Творчество и современность

     В настоящее время практически любой процесс разработки новых объектов не обходится без проведения предварительного моделирования и тестирования опытных образцов. При этом в процессе создания различного рода проектов всегда ставится вопрос об их эффективности и целесообразности, а также затратах по времени и ресурсам. Построение разнообразных моделей позволяет ответить на некоторые из этих вопросов еще до начала конструирования и внедрения полученных разработок в эксплуатацию.

     Наиболее наглядным способом построения моделей является разработка трехмерных объектов, так как конечный результат представлен в репрезентативной форме. Именно поэтому развитие современных технологий 3D-печати, робототехники и методов 3D-моделирования приобретает все большее распространение и активно используется в учебном процессе и производстве. Такой подход полностью соответствует курсу инновационной политики, проводимой государством в настоящий момент. Применение инструментальных средств разработки и печати 3D-объектов обеспечивает возможность каждому высшему учебному заведению готовить специалистов высшего класса, которые смогут внести свой вклад в развитие экономического потенциала России. В связи с этим было бы целесообразно уделять больше внимания разработке образовательных программ, направленных на освоение технологий объемной печати, и создание соответствующих моделей.

     Целью данной статьи было изучение возможности применения технологии аддитивного производства в образовательном процессе в рамках дисциплины «Компьютерные технологии проектирования» у студентов факультета архитектуры и градостроительства.

     Аддитивная технология производства заключается в соединении материалов для создания объектов из данных 3D-модели слой за слоем, что кардинально отличает данную технологию от обычных субтрактивных, подразумевающих механическую обработку, то есть удаление вещества из заготовки. Создание объекта происходит постепенно и позволяет детально проследить все этапы изготовления.

Существует множество типов технологий 3D-печати:

1. Экструзия.

2. Фотополимеризация.

3. Формирование на выравненном слое порошка.

4. Подача проволочного материала.

5. Ламинирование.

6. Точечная подача порошка.

7. Струйная печать.

     В зависимости от технологии объект может строиться снизу вверх и наоборот. В результате получается прототип, максимально приближенный к реальному объекту.

Несомненными преимуществами данного подхода являются:

1. Экономия сырья – в процессе построения используется ровно то количество материала, которое необходимо для производства.

2. Проектирование сложных изделий – благодаря послойному наплавлению можно получить детали, которые тяжело реализовать на практике, например неделимые или внутренние элементы.

3. Экономия времени и мобильность – за счет компьютерной реализации отпадает необходимость в затратах на разработку инженерных чертежей и громоздких макетов.

4. Низкая стоимость оборудования и расходных материалов.

5. Возможность реализовать уникальные проекты, которые невозможно создать какими-либо другими субтрактивными технологиями.

     Для качественного освоения студентами дисциплины необходимо изучение технологии FDM-печати (метод послойного наплавления), производственный цикл которой начинается с создания трехмерной цифровой модели. Далее модель разрезается на слои с заданным шагом и располагается на рабочей площади принтера для последующей печати. При обработке модели могут генерироваться поддерживающие структуры, на которые наносятся горизонтальные слои самой модели или слои, расположенные под критическими углами. Данная технология также предоставляет возможность печати одновременно различными типами материалов и после производства позволяет легко удалять поддерживающие структуры при помощи растворителей либо другими методами.

     Структура учебной программы дисциплины подразумевает ее деление на несколько основных составляющих:

1. Знакомство обучающихся с основными технологиями аддитивного производства и применением их на практике.

2. Подробное изучение технологии FDM-печати.

3. Сравнительный анализ различных принципов построения кинематики и механики работы 3D-принтера.

4. Изучение программного обеспечения для обработки трехмерных моделей.

5. Практическое использование оборудования для трехмерной печати.

   Применение технологии FDM-печати в процессе обучения студентов Новосибирского государственного университета архитектуры, дизайна и искусств позволит обучающимся разрабатывать прототипы своих собственных проектов и использовать их для дальнейшего изучения и устранения возможных ошибок в работе. Помимо оперативного получения конкретных результатов проделанной работы использование данной технологии в учебном процессе позволит заинтересовать студентов в дальнейшем развитии собственных проектов и совершенствовании своих профессиональных навыков.

     Предполагается, что подача учебного материала будет осуществляться как в бумажной, так и в электронной форме, с возможностью изучения дистанционно и в многопользовательском режиме.

     После освоения каждого из этапов программы дисциплины обучающимся будет предложено решение теста с целью проверки усвоения теоретического материала. Помимо этого, в разрабатываемой программе предусмотрен ряд практических заданий, направленных на закрепление полученных навыков работы с программным обеспечением и непосредственно с самим 3D-принтером.

     Таким образом, программа дисциплины «Компьютерные технологии проектирования», включающая в себя изучение различных сред 3D-моделирования и программного обеспечения для использования 3D-принтеров, может быть использована в учебном процессе для студентов очной, а в дальнейшем и заочной форм обучения Новосибирского государственного университета архитектуры, дизайна и искусств.

    Изучение технологии аддитивного производства в рамках учебной дисциплины «Компьютерные технологии проектирования» позволит существенно увеличить и разнообразить направления профильного обучения, предоставляя возможность обучающимся познакомиться с процессом разработки прототипов – от проектирования цифровой 3D-модели до ее производства. При этом в процессе обучения студенты закрепят навыки компьютерного моделирования и получат опыт работы с техническим оборудованием, а также научатся разбираться в особенностях инженерного проектирования и самостоятельно смогут применять приобретенные знания и навыки в других областях своей деятельности.

APPLICATION OF THE ADDITIVE PRODUCTION TECHNOLOGY FOR QUICK PROTOTYPTION FOR TRAINING OF STUDENTS FROM THE NOVOSIBIRSK STATE UNIVERSITY OF ARCHITECTURE, DESIGN AND ARTS

Lastochkin P.V., Lecturer

Novosibirsk State University of Architecture, Design and Arts

Katkovskiy S.M., Lecturer

Novosibirsk State University of Architecture, Design and Arts

Abstract: This paper presents both the advantages of additive production technology and the possibility of using it, as a Fused deposition modeling (FDM) modeling process. Both methods were used for teaching students rapid prototyping.

Keywords: three-dimensional modeling, additive manufacturing, layer-by-layer casting method.