"Методическая разработка по изготовлению модели с применением 3D технологий"

государственное бюджетное общеобразовательное учреждение Самарской области средняя общеобразовательная школа № 5 «Образовательный центр» имени М. П. Бочарикова  города Новокуйбышевска городского округа Новокуйбышевск Самарской области  структурное подразделение  «Центр детско­юношеского творчества» «Изготовление модели автомобиля при помощи 3D технологий» Автор: Гунина Екатерина Ивановна педагог ДО, методист  ГБОУ СОШ №5 «ОЦ» СП «Центр детско­юношеского творчества» г. о. Новокуйбышевск Новокуйбышевск,  2017 Содержание Введение Глава I 1. 2. 2.1. Необходимые материалы, инструменты, оборудование и  3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. приспособления Глава II I этап: Выполнение эскиза грузовика на бумаге  II   этап:   Выполнение   сборки   основания   из   конструктора «Mindstorms nxt 2.0» и вектора кабины и кузова грузовика в программе ArtCAM for Education 7.2. III   этап:   Выполнение   рельефа   грузовика   в   программе ArtCAM for Education 7.2. IV этап: Распечатка всех деталей грузовика на 3D принтере «PICASO» и программирование основы. 3.5. V   этап:   Склеивание   элементов   и   деталей   грузовика   и отделка. 3.6. VI   этап:   Крепление   кабины   и   кузова   грузовика   к   основе. Установка  блока nxt.  3.7. VII этап: Запуск грузовика. 4. 5. 6. 7. 7.1. Приложение 1.Эскиз робототизированной модели грузовика Практическая реализация Заключение Библиография Приложения «LEGO MAX 3D»  7.2. Приложение   2.   Создание   чертежа   деталей   грузовика   в программе ArtCAM for Education 7.2.  7.3. Приложение   3.   Печать   кабины,   кузова   грузовика   на   3D принтере «PICASO» 7.4. Приложение   4.   Напечатанные   на   3D   принтере   «PICASO» кабина,   кузов   и   собранная   основа   из   конструктора «Mindstorms nxt 2.0» 7.5. Приложение 5. Склеивание частей и деталей грузовика 7.6. Приложение 6. Программирование основы грузовика. 7.7. Приложение 7. Готовая модель грузовика «LEGO MAX 3D» Введение 3 5 5 6 6 6 16 23 23 23 24 24 24 24 25 25 26 27 28 29 30 31 2 Актуальность:  За   счет   интеграция   двух   объединений     научно   –   технической направленности «Лего» и «3D моделирование» происходит всестороннее развитие компетентностей; допрофессиональная подготовка обучающихся; обучение работе с   CAD/CAM   программными   продуктами,   со   станками   с   ЧПУ,   кроме   этого ориентация подростков на приобретение в будущем специальности, связанной с техникой, роботизированием. Стремление   познать,   проанализировать   и   добиться   более   высоких результатов   заставляет   обучающегося   изучать   специальную   литературу, сопоставлять и размышлять, приучаясь к систематической работе над собой, над своим   образованием.   В   процессе   изготовления   модели   обучающийся   обучается пользоваться   различными   инструментами,   применять   на   практике   различные технологические   приёмы,   различное   современное   оборудование,   привлекать нужные сведения из самых различных областей техники.   Сегодня   обществу   необходимы   социально   активные,   самостоятельные   и творческие люди, способные к саморазвитию. Инновационные процессы в системе образования требуют новой организации системы в целом.                 В   связи   с   этим   огромное   значение   отведено   конструированию,   а   конструирование, в свою очередь, неразрывно связано с моделированием. 3D   моделирование   —   очень   популярное,   развивающееся   и   многозадачное направление в компьютерной индустрии на сегодняшний день. Создание  моделей чего­либо стало неотъемлемой частью современного производства. Именно   поэтому  целью  работы   стала   помощь   ребятам   в   создании полноценной  модели грузовика для участия в региональном фестивале «РобоФест – Приволжье 2017».  Для того чтобы, достичь нашу цель, необходимо решить следующие задачи: 1. Выбор модели грузовика. 3 2. Разработка 2D и  3D видов кабины и кузова грузовика. 3. Разработка схемы сборки основы грузовика из конструктора «Mindstorms  nxt 2.0». 4. Выбор оборудования и материала для изготовления модели. 5. Изготовление грузовика. 6. Программирование. 7. Запуск изготовленной модели. 8. Рефлексия работы по созданию модели. 4 Глава I Для   того   чтобы   изготовить   модель,   необходимы   следующие   материалы, инструменты, оборудование и приспособления: Чертежные инструменты (линейка, циркуль, лекала простой карандаш) Бумага Ф А3 ноутбук 3D принтер «PICASO» Модель робототизированного грузовика          «LEGO MAX 3D» ABS пластик 3D ручка Программа ArtCAM for Education 7.2 Конструктор «Mindstorms  nxt 2.0» 5 Глава II I этап: Выполнение эскиза грузовика на бумаге. Выполняем эскиз модели грузовика (главный вид – передняя часть, боковая часть, вид сверху, вид сзади кабины грузовика; главный вид: боковой, передней, задней частей кузова и дно кузова) (приложение 1). II этап: Выполнение сборки основания из конструктора «Mindstorms nxt 2.0» и вектора кабины и кузова грузовика в программе ArtCAM for Education 7.2.  (приложение 2). Сборка основания из конструктора «Mindstorms nxt 2.0» Сборка рулевой части основы модели грузовика 1 2 3 4 6 5 6 7 8 9 10 11 На схеме 11 необходимо использовать «Балку» размером 15 12 13 14 15 16 «Балк а» На схеме 15 так же необходимо использовать две «Балки» размером 15 7 17 18 19 20 21 Рулевая часть основы модели грузовика готова. Сборка ходовой части основы модели грузовика 8 9 10 Ходовая часть модели грузовика готова. Далее соединяем ходовую и рулевую части модели грузовика (приложение 4). Создание вектора кабины Запускаем   программу  ArtCAM  for  Education  7.2   и   выполняем   чертеж   кабины, состоящей и 5 частей: спереди, 2 детали сбоку, сзади и сверху. Открываем новую модель   и   задаем   параметры:   высота   ­   400   мм;   ширина   ­   600   мм.   Единицы измерения: мм. Разрешение 734 на 490. Передняя часть кабины 1. Создаем прямоугольник с размерами 195 мм на 200 мм. 2.Затем   делаем   выемку   для   лобового   стекла:   открываем   прямоугольник   с размерами: высота ­ 60 мм, ширина – 185 мм. Далее выполняем скругление нижних углов на R12 мм.  3.Далее   оформляем   верхнюю   часть   лобового   стекла.   Для   этого   чертим прямоугольник с размерами: высота ­  26  мм, ширина ­  190  мм. Скругляем   углы на R5 мм. 4. Создаем прямоугольник с размерами 195 мм на 54 мм. 1 5 4 6 3 2 7 7 9 8 5.   Оформляем   радиаторную   решетку.   Для   этого   чертим   прямоугольник   с размерами 42 мм на 125 мм. Скругляем углы на R 5 мм. Затем вычерчиваем еще один   прямоугольник   с   размерами   11   мм   на   125   мм,   копируем   его,   чтобы получилось 3 прямоугольника. Распределяем их равномерно. 6.   Вычерчиваем   фары,   для   этого   выполняем   прямоугольник   28   мм   на   15   мм. Скругляем правый верхний угол  R  5 мм. Зеркально отражаем и располагаем с противоположной стороны кабины грузовика. 7. Создаем подфарники, для этого вычерчиваем два прямоугольника с размерами  14 мм на 11 мм и 14 мм на 17 мм (у данного прямоугольника сглаживаем нижний правый угол на R 5 мм). Зеркально отражаем оба прямоугольника и располагаем с противоположной стороны кабины грузовика. 8.   Оформление   места   для   номерного   знака.   Выполняем   прямоугольник   с размерами 124 мм на 12 мм. Располагаем в центре нижней части кабины грузовика. 9. Передняя несущая панель кабины грузовика представляет собой прямоугольник размером 125 мм на 12 мм и скругленными нижними углами R 5 мм. Так как рабочая поверхность стола 3D принтера, не позволяет изготовить деталь целиком, делим ее на 3 части:       верх середина низ Боковые части кабины Запускаем   программу  ArtCAM  for  Education  7.2   и   выполняем   чертеж   боковой части кабины. Открываем новую модель и задаем параметры: высота ­ 400 мм; ширина ­400 мм. Единицы измерения: мм. Разрешение 600 на 600. 1.Создаем прямоугольник с размерами 170 мм на 215 мм.  2. Планка в верхней части боковины грузовика размером 170 мм на 7 мм. 3.  Оформляем дверь. Создаем прямоугольник размером 154 мм на 80 мм. Затем левый верхний угол скругляем R 15 мм. Скругляем нижний правый угол R 30 мм. 4. Создаем окно. Чертим прямоугольник 66 мм на 58 мм, далее скругляем левый верхний   угол  R  15   мм,   правый   верхний  R  5   мм.   Справа   внизу   делаем прямоугольный вырез 18 мм на 42 мм и скругляем его слева R 9 мм. 5. Планка на двери. Чертим прямоугольник 80 мм на 3 мм. 6. Ступенька. Чертим прямоугольник 54 мм на 15 мм. 2 8 4 5 3 6 9 1 11 7 10 13 12 14 7. 8. Окно в боковой части грузовика. Вычерчиваем два прямоугольника 30 мм на 48 мм и 21 мм на 43 мм. Скругляем верхний и нижний правый угол R  5 мм. 9.  Оформление боковой части грузовика: чертим прямоугольник 23 мм на 9 мм, заходим   в  массив/  копирование  задаем   5   со   смещением   0.2   мм.   Группируем. Аналогично выполняем оформление  под пунктом 11.  Размер прямоугольника 15 мм на 9 мм. 10.   Декоративная   планка   на   боковой   части   грузовика   выполняется   следующим образом: чертим прямоугольник размером 122 мм на 6 мм. 12. Чертим два прямоугольника 40 мм на 37 мм и 37 мм на 35 мм. 13.   Оформляем   выемку   под   колесо,   для   этого   делаем   две   дуги   и   объединяем вектора. Габариты 70 мм на 50 мм. 14. Дверная ручка. Выполняем два прямоугольника размерами 15 мм на 9 мм и 15 мм на 5 мм. Из­за   того,   что   рабочая   поверхность   стола   3D   принтера   меньше   габаритных размеров   боковой   части   грузовика,   необходимо   разделить   ее   на   две   части сохранить две части отдельно: Создание вектора кабины грузовика сзади Запускаем   программу  ArtCAM  for  Education  7.2  и  выполняем  чертеж   профиля стабилизатора. Открываем новую модель и задаем параметры: высота ­ 500 мм; ширина ­ 500 мм. Единицы измерения: мм. Разрешение 600 на 600. Создаем прямоугольник с размерами 195 мм на 215 мм. Создание вектора кабины грузовика сверху Запускаем   программу ArtCAM for  Education 7.2  и  выполняем  чертеж   профиля стабилизатора. Открываем новую модель и задаем параметры: высота ­ 500 мм; ширина ­ 500 мм. Единицы измерения: мм. Разрешение 600 на 600. Создаем прямоугольник с размерами 180 мм на 15 мм, затем правый верхний угол скругляем R 14 мм, а правый верхний на R 5 мм. Создание вектора кузова грузовика  Передняя часть кузова Запускаем   программу ArtCAM for  Education 7.2  и  выполняем  чертеж   профиля стабилизатора. Открываем новую модель и задаем параметры: высота ­ 500 мм; ширина ­ 500 мм. Единицы измерения: мм. Разрешение 600 на 600. Создаем прямоугольник с размерами 195 мм на 100 мм. Затем создаем второй прямоугольник   70   мм   на   40   мм   и   располагаем   его   относительно   первого вертикально – по центру, горизонтально – на расстоянии 43 мм. 3 4 Боковые части кузова Запускаем   программу ArtCAM for  Education 7.2  и  выполняем  чертеж   профиля стабилизатора. Открываем новую модель и задаем параметры: высота ­ 500 мм; ширина ­ 500 мм. Единицы измерения: мм. Разрешение 600 на 600. Создаем прямоугольник с размерами 125 мм на 50 мм. Дно кузова Запускаем   программу ArtCAM for  Education 7.2  и  выполняем  чертеж   профиля стабилизатора. Открываем новую модель и задаем параметры: высота ­ 500 мм; ширина ­ 500 мм. Единицы измерения: мм. Разрешение 600 на 600. Создаем прямоугольник с размерами 195 мм на 125 мм. Вид кузова сзади Запускаем   программу ArtCAM for  Education 7.2  и  выполняем  чертеж   профиля стабилизатора. Открываем новую модель и задаем параметры: высота ­ 500 мм; ширина ­ 500 мм. Единицы измерения: мм. Разрешение 600 на 600. Создаем прямоугольник с размерами 195 мм на 50 мм. III  этап:  Выполнение   рельефа   грузовика   в   программе   ArtCAM   for Education 7.2. Создание рельефа передней части кабины Нажимаем F12. 1. В окне создание рельефа задаем форму – по дуге с углом 17° и поднимаем на 5 мм, добавить, применить, закрыть. 2. В окне создание рельефа задаем форму – по дуге с углом 16° и поднимаем на 1.5 мм, добавить, применить, закрыть. 3.    В   окне   создание   рельефа   задаем   форму   –   по   прямой,  Zero,   применить, закрыть. 2 1 Затем создаем stl модель первой части переда грузовика. 3 1. В окне создание рельефа задаем форму – по дуге с углом 17° и поднимаем на 5 мм, добавить, применить, закрыть. 2.  В окне создание рельефа задаем форму – по прямой и поднимаем на 5 мм, добавить, применить, закрыть. 3.  В   окне   создание   рельефа   задаем   форму   –   по   прямой   и  Subtract  на   1   мм, применить, закрыть. 4.    Выделяем сразу три одинаковых элемента, в окне создание рельефа задаем форму   –   по   дуге   с   углом   34°   и   поднимаем   на   2   мм,  добавить,   применить, закрыть. 1 2 4 3 Затем создаем stl модель второй части переда грузовика. 1. В окне создание рельефа задаем форму – по дуге с углом 17° и поднимаем на 5 мм, добавить, применить, закрыть. 2. В окне создание рельефа задаем форму – по дуге, Subtract на 2 мм, применить, закрыть. 3.  В   окне   создание   рельефа   задаем   форму   –   по   прямой,  Subtract  на   2   мм, применить, закрыть. 4.  Фары. В окне создание рельефа задаем форму – по прямой, Subtract на 1.5 мм, применить, закрыть. Аналогично с противоположной стороны. 5. Фары. В окне создание рельефа задаем форму – по дуге с углом 35° и поднимаем на   2   мм,  добавить,   применить,   закрыть.   Аналогично   с   противоположной стороны. 6. Подфарники. В окне создание рельефа задаем форму – по прямой, Subtract на 1.5 мм, применить, закрыть. Аналогично с противоположной стороны. 7. Подфарники. В окне создание рельефа задаем форму – по дуге с углом 40° и  добавить,   применить,   закрыть.   Аналогично   с поднимаем   на   2   мм, противоположной стороны. 1 2 4 6 6 5 4 3 Создаем stl модель третьей части переда грузовика. 5 Создание рельефа  боковой части грузовика Нажимаем F12, выделяем первую и третью часть крыла. В окне создание рельефа задаем   форму   –   по   прямой   и   поднимаем   на   165   мм,  добавить,   применить, закрыть. 2 5 1 3 8 7 6 4 1.  В окне создание рельефа задаем форму – по прямой и поднимаем на 5 мм, добавить, применить, закрыть. 2.  Планка.   В   окне   создание   рельефа   задаем   форму   –   по   дуге   с   углом   32°   и поднимаем на 0.5 мм, добавить, применить, закрыть. 3. Дверь.  В окне создание рельефа задаем форму – по прямой  Subtract  на 1 мм, применить, закрыть.  4. Окно. В окне создание рельефа задаем форму – по прямой, Zero, применить, закрыть. 5.  В   окне   создание   рельефа   задаем   форму   –   по   прямой   Subtract  на   1   мм, применить, закрыть. 6.  В   окне   создание   рельефа   задаем   форму   –   по   прямой,  Zero,   применить, закрыть. 7.  Планка.   В   окне   создание   рельефа   задаем   форму   –   по   дуге   с   углом   45°   и поднимаем на 0.5 мм, добавить, применить, закрыть. 8. В окне создание рельефа задаем форму – по дуге с углом 32° и поднимаем на 0.5 мм, добавить, применить, закрыть. Затем создаем stl модель боковой части грузовика (верх). Создание рельефа  боковой части грузовика Нажимаем F12, выделяем первую и третью часть крыла. В окне создание рельефа задаем   форму   –   по   прямой   и   поднимаем   на   165   мм,  добавить,   применить, закрыть. 5 4 3 2 7 6 1 8 9 1.  В окне создание рельефа задаем форму – по прямой и поднимаем на 5 мм, добавить, применить, закрыть. 2. Дверь.  В окне создание рельефа задаем форму – по прямой  Subtract  на 1 мм, применить, закрыть.  3. Планка. В окне создание рельефа задаем форму – по прямой и поднимаем на 0.5 мм, добавить, применить, закрыть. 4.  Ручка.  В   окне   создание   рельефа   задаем   форму   –   по   дуге   с   углом   90°   и поднимаем на 1.5 мм, добавить, применить, закрыть.  В окне создание рельефа задаем форму – по дуге с углом 32° Subtract на 0.2 мм, применить, закрыть. 5.  В   окне   создание   рельефа   задаем   форму   –   по   прямой   Subtract  на   1   мм, применить, закрыть. 6.  В   окне   создание   рельефа   задаем   форму   –   по   прямой,  поднимаем   на   1   мм, добавить, применить, закрыть. 7.  Планка.   В   окне   создание   рельефа   задаем   форму   –   по   дуге   с   углом   45°   и поднимаем на 0.5 мм, добавить, применить, закрыть. 8. В окне создание рельефа задаем форму – по дуге с углом 45° и поднимаем на 1.5 мм, добавить, применить, закрыть. 9. В окне создание рельефа задаем форму – по дуге с углом 45° Subtract на 1.5 мм, применить, закрыть. Затем создаем stl модель боковой части грузовика (низ). Далее зеркально отражаем обе боковые части грузовика. Создание рельефа кабины грузовика сверху Нажимаем  F12. Выделяем прямоугольник. В окне создание рельефа задаем форму – по прямой и поднимаем на 195 мм, добавить, применить, закрыть. Затем создаем stl модель кабины грузовика сверху. Создание рельефа кабины грузовика сзади Нажимаем  F12. Выделяем прямоугольник. В окне создание рельефа задаем форму – по прямой и поднимаем на 5 мм, добавить, применить, закрыть. Затем создаем stl модель кабины грузовика сзади. Создание рельефа кузова грузовика Кузов состоит из 8 частей: передней, 4 боковые, 2 дно и сзади. Некоторые части кузова состоят из двух деталей, потому что габаритные размеры 3Dпринтера не позволяют нам распечатать части целыми. Передняя часть кузова грузовика Нажимаем F12. 1. Выделяем внешний прямоугольник. В окне создание рельефа задаем форму – по прямой и поднимаем на 5 мм, добавить, применить, закрыть. 2. Затем выделяем внутренний прямоугольник. В окне создание рельефа задаем форму – по прямой, Zero, применить, закрыть. 1 2 Затем создаем stl модель передней части кузова грузовика. Боковая часть кузова грузовика Нажимаем F12, выделяем прямоугольник. В окне создание рельефа задаем форму – по прямой и поднимаем на 5 мм, добавить, применить, закрыть. Затем создаем stl модель боковой части кузова грузовика. Далее зеркально отражаем обе боковые части кузова грузовика. Дно кузова грузовика Нажимаем F12, выделяем прямоугольник. В окне создание рельефа задаем форму – по прямой и поднимаем на 5 мм, добавить, применить, закрыть. Затем создаем stl модель дна кузова грузовика. Вид сзади кузова грузовика Нажимаем F12, выделяем прямоугольник. В окне создание рельефа задаем форму – по прямой и поднимаем на 5 мм, добавить, применить, закрыть. Затем создаем stl модель задней части кузова грузовика. IV этап: Распечатка всех деталей грузовика на 3D принтере «PICASO» и программирование основы. Открываем программу Polygon 2.0 и распечатываем все детали грузовика «LEGO MAX 3D» из ABS пластика (приложение  3,4). Программируем основу для движения грузовика (приложение 6). V этап: Склеивание элементов и деталей грузовика, отделка. При   помощи     3D  ручки   склеиваем   все   элементы   и   детали   грузовика.   Затем шлифуем все стыки и неровности (приложение  5). Далее выполняется тюнинг грузовика по своему дизайну. VI этап: Установка блока nxt. Крепим блок. VII этап: Запуск грузовика. Практическая реализация Данная   модель   грузовика   будет   представлена   на   региональном   фестивале «РобоФест Поволжья 2017» в номинации – фристайл. Так же эта модель может быть   представлена   на   ежегодном   областном   фестивале   «ТехноПарк   2017»   в номинации   ­   инновации   и   мастерство.   Данную   модель   можно   демонстрировать воспитанникам   детского   сада   в   рамках   «Дня   открытых   дверей»   или   «Дне технического творчества». Заключение Выполнив   работу,   происходит   достижение   поставленной   цели   и   решение   всех задач.   В   ходе   выполнения   обучающиеся   узнают   много   нового:   знакомятся   с конструктором   «Mindstorms   nxt   2.0»,   с   основами   робототехники,   построением чертежей,   а   также   учатся   моделировать,   конструировать,   программировать, переносить чертеж с бумажного носителя в программу ArtCAM for Education 7.2, работать   на   оборудовании   с   числовым   программным   управлением,   соединять элементы модели и производить запуск грузовика.  В   дальнейшем   полученные   знания   и   умения,   при   изготовлении   данной модели,   могут   быть   необходимы   в   будущей   профессиональной   деятельности обучающихся. Библиография 1. Колотилов, В.В. Техническое моделирование и конструирование / В.В. Колотилов. – М.: Просвещение, 2003. 2. https://sites.google.com/site/nskartcam/  3. Комарова Л.Г. Строим из LEGO / Л.Г. Комарова. ­ М., 2001. Эскиз робототизированной модели грузовика «LEGO MAX 3D» Приложение 1 Приложение 2 Создание чертежа деталей грузовика в программе ArtCAM for Education 7.2 Печать кабины, кузова грузовика на 3D принтере «PICASO» Приложение 3 Приложение 4 Напечатанные на 3D принтере «PICASO» кабина, кузов и собранная основа из конструктора «Mindstorms nxt 2.0» Склеивание частей и деталей грузовика Приложение 5 Программирование основы грузовика Приложение 6 Готовая модель грузовика «LEGO MAX 3D» Приложение 7