Аддитивные технологии и актуальность их применения в образовательном процессе

В статье рассмотрены аддитивные технологии наших дней и актуальность их применения в образовательном процессе. В результате проведённого анализа автор статьи показывает, что технология 3Д-печати позволяет решать нетривиальные задачи в лабораториях, повышает уровень профессиональной подготовки, активизирует познавательную деятельность учащихся, повышает мотивацию и способствует развитию новых исследовательских методов и технологий.

Ключевые слова: 3Д-печать, 3Д-принтер, наглядное пособие, образовательный процесс.

Аддитивные технологии становятся все более доступными и занимают лидирующее место в процессе создания конечного продукта и стремительно внедряются в инновационное производство. Принимая это во внимание, считаю, что учебный процесс должен задать вектор развития данного процесса. Ведь развитие аддитивных технологий влечет за собой технологический прорыв человечества.

Трехмерная печать как современное веяние промышленной революции позволяет по-новому взглянуть на привычные подходы и средства визуализации в рамках учебного процесса. 3Д-печать, являясь инструментом интерактивного обучения и визуализации, наиболее подробно и наглядно акцентирует внимание на учебном предмете и отдельных его элементах. 3Д-печать позволяет задействовать у обучаемого не только зрительный, но и тактильный отдел, что снижает время для освоения новых знаний, умений, навыков [3]. Исходя из этого, делаю вывод, что тема моей работы является актуальной и соответствует современной концепции образования.

Для выявления актуальности и необходимости использования наглядных методических пособий в учебном процессе, был проведен опрос среди педагогов Хабаровского автомеханического колледжа. По результатам опроса установлено, что наглядное методическое пособие помогает 96 % педагогам в организации учебном процессе. При этом часто используют наглядные методические пособия всего лишь — 78 % педагогов, а хотят использовать — 81 %. Таким образом, можно сделать вывод, что существует дефицит наглядных методических пособий. Восполнить этот дефицит в рамках учебного заведения, можно напечатав модели пособий на 3Д-принтере.

В качестве предмета исследования было выбрана модель турбореактивного двигателя и на основе нее разработано пособие, которое наглядно демонстрируют его устройство. Данная модель выбрана не случайно, ведь именно реактивный двигатель изменил мир: человечество смогло быстро перемещаться на огромные расстояния и увидеть космос. Благодаря реактивным двигателям, стало возможным развитие авиации, космонавтики и военных технологий — все это заложило новую эпоху прогресса и открытий.

В первую очередь изучено устройство турбореактивного двигателя и принцип его работы. Далее разработаны цифровые модели, входящие в ее сборку. Для создания цифровых моделей использована российская импортонезависимая система трехмерного проектирования КОМПАС 3Д.

Построение 3д-моделей — это самая сложная и трудоемкая часть работы. Для построения всех деталей, входящих в сборку турбореактивного двигателя, понадобилось несколько дней. Частичная сборка представлена на рисунке 1.

После того как, созданы все 3Д-модели, входящие в сборкуфайлы необходимо конвертировать в STereoLithography (стереолитография) (STL). Большинство САПР программ имеют возможность экспортировать модель как STL-файл, поддерживаемый большинством современных 3Д-принтеров. Далее STL-файл с будущим 3Д-объектом необходимо обработать специальной программой, которая называется Слайсер — она переведёт его в понятный для принтера G-код.

Процесс трёхмерной печати довольно прост: когда печатающая головка выдаёт очередной слой расплавленного пластика в рабочую зону, платформа перемещается вниз на толщину слоя, после чего начинается формирование последующего, накладываемого поверх предыдущего. Так происходит в течение всего печатного цикла, пока на платформе не образуется оконечный облик детали.

После того как печать завершена, изготовленная деталь, как правило, выглядит не совсем презентабельно. На ее поверхности могут быть различные выступы и остатки пластика, которые необходимо будет аккуратно ликвидировать.

Для придания сборке более презентабельного вида часть деталей была окрашена.

Сборка — это самый простой технологический процесс, для которого не требуется специального навыка. Для полной сборки пособия дополнительно потребовались всего лишь стандартные крепежные изделия: винты и гайки M3x10 в количестве 72 штук, также шайбы. Сам демонстрационный образец собирается интуитивно и не требует применения физических усилий. Процесс сборки и готовая сборка показан на рисунке 2.

Рис. 2. Процесс сборки и готовая деталь

3Д-технологии легко интегрируются в образовательный процесс и помогают сделать его более наглядным, интересным и увлекательным. Благодаря 3Д-печати можно создавать уникальные наглядные пособия для проведения учебных занятий, обучающие и демонстрационные модели — как в полную величину, так и уменьшенные копии.

Основными преимуществами применения 3Д-печати являются сравнительная дешевизна, простота и скорость. На создание модели вручную может понадобиться несколько недель или даже месяцев [2]. 3Д-печать позволяет избавиться от человеческого фактора и повысить скорость создания модели вплоть до нескольких часов. При этом требуется наличие минимальных знаний, таких как: чтение чертежей; создание 3Д-модели в CAD системах; подготовка модели к печати на 3Д-принтере (загрузка расходного материала, установка параметров печати); печать модели на 3Д-принтере; окончательная обработка модели при помощи слесарного режущего инструмента [3].

Доступность 3Д-печати дает возможность преподавателям или мастерам производств в любой момент создать уникальное наглядное пособие или макет для проведения учебных занятий.

Таким образом, можно с уверенностью сказать, что технология 3Д-печати позволяет решать нетривиальные задачи в лабораториях, повышает уровень профессиональной подготовки, нежели результаты стандартного обучения по тем же дисциплинам, активизирует познавательную деятельность учащихся, повышает мотивацию и формирует необходимые компетенции обучаемых и педагогов, способствует развитию новых исследовательских методов и технологий.

1. Матюшкин Л. Б. Применение технологии ЗD-печати в обеспечении профессионально ориентированной подготовки кадров в интересах наноиндустрии [Электронный ресурс] / Л. Б. Матюшкин, Н. В. Пермяков. — Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-tehnologii-3d-pechati-v-obespechenii-professionalno-orientirovannoy-podgotovki-kadrov-v-interesahnanoindustrii
2. Сябренко А. П. Использование технологии 3D-печати в образовании будущих инженеров [Электронный ресурс] / А. П. Сябренко, Ю. С. Сахалтуева, С. Е. Юленков, В. С. Тынченко. — Режим доступа: https://naukaip.ru/wp-content/uploads/2016/08/K-16.pdf
3. Пылаева С. В. Применение технологии 3Д-печати в учебном процессе [Электронный ресурс] / Пылаева С. В., Чубаркова Е. В. — Режим доступа: https://elar.rsvpu.ru/bitstream/123456789/28281/1/978–5–8295–0623–0_2019_049.pdf