Использование свободного ПО при подготовке будущих учителей информатики в области 3D-печати (Елена Татьянич, OSEDUCONF-2024)

Ссылки сюда (1) →

Короткая ссылка: 20240629B

Докладчик

Елена Татьянич

Доклад посвящён рассмотрению свободного программного обеспечения, позволяющего осуществить полный цикл создания объекта средствами технологии трёхмерной печати FDM:

• формирование трёхмерной модели (Blender, FreeCAD),
• подготовка её к печати (Blender, FreeCAD, Ultimaker Cura),
• генерация управляющего кода для 3D-принтера (Ultimaker Cura).

Описан опыт использования указанного свободного ПО в рамках дисциплины «3D-моделирование и печать», реализуемой для бакалавров направления «Педагогическое образование» профилей «Математика» и «Информатика», «Информатика» и «Технология».

Презентация

Thesis

• http://lms.vspu.ru/courses/3d-modelling_and_3d-printing/

Подготовка будущих учителей информатики в области преподавания технологий трёхмерной печати включает два направления:

• Подготовку специалистов в области трёхмерной печати.
• Подготовку педагогов, владеющих опытом реализации образовательных программ, предполагающих изучение и использование технологий 3D-печати. Исследование этого направления остаётся за рамками доклада.

Осуществление первого направления подразумевает овладение опытом реализации полного цикла создания объекта средствами технологий 3D-печати, что включает:

1. подготовку трёхмерной модели;
2. конвертацию её в формат STL;
3. дополнительную обработку конвертированной модели и её передачу на 3D-принтер;
4. настройку принтера;
5. печать модели;
6. постобработку распечатки.

Рассмотрим возможности CПО для обеспечения реализации первых трёх этапов рассмотренного цикла. На остальных ПО отвечает за работу конкретного принтера (прошивка, этапы 4,5) или не используется совсем (6). Выбор рассматриваемых далее представителей CПО обусловлен или отсутствием выбора в классе соответствующего CПО (САПР FreeCAD), или богатым профессиональным инструментарием и обширным удобно структурированным разделом справочных материалов сайта разработчика (пакет создания 3D-графики Blender), или дружественностью для начинающих и широтой возможностей (слайсер Ultimaker Cura).

1) В зависимости от целей дальнейшего использования распечатки создание и первичная подготовка 3D-модели может осуществляться или в Blender, или в FreeCAD. Обе среды позволяют:

• создавать твердотельные модели;
• проверять их манифолдность и направленность нормалей граней наружу модели;
• оценивать размеры модели относительно печатной области 3D-принтера;
• оптимизировать печать путём использования в модели фасок;
• оценивать необходимость наличия мелких и/или нависающих элементов модели;
• экспортировать модель в формат STL.

Обе системы предоставляют возможность создавать модели из примитивов с использованием булевских операторов (объединение, пересечение, разность), операций выдавливания, масштабирования, поворота, отзеркаливания. Но применение Blender наиболее оправдано для создания объектов художественной направленности. Построение по точным размерам в нём затруднительно, хотя и возможно. Для создания моделей инженерной направленности предназначен FreeCAD, ориентированный на контроль за точностью размеров моделируемых объектов и историей их моделирования через дерево проектов. FreeCAD так же поддерживает построение моделей по чертежам, использование системы автоматических ограничений параметров чертежа, выдавливание модели по чертежу.

В Blender представлены встроенные инструменты проверки на манифолдность и плагин 3D Print Toolbox, позволяющий автоматически исправлять найденные проблемы. Аналогичные инструменты в FreeCAD собраны в верстаке Part (Проверка геометрии).

• 2) Конвертация модели в формат STL поддерживается всеми средами создания 3D-моделей.
• 3) Ultimaker Cura позволяет выбрать марку используемого принтера. В случае отсутствия нужного принтера в списке минимальные параметры печати (размер области печати, количество экструдеров, диаметр сопла) можно задать вручную. Cura предоставляет широкий выбор сортов пластика с предоставленными фирмами-производителями сведениями (температурой плавления, диаметром прутка и т. п.), которые автоматически учитываются в настройках параметров печати. Cura предлагает выбор из предустановленных стандартных настроек печати, подобранных для ускорения печати, повышения её качества или баланса качества и скорости. Все настройки подлежат коррекции.

Cura позволяет регулировать высоту слоёв (начального, верхнего, обычных), стенок, заполнение (тип, плотность в процентах), скорость печати (скорость, ускорение рывок), скорость подачи пластика, температуру, обдув, ретракт, использование средств адгезии (отсутствие, рафт, юбка, кайма), наличие поддержек, их расположение и вид. Cura автоматически исправляет некоторые геометрические ошибки создания модели.

Также Cura позволяет изменять пропорции модели, её положение на печатном столе (переносы, повороты). Последнее позволяет ускорить печать, убрав необходимость использования поддержек, или предотвратить некоторые ошибки печати.

После нарезки на слои (фактически, генерации управляющего кода для принтера) Cura оценивает время печати и объём требуемого пластика.

С 2020 года Blender, FreeCAD, Ultimaker Cura обеспечивают реализацию курса «3D-моделирование и печать» (направление «Педагогическое образование» профили «Математика» и «Информатика», «Информатика» и «Технология», ВГСПУ). Курс включает разделы «3D-моделирование», «3D-печать». Содержит 9 лекций, 14 лабораторных и 2 контрольные работы, задания для СРС. Зачёт — защита индивидуальных проектов. Курс поддержан полным комплектом методических материалов.