ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Οι αρχές του 3D Modeling και 3D Printing μας ξαναφέρνουν σε στενή επαφή με το πολύ γνωστό μας σύστημα των καρτεσιανών συντεταγμένων. Τα αντικείμενα μοντελοποίησης σε τρεις διαστάσεις με λογισμικό που βασίζεται σε υπολογιστή κάνουν ευθεία αναφορά στο σύστημα αυτό.

Οι δραστηριότητες που θα ακολουθήσουν, θα αποτελέσουν πρόκληση για τον τρόπο με τον οποίο οι μαθητές σκέφτονται τα καθημερινά αντικείμενα φιλτράροντάς τα πρώτα στο επίπεδο. Οι μαθητές θα βιώσουν έναν ολοκληρωμένο κύκλο σχεδιασμού, από το “brainstorming” και τη λήψη μετρήσεων, έως τη μοντελοποίηση, την εκτύπωση 3D και την ανάλυση των προϊόντων τους. Αυτό το μάθημα θα εξοπλίσει τους μαθητές με γερά θεμέλια στο CAD, στην 3D εκτύπωση και τον  σχεδιασμό για την κατασκευή.

ΣΤΟΧΟΙ ΓΙΑ ΤΟΥΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΟΜΕΝΟΥΣ

-Να μάθουν για τα μαθηματικά πλαίσια για τη μοντελοποίηση αντικειμένων σε δύο διαστάσεις και σε τρεις διαστάσεις

-Να μάθουν πώς να μοντελοποιούν αντικείμενα χρησιμοποιώντας CAD

-Να μάθουν για το σχεδιασμό για την κατασκευή

ΠΟΥ ΑΠΕΥΘΥΝΕΤΑΙ

Σε μαθητές από την Γ’ Γυμνασίου μέχρι την Γ’ Λυκείου ή σε αρχάριους σχεδιαστές 3D

ΕΦΑΡΜΟΖΟΜΕΝΑ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ

-Μαθηματικά

-Μηχανική

-Σχεδιασμός προϊόντος

-Κατασκευή

ΕΡΓΑΛΕΙΑ – ΥΛΙΚΑ

-Cura Software

-.STL File

-Πίνακας και μαρκαδόροι

-Ηλεκτρονικός υπολογιστής

-Στυλό – Χαρτί – Χαρτί μιλιμετρέ – Κανόνας (χάρακας)

-3D Modeling (CAD) Software

ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

5 λεπτά Κάντε τώρα | Σφαίρα: Οι μαθητές καλούνται να προβληματιστούν για το πώς χρησιμοποιούμε ένα λογισμικό μοντελοποίησης 3D για να δημιουργήσουμε μια σφαίρα  στο χώρο.

40 λεπτά Θεμελίωση γνώσης | Πλαίσιο: Κάνοντας ένα πλαίσιο σε 2D και 3D οι μαθητές εισάγονται στα 2D διανύσματα και 3D διανύσματα σαν μέσο κατανόησης των βασικών μαθηματικών του λογισμικού 3D μοντελοποίησης.

3 ώρες Εξερεύνηση | Βασικά στοιχεία CAD:  Εισάγονται  στους μαθητές  οι βασικές έννοιες μετατροπής 2D σχεδίων σε τρισδιάστατα μοντέλα και μαθαίνουν τις βασικές αρχές ενός λογισμικού CAD.

Μοντελοποίηση με χρήση CAD: Οι μαθητές  δημιουργούν δύο μοντέλα (ένα εξάπλευρο τετράγωνο και μια κορίνα του μπόουλινγκ) χρησιμοποιώντας διαστάσεις που θα βρουν μόνοι τους.

Πρόκληση Lego: Οι μαθητές εισάγονται στην κατασκευή χρησιμοποιώντας τρισδιάστατους εκτυπωτές και  σχεδιάζουν,   μοντελοποιούν και εκτυπώνουν ένα προσαρμοσμένο μέρος που συνδέεται με ένα τυπικό κομμάτι Lego.

30 λεπτά Ανατροφοδότηση | Ακρίβεια: Οι μαθητές παρατηρούν προσεκτικά τα εκτυπωμένα αντικείμενα και αναλύουν τις διαφορές  των διαστάσεων μεταξύ των  αρχικών σχεδίων και των τελικών  κατασκευών τους.

5 λεπτά Κλείσιμο | Κοιτάζοντας προς το μέλλον: Οι μαθητές συζητούν  για την κατασκευή, το κόστος και άλλες επιπτώσεις όσον αφορά την ακρίβεια της μηχανικής κατεργασίας και τη σημασία του σχεδιασμού με γνώμονα τις ανοχές για κάθε μηχανή. 

ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ #1

5 λεπτά Κάντε τώρα

Ζητάμε από τους μαθητές να καταγράψουν στο χαρτί για το πώς πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται το λογισμικό σχεδιασμού με τη βοήθεια υπολογιστή (CAD) για τη μοντελοποίηση μιας σφαίρας.

ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ #2

5 λεπτά Βασικές  γνώσεις

1. Ενημερώνουμε τους μαθητές μας για τη σημασία της τρισδιάστατης μοντελοποίησης στην καθημερινή μας ζωή.
2. Τροφοδοτούμε τους μαθητές με βασικές πληροφορίες  σχετικά με διανύσματα,  επίπεδα και το καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων, καθώς  όλα αυτά σχετίζονται με  την τρισδιάστατη μοντελοποίηση με λογισμικό CAD.
   
3. Δισδιάστατο Καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων: Σχεδιάζουμε στον πίνακα, τις συντεταγμένες επιπέδου X, Y με κλίμακα. Σχεδιάζουμε ένα διάνυσμα  (V = 4,5) στο 1ο τεταρτημόριο και δείχνουμε για το διάνυσμα  τις συνισταμένες του X (Vx = 4,0) και Y (Vy = 0,5), όπου Vx + Vy = V.

4. Σχεδιάζουμε τρία πρόσθετα διανύσματα (βέλη) στον πίνακα και ζητάμε από τους μαθητές να τα αποτυπώσουν με τις συνιστώσες των διανυσμάτων.

Συμβουλή: Κάθε διάνυσμα είναι η διαγώνια ενός ορθογωνίου. Η κατανόηση του τρόπου προσδιορισμού μαθηματικά των κορυφών του ορθογωνίου θα τους βοηθήσει πολύ στη σχεδίαση διανυσμάτων σε ένα τρισδιάστατο καρτεσιανό σύστημα.

5. Τρισδιάστατο καρτεσιανό σύστημα: Σχεδιάζουμε στον πίνακα, ένα επίπεδο συντεταγμένων X, Y, Z με κλίμακα. Δείχνουμε με βήματα σχεδίαση ενός διανύσματος (V = 3, 2, 4) με ένα ορθογώνιο πρίσμα.

6.  Δίνουμε στους μαθητές διάφορες συντεταγμένες διανυσμάτων (x, y, z) και τους δίνουμε οδηγίες ώστε να εξασκηθούν  στη σχεδίαση των διανυσμάτων (V, Vx, Vy και Vz) χρησιμοποιώντας το καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων. π.χ. (10, 10, 10), (5, 10, -5), (1, 3, 8).

ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ

Η μοντελοποίηση 3D είναι ένα οπτικοποιημένο και αναλυτικό εργαλείο με πολλούς σκοπούς και οφέλη. Η μοντελοποίηση επιτρέπει την επικοινωνία των ιδεών, τη δομική σκοπιμότητα των σχεδίων που πρέπει να δοκιμαστούν μέσω προσομοιώσεων και τα μέρη που πρέπει να βελτιωθούν επαναληπτικά πριν από την κατασκευή.

Για παράδειγμα, μέσα σε λίγο χρόνο, μπορεί ένα μέρος να μοντελοποιηθεί με λογισμικό σχεδιασμού με τη βοήθεια υπολογιστή (CAD), μπορούν οι φυσικές του ιδιότητες να αναλυθούν υπό ρεαλιστικές συνθήκες των συνισταμένων δυνάμεων και μπορούν οι μηχανικοί να ενημερώσουν το μοντέλο όπως χρειάζεται.

Η μοντελοποίηση εξοικονομεί πολύτιμο χρόνο, χρήμα και πόρους στις εταιρείες και αποτελεί αναπόσπαστο μέρος της αυτοκινητοβιομηχανίας, της άμυνας, της μηχανικής, της μόδας, της αρχιτεκτονικής, της ενέργειας, του σχεδιασμού παιχνιδιών, της ψυχαγωγίας και των ιατρικών βιομηχανιών, κ.α. Ένα CAD μοντέλο προσθετικού ποδιού φαίνεται εδώ:

 

Τα διανύσματα και τα επίπεδα επιτρέπουν στους υπολογιστές 2D να οπτικοποιούν περιβάλλοντα 3D. Ένα διάνυσμα, που συχνά αντιπροσωπεύεται από ένα βέλος, είναι ένα γεωμετρικό αντικείμενο με δύο ιδιότητες: μήκος και κατεύθυνση. Ένα επίπεδο είναι μια δισδιάστατη επιφάνεια που εκτείνεται απείρως.

Σκεφτείτε ένα καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων για έναν τρισδιάστατο χώρο. Το σύστημα συντεταγμένων αποτελείται από τρία τέμνοντα, ζευγάρια κάθετων επιπέδων. Οι διασταυρώσεις αυτών των επιπέδων γίνονται οι άξονες προς κάθε κατεύθυνση: X, Y και Z. Το CAD εμφανίζει συχνά τα καρτεσιανά επίπεδα ως οδηγούς αναφοράς.

Το σημείο εκκίνησης στο CAD είναι ένας άδειος χώρος εργασίας, ο οποίος στην περίπτωση του ενός λογισμικού, εμφανίζει τα τρισδιάστατα καρτεσιανά επίπεδα.

Συνήθως σκεφτόμαστε πώς θα σχεδιάσουμε σε ένα πρόγραμμα CAD την πρώτη γραμμή ενός τμήματος, στο μπροστινό επίπεδο και ξεκινώντας από την αρχή. Όμως, δεν αρκεί απλώς να σχεδιάσουμε μια γραμμή και να προχωρήσουμε. Πρέπει να πούμε στον υπολογιστή το μήκος αυτής της γραμμής (π.χ. 50 mm). Η γραμμή των 50 mm που ξεκινά από την αρχή μπορεί να μετακινηθεί, επειδή δεν είναι πλήρως καθορισμένη. Χρειάζεται κατεύθυνση (ή γωνία). Μόνο όταν αυτή η γραμμή έχει καθορισμένο μήκος και κατεύθυνση, όταν είναι ένα διάνυσμα, θα είναι χρήσιμη σε ένα μοντέλο 3D.

ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ #3

3 ώρες Εξερεύνηση

1. Εξηγούμε τις αρχές της γεωμετρικής και στερεάς μοντελοποίησης στους μαθητές.
2. Επίδειξη με πρόγραμμα CAD, π.χ. το FreeCAD, το OpenSCAD, το Blender, το SketchUP, κ.α.. Διδάσκουμε στους μαθητές για τη διαδικασία μετατροπής 2D σκίτσων σε τρισδιάστατα αντικείμενα (εξώθηση [extrude], περιστροφή [revolve]).

Προαιρετικά: Σχεδιάζουμε ένα απλό σχήμα στον πίνακα (π.χ. κύκλο) και ρωτάμε τους μαθητές τι θα μπορούσε να γίνει με τον κύκλο ώστε να τον μετατραπεί σε διαφορετικά σχήματα 3D.

Ομοίως, δημιουργούμε στον πίνακα μια λίστα με κοινά τρισδιάστατα σχήματα (π.χ. σφαίρα, δίσκο, κώνο, κύβο, θόλο)  και ρωτάμε τους μαθητές πώς θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν 2D σχήματα για τη μοντελοποίηση του καθενός.

4. Δείχνουμε στους μαθητές αρκετές εικόνες των τμημάτων CAD που εξωθήθηκαν και πολλές που περιστράφηκαν και ζητάμε από τους μαθητές να σχεδιάσουν το θεμελιώδες σχήμα για το καθένα.
5. Συζητάμε πρόσθετα εργαλεία που είναι συνήθως διαθέσιμα σε προγράμματα CAD (π.χ. σάρωση [sweep], πατάρι [loft], φιλέτο [fillet] και φαλτσοκόψιμο [chamfer], κ.λπ.), καθώς και τη δύναμη του φινιρίσματος [rendering].
6. Εισαγάγουμε τους μαθητές στη δομή εντολών του προγράμματος CAD.
   
7. Βάζουμε μία πρόκληση στους μαθητές να δημιουργήσουν ένα μοντέλο μιας εξάπλευρου ζαριού (χρησιμοποιώντας τελείες ή αριθμούς).
8. Βάζουμε μία πρόκληση στους μαθητές να δημιουργήσουν ένα μοντέλο μιας κορίνας μπόουλινγκ με τις κόκκινες ρίγες!

Προαιρετικά: Ζητάμε από τους μαθητές να μοντελοποιήσουν μια μπάλα μπόουλινγκ και μια λωρίδα μπόουλινγκ και να τοποθετήσουν με συναρμολόγηση την μπάλα και την κορίνα στη λωρίδα.

 

 

ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ

Με τον όρο “3D Modeling” εννοούμε το σχεδιασμό ενός τρισδιάστατου σχήματος, τη δημιουργία του μοντέλου και την απεικόνισή του σε ψηφιακή μορφή αναγνώσιμη από υπολογιστή. Είναι γενικά το πρώτο βήμα που απαιτείται για μια σειρά από εφαρμογές: για παράδειγμα, για την κατασκευή φυσικών αντικειμένων ή για καθαρά “εικονικές χρήσεις”, όπως εικόνες 3D, γραφικά ή ταινίες.

Υπάρχουν δύο 3D τεχνικές μοντελοποίησης: η χειροκίνητη και η αλγοριθμική. Ένα μοντέλο 3D μπορεί επίσης να ληφθεί με τη σάρωση ενός πραγματικού αντικειμένου. Η “χειροκίνητη μέθοδος” είναι εμπνευσμένη από την παραδοσιακή γλυπτική, όπου μπορούμε να χειριστούμε ένα υλικό μέχρι να φτάσουμε στο επιθυμητό σχήμα. Με την αλγοριθμική μοντελοποίηση μπορούμε να περιγράψουμε το αντικείμενο με τεχνικές προγραμματισμού και είναι οι πλέον κατάλληλες τόσο για την επίτευξη μοντέλων υψηλής ακρίβειας όσο και για την αναπαραγωγή παρόμοιων μοντέλων.

Υπάρχουν πολλά υπολογιστικά μοντέλα  και πολλές μορφές αρχείων: ένα από τα πιο κοινά μοντέλα είναι το polygon meshes (πολυγωνικό πλέγμα) που περιγράφει την εξωτερική επιφάνεια του μοντέλου και χρησιμοποιείται από πολλά δημοφιλή λογισμικά όπως το FreeCAD, το Blender και το Google SketchUp.

Μια άλλη μέθοδος που αξίζει να αναφερθεί είναι η Constructive Solid Geometry (CSG),  η οποία περιγράφει το σύνολο του όγκου του μοντέλου,  ξεκινώντας από απλά πρωτόγονα σχήματα, όπως κύβοι, κύλινδροι, σφαίρες και συνδυάζοντας το ένα στο άλλο μέσα από ενώσεις, τομές και διαφορές. Όπως μπορούμε να φανταστούμε, η ρεαλιστική αναπαράσταση των οργανικών μορφών με αυτό το σύστημα απαιτεί πολλή δουλειά. Αλλά είναι το κατάλληλο σύστημα για την αναπαράσταση μηχανικών μερών.

Ανάλογα με τους στόχους που θέλουμε να πετύχουμε, θα πρέπει να δώσουμε προσοχή σε αρκετά θέματα μοντελοποίησης: στα  μοντέλα 3D είναι σημαντική η «εξωτερική» και η οπτική απόδοση και οι επιφανειακές τους ιδιότητες, αλλά όταν το μοντέλο πρέπει να είναι γίνει φυσικό, η πραγματική δομή του αντικειμένου και οι μηχανικές του ιδιότητες είναι θεμελιώδους σημασίας. Γι’ αυτό το σκοπό, η 3D μοντελοποίηση με βάση το Constructive Solid Geometry είναι εξαιρετικά χρήσιμη.

Η μοντελοποίηση 3D βασίζεται σε αρχές τόσο γεωμετρικής όσο και συμπαγούς μοντελοποίησης. Η γεωμετρική μοντελοποίηση περιλαμβάνει την αναπαράσταση αντικειμένων με εξισώσεις, ενώ η συμπαγής μοντελοποίηση περιλαμβάνει τον καθορισμό τιμών (μήκη, γωνίες και άλλες χωρικές σχέσεις) μέσα σε ένα αντικείμενο.

Για παράδειγμα, μια εταιρεία έχει δημιουργήσει ένα μοντέλο για ένα ποδήλατο. Αυτό το γεωμετρικό μοντέλο διέπεται από ένα σύνολο εξισώσεων, έτσι ώστε το πλαίσιο να μπορεί να κλιμακωθεί με βάση το ύψος των διαφορετικών αναβατών. Μόλις γίνουν γνωστά τα ύψη του αναβάτη, το γεωμετρικό μοντέλο (με βάση την εξίσωση) μπορεί να μετατραπεί σε συμπαγές μοντέλο (πλήρως καθορισμένο).

2D πριν από το 3D: Η διαδικασία σχεδιασμού μοντελοποίησης 3D ξεκινά με ένα 2D σχέδιο. Ας εξετάσουμε ένα κυλινδρικό τμήμα, έναν δακτύλιο, μέσα στο σκελετό ενός μοντέλου  ποδηλάτου. Ένας CAD σκελετός μοντέλου ποδηλάτου φαίνεται εδώ και ειδικά στην δεύτερη εικόνα φαίνεται μια προβολή ενός τμήματός του, ενός δακτυλίου,  που καλείται “bushing”: 

Υπάρχουν δύο βασικοί τρόποι με τους οποίους μπορεί να μοντελοποιηθεί αυτός ο δακτύλιος. Είτε μπορεί να εξωθείται από έναν κύκλο ή να περιστρέφεται γύρω από ένα ορθογώνιο. Η εξώθηση μπορεί να θεωρηθεί ως «τράβηγμα» ή «τέντωμα» ενός σχήματος σε συγκεκριμένη κατεύθυνση. Περιστροφή είναι η διαδικασία περιστροφής ενός σχήματος γύρω από έναν άξονα.

Οι μαθητές να εξερευνήσουν πρόσθετα εργαλεία, όπως σάρωση, σοφίτα, φιλέτο και chamfer και άλλα. Ένα πολύ  κατατοπιστικό βίντεο είναι  αυτό εδώ.

 

Τύποι αρχείων: Υπάρχουν πολλά αρχεία τμημάτων που σχετίζονται με το CAD: αρχεία τμημάτων, αρχεία συναρμολόγησης, αρχεία σχεδίασης και αρχεία που μπορούν να διαβαστούν από εκτυπωτές 3D (αρχεία .STL). Ένα σχέδιο βασίζεται σε ένα τμήμα και απεικονίζει 2D προβολές και διαστάσεις του τμήματος. Αυτά τα σχέδια μπορούν να τα πάρουν οι μηχανικοί, για παράδειγμα, που χρησιμοποιούν το σχέδιο ως οδηγό για το τι πρέπει να φτιάξουν. Τα ανταλλακτικά μπορούν να συνδυαστούν σε ομάδες ανταλλακτικών ή συγκροτήματα. Ένα τέτοιο παράδειγμα φαίνεται εδώ:

Τελικές πινελιές: Εκτός από τη μοντελοποίηση του σχήματος των αντικειμένων, μπορεί επίσης να προσαρμοστεί και η υλική εμφάνιση των αντικειμένων. Το μοντέλο μιας γυάλινης επιτραπέζιας επιφάνειας μπορεί να υποστεί επεξεργασία, ώστε να μοιάζει με γυάλινο επιτραπέζιο. Μπορεί να δημιουργηθεί μια απόδοση του γυάλινου γραφείου σε ένα γραφείο, με την εμφάνιση φυσικού φωτός που ρέει μέσα από τα παράθυρα.

Επαγγελματικές προοπτικές: Μια πολύ ενδιαφέρουσα συνέντευξη για το επάγγελμα του modeller από ένα ειδικό είναι η παρακάτω που αξίζει να την δουν οι μαθητές που ενδιαφέρονται πολύ για το 3D Modelling:

How to Get Started with 3D Modeling: An Interview with 3D Modeling Expert Jonathan Williamson

ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ

H τρισδιάστατη εκτύπωση (3D printing), ή αλλιώς προσθετική κατασκευή, θεωρείται ως η σημαντικότερη τεχνολογία των τελευταίων ετών παγκοσμίως. Κάποιοι θεωρούν πως μια τέτοια δήλωση είναι αλήθεια. Άλλοι πιστεύουν πως αυτή η εντύπωση είναι λανθασμένη ως αποτέλεσμα της διογκωμένης δημοσιότητας. Σίγουρα είναι κάτι καινούργιο και συναρπαστικό. Τι είναι όμως στην πραγματικότητα η 3D εκτύπωση και σε τι μπορεί να μας βοηθήσει;

Η 3D εκτύπωση είναι μια προηγμένη τεχνολογία, ή καλύτερα διαδικασία, η οποία καθιστά δυνατή τη δημιουργία αντικειμένων μέσω πολλαπλών αλλεπάλληλων στρώσεων υλικού, συνήθως πολύ μικρότερων του ενός χιλιοστού.

Η τρισδιάστατη εκτύπωση έχει ριζικές διαφορές με οποιαδήποτε από τις παραδοσιακές μεθόδους κατασκευής. Πρόκειται για μια ταχεία προσθετική διαδικασία κατασκευής που καλύπτει μια μεγάλη ομάδα τεχνολογιών και διεργασιών. Αυτό μας επιτρέπει να χρησιμοποιούμε την τρισδιάστατη εκτύπωση για τη δημιουργία αντικειμένων και την παραγωγή προϊόντων επιλέγοντας από ένα ευρύ φάσμα υλικών, ανάλογα πάντα με τις ανάγκες μας. Στην πλειοψηφία των περιπτώσεων, αν όχι πάντα, η 3D εκτύπωση μπορεί να μας προσφέρει ένα άριστο αποτέλεσμα σε πολύ λιγότερο χρόνο και με εξαιρετικά μικρότερο κόστος συγκρίνοντάς την με τις συνηθισμένες κατασκευαστικές μεθόδους.

ΟΔΗΓΙΕΣ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ

1. Τρισδιάστατη εκτύπωση. Εξηγούμε στους μαθητές πώς λειτουργεί η εκτύπωση στερεολιθογραφίας (SLA), παράλληλα με μια ζωντανή επίδειξη. Ένα πολύ  κατατοπιστικό βίντεο είναι  το: https://youtu.be/sFpSxX0SzgY

2. Πρόκληση Δίνουμε σε κάθε μαθητή διάφορα τυπικά κομμάτια Lego. Εισάγουμε τους μαθητές στην επόμενη δραστηριότητα: σχεδιασμός, τρισδιάστατο μοντέλο και τρισδιάστατη εκτύπωση ενός προσαρμοσμένου κομματιού Lego. Αυτό μπορεί να είναι πχ. επίπλωση ειδωλίων, ζώων ή εξειδικευμένου κτιρίου.

3. Περιορισμοί: Περιγράφουμε στους μαθητές τα κριτήρια σχεδιασμού:

-Το προσαρμοσμένο κομμάτι πρέπει να ταιριάζει με ένα κομμάτι Lego

-Το μέρος πρέπει να χωράει μέσα σε έναν κύβο 40 mm

-Το αρχείο CAD πρέπει να είναι σε μετρικές μονάδες

-Ελάχιστο πάχος εξαρτήματος = 2 mm

-Μπορούμε να προσθέσουμε επιπλέον κριτήρια ανάλογα με την τάξη.

4. 1η προσέγγιση για 3D εκτύπωση: Δίνουμε στους μαθητές χρόνο να σχεδιάσουν πολλές ιδέες σχεδιασμού.
5. Σχεδιασμός για εκτύπωση: Εξηγούμε επιπλέον αποχρώσεις του σχεδιασμού για έναν εκτυπωτή 3D. Μερικά παραδείγματα: βέλτιστο προσανατολισμό του τμήματος, θέματα ανοχής και το ρόλο του υλικού υποστήριξης κατά την εκτύπωση (helpers).
6. Ανατροφοδότηση: Τροφοδοτούμε τους μαθητές σχόλια σχετικά με το σχεδιασμό, ειδικά εάν ο σχεδιασμός θα μπορούσε να προσαρμοστεί ώστε να είναι πιο εκτυπώσιμος σε 3D.
7. 2η προσέγγιση για 3D εκτύπωση: Ζητάμε από τους μαθητές να τροποποιήσουν το σχέδιο της κορυφαίας επιλογής τους βάσει των σχολίων που προηγήθηκαν.
8. Σχέδιο Lego: Ζητάμε από τους μαθητές να σχεδιάσουν μια ισομετρική άποψη του κομματιού Lego με το οποίο θα ταιριάζει το προσαρμοσμένο μέρος τους. Ζητάμε από τους μαθητές να αφήσουν ένα κενό ανά διάσταση.
9. Διαστάσεις: Τροφοδοτούμε τους μαθητές με εργαλεία μέτρησης (χάρακες, παχύμετρα, μικρόμετρα) για τη συμπλήρωση των σχεδίων Lego τους, με όλες τις διαστάσεις.
10. CAD: Βοηθά τους μαθητές καθώς δημιουργούν ένα τρισδιάστατο μοντέλο των Lego προσαρμοσμένων κομματιών τους .
11. FreeCAD: Βοηθάμε τους μαθητές να προετοιμάσουν τα αρχεία .STL στο FreeCAD, για βέλτιστη εκτύπωση.
12. Εκτύπωση κομματιών: Καθοδηγούμε τους μαθητές μέσω τρισδιάστατης εκτύπωσης και μετά την επεξεργασία των κομματιών τους.

ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ #4

30 λεπτά Αναστοχασμός

1. Μετρήσεις: Ζητάμε από τους μαθητές να μετρήσουν όλες τις διαστάσεις των εκτυπωμένων κομματιών τους, χρησιμοποιώντας τα κατάλληλα εργαλεία μέτρησης και να δημιουργήσουν ένα σχέδιο με ετικέτα του κομματιού τους.
2. Ανάλυση: Αναμένεται ότι δεν θα ευθυγραμμιστούν όλες οι σχεδιασμένες διαστάσεις με τις πραγματικές μετρήσεις. Ζητάμε από τους μαθητές να ολοκληρώσουν μια ανάλυση ανά διάσταση, συγκρίνοντας τις τιμές σχεδίασης με τις πραγματικές τους τιμές και να υποθέσουν τους λόγους για διαφορές.

ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ #5

5 λεπτά Κλείσιμο

1. Αναστοχασμός: Ζητάμε από τους μαθητές να εξετάσουν τις συνέπειες της κατασκευής ακριβών ανταλλακτικών στο σχεδιασμό του μηχανήματος (εκτυπωτής 3D), την ταχύτητα της εκτύπωσης, το κόστος του εξαρτήματος και άλλους σχετικούς παράγοντες;

Ιστορικό

Λόγω ορισμένων παραγόντων (εκτυπωτής, μέθοδος εκτύπωσης, κόστος μηχανήματος, ηλικία μηχανής), τα πρωτότυπα εξαρτήματα δεν θα ταιριάζουν ακριβώς με τα τρισδιάστατα μοντέλα τους. Η σαφήνεια του εκτυπωτή μπορεί να συζητηθεί ως προς την οριζόντια ανάλυση (ανάλυση XY) και την κατακόρυφη ανάλυση (πάχος στρώσης). Όσο λιγότερη κίνηση μπορεί να κάνει ο εκτυπωτής στους άξονες X και Y και όσο μικρότερο είναι το πάχος του στρώματος, τόσο πιο ομαλή και ακριβέστερη θα είναι η εκτυπωμένη επιφάνεια.

Να σημειωθεί ότι υπάρχουν ανταλλαγές χρόνου και κόστους με μεγαλύτερη ακρίβεια. Οι εκτυπωτές SLA 3D μπορούν να παράγουν αντικείμενα υψηλής ανάλυσης. Η ανάλυσή τους συνδέεται άμεσα με το οπτικό μέγεθος σημείου του λέιζερ, το οποίο είναι 140 μικρά σε ορισμένες περιπτώσεις..

Ένα πλεονέκτημα στην εκτύπωση 3D είναι η δυνατότητα γρήγορης επανάληψης. Μόλις προσδιοριστούν οι διαφορές σχεδιασμού σε πραγματικό μέρος, ο σχεδιασμός μπορεί να τροποποιηθεί για να βελτιώσει την ακρίβεια του εξαρτήματος.