Планы уроков по 3D-печати для Университета STEAM

3D-печать для образовательного курса STEAM

Как высшие учебные заведения, так и общеобразовательные школы используют 3D-печать в качестве инструмента для повышения уровня обучения. Для многих преподавателей трехмерная печать по-прежнему является новой технологией, и может стать проблемой попытка выяснить, как интегрировать ее в учебную программу. 3D-принтеры — это такие же инструменты обучения, как калькулятор и линейка. Вместо того, чтобы изменять существующий классный материал, чтобы сосредоточиться на 3D-печати,  учителя используют 3D-принтеры в качестве инструмента для поддержки своих занятий.

В Formlabs мы считаем, что совместное использование учебных программ и ресурсов является одним из лучших способов помочь коллегам-педагогам понять, как интегрировать 3D-печать в существующие или новые уроки. Мы обратились к нашим представителям-педагогам и попросили их представить планы уроков, которые включали аспекты 3D-дизайна и 3D-печати. Вы можете найти все планы уроков наших представителей на нашей странице образовательных ресурсов.

image008

Это модель из Плана уроков Dodecahedron, представленного Инициативой научной визуализации

Данное руководство включает в себя два примера планов уроков от ведущих преподавателей, тематическое исследование с преподавателем по профессионально-техническому образованию (CTE), а также обзор различных технологий 3D-печати. Используйте это руководство в качестве ресурса, чтобы получить идеи и представления о том, как создавать новые или использовать существующие планы уроков, которые интегрируют 3D-печать и дизайн в Ваш класс.

3D-печать. Обзор технологий

Каждая технология 3D-печати имеет свои сильные и слабые стороны и требования и подходит для различных приложений и бизнеса. Ниже приведен обзор того, как работает каждая технология:

МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТОДОМ НАПЛАВЛЕНИЯ (FDM)

Моделирование методом наплавления является наиболее широко используемой формой 3D-печати на потребительском уровне, вызванной появлением любительских 3D-принтеров. FDM 3D-принтеры создают детали путем плавления и экструдирования термопластичных нитей, которые печатная головка закладывает слоями в области сборки. FDM работает с рядом стандартных термопластов, таких как ABS, PLA и их различные смеси. Этот метод хорошо подходит для базовых концептуальных моделей, а также для быстрого и недорогого прототипирования простых деталей, таких как детали, которые обычно можно обрабатывать.

image011

Детали FDM имеют видимые линии слоев и могут показывать неточности вокруг сложных функций. Этот пример был напечатан на промышленном 3D-принтере Stratasys uPrint с растворимыми носителями (цена на машину начиналась от 15900 долларов США).

FDM имеет самое низкое разрешение и точность по сравнению с SLA или SLS и не является лучшим вариантом для печати сложных конструкций или деталей со сложными функциями.

Высококачественная отделка может быть получена путем химического и механического полирования. Промышленные 3D-принтеры FDM используют растворимые опоры для смягчения некоторых из этих проблем и предлагают более широкий спектр технических термопластов, но они также имеют значительно более высокую цену

СТЕРЕОЛИТОГРАФИЯ (SLA)

Стереолитография была первой в мире технологией 3D-печати, изобретенной в 1980-х годах и до сих пор одной из самых популярных технологий для профессионалов. SLA использует лазер для отверждения жидкого полимера в затвердевший пластик в процессе, называемом фотополимеризацией.

Детали SLA имеют наивысшее разрешение и точность, самые четкие детали и гладкую поверхность среди всех технологий пластиковой 3D-печати, но основное преимущество SLA заключается в ее универсальности. Изготовители материалов создали инновационные составы полимеров SLA с широким спектром оптических, механических и тепловых свойств, в соответствии со стандартными, инженерными и промышленными термопластами.

image014

Детали SLA имеют острые края, гладкую поверхность и минимальные видимые линии слоев. В этом примере деталь была напечатана на настольном SLA 3D-принтере Formlabs Form2 (цена начинается с 3 499 долларов США).

SLA — отличный вариант для очень детальных прототипов, требующих жесткие допуски и гладкие поверхности, таких как формы, шаблоны и функциональные детали. SLA широко используется в различных отраслях промышленности от проектирования и дизайна продукции до производства, стоматологии, ювелирных изделий, моделирования и образования.

СЕЛЕКТИВНОЕ ЛАЗЕРНОЕ СПЕКАНИЕ (SLS)

Селективное лазерное спекание является наиболее распространенной технологией производства присадок для промышленного применения.

SLS 3D-принтеры используют мощный лазер для сплавления мелких частиц полимерного порошка. Неиспользованный порошок поддерживает деталь во время печати и устраняет необходимость в специализированных опорных конструкциях. Это делает SLS идеальным для сложных геометрий, включая внутренние поверхности, подрезы, тонкие стенки и отрицательные поверхности. Детали, изготовленные с использованием SLS-печати, имеют отличные механические характеристики, прочность которых напоминает детали, изготовленные методом литья под давлением.

image014

Детали SLS имеют слегка шероховатую поверхность, но почти не имеют видимых линий слоев. В этом примере деталь была напечатана на настольном SLS 3D-принтере Formlabs Fuse1 (цена начинается с 9 999 долларов США).

Наиболее распространенным материалом для селективного лазерного спекания является нейлон, популярный инженерный термопластик с превосходными механическими свойствами. Нейлон легкий, прочный и гибкий, а также устойчивый к ударам, химикатам, теплу, ультрафиолетовому излучению, воде и грязи.

Сочетание низких затрат на партию, высокой производительности и установленных материалов делают SLS популярным выбором среди инженеров для функционального прототипирования и экономичной альтернативой литьевому формованию для производства с ограниченным тиражом или параллельного производства.

СРАВНЕНИЕ FDM, SLA И SLS ТЕХНОЛОГИЙ

Каждая технология 3D-печати имеет свои сильные и слабые стороны и требования и подходит для различных приложений и бизнеса. В следующей таблице приведены некоторые ключевые характеристики и особенности.

В следующей таблице приведены некоторые ключевые характеристики и особенности FDM, SLA, и SLS 3D-принтеров.

Моделирование методом наплавления (FDM)  Стереолитография (SLA) Селективное лазерное спекание(SLS)
Разрешение 2018-07-09_151137 2018-07-09_151209 2018-07-09_151224
Точность 2018-07-09_151224 2018-07-09_151209 2018-07-09_151209
Поверхность — Отделка 2018-07-09_151137 2018-07-09_151209 2018-07-09_151224
Пропускная способность 2018-07-09_151224 2018-07-09_151224 2018-07-09_151209
Сложные дизайны 2018-07-09_151241 2018-07-09_151224 2018-07-09_151209
Простота использования 2018-07-09_151209 2018-07-09_151209 2018-07-09_151224
Плюсы Скорость
Низкозатратные потребительские машины и материалы
Высокая стоимость
Высокая точность
Гладкая поверхность
Разнообразие функциональных применений
Крепкие функциональные детали
Свобода дизайна
Нет необходимости в опорных конструкциях
Минусы Низкая точность
Низкие детали
Ограниченная совместимость с дизайном
Средний объем построения
Чувствительность к длительному воздействию УФ- излучения
Грубая поверхность
Ограниченные варианты материала

Знакомство с производственной лабораторией передового производственного обучения

Formlabs доверяют лучшие преподаватели в США; 46 из 50 лучших университетов США работают на принтерах Formlabs. Читайте дальше, чтобы узнать, как преподаватель Джерри Шоу, использует 3D- печать в своей программе CTE (Профессионально-техническое образование) и Fablab.

image021

В новой лаборатории в средней школе Сомервилля ученики учатся использовать современное производственное оборудование, от станков с ЧПУ до 3D-принтеров.

Почему важно внедрять в школы передовые инженерные и производственные курсы?

Одна из вещей, которые отсутствуют во многих средних школах, — это привычка думать о проекте с самого начала и до конца. Я одновременно вел физический и инженерный курсы. Студентам физического курса было бы скучно в лабораториях, тогда как в инженерном классе мы освещаем подобные концепции, и все же они хотели бы работать над ними. Позже я понял, что это разница между лабораториями и проектами: лаборатории имеют предписывающий поэтапный процесс, от которого Вы не можете отклоняться, тогда как в случае проектов у детей есть свой собственный творческий вклад. Такое волнение вокруг проектирования и создания помогает им лучше понять творческий процесс.

Кроме того, 3D-принтеры и лазерные граверы — это то, что многие дети никогда раньше не видели. Ими легко изначально увлечься, но потом я показываю им видео о том, как оборудование фактически используется в промышленности; что Вы можете фактически создавать 3D-прототипы, биомедицинские устройства, органы, даже пищу, и они уже «на крючке».

image024

Сегодня производство выглядит значительно иначе, чем 10 лет назад. Школы и университеты по всему миру обучают студентов использованию современных технологий и процессов. На изображении показана мастерская средней школы Сомервилля.

Кроме того, многие традиционные рабочие места были потеряны из-за появления автоматизированных рабочих мест. Отчасти проблема заключается в том, что у нас нет людей, которые знают, как управлять этими новыми машинами; есть огромный спрос на эти навыки. До того, как мы создали Fabville, многие студенты умели изготавливать детали на старом оборудовании, но не с новыми способами производства, с цифровой технологией — использованием 3D-моделирования и CAD. Вот что сейчас необходимо. Большинство моих нынешних студентов уже получили работу. У меня есть работодатели, которые постоянно спрашивают меня, есть ли у меня кто-нибудь, кто знает, как управлять ЧПУ или системами цифрового 3D-моделирования

Чем отличается модель CTE Сомервилля и как Вы ее видите?

Половина моих учеников идет в колледж, а половина — на работу. Предубеждение, которое существовало в отношении профессиональных программ, исчезло, особенно в Массачусетсе. В начале 90-х годов государство сделало гигантский акцент на профессиональном техническом образовании, с целью довести его до высоких стандартов и реализовать более академический подход.

Я пошел в колледж изучать проектирование для инженерии и никогда не учился на профессионально- техническом уровне. Я не знал, что такое инженер, когда я окончил среднюю школу, потому что таких возможностей там не было. В технике или дизайне очень много людей, которые не знают, как работать с этими машинами или как их проектировать. Они знают теоретически, но не физически. Я думаю, именно поэтому необходимо понять, что сейчас многие дети не воспринимают программы CTE в качестве барьера для колледжа; 70 процентов наших первокурсников зарегистрировано в CTE.

image027

На последнем году обучения, студенты, зачисленные на курс передового производства программы CTE старшей школы Сомервилля, знают, как использовать все машины.

Все первокурсники, которые зачисляются, проходят нашу исследовательскую программу, где каждый студент тратит несколько недель на обзор по всем программам CTE — от косметики до передового производства. В моей мастерской некоторые старшекурсники помогают в обучении первокурсников, помогая им в использовании 3D-принтеров и т.д. Мы показываем им конкретные проекты, что такое мастерская, и какие пути карьеры они могут выбрать. В четвертом семестре первокурсники выбирают три профиля и затем переходят в одну программу на следующие четыре года. Еще одна приятная вещь заключается в том, что за это время растет близость детей и сообщество с учителями и сокурсниками. Это как быть частью клуба в школе. Есть чем гордиться.

Есть много модных слов для школ, которые привносят новые технологии в общие пространства — производственные площадки, производственные лаборатории, инновационные центры и т.д. В чем разница?

Половина моих учеников идет в колледж, а половина — на работу. Предубеждение, которое существовало в отношении профессиональных программ, исчезло, особенно в Массачусетсе. В начале 90-х годов государство сделало гигантский акцент на профессиональном техническом образовании, с целью довести его до высоких стандартов и реализовать более академический

Я пошел в колледж изучать проектирование для инженерии и никогда не учился на профессионально- техническом уровне. Я не знал, что такое инженер, когда я окончил среднюю школу, потому что таких возможностей там не было. В технике или дизайне очень много людей, которые не знают, как работать с этими машинами или как их проектировать. Они знают теоретически, но не физически. Я думаю, именно поэтому необходимо понять, что сейчас многие дети не воспринимают программы CTE в качестве барьера для колледжа; 70 процентов наших первокурсников зарегистрировано в CTE.

Давайте поговорим об этом примере. Как 3D-печать вписывается в Ваш учебный план?

Во многих случаях трехмерная печать выполняется быстрее, но в целом отлично подходит для прототипирования. Мы можем взять 3D-модель, отправить ее на машину и посмотреть, как она будет построена более доступным способом. Если это именно то, что мы хотим, мы затем используем нержавеющую сталь, которая немного дороже, и тратим время на производство модели из нее.

Я также использовал 3D-печать для обучения 3D-моделированию, поскольку 3D-печать — это весело и привлекательно, это стимул для студентов изучать CAD. Студенты учатся 3D-моделированию с использованием SolidWorks или Inventor, но через некоторое время это может стать скучным, потому что Вы просто работаете на компьютере, поэтому мы создаем их фактическую физическую часть, используя 3D-печать. Затем студенты используют измерительные инструменты для двойной проверки и чтобы убедиться, что все напечатано правильно; изучают аспекты контроля качества. В этот момент мы попадаем на производственную площадку.

Помимо этого, 3D-печать является основным инструментом для решения множества проблем. Итак, вы объясняете, как использовать ее структурированным способом с 3D-моделированием, а затем позже это такой же инструмент, который можно использовать для решения любой другой проблемы, как и пила. Это помогает студентам понять, как использовать технологии в контексте, а затем, если у них есть свои собственные идеи, они могут вернуться и работать над ними. Все мои старшекурсники в целом знают, как использовать все оборудование, которое у нас есть.

image029

Шоу использует 3D-печать в качестве инструмента для создания прототипов, а также для обучения ценным навыкам CAD и 3D- моделирования, и обнаружил, что студенты более активно участвуют, когда они могут воплотить свои проекты в жизнь.

Помимо обычной учебной программы, мы используем Fabville, аналогично тому, с чем мы встретимся на рабочих местах. Вот проблема, Вы должны решить ее. Например, ручка парового стерилизатора в косметологическом магазине сломалась и откололась. Один из моих учеников поднялся туда и измерил все, разработал 3D-модель для ручки, и узнал, что ручка должна быть очень точной, чтобы вписаться в пространство в машине, поэтому он решил распечатать ее с помощью нашего Formlabs 3D-принтера.

image031

Студенты курса передового производства выполняют работы для других отделов и курсов CTE, таких как создание плакатов, изображенных выше для программы кулинарного искусства.

Что Вы видите в качестве препятствий для преподавателей, применяющих новые технологии, и как Вы находите ресурсы или вдохновение?

Несмотря на то, что у меня есть инженерный опыт, у меня нет опыта во всей инженерии или всей 3D- печати. Я ничего не знал о 3D-печати, пока несколько лет назад не столкнулся с ней.

Один из ресурсов, которыми я пользуюсь, — это teachengineering.org, , сайт, созданный группой педагогов-инженеров, которые объединились вместе, понимая, что не существует достаточно много ресурсов, чтобы поделиться тем, что мы делаем. Другой способ — это просто сотрудничество с педагогами по проектированию в целом, общение с людьми в отрасли, чтобы увидеть, что там используется. Даже просто можно сходить в Музей науки, увидеть идеи, которые у них есть, и подумать: «Как я могу интегрировать это в свой класс?» Также можно просто создать идеи учебного плана и уроков для начала. Многие люди не имеют опыта проектирования или создания с этим оборудованием, поэтому, планы уроков, которые направляют их или помогают им узнать, что важно искать, может быть огромной помощью. Загрузите план уроков старшей школы Сомервилля

“Принципы 3D-моделирования и 3D-печати” и подпишитесь на нашу новостную рассылку для получения обновлений, поскольку наша библиотека планов уроков растет.

image034

После школы, Fabville и программы переподготовки машинного цеха в партнерстве с местным консорциумом по производству.

Какие другие виды программ поддерживает Fabville? Как площадка вписывается в сообщество?

Это наш первый год, поэтому мы усиливаем работу, чтобы настроить все эти программы. Идея состоит в том, что люди, которые не всегда чувствуют себя комфортно, создавая вещи или работая на машинах, но хотят узнать об этом, моли прийти сюда и получить эти знания и опыт. Безработные могут здесь научиться навыкам, таким как 3D-моделирование, которые помогут им вернуться в рабочую среду. Здесь, в механическом цехе, мы фактически сотрудничаем с местным производственным консорциумом, который приводит людей, которые были уволены, в классы механической обработки, чтобы они могли получить работу на актуальных вакансиях.

Что касается самого Сомервилля, мы надеемся, что цель в этом направлении состоит в том, что все больше людей, желающих создать свой собственный бизнес, даже некоторые из наших студентов с бизнес-идеями, могут начать именно здесь. Наша роль заключается не в том, чтобы усиливать или заменять то, что делают другие центры производственного обучения или производственные площадки района, а создавать стартовую площадку для людей, которым некомфортно заниматься в местах, где работает много людей; это безопасная среда, чтобы не спеша узнать, как использовать машины, а затем перейти к другой площадке или сразу перейти к созданию бизнеса.

Что будет дальше для Fabville?

Одним из величайших аспектов будущего является наша новая средняя школа, которая только что получила одобрение. В новом учреждении механический цех и производственная лаборатория будут рядом друг с другом, у нас будет несколько машин, которые облегчат работу, таких как электронный текстиль, и все отделы CTE также будут перемешаны по всей средней школе.

Мы также будем стремиться внедрить некоторые робототехнические и мехатронные программы, а также научим студентов создавать роботов и внедрять их в производственные процессы.

Планы уроков

Следующие планы были написаны, использованы и проверены в классах аккредитованными преподавателями по всей Северной Америке. Скачайте эти уроки и используйте их так, как они есть, или используйте их как вдохновение для интеграции 3D-печати в один из Ваших собственных учебных планов.

image038

image040

ПЛАН УРОКА FORMLABS

3D-сканирование и моделирование

Исследуйте стык между реальностью и возможностью, поскольку вы творчески изменяете 3D-сканированный объект.

Formlabs «Innovate & Educate Challenge» приглашает преподавателей по всей стране разрабатывать и делиться планами уроков, которые способствуют творческому мышлению и практическому обучению посредством трехмерной печати. Благодаря тем, кто присоединился, мы можем делиться с более широким учебным сообществом бесплатными ресурсами, посвященными знакомству студентов с богатым, захватывающим опытом.

Узнайте больше о нашей растущей библиотеке планов уроков.

Пропустили вызов, но у Вас есть инновационный план уроков, которым Вы хотели бы поделиться? Дополнительную информацию можно найти по адресу formlabs.com/innovate-and-educate-challenge

План урока проверен и представлен:

ПЕДАГОГ

Дэвид Росс

ОРГАНИЗАЦИЯ

Хишхом/ARTLAB+

МЕСТОРАСПОЛОЖЕНИЕ

Вашингтон, округ Колумбия

КОНТАКТЫ

davidandrewross88@gmail.com

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Этот урок ставит перед участниками задачу использовать свой потенциал воображения с помощью технологий в 3D-области: сканирование, моделирование, модификация и печать нового захвата существующего объекта, человека или сцены.

ЦЕЛИ

  • Изучить и применить лучшие методы для сбора 3D-сканирований физических объектов и сред
  • Узнать, как преобразовать выходной файл фотограмметрии в сплошную водонепроницаемую сетку для совместимости с 3D-печатью
  • Узнать, как изменить объектный файл, включить исправления и креативные улучшения

ПРЕДЛАГАЕМАЯ АУДИТОРИЯ

Учащиеся средней школы и за ее пределами, энтузиасты 3D-моделирования

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ И ОТРАСЛИ

Применимые темы

  • разработка художественной инженерной модели

Применимые отрасли

  • проектирование и дизайн продукции
  • исследования и образование создание моделей и развлечений

ИНСТРУМЕНТЫ И МАТЕРИАЛЫ

2018-07-09_153156

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ПО Оборудование
3D-сканирование TrnioScann 3DSkanect iPhoneAndroid телефон/планшет Mac/WindowsДатчик структуры
CAD MeshmixerOnshapeTinkercad Mac/Windows
Цифровая скульптура Sculptris Mac/Windows

ОБЗОР УРОКА

30 мин  Задачи к немедленному выполнению Творческая настройка. Студенты будут проводить мозговые штурмы полезных улучшений повседневной деятельности. Студенты будут набрасывать оригинальный вариант и добавлять улучшения.
45 мин Основание Инструментарий. Студенты узнают, как использовать программный пакет для изменения объектного файла. В этом процессе студенты получат понимание возможностей программного обеспечения и создадут базовую структуру для этой деятельности.
90 мин Исследование Воображение. Уучащиеся будут работать вместе, чтобы отсканировать выбранный объект, а затем выполнят несколько шагов, чтобы в конечном итоге напечатать новую воображаемую версию объекта.
15 мин Ретроспектива 20/20 Класс будет работать вместе, чтобы создать список «советов и подсказок» для студентов, которые выполняют это упражнение в будущем.
10 мин Закрытие  Включение технологии. Класс обсудит роль различных технологий, используемых в поддержке этого упражнения. Студенты проведут мозговой штурм идей для новых технологий в связи с быстро развивающимися областями 3D-сканирования, 3D-моделирования и 3D-печати.
Что дальше?

УПРАЖНЕНИЕ ОДИН

30 мин Задачи к немедленному выполнению
 image054

  1. Обучайте студентов создавать список повседневных занятий. Примеры могут включать: пробуждение, еду, транспорт, проверку электронных писем, выполнение домашних заданий, занятия спортом
  2. Попросите учащихся выбрать один вид деятельности, подумайте об ассоциированном объекте и нарисуйте объект (заполните страницу 8,5 x 11).
  3. Сделайте фотокопию или цифровое сканирование эскиза каждого ученика, чтобы сохранить пример «до».
  4. Попросите учащихся рассмотреть, как улучшить их объекты, и описать эти улучшения.
  5. Поощряйте студентов добровольно представить свои эскизы «до» и «после» с акцентом на изменения и добавленную стоимость.

Дополнительно: Изучите (или попросите учащихся объяснить), как ученики подходят к этим изменениям в реальной жизни.

УПРАЖНЕНИЕ ДВА

45 мин Основание
  1. Представьте учащимся пакет программного обеспечения, который они будут использовать на этом уроке, чтобы изменить файл 3D-объекта.
  2. Попросите учащихся выбрать файл 3D-объекта для изменения. Это может быть собственный файл ученика, файл, который Вы предоставляете, или файл, который студенты выбирают из библиотеки CAD, например
  3. Попросите учащихся открыть 3D-файл в программном обеспечении, выбранном для внесения изменений, например, Sculptris.
  4. Позвольте студентам свободно действовать и дайте им поддержку в изучении возможностей программного обеспечения, чтобы помочь установить их базовые ожидания для упражнения.

ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Sculptris, близкий родственник ZBrush, представляет собой бесплатное приложение для цифровой скульптуры с удобными функциями для начинающих. Примечательно, что эта программа имеет два разных режима: Sculpt (Скульптура) и Paint (Рисование). Режим Sculpt позволяет пользователю редактировать геометрию сетки с помощью простых мазков кисти, сродни использованию инструментов для скульптуры на куске глины. Режим Paint позволяет рисовать текстуру на поверхности сетки, подобно тому, как разрисовать скульптуру в реальном мире, прежде чем обжечь ее в печи.

Загрузите PDF руководство по Sculptris для получения исчерпывающей информации.

УПРАЖНЕНИЕ ТРИ

90 мин Исследование
  1. Объясните оставшуюся часть урока студентам, используя пример печати в качестве наглядного пособия.
  2. Попросите учащихся провести мозговой штурм и записать их план проекта. Студенты должны, как минимум, выбирать и описывать: трехмерный объект / тему и чернвоые идеи для модификаций. Совет: Некоторые студенты могут сосредоточиться на своем проекте самостоятельно – используя для создания «Alter 3D Ego» путем трехмерного сканирования их отходов и внесения изменений, чтобы придать им особые способности. Этот подход потребует, чтобы учащиеся работали парами.
  3. 3D-сканирование. По мере того, как позволяют ресурсы, подготовьте несколько рабочих станций сканирования для студентов и объясните связанные с ними советы и рекомендации, чтобы помочь студентам достичь желаемых результатов.  Совет: Заблаговременно ознакомьтесь с рекомендациями, относящимися к соответствующей технологии сканирования. Например, Trnioрекомендует пользователям 3D-сканирование в яркой среде, чтобы выбрать объект, который не прозрачен, не является однородным по цвету, среди других критериев, и следовать равномерному пути для сбора как минимум 15 изображений.
  4. Дайте студентам время для 3D-сканирования их объекта. Подумайте о том, чтобы предложить помощь по проверке для учащимся и предоставить время для второго, улучшенного сканирования.
  5. Попросите студентов экспортировать файл из программного обеспечения 3D-сканирования в известное место и соберите все файлы студентов в одной библиотеке.
  6. Твердая модель. Попросите студентов импортировать файл с программным обеспечением 3D-сканирования в программу CAD, такую как В Meshmixer учащиеся могут удалить любые ненужные функции, обнаруженные при сканировании, нажав select (выбрать), а затем X. Если присутствуют только желаемые функции, учащиеся могут создать водонепроницаемую сетку, щелкнув Editи Make Solid(«Редактировать и сделать твердой»). Попросите учащихся экспортировать файл с твердой моделью в указанное местоположение файла. Дополнительно: Разрешите учащимся выполнить трехмерную печать их оригинальных моделей.
  7. Настройка. Попросите студентов открыть файл solidmodel в CAD (Sculptris, Onshape, Tinkercad — примеры) для модификаций и настроек. Предоставьте студентам достаточно времени для реализации своих проектов. Поощряйте учащихся «рисовать» свои 3D-модели, как цифровые сувениры. После завершения, попросите студентов экспортировать файл .STL их работы. Дополнительно: Просмотрите детали ученика перед печатью и предложите идеи для улучшения с акцентом на «какие аспекты будут / не будут печататься хорошо».
  8. PreForm. Помогите учащимся подготовить свои файлы .STL в PreForm для оптимальной печати.
  9. Печать деталей. Обучайте студентов посредством трехмерной печати и последующей обработки их деталей.

ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Технология 3D-сканирования включает сбор и анализ данных. Первый этап включает сбор информации (форма, ориентация, размер, текстура поверхности, цвет) об объекте или окружающей среде; второй этап включает в себя анализ собранных данных для построения цифровых 3D-моделей.

Несмотря на то, что существует широкий спектр технологий 3D-сканирования, включая цены, функциональность и приложение, эта же базовая предпосылка справедлива. 3D- сканеры собирают информацию о расстоянии от поверхностей объекта и генерируют облако точек (совокупность точек данных, которые характеризуют аспекты поверхности объекта). Например, одной точкой привязки может быть X, Y, и Z координаты точки поверхности по отношению к известной опорной точке, а также цвет точки.

image062

 

Сканеры требуют, чтобы информация о поверхности собиралась со многих углов обзора и сторон объекта, так что обработка программного обеспечения может привести к полной модели. Один класс 3D-сканеров собирает информацию о поверхности через непосредственный контакт, где контактный зонд является частью узла с сенсорным управлением; другой класс (бесконтактный) собирает эту информацию посредством света или

Специализированное программное обеспечение преобразует полученное облако точек в триангулированную сетку и, в конечном итоге, редактируемую функциональную CAD-модель (твердая модель).

image065

Программное обеспечение CAD с готовым продуктом.

УПРАЖНЕНИЕ ЧЕТЫРЕ

15 мин Ретроспектива
  1. Воспоминания. Спросите учащихся о их мыслях на уроке. Что прошло хорошо? Что было самым сложным? Что помогло Вам добиться успеха?
  2. Заглядывая вперед. В групповом обсуждении или в виде принятия решения попросите учащихся составить список «советов и подсказок» в качестве справки для студентов, которые будут выполнять это упражнение в будущем

УПРАЖНЕНИЕ ПЯТЬ

15 мин Закрытие
  1. Проведите дискуссию о роли и влиянии различных технологий в поддержку этого урока (3D-сканер, программное обеспечение CAD, приложение цифровой скульптуры, программное обеспечение 3D- принтера, 3D-принтер).
  2. Что будет дальше? Предложите студентам провести мозговой штурм идей для новых технологий в связи с быстро развивающимися областями 3D-сканирования, 3D-моделирования и 3D-печати.

image067

image070

УЧЕБНЫЙ ПЛАН FORMLABS

Фотограмметрия с дронами для 3D-печати

Узнайте, как выполнить 3D-сканирование и 3D-печать здания или ландшафта по Вашему выбору.

Formlabs «Innovate & Educate Challenge» приглашает преподавателей по всей стране разрабатывать и делиться планами уроков, которые способствуют творческому мышлению и практическому обучению посредством трехмерной печати. Благодаря тем, кто присоединился, мы можем делиться с более широким учебным сообществом бесплатными ресурсами, посвященными знакомству студентов с богатым, захватывающим опытом.

Узнайте больше о нашей растущей библиотеке планов уроков.

Пропустили вызов, но у Вас есть инновационный план уроков, которым Вы хотели бы поделиться? Дополнительную информацию можно найти по адресу formlabs.com/innovate-and-educate-challenge

План урока проверен и представлен:

ПЕДАГОГ                                                             

РОБЕРТ ХЕЙМЛИХ

ОРГАНИЗАЦИЯ

УНИВЕРСИТЕТ ДЕПОЛЬ

МЕСТОРАСПОЛОЖЕНИЕ                               

ЧИКАГО, ШТАТ ИЛЛИНОЙС

КОНТАКТЫ

roberthemlich@gmail.com

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Фотограмметрия с дронами для 3D-печати сочетает использование беспилотных летательных аппаратов с программным обеспечением для обработки изображений для 3D-масштабирования зданий и сцен.

ЦЕЛИ

  • Узнайте о нескольких подходах к моделированию 3D-объектов
  • Узнайте, как создать автоматическую траекторию полета для дрона
  • Узнайте, как преобразовать коллекцию изображений в 3D-файл для печати с помощью фотограмметрии и сшивания
  • Узнайте о влиянии многослойных ошибок на точность модели

ПРЕДЛАГАЕМАЯ АУДИТОРИЯ

9-й класс — студенты университетов и энтузиасты беспилотных летательных аппаратов

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ И ОТРАСЛИ

Применимые темы

  • архитектура
  • городское планирование
  • инжиниринг
  • информационные технологии
  • цифровая обработка изображений

Применимые отрасли архитектура

  • создание моделей и развлечения
  • производство
  • исследования и образование
  • проектирование и дизайн продукции

ИНСТРУМЕНТЫ И МАТЕРИАЛЫ

2018-07-09_160823

ОБЗОР УРОКА

5 мин  Задачи к немедленному выполнению 3D-моделирование Студенты проведут мозговой штурм, чтобы создать 3D-модель объектов в разных масштабах.
5 мин Основание От реального мира до 3D-модели Студенты узнают о применимых областях для 3D- сканирования и ограничениях, присущих определенных технологий на основе размера объекта.
75 мин Исследование Миссия дрона по сканированию. Студенты подготовят свое оборудование, подберут тему, настроят трассу автопилота для беспилотного летательного аппарата и запустят миссию захвата изображения. Студенты пройдут процесс преобразования изображений, собранных дроном, в карту, плоскую модель и 3D-файл для печати. Затем они преобразуют 3D-модель в трехмерную, масштабированную модель.
10 мин Ретроспектива Оценка. Студенты будут сравнивать полученные трехмерные печатные модели с реальной сценой и их ожиданиями.
5 мин Закрытие Ошибки и усовершенствования технологий Учащиеся оценивают возможные корректировки процесса, чтобы улучшить точность модели.
Технология Пример Роль
Дрон DJI Phantom 4 Захват воздушной съемки
Телефон iPhone или Android Поддержка / запуск требуемых приложений для дрона
Приложение для управления дроном DJI Go Управление дроном
Приложение для фотограмметрии для дрона DroneDeploy Создавайте и управляйте автоматическим маршрутом полета для беспилотных летательных аппаратов, «сшивайте»фотографии в карту и модель (.obj)
ПО для 3D-моделирования Blender 3D Поддержка преобразования модели в формат 3D-файла (.stl)

УПРАЖНЕНИЕ ОДИН

5 мин Задачи к немедленному выполнению
  1. Попросите студентов провести мозговой штурм, чтобы создать 3D-модель объектов в разных масштабах: например зуба, человека, Эйфелевой башни. Дополнительно: Разделите класс на три группы, в которых каждая группа фокусируется на разных масштабах.
  2. Поощряйте учащихся делиться своими идеями с классом.

УПРАЖНЕНИЕ ДВА

5 мин Основание
  1. Просмотрите несколько методов и приложений для 3D-сканирования в различных технологических областях.
  2. Обсудите общую концептуальную карту для захвата 2D-изображений, объединив их в планарную модель и используя программное обеспечение для преобразования модели в 3D-массив для печати.

ПРЕДИСТОРИЯ

3D-сканер анализирует объекты и записи данных, которые могут использоваться для создания 3D-моделей. Этот тип технологий используется и применим к широкому спектру отраслей, включая стоматологию, медицину, археологию, экологию и развлечения. Хотя 3D-сканирование может включать создание точечного облака геометрических выборок на поверхности объекта и экстраполяции формы, существуют другие методы. Фактически, дроны могут собирать серию перекрывающихся изображений здания, ландшафта или другой области. Эта коллекция изображений с помощью фотограмметрии может быть преобразована в 3D-модель! Дроны могут позволить создавать 3D-модели пространств, которые в противном случае потребовали бы обширного времени и ресурсов, чтобы точно отображать и моделировать вручную.

image089

Вид модели скейтпарка из изображений дронов

УПРАЖНЕНИЕ ТРИ

75 мин Исследование
  1. Регулирование безопасности и обращения с дронами Обеспечьте надлежащую профессиональную подготовку всех учащихся и отдельных лиц в соответствии с соответствующими правилами.
  2. Подготовьте оборудование. Убедитесь, что все оборудование достаточно заряжено для этой деятельности.
  3. Выбор местности. Направляйте учащихся к выбору места для сканирования, как в группе, так и на индивидуальной основе.  Совет: Виды, представленные Google Maps, могут быть полезны при выборе местности / сцены. Дополнительно: Попросите учащихся набросать или смоделировать (например, из глины) выбранную сцену.
  4. Планирование полета
    • Переместитедрон в зону захвата. Вручную отправьте дрон на высоте над любыми препятствиями (деревья, столбы, электрические провода и т.д.).
    • Создайтеавтоматический маршрут полета. С помощью смартфона откройте нужное приложение для фотограмметрии с помощью дрона и настройте зону захвата полета. При использовании DroneDeploy:
      • Нажмите Plan a New Flight(«Планировать новый полет»).
      • В настройках полета Settingsотрегулируйте высоту (> 66 футов) и направление полета (выравняйте 0o с севером). Чтобы улучшить качество модели, отрегулируйте количество перекрытий между каждым изображением: установите Sidelapи Frontlap(перекрытие сбоку и фронтально, соответственно) в дополнительных настройках.
        image099image095
      • Закройте Settings.
      • Откройте карту и отрегулируйте белые маркеры, чтобы замнуть область захвата дрона.
      • Сохраните план полета.
  5. Настройка дрона. Подключите приложение фотограмметрии к дрону. Переключите контроллер дрона в режим, который позволяет использовать автопилот. Если Вы используете DJI Phantom, переключите контроллер из режима P (Программный) в F (Функция).  Совет: Переключение контроллера обратно в режим P (Программный) во время полета отключит автопилот и включит ручное управление.
    image102
  6. Запуск. Убедитесь, что зона захвата очищена от людей и / или объектов, которые не желают находиться в изображениях. Если все вышеописанное завершено, используйте приложение фотограмметрии, чтобы запустить дрон!
  7. Захват изображения. Дайте дрону время завершить автоматическую траекторию полета и собрать изображения в зоне захвата.
  8. Автоматическая посадка. Дрон автоматически приземлится, как только будут сняты все изображения.
  9. Загрузка изображения. Скопируйте все фотографии полета с карты Micro SD дрона на компьютер. Загрузите фотографии в программу фотограмметрии. При использовании DroneDeploy:
    • Перейдите на com
    • Зарегистрируйтесь и нажмите Загрузить — Добавить изображения
    • Присвойте имя карте
    • Выберите подходящий тип карты (рельеф, структуры)
    • Выберите все изображения полета
    • Загрузите

    image104

  10. Экспорт файла. Экспорт файла модели в виде файла .OBJ.
  11. Преобразование файла в 3D модель. Импортируйте файл модели .OBJ в программу создания 3D-контента. При использовании Blender:
    • Откройте Blender
    • Импортируйте OBJ-файл (Файл> Импорт> Граница соединений)
    • Ориентируйте модель для 3D-печати
    • Плоскость в твердое тело - Добавить толщину. Начните преобразовывать плоскость модели в твердый трехмерный объект, выдавливая края плоскости вниз. Нажмите Tab, чтобы войти врежим  редактирования и A, чтобы снять выделение со всех вершин. Выберите режим выбора края Edge Select (внизу).
    • Чтобы выбрать весь периметр сетки, увеличьте масштаб до края, нажмите Altи щелкните правой кнопкой мыши.
      image108
    • После выбора периметра нажмите E, затем Z, чтобы выдавить края (в направлении оси Z).
    • Сгладить нижнюю часть. При выбранном крае масштабируйте, нажимая S, затем
    • Переместите мышь, пока край не будет полностью плоским, и щелкните левой кнопкой мыши, чтобы применить.
      Потяните край в нужное место и щелкните левой кнопкой мыши, чтобы завершить преобразование.  Совет: Убедитесь, что нижняя часть плоская, нажав 5 и 3 на клавиатуре — это показывает ортогональный вид. Нажмите 5 для выхода из ортогонального изображения.
    • Заполнитенижнюючасть. Нажмите Alt и F и выберите Fill(«Заполнить»), чтобы добавить геометрию к нижней поверхности.
    • Выход из режима редактирования. Нажмите Tab, чтобы выйти из режима редактирования.
    • Экспорт файлов. Выберите объект и экспортируйте его как .STL-файл для 3D-печати.
    • 3D-печать. Распечатайте файл .STL.

image112

УПРАЖНЕНИЕ ЧЕТЫРЕ

10 мин Ретроспектива
  1. Попросите учащихся оценить их трехмерные печатные модели по сравнению с: оригинальным видом карты Google, первоначальными эскизами учащихся и их ожиданиями.
  2. Обсудите причины несоответствий между полученными 3D-моделями и ожиданиями студентов. Обязательно коснитесь ошибки, возникающей на каждом уровне анализа и адаптации, чтобы перейти от 2D-изображений к 3D-модели.

УПРАЖНЕНИЕ ПЯТЬ

5 мин Закрытие
  1. В качестве группы обсудите методы улучшения этого многоуровневого подхода к 3D-сканированию и / или 3D-сканирование в целом.

image114

Контакты

Официальный дистрибьютор Formlabs в России и странах таможенного союза - iGo3D Russia.

ООО «АЙ ГОУ 3ДЭ»

Физический адрес: 109380 Москва, ул. Ставропольская, 84, строение 1

Юридический адрес: 109428 Москва, Рязанский проспект, дом 8а, стр. 1, офис 637

График работы: ПН-ПТ с 10.00 до 19.00, СБ-ВС — выходные.

ИНН 7701384189

ОГРН 1147746032059

Телефон: +7(495)232-03-22

Электронная почта: info@igo3d.ru

Остались вопросы?

Свяжитесь с официальным представителем и эксклюзивным дистрибьютором в России!

+7 (495) 232-03-22