте задачи были достигнуты.
Рассмотрено программное обеспечение: Autodesk Fusion 360, Polygon X, CorelDRAW, JobControl. Смоделированы детали изделий, произведена сборка, составлены чертежи САПР — Autodesk fusion 360. Также использованы вспомогательные программы — PolygonX, CorelDRAW, JobControl, необходимые для доработки и непосредственного изготовления деталей.
Рассмотрено оборудование для печати и лазерной резки. Выбраны 3D-принтеры Picasso за счет их точности, удобства, закрытой камеры и стеклянного стола. А также лазерный станок Trotec, имеющий все необходимые преимущества лазерной резки.
Выбраны оптимальные материалы для печати и лазерной резки. Для печати — пластики PLA, Пластик PLA имеет такие преимущества как прочность, легкость и нетоксичность. Для резки — органическое стекло (оргстекло) толщиной 3 и 8 миллиметров для изготовления доски
Детали подготовлены для печати и лазерной резки. Произведен слайсеринг деталей, которые необходимо напечатать, и обработка в программе лазерной резки деталей, которые подвергались лазерной обработке.
Рис. 4
Таким образом, цель изготовить анатомическое наглядное пособие посредством трехмерного моделирования, аддитивных и лазерных технологий была достигнута.
Литература:
- Д. В. Зиновьев «Проектирование в Autodesk Inventor» Литагент «Ридеро» 2015 г. — 140 с.
- М. А. Зленко, А. А. Попович, И. Н. Мутылина «Аддитивные технологии в машиностроении» Санкт-Петербург, Издательство политехнического университета 2013 г. — 221 с.
- Журнал «Аддитивные технологии» Техническая литература 2016–2019 гг.
- Сучкова Н. В., Толмачёва Л. В., Гончар В. А. «Особенности организации охраны труда при работе с аддитивными технологиями», Таганрог, ООО «ЭльДирект» 2017 г. — 92 с.
