Знакомство с 3D моделированием и прототипированием.
методическая разработка по технологии (6 класс)

Цели деятельности педагога

Сформировать представление, о трехмерном моделировании и прототипировании с помощью 3D программы и аддитивных технологий. Создать условия для развития интереса к современным технологиями инженерно-конструкторских решений.

Тип урока

Постановка и решение учебной задачи

Планируемые
образовательные
результаты

Предметные (объем освоения и уровень владения компетенциями): расширят свои представления о современных программных возможностях для применения в  проектной деятельности с использованием  инженерно –конструкторских инструментов, получат возможность продолжить учиться: работать с 3D технологиями и освоение обучающимися soft and hard skills через кейс-технологии  в рамках «Точка Роста», организовывать рабочее место, использовать компьютер с соответствующими  программами, 3D принтер, материалы (филамент) и инструменты для работы с аддитивными технологиями; усвоят суть понятий «3Dмоделирование», «3D проектирование» , «3D дизайн», «конструкция», «геометрия», «аддитивные технологии», «3Dпринтер», «конструкция 3D принтера и принцип работы» .

Метапредметные : освоят главные приемы и навыки решения изобретательских задач и научатся использовать для выполнения проектов, демонстрирование нестандартного пути к решению учебных и практических задач в процессе моделирования изделия или технологического процесса , улучшат  навыки коммуникации в процессе реализации индивидуальных и коллективных проектов, освоят первостепенные  этапы создания проектов от замысла до защиты проекта и научатся применять на практике.

Личностные: смогут работать индивидуально, в малой группе и участвовать в коллективном проекте, проявлять творческие инициативу навыки и в разработке и защите проекта, чувствовать личную ответственность за результаты коллективного проекта, проявление когнитивных интересов и творческой активности в области прототипирования.

Методы и формы
обучения

Объяснительно-иллюстративный; индивидуальная, фронтальная

Основные понятия и термины

«3D моделирование», «3D проектирование» , «3D дизайн», «конструкция», «геометрия», «аддитивные технологии», «3Dпринтер», «конструкция 3D принтера» , «пластики для печати –филамент».

Образовательные
ресурсы

Интернет-ресурсы: https://ru.wikipedia.org/wiki/Трёхмерная_графика

https://en.wikipedia.org/wiki/3D_modeling

https://habr.com/ru/post/417605/

https://can-touch.ru/3d-tutorials/

http://www.nizrp.narod.ru

https://siusystem.ru

https://books.ifmo.ru

https://3dtoday.ru/wiki/3D_print_technology

https://www.qbed.space/knowledge/blog/additive-manufacturing-technologies

Наглядно-демонстрационный материал

Мультимедийный ряд: презентация «Прототипирование»,  видеоурок «3D моделирование»,

Подборка фотографий работ  учащихся 5-7 классов.

Оборудование

Интерактивная панель или  компьютер с проектором. Рабочее место для учащегося: компьютер, клавиатура, мышь, соответствующее программное обеспечение для создания модели, 3Dпринтер для дальнейшей печати.

Этапы
урока

Обучающие
и развивающие компоненты,
задания
и упражнения

Деятельность учителя

Деятельность

учащихся

Формы
организации совзаимодействия

Универсальные
учебные действия

Промежуточный контроль

1

2

3

4

5

6

7

I.Организационный момент

Приветствие, проверка присутствия учащихся. Проверка готовности обучающихся к уроку. Сообщение темы и целей урока:

- Тема сегодняшнего урока «Знакомство с 3D моделированием и прототипированием»

- Цель урока знакомство с трехмерным моделированием и прототипированием с помощью 3D программы и аддитивных технологий.

Получив целевую установку, слушают учителя. Записывают тему урока в тетрадь.

Фронтальная работа

Понимают значение знаний для человека и принимают его; имеют желание учиться.

II. Актуализация знаний.

- Давайте вспомним, с какими технологиями мы с вами познакомились на прошлых уроках.

(Субтрактивные, формативные)

Мотивирование к учебной деятельности:

- Ребята, как зовут человека который сказал:

- «Я беру глыбу камня и отсекаю от нее все лишнее».

Ответив на вопрос,

- «Как вам удается создавать такие великолепные статуи?»

(Микеланджело Буонарроти)
- В наше современное высокотехнологичное время, нет необходимости отсекать лишнее, а можно создать и изготовить, материализовать почти в идеальном исполнении, с необходимыми для нас характеристиками, чтоб они соответствовали нашим потребностям и поставленным целям.

Отвечают на наводящие вопросы вспоминая прошедшие темы. Перечисляют способы обработки субстрактивных и формативнх технологий

Фронтальная работа

III. Изучение нового материала.

- Сегодня мы на уроке познакомимся с  технологиями, которые  применяются почти во всех областях современного производства. Это технология послойного  прототипирования (слайд1).

Объяснение нового материала.

- Прототипирование:

– это создание полноразмерной (или в масштабе) физической модели объекта по виртуальной (компьютерной) модели (слайд2);

- современная аддитивная технология, дает возможность в короткие сроки произвести качественный прототип необходимой  нам детали

(слайд3).

-История появления технологии. «Трехмерной печати» появилась в конце 80-х гг. ХХ в. Пионером в этой области являлась компания 3D Systems, которая  разработала первую коммерческую стереолитографическую машину (1986 г). До середины 90-х гг. она использовалась главным в научно-исследовательской

и опытно-конструкторской деятельности, связанной с оборонной промышленностью.

- Давайте разберем понятие Аддитивные технологии-технология, предполагающая изготовление изделия по данным цифровой модели методом послойного добавления (add, англ. – добавлять отсюда и название) материала.

-Получение изделия происходит послойно, слой за слоем путем

формирования слоя материала, отверждения или фиксации этого слоя в соответствии с конфигурацией сечения СAD-модели и соединения каждого последующего слоя с предыдущим (слайд4).

-послойному принципу

построения физической модели, который заключается в следующем;

− считывание трёхмерной геометрии из 3D CAD-систем;

− разбиение трёхмерной модели на горизонтальные сечения (слои) с помощью специальной программы, поставляемой с оборудованием (слайд5);

− построение сечений детали слой за слоем снизу-вверх, до тех пор, пока не будет получен физический прототип модели. Слои располагаются снизу-вверх, один над другим, физически связываются между собой.

Построение прототипа продолжается до тех пор, пока поступают данные о

сечениях, CAD-модели.

-Эти технологии

принципиально изменили процессы проектирования и конструирования

изделий, превративших в процессы непрерывного создания изделий.

-Уже сейчас с помощью стандартных 3D-принтеров получают ткани,

обувь, продукты питания и даже выращивают живые человеческие органы.

Во многих отраслях, например, в космической отрасли, альтернативы

аддитивным технологиям не видно уже сегодня. (слайд 6)

Подготовка специалистов по АТ в отдельных предприятиях востребована

уже сейчас, а в ближайшее время такие специалисты станут необходимы во

всех отраслях народного хозяйства и, прежде всего, в отраслях приборо и

машиностроении.

- И так рассмотрим виды аддитивных технологий, которые существуют на сегодняшний день в наше время.

- Существует несколько инновационных видов аддитивных технологий:

FDM (Fused deposition modeling) – изделие формируется послойно из расплавленной пластиковой нити (слайд 7).

CJP (ColorJet printing) – единственная в мире 3d полноцветная печать с принципом склеивания порошка, состоящего из гипса (слайд 8).

SLS (Selective Laser Sintering) – технология лазерного запекания, при которой образуются особо прочные объекты любых размеров (слайд 9).

MJM (MultiJet Modeling) многоструйное 3d моделирование с использованием фотополимеров и воска (слайд 10).

SLA (Laser Stereolithography) – с помощью лазера происходит послойное отвердевание жидкого полимера(слайд 11).

-Так как у нас в учебном учреждении имеется FDM принтер марки PICASO designer

Остановимся более подробно на технологии экструзии.

- В этой технологии 3D печати, принтер экструдирует- выдавливает, материал из  сопла печатающей головки на подогретую плоскую платформу печати. Сопло следует заданной траектории  цифровой модели и печатает слой за слоем. Приводимое в движение шаговыми двигателями по трем осям X,Y,Z.

FDM печать, так же известная как FFF (Fused Filament Fabrication), или Производство методом наплавления нитей, являясь самым широко распространённым видом 3D печати. Катушка с филаментом (нитями термопластика) устанавливается либо в корпус принтера, либо снаружи  заправляется в печатающую головку принтера. Нити, проходя через нагреватель в печатающей головке, и подается в  сопло принтера, из сопла расплавленный  пластик выдавливается. Принтер непрерывно перемещает сопло в согласии с траекторией, заданной системой автоматизированного проектирования CAD, укладывая расплавленный материал в необходимых местах. Когда материал остывает, он затвердевает, и образовывается готовый слой сечения модели. Процесс продолжается, пока не будут распечатаны все слои. Есть принтеры, которые позволяют печатать сразу несколькими материалами. Это позволяет создавать цветные распечатки, или же печатать поддержки модели из растворимого материала для их более легко удаления после печати.

Плюсы: низкая стоимость принтеров и материалов для печати, открытый исходный код, возможность купить такой принтер в разобранном состоянии по низкой цене и собрать самостоятельно, печать несколькими материалами одновременно, быстрота печати.

Минусы: ограниченная точность печати (минимальный размер толщины слоя гораздо выше, чем у SLA принтера), шероховатая поверхность распечатков (хотя при печати определёнными материалами ее можно сгладить постобработкой), Применение:прототипирование, промышленное производство, быстрое производство, домашняя печать.

Используемые материалы: термопластики и композиты, поставляемые в виде катушек ABS, PLA, нейлон, PC, армированный волокнами нейлон, ULTEM, экзотические материалы (наполнение металлом, деревом и так далее).

Слушают объяснения учителя.

Смотрят презентацию, слайды.

Записывают в тетрадь  название методов послойного прототипирования

Фронтальная работа

IV.Творческая практическая деятельность.

Создание модели в 3D редакторе.

-Сейчас мы создаем 3D модель в редакторе или берем заранее подготовленную модель,  загружаем ее в программу слайсер, сохраняем ее с расширение м STL на флеш-накопитель и устанавливаем в 3D принтер. Выбираем режим печати, наносим термо-клей на печатающую поверхность, проверяем заправленный пластик и запускаем печать.

Выполняют творческую

работу.

Индивидуальная работа

Познавательные: умеют применять полученные

знания в собственной

инженерно-творческой деятельности.

Регулятивные: составляют план и последовательность действий в создании 3D модели; контролируют приемы операций и их результата с заданным эталоном
с целью обнаружения

отклонения от эталона.

Коммуникативные: задают вопросы для уточнения последовательности операций создания элементов детали и техники исполнения.

V. Итог урока. Рефлексия

Выставка работ обучающихся, анализ и эстетическая оценка.

Обобщающая беседа

– Ребята, что нового вы узнали на сегодняшнем уроке?

– Молодцы, вы очень хорошо поработали!

Рассматри-вают работы. Проводят сравнительный анализ с виртуальной моделью.

Фронтальная работа

Личностные: понимают значение знаний для человека.

Регулятивные: оценивают свою работу.

Устные

ответы