Изготовление 3D принтера из подручных средств в контексте факультативных занятий по робототехнике

1.1. Принципы формирования 3х мерных объектов
Для полноценного анализа любой системы важно произвести ее имитационное математическое моделирование. В первую очередь рассматриваются исходные данные в геометрическом пространстве, после чего происходит их преобразование в удобную аналитическую запись.
Аналитическая запись может быть представлена в виде математических формул, численного и функционального массива или же в матричном виде.
Сформулированная математическая модель позволяет оценить возможность реализации системы, сложность ее реализации, а так же необходимые ресурсы. Как побочный эффект осуществляется возможным расчет и оценка погрешностей[20].
…

1.2. Технологии 3д печати: виды 3д принтера; свой вариант 3д принтера.
Особенность стационарных 3д принтеров заключается в том, что они устанавливаются на неподвижной платформе(станине), питаются от стандартной электрической сети и выполняют определенный набор операций.
По принципу действия системы 3-д принтера делятся на 2 класса – те которые являются из заготовок формируют готовую конструкцию и те которые полностью формируют новый материал на основании сырья[3].
Перед тем как перейти к разработке, необходимо рассмотреть существующие технологии 3-д печати. Рассмотрим основные из них:
1) FDM технология которая подразумевает что выдавливается какой-то материал слой за слоем через сопло-дозатор [8]
2) LOM листовой материал вырезается при помощи токарно-фрезерной системы, затем слои «спекаются» или «склеиваются» в трехмерный объект. Т.е.
…

1.3. Роль и место факультативных занятий в обучении технологии
Для факультативных занятий по робототехнике следует выделить следующие методы обучения[36]:
-словесный метод
-наглядный метод
-практический метод
-метод проблемного обучения.
Словесный метод занимает доминирующую роль среди методов обучения. Словесные методы позволяют в кратчайший срок передать большую по объему информацию, поставить перед обучаемыми проблемы и указать пути их решения. Слово активизирует воображение, память, чувства учеников. Словесные методы подразделяются па следующие виды: рассказ, объяснение, беседа, дискуссия, лекция, работа с книгой[30].
Наглядные методы обучения условно можно подразделить на две большие группы: метод иллюстраций и метод демонстраций.
Метод иллюстраций предполагает показ ученикам иллюстрированных пособий: плакатов, таблиц, картин, карт, зарисовок на доске и др.
Метод демонстраций обычно связан с демонстрацией приборов, опытов, технических установок, кинофильмов, диафильмов и др.
…

2.1. Разработка конструкции 3д принтера
Вести разработку новой модели сложный и трудоемкий процесс. За основу целесообразно взять имеющийся проект и адаптировать под нужды школьных задач.
Приобрели популярность следующие модели:
– Mendel90
– Ultimaker
– PRUSA I3
E3D-Online Mendel90 – настольный RepRap 3D-принтер с открытой рамой, предназначенный для печати пластиками PLA и ABS. Печать моделей размером до 200х200х160мм осуществляется с помощью одного экструдера. Устройство оснащено одним экструдером и подогреваемой рабочей платформой. Передача данных для печати осуществляется посредством USB соединения[23].

Рис 2.
…

2.2 Разработка методических рекомендаций
Для начала необходимо представить, как будет выглядить пробный макет. Для этого необходимо разработать эскиз, например в DS Mechanical чтобы можно было приступить к дальнейшей трансформации:

Рис 2.11 – Прототип 3D принтера

Перечень комплектующих, которые нужно приобрести:
Электронная часть:
• Плата драйверов шаговых моторов 3D Printer Controller RAMPS 1.4
• Микропроцесорная плата Mega 2560 R3
• Драйвера шагового мотора 5pcs A4988 For Arduino RepRap + 3 endstops
• Коврик подогрева 12V 24V 3D Printer Heatbed MK2B RepRap PCB Hot Plate Heat Bed For Prusa & Mendel 
• Экструдер 12v Extruder for 3D Printer
• Шаговые моторы 3 шт
• Проводники
Механическая часть:
• Алюминиевая направляющая 8mm Bearing CNC Aluminum Rail Linear Motion Shaft Support Series Slide SK-8

Рис 2.12 – Алюминиевая направляющая

• Подшипники скольжения SC8UU 8mm Linear Motion Ball Bearing Slide Bushing Linear Shaft

Рис 2.
…

Заключение

Дипломная работа является логическим завершением процесса обучения, где отображены навыки и знания полученные в результате выполнения инженерной задачи – построения системы для печати 3D деталей, по курсу робототехники для учащихся средней школы с дальнейшей проработкой методических указаний.
Рассмотренные профессиональные системы имеют множество недостатков, поэтому выбран новый подход к системам автоматизированного проектирования для быстрого освоения и перехода к печати. Инженерные САПР активно используется во многих отраслях и уже является одним из элементов будущей систем документооборота и ЕСКД. Электронные системы придут на замену чертежам в бумажном виде.
Несмотря на все недостатки преимущества очевидны.
Важным этапом остается перенос 3х мерных моделей из чертежей в реальные объекты. При стандартном изготовлении формируется чертеж или эскиз и передается исполнителю специалисту – токарю, слесарю фрезировщику и т.д.
…