ОРГАНИЗАЦИЯ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ УЧРЕЖДЕНИИ

ORGANIZATION OF ADDITIVE MANUFACTURING IN AN EDUCATIONAL INSTITUTION

Denis Potapov

master's student, department of design, Kazakh National Pedagogical University named after Abai,

Kazakhstan, Almaty,

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассматриваются различные аспекты организации аддитивного производства для определенных целей в образовательном учреждении. В статье выделяются и описываются характерные особенности 3D-печати, которые необходимо учитывать для эффективной и безопасной работы в данном направлении. В исследовании освещаются основные моменты работы с аддитивным производством: методы применения, технологии печати, расходные материалы, необходимые компетенции, требования к работе и рабочей среде.

ABSTRACT

This paper examines various aspects of organizing additive manufacturing for specific purposes in an educational institution. The article highlights and describes the characteristic features of 3D printing that must be taken into account for effective and safe work in this area. The study highlights the main points of working with additive manufacturing: application methods, printing technologies, consumables, necessary competencies, requirements for work and the working environment.

Ключевые слова: 3D-пеать, прототипирование, образование, наглядные пособия, образовательный процесс, FDM-технология, фотополимерная 3D-печать.

Keywords: 3D printing, prototyping, education, visual aids, educational process, FDM technology, photopolymer 3D-printing.

Технический прогресс оказывает влияние на все сферы человеческой жизнедеятельности, предоставляя различные технологии, повышающие эффективность и удобство работы. Это также касается и образовательной среды, в которую постоянно внедряется все больше результатов технического прогресса. Данная статья предлагает ознакомится с аддитивным производством и особенностями его применения в образовательной среде.

Аддитивное производство (3D-печать) – это метод создания трехмерного объекта путем послойного добавления материала [3, с. 15]. Данная технология активно применяется в многих сферах человеческой жизни [4, с. 24] ввиду того, что является доступной и позволяет быстро создавать объемные модели со сложной геометрией.

В рамках образовательного учреждения, 3D-печать может являться эффективным инструментом, позволяющим упростить и улучшить процесс обучения. Достичь этого можно применяя аддитивное производство для создания наглядных пособий или же используя его в качестве базы для учебной деятельности. Однако для реализации этого необходимо учесть множество особенностей данной технологии, так как аддитивное производство – это сложный и комплексный процесс. В исследовании аспектов организации 3D-печати в образовательных учреждениях и их последующего применения в различных формах и заключается цель данной работы.

Для начала, стоит рассмотреть варианты применения 3D-печати в образовательном учреждении. Данная технология отлично проходит для прототипирования, ввиду того что позволяет в короткие сроки создать небольшое количество моделей практически с любой геометрией. Данное обстоятельство делает 3D-печачть отличным инструментом для создания наглядных пособий по различным дисциплинам [2, с. 52]. Имея под рукой физическую модель изучаемого объекта, преподаватель может значительно повысить эффективность обучения, так как наглядные пособия повышают интерес обучающихся и позволяют задействовать несколько типов восприятия информации.

Также аддитивное производство может выступать в качестве базы для учебной деятельности. В ходе изучения и работы с 3D-печатью, обучающиеся смогут ознакомится с 3D-моделированием и смежным программным обеспечением, научаться обращаться с оборудованием для 3D-печати, в также сформируют в себе трудовую культуру и дисциплину.

Однако все вышеперечисленное требует серьезной организации, для которой необходим учет особенностей и специфики, а также определенных знаний и навыков в области аддитивного производства.

В первую очередь необходимо ознакомиться с видами 3D-печати, так как для различных задач следует применять различные технологии аддитивного производства. В данной работе предлагается рассмотреть две технологии печати: экструзия материала (FDM) и фотополимеризация (SLA, DLP). Обусловлен данный выбор тем, что оборудование, работающее по вышеупомянутым технологиям, на данный момент является самым распространенным [1] и доступным, а также имеет большую базу знаний по работе с ним.

FDM - технология печати, заключающаяся в подаче термопластичного материала (филамента) через разогретое сопло на печатную поверхность и его последующем отверждении при остывании [3, с. 28]. Основными преимуществами данной технологии являются доступность, простота в использовании и большой выбор материалов для печати.

На рынке представлено множество -принтеров и расходных материалов различных ценовых категорий, что позволяет подобрать оборудование с наилучшим соотношением цены и качества.

Также принтеры, работающие по вышеупомянутой технологии, просты в использовании и обслуживании. Модели, полученные с помощью данного способа печати, требуют минимальной обязательной постобработки, а процессы починки, настройки или модификации оборудования не представляют особого труда.

Для -печати имеется большое количество различных материалов (филаментов). Все они имеют различные механические, химические и эстетические свойства, что упрощает подбор филамента для конкретных задач. Также, некоторые -принтеры, имеют возможность одновременно печатать несколькими различными типами филаментов.

Из недостатков -печати можно выделить качество поверхности получаемой модели и долгое время печати в определенных случаях. Модели, напечатанные по данной технологии как правило имеют видимые линии слоев и некоторые дефекты поверхности изделия. Также время, затрачиваемое на печать, прямо пропорционально качеству модели, а печать одновременно нескольких изделий сильно затягивает процесс.

И все же, даже имея вышеупомянутые недостатки, на данный момент данный тип 3D-печати является самым распространенным [1] и широко применяется в различных сферах.

Печать по технологии фотополимеризации заключается в отверждении фотополимерной смолы под воздействием ультрафиолетового света [3, с. 49].

Основным преимуществом данной технологии заключается в том, что изделия, получаемые таким способом, имеют очень высокую детализацию и качество поверхности, значительно превосходя по данному пункту модели, созданные на -принтерах. Также, одновременная печать нескольких изделий никак не отразится на времени, затрачиваемом на производство.

Однако, по удобству и простоте эксплуатации фотополимерные принтеры значительно уступают -принтерам. Причина заключается фотополимерной смоле, используемой для печати. Она токсична и требует обязательного применения средств индивидуальной защиты при работе с ней. Кроме того, изделия из данного материала после печати требуют дополнительной засветки ультрафиолетовой лампой, так как это необходимо, чтобы модель полностью затвердела.

Еще одним недостатком данной технологии является обязательное наличие поддерживающих структур модели, которые увеличивают затраты материала и могут оставлять изъяны на поверхности изделия. [3, с. 59].

Обслуживание принтера тоже сложнее, если сравнивать с -технологией. Периодически необходимо сливать фотополимерную смолу и очищать элементы принтера. Также, расходные материалы для фотополимерной печати не на много, но дороже в сравнении с филаментами и запчастями для -печати.

После изучения особенностей различных технологий 3D-печати можно приступать к выбору оборудования, с которым предполагается дальнейшая работа. Тип и характеристики принтеров определяются поставленными задачами, возможностями организации и условиями, в которых будет проходить работа.

Если речь идет об обучении детей в школе, то наиболее подходящим вариантом будут принтеры, работающие по технологии , так как они проще в эксплуатации и лучше подходят для знакомства с миром 3D-печати. Кроме того, они гораздо безопаснее, ведь не требуют работы с токсичной смолой и позволяют печатать экологичным и безвредным -пластиком.

В случае с учреждениями среднего специального и высшего образования, выбор будет зависеть от специфики обучения. Если работа предполагает создание художественных объектов, где важны высокая детализация и внешний вид, то лучшим решением будет фотополимерная печать. Также данный вариант лучше всего подходит для создания наглядных пособий, которые носят исключительно демонстрационный характер.

Для технических специальностей, где важнее всего функционал, в большинстве случаев, лучше подойдет -печать, которая проста эксплуатации и предоставляет большой выбор материалов для печати.

После того как сделан выбор в пользу той или иной технологии аддитивного производства, для организации работы необходимо обеспечение расходными материалами. В первую очередь это филаменты и смолы.

Если речь идет о филаментах, то для работы в образовательном учреждении лучше всего подойдет -пластик. Он экологичен и безопасен, а также имеет низкую температуру плавления, что упрощает работу с ним. В качестве альтернативы можно рассмотреть -пластик, обладающий лучшими механическими характеристиками, но имеющий большую температуру плавления [3, с. 36].

При выборе фотополимерной смолы, лучше выбирать ту, что можно промывать водой, а не спиртом или другими реактивами, так как это упростит постобработку, будет менее затратным и более безопасным.

Также для 3-печати необходимы: запчасти для 3D-принтеров, материалы, инструменты и реактивы для постобработки, сушилки для филаментов, ультрафиолетовые лампы для изделий из фотополимерной смолы, средства индивидуальной защиты.

Еще одним типом необходимого оборудования являются компьютеры. Они нужны для проектирования моделей в 3D-программах. Подойдут компьютеры со средними характеристиками, так как для печати нет необходимости производить рендер смоделированного объекта.

Для любого производства требуется помещение с определенными характеристиками. Если речь идет об аддитивном производстве, то помещение должно иметь стабильное электроснабжение и достаточно места для комфортной работы. Недостаток рабочего пространства может стать причиной сбоя в работе, поломки оборудования или травмы оператора. Также в помещении должна быть возможность проветривания, хорошее освещение и возможность поддерживать стабильную температуру. Если речь идет о фотополимерной печати, то необходима вытяжка и возможность изоляции помещения или его части от солнечного света, так как он может оказывать воздействия на фотополимерную смолу и необработанные изделия из нее.

Обязательным условием при работе с 3D-печатью является четкое следование предписаниям техники безопасности и технической документации. Пренебрежение этим пунктом может стать причиной преждевременного износа и поломки оборудования, а также привести к травмам во время работы.

Ключевым моментом при организации аддитивного производства является наличие компетентных кадров, ответственных за то, чтобы выполнение всех вышеперечисленных пунктов в итоге сложилось в единый эффективный рабочий процесс.

Человек, задачей которого будет следить за работой по 3D-печати, должен обладать определенными навыками и компетенциями. Ввиду того, что речь идет об аддитивном производстве в образовательном учреждении, необходимы знания в области педагогики, так как процесс работы подразумевает взаимодействие с обучающимися и преподавательским составом.

Также необходимы определенные технические навыки. Оператор должен хорошо знать устройство принтеров, уметь их настраивать и обслуживать, разбираться в материалах, используемых для печати и постобработки. Помимо этого, необходимо владеть навыками 3D-моделирования. Проектирование моделей для печати имеет свою специфику и требует знания программ как для моделирования, так и программ для 3D-печати.

Человек, ответственный за организацию аддитивного производства в образовательном учреждении, всегда должен контролировать процесс работы, поддерживать дисциплину, а также следовать всем техническим предписаниям и технике безопасности. При соблюдении этих пунктов, работа с 3D-печатью будет эффективной и безопасной.

Аддитивное производство является отличным инструментом, позволяющим значительно повысить эффективность работы и разнообразить учебную деятельность в образовательном учреждении. Однако, ввиду того что 3D-печать – это сложный и комплексный процесс, для его организации требуется учитывать большое количество различных аспектов.

В зависимости от поставленных задач необходимо выбрать наиболее подходящую технологию производства, подобрать определенное оборудование, учесть особенности образовательного учреждения.

Ключевым же моментом при организации аддитивного производства, как и в любом другом случае, является человек. Наличие компетентных кадров, обладающих всеми соответствующими знаниями и навыками, необходимо для организации и поддержания корректной работы с 3D-печатью.

Если ответственно подойти к организации аддитивного производства в образовательном учреждении и учесть все особенности и специфику данной технологии, то результатом станет наличие крайне эффективного и разностороннего инструмента в виде 3D-печати.

Список литературы:

1. Анализ размера и доли рынка 3D-печати — тенденции роста и прогнозы (2024–2029 гг.) [электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.mordorintelligence.com/ru/industry-reports/3d-printing-market (дата обращения: 05.12.2024)
2. Аспекты использования технологий прототипирования и искусственного интеллекта в рамках цифровой трансформации образовательного процесса / О. В. Дружинина, Е. В. Игонина, О. Н. Масина, А. А. Петров // Современные информационные технологии и ИТ-образование. – 2020. – Т. 16, № 1. – С. 50-63.
3. Рэдвуд Б., Шофер Ф., Гаррэт Б. 3D-печать. Практическое руководство / пер. с анг. М. А. Райтмана. – М.: ДМК Пресс, 2020. – 220 с.: ил.
4. Роль аддитивных технологий в формировании социокультурной среды образовательной организации / В.Б. Клепиков, Е.И. Пономарева, А.В. Чечулова, Н.А. Иваненков // Нижегородское образование. – 2020. – №3. – С. 23–31.