3D моделирование

Для работы над 3D-моделированием объектов учащимся необходимы первичные знания и умения работы с персональными компьютерами, владение основным интерфейсом ПК, геометрические и математические знания. 

преподаватели

Старовойтов Николай Фёдорович, учитель технологии

Содержание программы

1.Вводное занятие (1 ч.)

Цель и задачи объединения. Режим работы. План занятий. Демонстрация изделий. История развития 3D технологий. Сфера применения 3D технологий.  Инструменты и материалы, необходимые для работы. Организация рабочего места. Правильное положение рук и туловища во время работы. Правила техники безопасности на занятиях 3D моделирования. Правила пожарнойбезопасности.Вводный контроль.

2. Основы 3D технологий (1ч.)

В области трехмерной компьютерной графики  выделяем четыре основных этапа, необходимых для создания готового продукта. Моделирование– создание объектов, которые будут на рабочей плоскости. Использование материалов – определение свойств поверхностей объектов (цвет, фактур, прозрачность и т.д.)

Освещение – добавление и размещение источников света.

Визуализация – формирование изображения, на основе моделей, материалов и освещения.

3.Программы для создания и редактирования 3D объектов. (1ч)

Для создания компьютерной графики используют множество различных приложений. Универсальные 3D-редакторы (Cinema 4D, 3DsMaxи т.д.

4.D-принтер. Знакомство с интерфейсом.(1 ч)

Теоретические сведения .Основные параметры 3D-принтеров: область печати, доступная скорость, разрешение печати, экструдер

5.Знакомство с моделью 3D-принтера и его настройка. Работа с 3D-принтером. (1ч)

Правила безопасной работы с 3D-принтером.Подготовка изделия к работе. Проверка проходимости экструдера. Заправка принтера расходными материалами.  Работа с моделями. Начало печати.

6. Обзор программы Tinkercad.(1 ч)

Tinkercad – это онлайн-сервис по разработке 3Д-проектов для начинающих.

7.Особенности программы Tinkercad. (1ч)

 Разработчик позиционирует продукт как решение начального уровня для детей, преподавателей и любителей-проектировщиков, то есть рядовых пользователей.

8. Основные элементы Tinkercad. (1ч)

Фигуры.Редактор фигур.Панель фигур.Шаг деления фигур.
Отверстия/Holes. Перемещение фигур на плоскости. Выбор и удаление фигур. Перемещение фигур. Вращение фигур. Масштабирование фигур. Копирование, группировка и сохранение многоцветности фигур.Копирование фигур.Группировка фигур.
9. Фигуры.(1)

Все модели в Tinkercad складываются из объемных фигур и отрицательных пространств под названием Отверстия/Holes. В этом разделе мы познакомимся с обоими инструментами.

10. Редактор фигур. (1ч)

Любую фигуру в Tinkercad можно модифицировать, причем у разных фигур будут свои параметры модификаций. Редактор фигур можно сворачивать, нажимая на черную стрелку. Поэкспериментируйте с настройками разных фигур.

11. Панель фигур.(1ч)

Здесь есть пять групп фигур: TINKERCAD, SHAPE GENERATORS, CIRCUITS, PRINTABLE KITS, YOU. Группа TINKERCAD содержит множество заготовок для создания сложных 3D дизайнов. Фигура Scribble во вкладке Основные формы/BasicShapes позволяет превращать 2D рисунки в 3D объекты.

12. Шаг деления фигур. (1ч)

В Tinkercad у вас есть возможность изменять шаг деления сторон некоторых фигур. Чем больше шаг, тем выше разрешение вашей модели и тем тяжелее ваш файл. Если зритель будет видеть фигуру лишь издалека, то ее разрешение можно уменьшить, так как разница в несколько шагов заметна не будет.

13. Отверстия/Holes. (1ч)

Отверстие/Hole — это функция, которая позволяет обратить фигуру в отрицательное пространство и отнимать части по форме этого пространства от других фигур, отрезать от них куски. В редакторе сферы нажмите Отверстие/Hole — сфера станет сероватой в полоску. Удерживая левую кнопку мыши, обведите параллелепипед и сферу.

14. Перемещение фигур на плоскости.(1ч)

Для выбора фигуры, расположенной на рабочей плоскости, кликаем на нее мышкой либо, удерживая мышь, обводим фигуру прямоугольным выделением.

15. Выбор и удаление фигур. (1ч)

Чтобы удалить одну или несколько фигур, выбираем нужные и жмем DELETE/BACKSPACE или иконку мусорного бака. Для отмены действия жмем CMD+Z, для повтора CMD+Y (или нажимаем иконки стрелок в левом верхнем.

16. Перемещение фигур  (1ч.)

Чтобы перетащить фигуру по сетке, наведите курсор на фигуру и, удерживая левую кнопку мыши, переместите объект на желаемую позицию. Вы также можете выбрать фигуру щелчком мыши, а затем использовать стрелки на клавиатуре, чтобы перемещать фигуру по одной единице измерения сетки за одно нажатие, т.е. 1 мм (о том, как перейти на дюймы, читайте в разделе “Рабочая плоскость, навигация и горячие клавиши в Tinkercad” в первой статье).

17. Перемещение объектов.(1ч)

Если вы хотите задать свой шаг перемещения при перетаскивание фигур мышью или стрелками клавиатуры, зайдите в меню Сетки шаговой привязки/SnapGrid и выберите необходимый шаг перемещения.

18. Вращение фигур. (1ч)

Щелчком мыши выберите фигуру на рабочем пространстве и используйте три изогнутые стрелки для вращения объекта вдоль осей X, Y, Z. Зажмите изогнутую стрелку — вокруг фигуры появится шкала градусов. Если вы будете передвигать мышь внутри шкалы, то объект будет вращаться на 22,5°, если извне — то на 1°. Удерживайте SHIFT для поворота на 45°.

19. Масштабирование фигур. (1ч)

Щелчком мыши выберите фигуру на рабочем пространстве. Вокруг нее появятся черные и белые квадраты. Потянув за любой белый квадрат, вы масштабируете фигуру в двух направлениях, а потянув за черный — в одном. Потянув за белый верхний или нижний квадрат, вы масштабируете фигуру вверх и вниз. Наводя на квадраты курсор, вы сможете увидеть размер сторон фигуры.

20. Копирование, группировка и сохранение многоцветности фигур. (1ч)

Есть несколько способов копировать фигуру. Выберите нужную фигуру на рабочей плоскости.

21,22. Копирование фигур. (2ч)

Нажмите CTRL+C, затем CTRL+V; Удерживая ALT, потяните фигуру в сторону. Удерживайте SHIFT, чтобы перемещать копию по прямой линии;Нажмите иконку Дублировать/Duplicate в левом верхнем углу или команду CTRL+D: фигура скопируется на место оригинала, поэтому пару раз нажмите стрелки на клавиатуре, чтобы разделить их.

Для копирования нескольких фигур, выбираем их на рабочей сетке и жмем иконку Дублировать/Duplicate или команду CTRL+D.

23,24. Группировка фигур. (2ч)

В Tinkercad можно группировать несколько фигур в один объект. Для этого выбираем фигуры на рабочей сетке и жмем CTRL+G. В качестве альтернативы, можно нажать иконку Группировать/Group. Для разгруппировки используйте команду CTRL+SHIFT+G или нажмите иконку Разгруппировать/Ungroup. Разгруппировать можно только предварительно сгруппированные объекты.

25,26. Режим Разноцветный/Multicolor. (2ч)

При группировке объекты окрашиваются одним цветом. Если вы хотите сохранить первоначальные цвета, то после группировки зайдите в редактор фигур, откройте палитру цветов Тело/Solid и поставьте галочку рядом с Разноцветный/Multicolor. Здесь же можно сделать фигуру полупрозрачной, поставив галочку рядом с пунктом Прозрачный/Transperent.

27,28. Инструмент Рабочая плоскость/Workplane. (2ч)

В Tinkercad есть две Рабочие плоскости/Workplane: первая — это рабочая сетка, на которой размещаются фигуры, вторая — это инструмент со своей иконкой. Чтобы удалить новую поверхность, выбираем инструмент Рабочая плоскость/Workplane и кликаем на любое место рабочего пространства (кроме фигур).

29,30. Инструмент Линейка/Ruler. (2ч)

Инструмент Линейка/Ruler в Tinkercad состоит из двух перпендикулярных лучей со шкалой деления. С ее помощью вы можете точно располагать фигуры относительно друг друга. Она также показывает высоту, ширину и длину фигур в числах.

31,32. Инструмент Выровнять/Align. (2ч)

Для выравнивания фигур относительно друг друга существует инструментВыровнять/Align. Поместите параллелепипед и сферу на рабочую сетку. Выберите обе фигуры и нажмите иконку Выровнять/Align либо клавишу L. Под объектами появится черная сетка с кругами. Наводя курсор на круги, вы увидите превью выравнивания по осям X, Y, Z. Для выравнивания нажмите на круг. После нажатия на черный круг, он станет серым, то есть вы будете видеть, по каким осям вы уже выровняли фигуры. Вы можете выравнивать одновременно 2 и более фигур — просто выделите все необходимые объекты.

33,34. Инструмент Отразить/Flip. (2ч)

Для того, чтобы перевернуть фигуру по осям X, Y, Z, применяется инструмент Отразить/Flip. Поместите фигуру Звезда/Star из коллекции Основные формы/BasicShapes на рабочую поверхность (на ней будет нагляднее) и нажмите иконкуОтразить/Flip либо клавишу М (англ.). Возле фигуры появятся три черные стрелки. Наводя курсор на эти стрелки, вы увидите превью отражения объекта по разным осям. Когда вы выбрали нужное отражение, жмите черную стрелку.

35,36. Режимы Блоки/Blocks (для экспорта в Minecraft) и Кирпичи/Bricks. (2ч)

В Tinkercad есть три режима просмотра ваших дизайнов Проект/Design, в котором вы создаете все ваши дизайны и который открывается по умолчанию Блоки/Blocks, который упрощает ваши модели: здесь каждый ваш дизайн состоит из блоков/кубиков. Ваши 3D дизайны становятся похожи на сцены из Minecraft. У режима есть три уровня детализации моделей, между которыми можно переключаться в левом верхнем углу под названием дизайна. Из этого режима можно экспортировать объекты для Minecraft в формате schematic, нажав Export. Эти файлы затем импортируются в программу MCEdit, модифицируются и отправляются в Minecraft.Кирпичи/Bricks, который преобразует ваши фигуры в многоуровневые лего модели. Есть три уровня детализации моделей, между которыми можно переключаться в левом верхнем углу под названием дизайна.

37,38. Сохранение, экспорт, шэринг. (2ч)

Tinkercad автоматически сохраняет все изменения после каждого действия и при выходе из окна моделирования. Чтобы закрыть ваш дизайн, нажмите на лого Tinkercad в левом верхнем углу. Чтобы переключиться на работу с новым дизайном, нажмите иконку меню Мои проекты/MyDesigns рядом с лого и выберите нужный проект нажатиемИзменить/Tinkerthis во всплывшем окне. Для экспорта файлов жмем Экспорт/Export в правом верхнем углу. Из окна экспорта вы можете скачивать ваши файлы в формате .svg, .objand .stl (вкладкаСкачать/Download) либо отправить их в печать на вашем 3D принтере (вкладка 3D печать/3D Print). Вы также можете экспортировать части модели, предварительно выделив нужные фигуры и отметивТолько выбранные формы/Onlytheselectedshapes в окне экспорта.

39.40. Разработка сложной модели по запланированному проекту.(2ч)

Планирование проекта. Продолжительность каждого контролируемого элемента проекта.Документирование и описание содержания проекта. Оценка ресурсов, требующихся для реализации проекта. Определение и составление пошагового плана действий, обеспечивающих достижение целей проекта.

41,51. Создание сложной модели по запланированному проекту.Создание контрольной модели.(10ч)

Поэтапное создание модели с помощью изученного инструментария программы Tinkercad. Контроль и коррекция каждого из запланированных этапов создания модели.

52,54. Печать и доработка контрольной модели.(3ч)

1.Сетка. Пересекающиеся грани и ребра могут привести к забавным артефактам слайсинга. Поэтому если модель состоит из нескольких объектов, то их необходимо свести в один.

2. Плоское основание. Желательное, но не обязательное правило. Плоское основание поможет модели лучше держаться на столе принтера. Если модель отклеится (этот процесс называют деламинацией), то нарушится геометрия основания модели, а это может привести к смещению координат XY.

3. Толщина стенок. Стенки должны быть равными или толще, чем диаметр сопла.

4. Минимум нависающих элементов. Для каждого нависающего элемента необходима поддерживающая конструкция – поддержка. Чем меньше нависающих элементов, тем меньше поддержек нужно, тем меньше нужно тратить материала и времени печати на них и тем дешевле будет печать.
Кроме того поддержка портит поверхность, соприкасающуюся с ней.
Допускается печать без поддержек стенок, которые имеют угол наклона не более 70 градусов.

5. Точность. Точность по осям XY зависит от люфтов, жёсткости конструкции, ремней, в общем, от механики принтера. И составляет примерно 0.3 мм для хоббийных принтеров.Точность по оси Z определяется высотой слоя (0.1-0.4 мм). Отсюда и высота модели будет кратна высоте слоя.Также необходимо учитывать, что после остывания материал усаживается, а вместе с этим изменяется геометрия объекта.
Существует ещё программная сторона проблемы — не каждый слайсер корректно обрабатывает внутренние размеры, поэтому диаметр отверстий лучше увеличить на 0.1-0.2 мм.

6. Мелкие детали. Мелкие детали достаточно сложно воспроизводятся на FDM принтере. Их вообще невозможно воспроизвести, если они меньше, чем диаметр сопла. Кроме того при обработке поверхности мелкие детали станут менее заметны или исчезнут вовсе.

7. Узкие места. Узкие места очень сложно обрабатывать. По возможности необходимо избегать таких мест, требующих обработки, к которым невозможно подобраться со шкуркой или микродрелью. Конечно, можно обрабатывать поверхность в ванне с растворителем, но тогда оплавятся мелкие элементы.

8. Большие модели. При моделировании необходимо учитывать максимально возможные габариты печати. В случае если модель больше этих габаритов, то её необходимо разрезать, чтобы напечатать по частям. А так как эти части будут склеиваться, то неплохо бы сразу предусмотреть соединения, например, «ласточкин хвост».

9. Расположение на рабочем столе. От того, как расположить модель на рабочем столе зависит её прочность.Нагрузка должна распределяться поперек слоев печати, а не вдоль. Иначе слои могут разойтись, т.к. сцепление между слоями не 100%.

55,56. Подведение итогов. Выставка 3D-моделей.Заключительное занятие. Фотоотчет.(2ч)

Оформление презентации продукта. Фото фиксация результата. Обсуждение достоинств и недостатков проекта. Подведение итогов.

1.4. Планируемые результаты освоения программы

К окончанию обучения у воспитанников будут сформированы следующие результаты:

Личностные  (развитие терпения, способности переносить выдерживать известные нагрузки в течение определенного времени; умение преодолевать трудности; умение контролировать свои поступки; способность оценивать себя адекватно; осознанное участие в освоении образовательной программы; умение воспринимать общие дела, как свои собственные; аккуратность и ответственность в работе; способность самостоятельно готовить своё рабочее место перед началом работы и убирать его за собой; адекватность восприятия информации, идущей от педагога;

Метапредметные  (умение результативно мыслить и работать с информацией в современном мире; умение применять теоретические знания на практике и в повседневной жизни; умение адекватно оценивать результаты своей творческой деятельности; умение оценивать свои возможности (самонаблюдение, самооценка); умение определять способы действий в рамках предложенных условий; развитие навыков сотрудничества со взрослыми и сверстниками в разных социальных ситуациях; навыки бесконфликтного взаимодействия с социальной средой; умение слушать и слышать других людей.

Предметные:  обучающиеся узнают основы 3D технологий; программы для создания и редактирования 3D объектов; 3D-принтер, его настройку и правила работы с ним; творческие возможности работы в программе Tinkercad. Учащиеся научатся находить и использовать дополнительную информацию из различных источников (в том числе из интернета); наблюдать, сравнивать, делать простейшие обобщения; работать с клеевым пистолетом и гравером. Обучающиеся приобретут навык работы в программе Tinkercad; соблюдать правила культурного поведения в общественных местах.

Цели программы

Развитие творческой личности через приобщение к современным информационным технологиям и формирование художественно-ценностных ориентиров ребёнка в процессе развития его самоопределения.

Результат программы

К окончанию обучения у воспитанников будут сформированы следующие результаты:

Личностные  (развитие терпения, способности переносить выдерживать известные нагрузки в течение определенного времени; умение преодолевать трудности; умение контролировать свои поступки; способность оценивать себя адекватно; осознанное участие в освоении образовательной программы; умение воспринимать общие дела, как свои собственные; аккуратность и ответственность в работе; способность самостоятельно готовить своё рабочее место перед началом работы и убирать его за собой; адекватность восприятия информации, идущей от педагога;

Метапредметные  (умение результативно мыслить и работать с информацией в современном мире; умение применять теоретические знания на практике и в повседневной жизни; умение адекватно оценивать результаты своей творческой деятельности; умение оценивать свои возможности (самонаблюдение, самооценка); умение определять способы действий в рамках предложенных условий; развитие навыков сотрудничества со взрослыми и сверстниками в разных социальных ситуациях; навыки бесконфликтного взаимодействия с социальной средой; умение слушать и слышать других людей.

Предметные:  обучающиеся узнают основы 3D технологий; программы для создания и редактирования 3D объектов; 3D-принтер, его настройку и правила работы с ним; творческие возможности работы в программе Tinkercad. Учащиеся научатся находить и использовать дополнительную информацию из различных источников (в том числе из интернета); наблюдать, сравнивать, делать простейшие обобщения; работать с клеевым пистолетом и гравером. Обучающиеся приобретут навык работы в программе Tinkercad; соблюдать правила культурного поведения в общественных местах.

 

Особые условия проведения

Программные средства 3D моделирования предназначены для пользователей, имеющих различный уровень подготовки. Графические системы начального уровня позволяют строить сложные модели, которые могут быть реально использованы в различных областях. Этому способствует возможность реализации «в материале» теоретически разработанных моделей с помощью 3D принтера.

 

Материально-техническая база

Инструменты и материалы:

3D-принтер – 1 шт., филамент – 52 шт., шуруповерт – 2шт., гравер – 2шт., клеевой пистолет – 3шт., планшетные компьютеры – 10шт., лобзик – 3шт., штангенциркуль – 3шт., стержни клеевые – 3шт., полотна для лобзика – 3шт., набор бит – 1шт., сверло (набор) – 1шт., резак – 5шт.

Учебно-методическое обеспечение: конспекты занятий; положения о конкурсах; методические рекомендации по составлению творческих проектов.