Обучение 3d-моделированию в рамках проекта «3d-модель села»

ОБУЧЕНИЕ 3D-МОДЕЛИРОВАНИЮ В РАМКАХ ПРОЕКТА «3D-МОДЕЛЬ СЕЛА»

Требования к разработке трехмерного моделирования и печати

Элективный курс проводится с использованием компьютерных презентаций в определенном классе, обеспеченным мультимедийным средством и персональным компьютером с современными версиями систем 3D-моделирования.

Занятия должны начаться с демонстрации педагогом выполнения заданий по особенностям системы 3D-моделирования. Каждый обучающийся получает и выполняет индивидуальное задание. Задания обучающимся предоставляются в бумажной или электронной форме. В занятии в интерактивном режиме педагог направляет и контролирует работу индивидуально или может демонстрировать на экране для всех обучающихся примеры выполнения работы.

«Использование межпредметных связей, таких как данного элективного курса, с курсом информатики, а также рисования, истории, математики и геометрии повышают интерес обучающихся к изучению школьных предметов». [1.]

Требования к программному и аппаратному обеспечению данного курса.

Для эффективной работы с трехмерными моделями необходим персональный компьютер, удовлетворяющий следующим минимальным требованиям:

• Процессор: Intel Core 2 Duo 2.0 GHz и более;

• ОЗУ: более 2-х ГБ;

• HDD: более 2-х ГБ;

• Видеокарта: желательно от nVidia;

• На компьютере должны быть установлены следующие программные средства:

• KOMPAS 3D, версии от v12 до v18 выборочно;

• Пакет Microsoft Office версии от 2010 до 2016;

• Интернет-браузеры Orbitum или Mozilla Firefox с последними версиями;

• Слайсеры Cura или RepitierHost последних версий;

• А также наличие Micro-SD или SD-карты с объемом более 256МБ.

Для проведения элективного курса рекомендуется использовать специальные кабинеты: кабинет информатики, кабинет изобразительного искусства и кабинет технологии (мастерская). В кабинете информатики будут стоять оборудования: проектор, интерактивная доска персональный компьютер и 3D принтер. В кабинете изобразительного искусства надо будет работать с бумажными изделиями, и покраской моделей, которые печатаются на принтере, так же там будут проводиться практические занятия по использованию 3D ручки. И учебная мастерская будет использоваться в качестве безопасной зоны для использования грунтовки на моделях.

Перед использованием оборудования, надо проверить его готовность.

3D принтер надо включить и в меню надо подготовить сопло и стол к печати. Дождаться пока сопло и стол не прогреется до нужной температуры. У нас используется пластик PLA, поэтому рекомендуется использовать температуру сопла от 180 до 210 градусов, а температура стола может составлять от 60 до 70. Если же нарушить параметры сопла для PLA пластика, то есть, например, увеличить температуру выше рекомендуемого то пластик будет литься как масло, а в худшем случает пластик зажарится и застрянет в трубке сопла, но если сделать слишком низкую температуру сопла, то пластик до конца не расплавится, а мотор будет без остановки в заданном темпе подавать пластик то сопло трубка сопла забьется пластика, в таких случаях спасает лишь техническое обслуживание. Если, например, температуру стола задать выше нормы то расплавленный пластик не будет стоять ровно и края модели от высокой температуры скривятся и отлипнут от стола, если не отлипнут, то качество моделей, а именно начальные слои будут некачественными, но если температуру слишком уменьшить, то пластик, вытекающий из сопла, просто не липнет к столу и фигуру не будет печатать.

В большинстве случаев встречаются проблемы с прилипанием пластик к столу принтера. Для решения люди пользуются клеем или лаком для волос, некоторые даже используют фасовочный пакет. Но в магазинах можно приобрести специальные пленки для стола принтера. Если пользоваться клеем или лаком, то настоятельно рекомендуется после каждой работы очищать стол принтера от материала. В случае с фасовочным пакетом метод не очень эффективный, пакет иногда сама слетает со стола. А вот специальные пленки — это хорошее решение. Помимо пленок еще продаются фирменные стекла с специальным покрытием для определенных моделей принтера.

Также 3D ручка нуждается в обслуживании. Сначала ее надо включить в электросеть, потом надо выбрать каким пластиком работать. Есть возможность выбора 2-х видов: ABS и PLA.ABS использует большую температуру, поскольку является тверже и прочнее чем PLA пластик. Для PLA на 3D ручке оптимальная температура 185 градусов. Включаем и ждем нагрева. Для работы с 3D ручкой важна осторожность, потому что сопло у него очень горячее и при работе с мелкими объектами до него легко можно случайно дотронуться и получить ожог. Ручку всегда надо ставить на специальную поставку, которая идет в комплекте. При работе с 3D ручкой важно не давить соплом на поверхность стола, где рисуется модель, это приведет к поломке сопла ручки и только покупка запасной части решит эту проблему.

Для данного курса была разработана рабочая программа на 34 часа в год, то есть 1 час в неделю. Днем недели проведения курса был выбран четверг. Рабочая программа данного элективного курса по «3D-моделированию» для учащихся 6-х классов утвержденный и согласованный администрацией МБОУ «Ынгинская СОШ» прилагается в Приложении 1.

2.2. Этапы разработки 3D модели села на элективном курсе.

В этом разделе будет описаны этапы разработки, что является целью данной бакалаврской работы. Как описывалось выше, на элективном курсе разрабатывается мини-макет села с помощью технологии 3D печати. Для этого обучающимся была поставлена задача исследовать объекты и придумать план разработки. В результате был взят определенный район из села – это его центральная часть, где стоят главные достопримечательности села. Но нам еще пришлось дать модели отдельное название: «Связь Времен». Почему модель называется «Связь Времен»? Потому что в макете будут отображены прошлое, настоящее и будущее села. Прошлую часть будет связывать сквер победы над фашистской Германией, память о ветеранах Великой Отечественной войны уроженцев Ынгинского наслега. Настоящую часть будет связывать Культурно-спортивный комплекс «МБУ КСК», где еще базируется ДЮСШ «Сайды», новый построенный многоквартирный двухэтажный дом, новый школьный интернат и жилые дома, которые входят в район макета. Часть будущего будут связывать новое здание детского сада МБДОУ «Буратино», который сейчас в процессе постройки и запланированная на 2024-й год новое здание школы МБОУ «Ынгинская СОШ».

Первый этап: планировка мини-макета, выбор участка.

Внутри красного прямоугольника находится выбранная часть села. (Рис.10) В ней мы можем заметить множество объектов и обширные пустые места.

Рис.10 Выделенная область.

Второй этап: назначение мест расположения объектов.

Поскольку проект называется «Связь Времен», некоторые объекты не будут использованы в самом макете, так как некоторые здания в будущем подлежат сносу. Все объекты на рисунке выделены определенным цветом. (Рис.11)

Рис.11. Выделенные объекты.

На изображении выделены объекты, которые будут затронуты при создании мини-макета. Черными обозначены объекты, которые в будущем подлежат сносу:

1. Старое здание школьного интерната.

2. Здание действующей школы МБОУ «Ынгинская СОШ»

3. 4-х квартирный деревянный жилой дом.

4. Школьные овощехранилище и склад.

Красным цветом обозначены будущие постройки:

1. Новое здание школы МБОУ «Ынгинская СОШ».

2. Новое здание детского сада МБДОУ «Буратино».

Синим цветом обозначены объекты, которые останутся на своем месте:

1. Здание гаража школьной техники.

2. Здание действующего школьного интерната.

3. Здание действующего детского сада МБДОУ «Буратино».

4. Магазин «Алгыс» и бывшая пекарня.

5. Сквер Победы в Великой Отечественной войне.

6. Здание культурно-спортивного комплекса МБУ «КСК».

7. Двухэтажный многоквартирный жилой дом.

8. Здание медпункт.

9. Школьная остановка.

10. Школьная теплица.

Так же кроме объектов будут еще изменения в плане выделенной области. Черные косые линии на картинке означают место, который не войдет в мини-макет села, поскольку эта пустая область занимает очень много места, да и в ближайшем будущем там не планируются какие-либо постройки. Кроме той области есть еще здание обозначенная зеленым цветом, это значит, что в макете села, это здание переместится далее по линии и будет стоять рядом с многоквартирным двухэтажным жилым домом, который на картинке обозначен номером 7 под синим цветом. Мы так решили поскольку на месте где мы планируем переместить здание стоит здание под сносом. Мы думаем, что если оставить новое здание на своем месте, то сзади него появится опять же пустое место и территория расширится, здание под сносом никак не будет оставлена на модели, если его убрать, то опять же там возникнет пустое место. И мы подумали, что раз модель будет называться «Связь Времен» то можно и вернуть прежний облик здания которая сейчас под сносом, чтобы она могла касаться части «прошлого» села.

Третий этап: наглядное планирование расположения объектов и решение объемов и размеров моделей объектов.

Чтобы наглядно посмотреть на макет, мы с обучающимися решили взять скрин села Новый из карты Google и распечатать его на принтере. Скрин взяли и область выделили с помощью PowerPoint. Чтобы распечатать карту, нам пришлось использовать программу под названием «Posteriza».Posteriza – это программа которая бесплатно распространяется, помогает при печати большого изображения на нескольких листах. (Рис.12)

Рис.12 Распечатка баннера с помощьюPosteriza.

Рис.13 Распечатанная карта.

После распечатки мы видим карту вот так, края заклеили скотчем, ненужные края отрезали с помощью большого резака. (Рис.13)

Четвертый этап: моделирование объектов.

В ходе элективного курса на программе КОМПАС-3D была создана модель культурно-спортивного комплекса МБУ «КСК» (Рис.14) и распечатана на 3D принтере. Бывали неудачные попытки из-за технических проблем (Рис.15), но эти проблемы решились.

Рис.14 Создание модели культурно-спортивного комплекса на программе КОМПАС-3D.

Рис.15 Неудачная попытка (верхний слой сместился, нижняя часть модели оторвалась от стола принтера).

Параллельно со зданием культурно-спортивного комплекса был создан монумент в памяти о погибших в Великой Отечественной войне. (Рис.16) При распечатке все получилось успешно. (Рис.17)

Рис.16 Монумент на сквере Победы.

Рис.17 Распечатка здания культурно-спортивного комплекса и монумента Победы.

Пятый этап: Обработка качества модели.

После распечатки фигурки сначала надо обработать его поверхность пилками, потом если модель состоит из нескольких частей, то эти части тоже надо обработать и заклеить на основную часть с помощью суперклея или специального клея, (Рис.18) далее залить поверхность грунтовкой (Рис.19), чтобы при окраске краска смогла хорошо липнуть на поверхность модели. Грунтовки для моделек бывают в флакончике или спрей, в нашем случае используется спрей. При необходимости с помощью ножика надо убрать лишние куски пластика, а именно пластики подложки на стол принтера или области поддержки слоев, которые печатаются «в воздухе».

Рис.18 Обработка модели специальной пилкой и заклеивание отдельных частей.

Рис.19 Обработка модели грунтовкой.

Шестой этап: Раскраска моделей.

После обработки напильником и грунтовкой идет покраска. Для покраски используются акриловые краски, которые рекомендуются для раскраски моделей, или любых пластиковых поверхностей. Для акриловой краски еще рекомендуются специальные кисточки.

На модель сначала наносим основной цвет, в нашем случае со зданием КСК это будет белый цвет. Потом даем краске немного сушиться. Заметим, что акриловая краска довольно быстро сохнет. После дальше продолжаем красить уже вторичные цвета модели. (Рис.20)

Рис.20 Раскраска вторичного цвета модели.

Эта модель КСК устроена так что внутренние полы 1-го и 2-го этажа распечатываются отдельно, чтобы через окошко можно было посмотреть внутрь здания. Поэтому полы отдельно тоже обрабатываются и красятся. (Рис.21)

Рис.21 Покраска полов здания.

Далее на очереди стоит макет здания школы. Его распечатка заняла около 16-и часов, с учетом скорости печати и объемом самого объекта, также на скорость печати подложка и поддержка пустого пространства тоже играет значительную роль, при распечатке поддержки пустого пространства принтер теряет очень много времени для распечатки основной модели.

Далее уже на следующих ступенях ожидаются оставшиеся здания, площадка мини-макета и еще планируется разместить на макет подцветку внутри зданий и уличные фонарные столбы, чтобы подарить больше реализма.

Анализ проведенных занятий по 3D-моделированию.

Для анализа проведенных занятий на элективном курсе по 3D-моделированию приняли участие учащиеся 6-го класса МБОУ «Ынгинская СОШ». Темы составлены по рабочей программе утвержденный и согласованный администрацией МБОУ «Ынгинская СОШ» которая прилагается в Приложении 1. При проведении элективного курса поэтапно были достигнуты следующие задачи:

- Образовательные

- Воспитательные

- Развивающие

Таблица 1 Интеграции теоретического обучения.

Обучающиеся прошли шесть этапов работы над трехмерными объектами. Конечно, не обошлось без технических неисправностей оборудования, особенно при настройке слайсера и неправильной калибровки 3D принтера. При настройке слайсера важно учесть характеристики 3D принтера. Например, надо указать правильную величину рабочей области печати. Надо указать точный размер печатаемой модели, то есть она не должна выходить за область печати, на работе 3D принтера не учли такую ситуацию что новичок пользователь может случайно задать за рамочный размер и принтер попытается выйти из своей рабочей оси что может привести к серьезной поломке. При калибровки печатающей головки тоже не учли такое что пользователь может случайно задать высоту или ширину выше чем у рабочей области и опять же принтер попытается выйти за рамки рабочей области что приведет к поломке. Так же при калибровке надо учесть наклон поверхности, где стоит принтер, все надо измерить угломером.

Заключение.

В заключении отмечаем, что 3D моделирование и технология 3D печати – это очень увлекательная вещь в современном образовании. Даже при недостаточной обучаемости трехмерного моделирования на уроках информатики, обучение в этой сфере можно углубленно изучить на внеурочных занятиях и элективных курсах. Данную тему можно обучать с 5-го класса, вплоть до 11-го. Для начальных же классов можно провести вводные занятия по 3D-моделированию с использованием бумажных моделей склеек и 3D ручкой, так же можно показать им принципы работы 3D принтера, как создаются модели, для печати можно использовать готовые модели с интернет-ресурсов. Во время прохождения курса, обучающиеся успешно справились с изучаемым материалом.

Список использованных материалов

1. Элективные курсы. Некоторые вопросы -https://urok.1sept.ru/%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B8/580559/

2. Элективный курс. Отличие от факультатива -https://almamater13.ru/raznoe/elektivy-eto-chto-takoe-elektiv-v-shkole-elektivnyj-kurs-otlichie-elektiva-ot-fakultativa-syl-ru.html

2. 3D-моделирование как средство формирования метапредметной компетентности учащихся в процессе в проектной деятельности -https://docplayer.ru/38188202-3d-modelirovanie-kak-sredstvo-formirovaniya-metapredmetnoy-kompetentnosti-uchashchihsya-v-processe-v-proektnoy-deyatelnosti.html

3. 3DSlash -http://asiaconsult.ru/uslugi/3d-modelirovanie/3dslash

4. 3DTIN – онлайновый 3D-редактор - https://www.computerra.ru/217188/3dtin-onlaynovyiy-3d-redaktor/

5. Blender - https://ru.wikipedia.org/wiki/Blender

6. Sculptris -https://free-software.com.ua/3d-modeling/sculptris/

7. Sculptris – мощный софт для 3D принтера -https://www.reviewstown.com/product/sculptris/

8. SketchUp - https://ru.wikipedia.org/wiki/SketchUp

9. TinkerCAD - http://wikireality.ru/wiki/Tinkercad

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/495217-obuchenie-3d-modelirovaniju-v-ramkah-proekta-