Жаңа ақпараттық технологияны оқу процесінде қолдану
Мазмұны
КІРІСПЕ
3
1 ҮШ ӨЛШЕМДІ ТЕХНОЛОГИЯЛАР ҚАЗІРГІ ҚОҒАМДА
5
1.1 Үш өлшемді технологиялардың мүмкіндіктері және болашағы
5
1.2 3D баспа-технология ұғымы және оның шығу тарихы
12
1.3 3D баспа-технологияларының артықшылықтары мен кемшіліктері
18
1.4 3D баспа құрылысы және онда қолданылатын материалдар
21
2 ОҚУ ПРОЦЕСІНДЕ 3 D - БАСПА ТЕХНОЛОГИЯЛАРЫН ҚОЛДАНУ ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ
27
2.1 Жаңа ақпараттық технологияны оқу процесінде қолдану
27
2.2 Оқу процесінде 3d-баспа технологиясын қолдану ерекшеліктері
32
ҚОРЫТЫНДЫ
38
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
40
ҚОСЫМША
43
КІРІСПЕ
Зерттеу жұмысының өзектілігі. Қазіргі жаңа технологиялардың мүмкіндіктерінің таралуы оқу үлгісінің түрлерінің кеңеюін, дамуын және жаңа ұйымдастырылған оқыту әдістері мен формаларының туындауына түрткі болып отыр.
Жаңа технологиялар дамуының белсенділігінің артуы мен олардың қоғам салаларына тереңінен енуі дайын өнімдерді, интеллектуалды міндеттерді жеңілдетудің сапалы дамуын талап етеді. Жаңа технологиялардың оқыту процесіне енгізілуін оқушылардың шығармашылық, интеллектуалды дамуын арттыру деп түсінеміз.
Жақсылыққа ұмтылу адамзаттың дамуына, жаңа технологияларды ойлап табуға, сондай-ақ бар технологияны жетілдіруге мәжбүр етеді. Прогресс үнемі өзгеріп отырады, жыл сайын күнделікті өмірді жеңілдетіп қана қоймай, әлемді едәуір жақсартатын жаңа, таңғажайып өнертабыстар пайда болады. Қазіргі әлемнің ең дамып келе жатқан салаларының бірі-3D технологиясы.
21 ғасырдың басынан бастап 3D ұғымы біздің күнделікті өмірімізге нық енді. Өмірінде кем дегенде бір рет 3D басып шығару туралы естімеген адам жоқ шығар.
Көптеген адамдар 3D технологиялары туралы айтқанда, стерео көзілдірікті, виртуалды шындықты және кескінге қатысты барлық нәрсені - 3D фильмдерін және т.б. түсінеді. 3D технологиялары ұғыну үшін алдымен үш өлшемді графиканың не екенін түсіну керек. Алайда, үш өлшемді графика жазықтықтағы көлемді суреттермен шектелмейді. Сондай-ақ, үш өлшемді басып шығару және сканерлеу технологиялары осы санатқа жатады. Басқаша айтқанда, бүгінде көлемді заттарды сканерлеуге және басып шығаруға мүмкіндік беретін 3D құрылғылары бар. Сондай-ақ, арнайы бағдарламалық жасақтаманың көмегімен виртуалды модельдер жасауға болады.
10 жыл бұрын технология 3D басып шығару үлкен атақ пен кең қолданысқа ие болмады, бірақ қазіргі әлемді ақпараттық технологияларсыз елестету мүмкін емес. Қазіргі заманғы 3D технологиялары адамдарға жаңа мүмкіндіктер ашады, олар іс жүзінде шекарасы жоқ. Қазірдің өзінде кез-келген затты басып шығарып, оны толығымен пайдалануға болады. Үш өлшемді әлем-бұл тез дамып келе жатқан және бүгінде қол жетімді болашақ әлемі. 3D технологиялар біздің өмірімізге терең еніп, информатика және ақпараттық технологиялар, математика, физика сияқты ғылымдарды кең етек жаюда. Білім беру, бизнес, ойын - сауық саласында кеңінен қолданылатын ақпараттық технологиялар жетілдірілуде. 3D технологиясы адамдардың күнделікті өмірінде жақсылыққа ұмтылуға, адамзатты дамытуға, жаңа технологияларды ойлап табуға, сондай-ақ бар технологияларды жетілдіруге мүмкіндік береді. Прогресс үнемі өзгеріп отырады, жыл сайын күнделікті өмірді жеңілдетіп қана қоймай, ойын-сауық әлемін едәуір жақсартатын жаңа, таңғажайып өнертабыстар пайда болуда. Үш өлшемді басып шығару кеңінен пайдалану қаражат пен уақытты үнемдейді, сонымен қатар өнімділікті арттырады. 3D басып шығару-бұл мүмкіндіктерді кеңейту құралы болып табылады. Болашақта мұндай технологиялар адамдардың өмірін сақтап қалуға, сондай-ақ рекордтық мерзімде ғимараттар салуға және үлкен өндірістік жабдықтарды ауыстыруға мүмкіндік береді.
Сонымен қатар, 3D технологиялары ұмытылмас тәжірибе қалдырып, жарқын фильмдер мен ойындарды толықтай қатысуға мүмкіндік береді. Үш өлшемді әлем-бұл тез дамып келе жатқан және бүгінде қол жетімді болашақ әлемі болып табылады.
3D басып шығару технологияларын дамыту және олардың жоғары перспективасы педагогикалық қызметте қолдану мәселесін ерекше өзекті етеді. Себебі білім беру жүйесі болашақ ұрпақтарды ақпараттық қоғам мен цифрлық экономика жағдайында өмірге дайындауға арналған, білім беру процесіне озық ақпараттық технологияларды енгізу өте маңызды. Білім беру жүйесінің барлық деңгейлеріндегі педагогтердің де, білім алушылардың да технологиялық инновациялар, сондай-ақ білім беру процесінде оларды дәйекті қолданудың мүмкіндіктері, қағидаттары мен бағыттары туралы хабардар болуын арттыру цифрлық дәуірде білім берудің жоғары сапасын қамтамасыз ету үшін үлкен рөл атқарады.
Алайда, 3D-баспа технологияларының мүмкіндіктерін оқу процесінде қолдануда әлі де болса, бірқатар мәселелер туындап отыр. Оларға, біріншіден, 3D-баспа технологияларының қыбаттығы, екіншіден оқу-әдістемелік жағынан әлі де болса, толық қамтамасыз етілмеуі жатады. Осы мәселелерді шешуге аз да болса, өз үлесімізді қосу мақсатында зерттеу тақырыбын 3D-баспа технологияларының мүмкіндіктерін оқу процесінде қолдану ерекшеліктері деп алдық және бұл зерттеу тақырыбының өзектілігін анықтайды [1].
Зерттеу нысаны: 3D технологияларын қолдану салалары.
Зерттеу пәні: жалпы білім беретін орта мектептің оқу процесінде 3D-баспа технологияларының мүмкіндіктерін қолдану.
Зерттеу жұмысының мақсаты: үш өлшемді баспа технологияларының мүмкіндіктерін теориялық түрде негіздей отырып, оқу процесінде 3d-баспа технологияларын қолдану ерекшеліктерін көрсету.
Зерттеу міндеттері:
* зерттеу тақырыбы бойынша материалдар жинақтау және талдау;
* үш өлшемді технологиялардың мүмкіндіктері және болашағын анықтау;
* 3D баспа-технологияларын қолдану салаларын зерттеу;
* 3D баспа-технологияларының артықшылықтары мен кемшіліктерін айқындау;
* Оқу процесінде 3d-баспа технологиясын қолдану ерекшеліктерін ұсыну.
* Зерттеу жұмысының теориялық-әдіснамалық негіздері: Үш өлшемі технологияларды қазіргі қоғамда қолданудың теориялық негіздері, орта мектепте қолданылатын жаңа ақпараттық технологиялар жөніндегі іргелі еңбектер, интернет ресурстары.
Зерттеудің жаңалығы:
* үш өлшемді технологиялардың мүмкіндіктері және болашағы анықталды;
* 3D баспа-технологияларын қолдану салаларын зерттелді;
* 3D баспа-технологияларының артықшылықтары мен кемшіліктері айқындалды;
* Оқу процесінде 3d-баспа технологиясын қолдану ерекшеліктері ұсынылды.
Жұмыстың практикалық маңыздылығы: алынған нәтижелерді жалпы білім беретін орта мектеп мұғалімдері өзінің жұмысында шын мәнінде қолдана алатындығында.
Дипломдық жобаның құрылымы: жұмыс кіріспеден, екі бөлімнен, қорытындыдан, пайдаланылған әдебиеттер тізімінен және қосымшадан тұрады.
Кіріспеде зерттеу тақырыбының өзектілігі мен мақсаты, оның нысаны мен пәні, міндеттері анықталып теориялық-әдіснамалық негіздері, зерттеудің жаңалығы және практикалық маңыздылығы баяндалған.
Үш өлшемді технологиялар қазіргі қоғамда деп аталатын бірінші бөлімде үш өлшемді технологиялардың мүмкіндіктері және болашағы, 3D баспа-технология ұғымы және оның шығу тарихы, 3D баспа-технологияларының артықшылықтары мен кемшіліктері, 3D баспа құрылысы және онда қолданылатын материалдар баяндалған.
Оқу процесінде 3 d - баспа технологияларын қолдану ерекшеліктері атты екінші бөлімде жаңа ақпараттық технологияны оқу процесінде қолдану, оқу процесінде 3d-баспа технологиясын қолдану ерекшеліктері ұсынылған.
Қорытындыда дипломдық жұмыстың негізгі қорытындылары, ұсыныстары, тұжырымдамалары баяндалған.
Қосымшада зерттеу тақырыбына сай қысқа мерзімді жоспарлар мен 3D-баспаның негізгі технологиялары ұсынылған.
1 ҮШ ӨЛШЕМДІ ТЕХНОЛОГИЯЛАР ҚАЗІРГІ ҚОҒАМДА
1.1 Үш өлшемді технологиялардың мүмкіндіктері және болашағы
Үш өлшемді визуализациялау технологиялары қазіргі әлемде барған сайын дамып келеді. 3D - (aғылшыншa dimension - өлшем) үш өлшeмдi дeгeн ұғымды бiлдiрeдi. Бұл күндeрi үш өлшeмдi грaфикa бір oрнындa тұрмaйды. Нeгiзiнeн, бұл aрнaйы эффeкт кoмпьютeрлiк oйындaрдa қoлдaнылaды жәнe нaқты cyрeттi жacaйды. 3D дыбыcтa дa қoлдaнылaды, мыcaлы aлaтын бoлcaқ, үй кинoтeaтры, көлeмдi фигyрaлaрды плacтиктeн бacып шығaрaтын принтeрлeр, мaникюр жасағанда тырнaқтaрдын үлгiсін жacaғaн кeздe. Бұрын бұл тeхнoлoгия кeйбiр кинoтeaтрлaрдa қoлдaнылғaн, қaзiргi кeздe 3D эффeктici бaр тeлeдидaрлaр бaр. 3D кecкiнiнiң бeлceндi жәнe пaccивтi құрылыcы бaр. Бeлceндi жaғын aйтaтын бoлcaқ, 3D үшiн ciзгe ocы жүйeнi қoлдaйтын aрнaйы көзiлдiрiк пeн тeлeдидaр қaжeт бoлaды. Мұндaй көзiлдiрiктeрдe көрeрмeн cyрeттi кeзeкпeн бiр көзбeн нeмece eкiншiciмeн көрe aлaды. Пaccивтi 3D үшiн көк жәнe қызыл линзaлaры бaр көзiлдiрiк қaжeт бoлaды, coл линзaлaрдың aрқacындa көлeмдi кecкiн пaйдa бoлaды жәнe бұл әceр нeгiзiнeн кинoтeaтрлaрдa қoлдaнылaды [2].
1853 жылы нeмic өнeртaпқышы Вильгeльм Рoллмaн ocы идeяны aлғaш aлғa тaртқaн бoлaтын. Қaзiргi дaмығaн зaмaндa 3D кecкiндi eкi жoлмeн aлуғa бoлaды. Бiрiншici aрнaйы жacaлғaн көзiлдiрiктeр aрқылы, eкiншici қaрaпaйым көздiң өзi aрқылы. Дeгeнмeн, eкiншi тәciлi әлi тoлық жүзeгe acқaн жoқ. Жaпoндaр ocы жылдың coңынa дeйiн көзiлдiрiкciз 3D тeлeдидaрды көрe бeругe бoлaтын мүмкiндiктi icкe acырмaқшы.
Голливуд киноиндуcтрияcындa 3D технологияcы жүзеге acырылғaннaн бacтaп 3D формaттaғы фильмдерге қызығушылық aртa түcтi. Оғaн дәлел ретiнде Джеймc Кэмерон өзiнiң aты aңызғa aйнaлғaн Aвaтaр фильмiн aйтa aлaмыз. 3D технологияcы бiзде бұрыннaн белгiлi болғaнымен, ол тым күрделi технология болғaндықтaн, өткен ғacырдa қолдaныcқa ене aлмaды. Бірақ қaзiргi кезде тұрмыcтық техникa жacaумен aйнaлыcaтын компaниялaр 3D жобacынa aca көңiл бөлуде.
3D терминін айтқан кезде 3 өлшемді компьютерлік модельдің бейнесі бірден көз алдымызға пайда болады. Алайда, 3D қолдану және ерекшелігі әлдеқайда кең. Бүгінгі таңда 3D-технологияларды қолдану ғылымның, техниканың және ойын-сауық индустриясының әртүрлі салаларында көрініс табады. Алайда, ақпараттың қол жетімділігіне қарамастан, көптеген адамдар 3D технологиясының ерекшеліктерін, олардың қолдану салаларын және даму перспективалары бар екені туралы аз біледі [3].
Шын мәнінде, 3D модельдеу қазіргі қоғам өмірінде маңызды рөл атқарады. Бүгінде ол маркетинг, сәулет дизайны және кинематография саласында кеңінен қолданылады, өнеркәсіпті айтпағанда. 3D модельдеу болашақ құрылымның, коммерциялық өнімнің прототипін көлемді форматта жасауға мүмкіндік береді. 3D модельдеу кез-келген өнімді немесе қызметті көрсету кезінде маңызды рөл атқарады.
Ғимарат салмас бұрын, автомобиль жасамас бұрын немесе пәтерде заманауи интерьер дизайнын жасамас бұрын, жоба жасау керек екендігі ешкімге жаңалық емес. Барлық уақытта бұл күрделі іс болған. Дизайнерлердің, шеберлердің және суретшілердің еңбегі мен таланты қажет болды. Әрбір бұрышқа жеке проекция сызылып, жеке-жеке сурет салынатын. Бірак, қазіргі уақытта компьютерлік үш өлшемді модельдеудің арқасында құрылымның көлемді моделін немесе 3D моделін құрудың таңғажайып мүмкіндігі пайда болды. Ол жобаны толық сипаттайды, құрылымды барлық жағынан көруге мүмкіндік береді. 3D моделіне негізделген Презентация ең жарқын әсер қалдырады [4].
3D модельдеу-бұл алдын-ала жасалған сызбаға немесе эскизге сәйкес үш өлшемді модельді жобалау. Тақырыптың көлемді моделін құру үшін компьютерлер, планшеттер және кеңсе жабдықтары түрінде арнайы визуализация бағдарламалық өнімдері мен аппараттық құрылғылар қолданылады. Модельдеу кезінде маңызды кезең -- модельдің өрескел өзгеруін көзге жағымды форматқа түрлендіру болып табылады.
Заманауи үш өлшемді компьютерлік графика объектінің ең нақты модельдерін жасауға мүмкіндік береді. Кәсіби модельденген өнімді немесе презентацияны клиенттерге, серіктестерге, инвесторларға жоғары деңгейде көрсетуге мүмкіндік береді [5].
Қазіргі уақытта 3D модельдеу көптеген салаларда қолданылады. Мысалы:
* Әр түрлі кейіпкерлердің модельдерін жасау. Бұл әдетте мультфильмдер жасауда және заманауи компьютерлік видео ойындарды жобалауда қолданылады;
* 3D ғимараттарды визуализациялау. Болашақ объектінің құрылымдық ерекшеліктерін көрсету үшін жобалау ұйымдары айналысады;
* Интерьер заттарының 3D модельдерін жасау. Көп жағдайда оларды дизайнерлік компаниялар экспозициялардың эстетикалық қасиеттерін ұсыну және көрсету үшін жасайды;
* Жарнама және маркетинг. Көбінесе жарнамалау үшін стандартты емес нысандар қажет. Үш өлшемді графиканың маңызды құрамдас бөлігі кез-келген қызметті көрсету кезінде ойнайды. Бұл мүдделі тұлғаларға әсерлі әсер қалдыруға мүмкіндік береді;
* Эксклюзивті зергерлік бұйымдар жасау. Кәсіби суретшілер мен зергерлер ерекше және қайталанбас эскизді жасауға мүмкіндік беретін арнайы бағдарламаларды пайдаланады;
* Жиһаз және компоненттер өндірісі. Жиһаз өндіретін компаниялар көбінесе өз өнімдерін электронды каталогтарға орналастыру үшін үш өлшемді модельдің дамуын пайдаланады;
* Өнеркәсіп саласы. Қазіргі заманғы өндірісті компанияның өнімін модельдеусіз елестету мүмкін емес. Әрбір бөлшекті немесе толық нысанды дайын және ойластырылған 3D моделіне жинау оңайырақ;
* Медициналық сала. Мысалы, пластикалық операция немесе хирургиялық араласу кезінде пациентке процедураның қалай өтетінін және нәтижесі қандай болатынын нақты көрсету үшін үш өлшемді графика жиі қолданылады.
3D модельдеу білімінің пайдасы және мүмкіндіктері:
* Көлемді сызбалар мен 3D модельдерін жасау мүмкіндігі;
* Модельдеудің барлық қажетті құралдарымен жұмыс істей білу;
* Қымбат жобаларды орындау;
* Кәсіби дизайнер немесе сәулетші болуға мүмкіндік беретін дағдыларды игеру;
* Қойылған мақсаттарға қол жеткізу, кәсіби немесе мансаптық жоспарда алға жылжу.
3D модельдеу бүгінде өте маңызды рөл атқарады және әрі қарай дами береді [6].
Енді қазіргі замандағы ең көп сұраныстағы 3D-технологияларына тоқталып өтейік:
* 3D - принтер.
Көптеген фантасттардың идеясы бұрыннан бері шындыққа айналдырып келеді, үйде 3D принтері бар болған жағдайда кез-келген модельдің прототипін жасауға болады. Мысалы, сіз үйде отырып-ақ қана өз өнертабысының жобасын жасап, оны жетілдіре отырып әлемдік деңгейдегі жаңалық жасай аласыз. Сонымен қатар, 3D-принтердің көмегімен шағын бөлшектер мен түрлі ұсақ-түйектер өндірісін іске асыруға болады (1-сурет).
1-сурет. 3 D-принтер
* Хирургиядағы 3D технологиялары. 3D заманауи әзірлемелері медицина деңгейін сапалы болуына жағдай жасай алады. Мысалы, бүгінгі таңда SONY компаниясы ультрадыбыстық, эндоскопиялық хирургия, микрохирургия және т.б. медициналық мақсаттарда үш өлшемді кескіндерді мониторларда көруге арналған көптеген өнімдерді ұсынып отыр (2-сурет).
2-сурет. Хирургиядағы 3D технология
* 3D-теледидарлар. Енді 3D фильмдерді көру үшін кинотеатрға жүгірудің қажеті жоқ, себебі қазір 3D теледидарлар әр үйде қол жетімді. Әрине бұл құрылғы арзан емес. Дегенмен, 3D теледидарлары қымбат бағаға тұрарлық! Мұндай теледидар, әрине, тек қана арнайы көзілдірікте көрінеді және естен кетпес ғажайып әсер қалдыратыны сөссіз (3-сурет).
3-сурет. 3D-телевизор
* Құймалы 3D-еден.
Нақтырақ айтқанда, 3D едені бұл еденнің өзі емес, ондағы сурет болып табылады. Орнату процесі өте ауыр және қымбат. Бірақ содан кейін сіз кез-келген кезде аяғыңыздың астындағы 3D бейнені тамашалай аласыз (4-сурет).
4-сурет. Құймалы 3D-еден
* 3D-сканер.
Кәсіби 3D-сканердің көмегімен айналадағы кез келген нақты объектін шындығын цифрландыруға болады.Сонымен қатар оның моделін жасап және оны нақты уақыт режимінде басқаруынызға болады (5-сурет).
5-сурет. 3D-сканер
* 3D-қалам.
Негізінен, 3D қалам-бұл портативті 3D принтер. Технологияның басты айырмашылығы-модельді компьютерде құрастырудың қажеті жоқ, тек қана қаламды пайдалана отырып, ойлап тапқан затты ауада салу мүмкіндігі бар (6-сурет).
6-сурет. 3D-қалам
* 3D бөлмесі.
Dassault Systèmes компаниясында арнайы жабдықталған бөлме бар. Ол бөлмеде едені мен төбесі үш өлшемді кескіндермен бейнеленіп, 3D экрандар ретінде көлеңкелер бейнеленеді. Дизайнер, Тапсырыс беруші және жоба жетекшісі бір уақытта бөлмеде бола отырып, белгілі бір жобалардың шынайы бейнесіне көз жеткізе отырып, егжей-тегжейін талқылай алады (7-сурет).
7-сурет. 3D бөлмесі.
* Голографиялық үстел.
Голографиялық үстел-үш өлшемді кескіндерді беруге мүмкіндік беретін жаңа буынның жарнамалық тасымалдаушысы. Голографиялық кесте сіздің өнімдеріңізге мақсатты аудиторияның назарын аударады және бренд болуға мүмкіндік беретін құрылғы болып табылады (8-сурет).
8-сурет. Голографиялық үстел
* MGUIDE. Мguide компьютерлік жүйесі Mis-тен стоматологиядағы құрылғы болып табылады. Бағдарлама диагностикаға, хирургиялық кезеңді жоспарлауға және жүргізуге, сондай-ақ протездеуге қатысты тіс дәрігерінің жұмысын айтарлықтай жеңілдетеді (9-сурет).
9-сурет. Mguide компьютерлік жүйесі
* Авиациялық 3D радарлар.
Мұндай радарлардың дәстүрлі модельдермен салыстырғанда өлшемдері аз болып келеді, сонымен қатар 3D радар жоғары ажыратымдылықтағы дәлдікпен картаға түсіруді қамтамасыз етеді. Бұл технология жаңа буынның дрондарын жасау үшін ерекше қызығушылық тудырады. Сонымен, 3D технологиялары білімнің әртүрлі салаларында қолдануға үлкен мүмкіндіктер береді. Бұл технологиялар өте тез дамып келеді (10-сурет).
10-сурет. Авиациялық 3D радарлар
3D принтерде өнімді басып шығармас бұрын, арнайы бағдарламада оның моделін жасап алу қажет. 3D модельді дайындау шынайы үлгі жасалмай тұрып, модельденетін объектінің техникалық және физикалық ерекшеліктерін бағамдауға мүмкіндік береді. Үшөлшемді модельдеу математика, геометрия мен дизайнның қосындысы. Арнайы бағдарламалардың көмегімен 3D принтерге арналған нұсқау болып табылатын файл жасауға болады. Бұл бағдарламалардың жұмысын мүсінші, сәулетші және құрылысшының жұмысымен салыстыруға болады - олар объектінің қалай жасалатынын көрсетеді. Сызба ғимараттың екі өлшемдегі бейнесі дейтін болсақ, модель - объекті бетінің математикалық сипаттамасы болып табылатын үш өлшемді макет [7], [8], [9].
Бұл үдеріс мынадай кезеңдерден тұрады:
1. Математикалық модель құру. Яғни белгіленген өлшемдер бойынша автоматтандырылған есеп жүргізу. Функциялар тік және иілген сызық түрінде түзіледі - бұл көлемді сызбаның нақты сыртқы қаңқасы. Бұл кезде объектінің физикалық қасиеттері есепке алынбайды, үшөлшемді геометриялық фигура жасалады. Қолданылатын негізгі тәсілдер: :: сығып шығару; :: модификаторлар; :: полигондық модельдеу; :: айналдыру.
2. Объектіні текстуралау - сыртқы қабығын салу. Бұл ретте пайдаланылатын материалдардың қасиеттерін ескеру маңызды. Болашақ модельдің қаншалықты шынайы шығатыны текстуралау кезінде таңдалатын материалдарға тікелей байланысты. Шынайы бейне жасауда үшөлшемді графикамен жұмыс істеуге арналған кәсіби бағдарламалық жасақтамалардың мүмкіндігі шексіз.
3. Жарық түсіру. Заттың көлеңкесі пайда болып, ол көрер көзге рас нәрсе сияқты болып көрінеді. 3D модель жасаудағы ең қиын кезеңдердің бірі. Осы жарықтың реңкіне, ашықтық деңгейіне, қанықтылығына және көлеңкенің қолығына қарай сурет шынайы дүние сияқты болып қабылданады.
4. Қажет болса, анимация қосу. Егер бұл статикалық объект болса, онда басқа элементтермен қалай байланысатынын көрсетуге болады. Осы кезде үйкеліс, ПӘК және басқа да коэффициенттерді есептеуге болады.
5.Визуалдау немесе рендеринг, ұсақ кемшіліктерді түзету, соңғы нәтижені шығару. Бұл - үшөлшемді модельдеудің қорытынды кезеңі. Бұл кезеңде 3D модельді бейнелеу өлшемдері нақтыланады. Айталық, сәулелер, тұман, жарқыл сияқты графикалық арнайы эффектілер қосылады. Видео-рендеринг жасалған жағдайда кейіпкерлердің 3D анимациясының нақты өлшемдері анықталады.
6. 3D принтерде басып шығару. Компьютерде жасалған 3D модельдің үлгісі бойынша шынайы объекті құрылады. Одан кейін цифрлы үшөлшемді модель STL-файл форматында сақталады да, басуға команда берілген соң 3D принтерде бұл зат жасалып шығарылады [10].
Үшөлшемді баспаны пайдалану прототиптеудің дәстүрлі әдістері мен шағын сериялы өндіріске жақсы балама бола алады. Қағаздың бетіне екі өлшемді суреттерді шығаратын кәдімгі принтерге қарағанда 3D принтер көлемді ақпарат шығаруға, яғни үшөлшемді физикалық объектілерді жасауға мүмкіндік береді. Жалпы алғанда, басып шығару үдерісі үшөлшемді модель жасау, принтердің жұмыс үстеліне (элеваторға) шығыс материалдарының қабаттарын жағу, жұмыс үстелін дайын қабат деңгейіне түсіру және үстел бетінен қалдықтарды алып тастаумен байланысты қайталатын циклдерден тұрады. Циклдер бірінен бірі үздіксіз жүреді: материалдың бірінші қабатына келесі қабат салынып, элеватор төмендейді, осылайша жұмыс үстелінің үстінде дайын өнім пайда болғанша дейін осы іс жалғаса береді. Модель жасаудың әдеттегі, қолмен орындалатын әдістеріне қарағанда, үшөлшемді баспаның артықшылығы - жылдамдық, қарапайымдылық және бағасының қымбат болмауы. Айталық, 3D модельді немесе детальді жасау үшін көп уақыт қажет болуы мүмкін, бұл бірнеше күннен бірнеше айға созылуы мүмкін. Себебі бұл кезеңге ол детальді жасап шығару ғана емес, оны жасамас бұрын болашақ өнімнің сызбасын жасау да кіреді ғой. Осының өзінде түпкі нәтиже қандай болатынын нақты біле алмайсыз. Нәтижесінде әзірлеуге жұмсалатын шығын өсіп, әзірлеу мен жаппай өндіруді жолға қою арасындағы мерзім де ұзарып кетеді. Үшөлшемді технологиялар қолмен істелетін жұмысты толығымен қысқартып, қағазға сызып, есептеуден толығымен құтқара алады. Себебі бағдарламада модельді экраннан жан жағынан көре аласың, сол арқылы анықталған кемшіліктер объектіні жасау барысында емес, оны әзірлеу сатысында түзетіледі. Осының арқасында қолдан жасау барысында туындайтын барлық дерлік қателердің алдын алуға болады [11].
1.2 3 D бacпa-тeхнoлoгия ұғымы жәнe oның шығy тaрихы
Біздің күнделікті өмірге 3D басып шығару сияқты ұғым берік орныққан. 3D басып шығаруды 1984 жылы Charles Hull ойлап тапты. Қазір 3D басып шығару технологиясы соншалықты танымал және кең болғандықтан, кейбір бөлшектерді немесе модельдерді құру міндетін орындау тек ірі кәсіпорында ғана емес, сонымен бірге сіздің үйіңізде де жүзеге асырылуы мүмкін.
1995 жылдaн бacтaп 3D-бacып шығaру терминi пaйдa болды. Үш өлшемдi немеcе 3D бacып шығaру-бұл виртуaлды үш өлшемдi модельге негiзделген физикaлық объектiнiң қaбaтын құру болып тaбылaды. 3D басып шығару технологиясы сәулет, құрылыс, Өнеркәсіптік дизайн, автомобиль, аэроғарыш, әскери-өнеркәсіптік, инженерлік және медициналық салалар, биоинженерия (жасанды маталар жасау үшін), сән және аяқ киім, зергерлік бұйымдар өндірісі, білім беру, географиялық ақпараттық жүйелер, тамақ өнеркәсібі және басқа да көптеген салаларда прототиптеу және үлестірілген өндіріс үшін қолданылады [12].
Аддитивті технологиялар (Additive Manufacturing - аддитивтілік - үстемелеу сөзінен) - компьютерлік 3D технологиялардың көмегімен объектінің қабаттық құрылуы және объектіні синтездеу болып табылады.
3D басып шығару немесе "аддитивті өндіріс" - сандық модель негізінде кез-келген геометриялық пішіндегі қатты үш өлшемді нысандарды құру процесі. 3D басып шығару модель контурларын көрсететін дәйекті қабаттармен объектіні құру тұжырымдамасына негізделген. Шын мәнінде, 3D басып шығару фрезерлеу немесе кесу сияқты механикалық өндіріс пен өңдеудің дәстүрлі әдістеріне мүлдем қарама-қайшы, мұнда өнімнің сыртқы түрі артық материалды алып тастау арқылы пайда болады (субтрактивті өндіріс деп аталады) [13].
3D принтер - бұл тек қосымша операцияларды жүзеге асыратын, яғни дайындалмаған материалдың бір бөлігін қосатын сандық басқарылатын машина. 3D принтер және 3D басып шығару машинасы. 3D басып шығару тарихы ХХ ғасырдың ортасында, 1950 жылдары, американдық Чарльз Халл алғашқы қосымша технологияны стереолитографияны жүзеге асыруға тырысқан кезде басталады.
3D принтер -- суретті үш өлшемді етіп шығаратын құрылғы. Ол сандық үш өлшемді модельді пайдалана отыра қабаттап шығарады.Суретті жасап шығаруға пластиктің бірнеше түрі негіз болады, алайда бүгінде өндірушілер бейненің әлдеқайда шынайы болуына жаңа компоненттер қосып жатыр. Көптеген технологиялары бар: лазерлік стереолитография, лазерлік біріктіру, сәулелі балқыту, ламинаттау әдісі. Халл Чарльз 1988 жылы 3D SYSTEM фирмасын құрып, Stereolithography Apparatus деп аталатын 3d форматында зат шығаратын құрылғы ойлап тауып, сол жылы ең көп таралған құрылғының SLA-250 моделі сатылымға шықты. 1990 жылы Stratasys компаниясының жетекшісі Скотт Крамп пен оның әйелі жаңа өңдеу әдісін ойлап тапты. Осы әдістен кейін Лазерлік 3D-принтер ұғымы пайды болып, кең қанат жайды. Дегенмен, ол уақыттағы құрылғылардың көлемі тым үлкен болатын. Қазіргі жаңа аппараттардың көлемі қарапайым қағаз шығаратын принтерлердің көлемімен бірдей және оны әрбір адам орташа баға 1000$-на сатып алу мүмкіндігіне ие [14].
Үш өлшемді басып шығару жайлы алғашқы идеялар 1980 жылдары пайда болған. Дәл сол уақыттары арнайы фотополимер пластиктің көмегімен нысаналар құрастыратын стереолитограф жасалып шығарылған. Технология фотополимерлердің қасиеті негізінде жасалған-лазердің әсерінен ол қатып қалып, пластиктің қатты пішініне айналады. Дәл осы қасиеттер болашақ принтерге негіз болды: лазер сәуле арқылы суреттің әрбір пикселін сұйық заттектен жасап салады, ол қатқан кезде нысананың қатты бөлшегіне айналады.
Тағы бір қолданылатын технология лазерлік біріктіру деп аталады. Қолданылатын материал - тез балқитын пластиктің ұнтағы. Лазердің әсерінен пластик балқып, иілгіш болады, ал кейін бір қоспаға бірігеді. Пластик лазердің температурасынан тұтанып немесе қышқылданып кетпес үшін жұмыс жасалып жатқан камераға азот жібереді (оқшау газ) [15] .
3D принтердің жұмысы былай іске асады: қызметші элемент - экструдер-бас принтерді іске қосатын пластик жіпті балқытады. Кейін балқытылған элемент шүмек арқылы беріледі, ал кейін бөлме температурасында тез қатады. Жұмыс істеу үшін басқа өндірістік технологиялар сияқты арнайы жағдайды қажет етпейді. Оған қоса нысаналарды жасауға кететін шығын да аса көп емес - 1 кг пластик үшін бар-жоғы 50-60 доллар. Сонымен қатар нысана ұзақ уақытқа сақталады, бұл принтерді үй жағдайында пайдаланудың құндылығын арттырады.
Озық технология арқылы, бүгінде үшөлшемді суреті бар қарапайым футболкалар жасап қана қоймай, ғимараттардың күрделі үшөлшемді проекциялық модельдерін 100 микронға дейінгі нақтылықпен құрастыруға болады. Бұл әсіресе ғылыми институттарға өзекті, өйткені түп тұлғасын жасап қана қоймай, жасалып жатқан зерттеулерде оны ұстап көруге де болады. Бұл жаңалыққа зергерлер де қуанды - жаңа заман принтерінің арқасында ең күрделі деген заттарға құйма пішіндерін жасау оңай болатын болды. Ал, археологтарға табылған элементтің қисынды жобасын салып қана қоймай, оның нақты түрін құрастыруға мүмкіндік туды.
Ғалымдарға арман болған азық-түлік принтері көп ұзамай шындыққа айналуы мүмкін. Ол ақуыздар мен көмірсулардан нағыз азық-түлікті жасай алады деп күтілуде. Сонымен қатар, озық технология адам мүшелерін жасауға көмектесуі мүмкін. Бұл әсіресе донор тапшылығына ұшыраған адамдарға өзекті. Қазірдің өзінде омыртқааралық дисктер мен бағаналық жасушаларды басып шығару тәжірибеге еніп жатыр. Сол себепті, бұрынғылар фантастика деп ойлаған, ал біз қазірде кейбір кинолардан көріп жүрген таңғаларлық заттар көп ұзамай шындыққа айналып, өмірімізді әлдеқайда жеңілдетуі мүмкін.
3D принтерлер өзін осы форматта шығаруға қабілетті. Осы аумақта талай жетістікке жеткен өнертапқыштардың бірі Чехиялық Джозеф Пруза 3D принтердің осындай моделін жасаушылардың бірі. Тіпті, оның есімімен ең атақты үшөлшемді принтерлердің бірі Mendel Prusa моделін атаған.
2012 жылы Defense Distributed бірлестігі 3D принтер көмегімен суық қару түрін ойлап табу жоспарын құрған. Олар осы жұмысты 2013 жылы аяқтап, таныстырды. Әр адам осы жұмыс істейтін суық қаруды (пистолет) 3D принтер көмегімен шығару мүмкіндігіне ие болды. Дегенмен,көп ұзамай АҚШ басшылығы мен Мемлекеттік Демартамент өкілдері бірлестіктің веб-сайтынан құрылғының жасалу жолы көрсетілген беттерді өшіруді талап етті. 2013 жылдың 21 қараша күні 3D принтер көмегімен суық қару түрлерін шығаруға заңды түрде тыйым салынды [16].
3D технологиясын қолдану кез-келген нысандағы ғимараттарды салуға мүмкіндік береді, ең бастысы дизайнерлер мен сәулетшілерге өздерінің белгілі бір жұмыстарын еркін ойлауға мүмкіндік береді. 3D технологиясын қолдану арқылы ашылатын келесі мүмкіндік- ол жылдамдық. Мысалы, Шанхайда тәулігіне 200 шаршы метр аумағы бар он 3D баспа үйі салынды. Бір қызығы, компания жаңа құрылыс материалдарының орнына Құрылыс және өнеркәсіптік қалдықтар мен үйінділер қолданған. Компьютерлік модельдеуді қолдана отырып, үйлердің дизайнын оқшауларын, құбыр, электр сымдары және терезе блоктарының коннекторларын салуға болады. Барлық осы элементтер 3D басып шығару аяқталғаннан кейін орнатылады.
2014 жылы 3D принтерді құрылыс саласында қолдану жоспары құрылды. Қытайлық WinSun компаниясы 2014 жыл бойы үш өлшемді құрылғы мен бетон материалының көмегімен 10 шақты ұй құрылысын және көпқабатты үйлердің құрылыс жұмыстарын іске асырды. Кейінірек, Оңтүстік Калифорния Университетінде тәулік ішінде 250 шаршы метр аудандағы үйді шығара алатын алып 3D принтер сынақтан өткізілді. 2015 жылы Станкостроение (Крокус-Экспо) ғылыми көрмесінде Ресейлік ғалымдар құрылысқа арналған өндірістік 3D принтерлердің жаңа молельдерінің жоспарын көрсетті [17], [18].
3D құрылыс принтері өз жұмысында экструзия технологиясын қолданады. Онда құрылыс материалының әр жаңа қабаты принтерден алдыңғы қабаттың үстіне, бағдарлама салған контур бойымен, ғимараттың қабырғаларын өсіреді. Бұл технология FDM (Fused Deposition Modeling - жіп тұндыру әдісімен модельдеу) деп аталады. 3D моделін құруға болатын бағдарламалар жасалды. Олардың көпшілігі қол жетімді болып келеді. Бұл жағдайда басып шығарудың жоғары ажыратымдылығы туралы айтудың қажеті жоқ, және бұл құрылыс үшін маңызды емес, өйткені бетон кейіннен өңдеуге және безендіруге оңай түседі. Қазіргі уақытта SketchUp, FreeCАD, Blender, OpenSCАD, Rhinoceros сияқты 3D модельдеуге арналған бағдарламалар жасалды. Аталған бағдарламалардың бірінде модель жасағаннан кейін, ол G-code жасау үшін Бағдарламаға жіберіледі, содан кейін ақпарат компьютерден 3D принтеріне сым арқылы жіберіледі. G-code-бұл болашақта 3D материалды орналастыруы керек координаттар нүктелерінің жиынтығы, нәтижесінде физикалық объект пайда болады. Принтердің өзін тікелей басқару үшін мынандай бағдарламалары бар CUR, POLYGON, Repetier-Host [19].
3D басып шығару әртүрлі тәсілдермен және әртүрлі материалдармен жүзеге асырылуы мүмкін, бірақ олардың кез-келгеніне қатты затты қабатты құру (өсіру) принципі негізделген. 3D басып шығару технологиясы сәулет, құрылыс, Өнеркәсіптік дизайн, автомобиль, аэроғарыш, әскери-өнеркәсіптік, инженерлік және медициналық салалар, биоинженерия (жасанды маталар жасау үшін), сән және аяқ киім, зергерлік бұйымдар өндірісі, білім беру, географиялық ақпараттық жүйелер, тамақ өнеркәсібі және басқа да көптеген салаларда прототиптеу және үлестірілген өндіріс үшін қолданылып келеді.
3D -- басып шығару-компьютерлік CAD-моделі негізінде қатты материалдан объектілерді аддитивті (қабатты) құру процесі болып табылады. STL форматындағы прототиптің үш өлшемді моделі 3D принтеріне жіберіледі, ол қабат-қабат қажетті материалдан нақты нысанды құрайды. 3D басып шығару қосымша өндіріс, үш өлшемді прототиптеу, тікелей цифрлық өндіріс, өсіру деп те аталады [20].
3 D принтердің түрлері. Барлық 3D принтерлерді үш үлкен топқа бөлуге болады -- мүмкіндіктері мен қолдану салалары бойынша.
Пайдаланушы (үй) -- арзан (500 - 4 000 USD) 3D басып шығару жұмыс үстел жүйелері, 98% жағдайда ABS немесе PLA пластиктерінің әртүрлі түрлерімен жұмыс істейді. Олар сапаның төмендігімен және құрылыстың төмен тұрақтылығымен ерекшеленеді. Көбінесе қысқа мерзімді компоненттерден жиналады. Жеке энтузиастар, шағын компанияларда, мектептерде қолданылады.
Кәсіби - әр түрлі өндірістік, зерттеу және бизнес мәселелерін шешуге арналған сенімді 3D принтерлер. Олар компоненттердің өнеркәсіптік деңгейімен, ұзақ жұмыс мерзімімен, басып шығарудың жоғары тұрақтылығымен, әртүрлі сипаттамалары бар материалдардың үлкен таңдауымен ерекшеленеді. Құны -15 000 - 150 000 USD.
Өнеркәсіптік - ірі өндірістік объектілерде пайдалануға арналған 3D басып шығару жүйелері. Әдетте, олар үлкен баспа камераларымен жабдықталған (50 см-ден жоғары). Олар әртүрлі өнеркәсіптік материалдармен жұмыс істеуге мүмкіндік береді (күйдірілетін, ауыр, ыстыққа төзімді). Бұл сыныпқа, мысалы, металлға арналған 3D принтерлер, құм құю қалыптарын басып шығару жүйелері және басқа да жабдықтар кіреді. Құны-200 000 USD басталады [21].
3D басып шығарудың негізгі технологиялары.
FDM (Fused Deposition Modeling) - әлемдегі ең көп таралған 3D басып шығару технологиясы. Балқытылған пластикалық жіптен жасалған заттың қабатты құрылысына негізделген. Дайын өнімдер ерекше беріктігі мен қабаттылығымен және әр түрлі салмағымен ерекшеленеді.
PolyJet - құрылыс процесі ультракүлгін сәулеленудің әсерінен фотополимер материалын қабатты емдеуге негізделген. Дайын өнімдер тегіс беттермен және жақсы бөлшектермен ерекшеленеді. Objet сериясының 3D принтерлерінде қолданылады.
SLM (Selective Laser Melting) - металл ұнтақтарын лазер сәулесімен селективті (селективті) жентектеу. Ең танымал 3D металл басып шығару технологиясы. SLM Solutions және Realizer компанияларының 3D машиналарында қолданылады [22].
Қазіргі уақытта қабаттарды өсірудің екі негізгі технологиясы бар, олар лазерлік және сиялы.
1.Лазерлік 3D басып шығару.
Лазерлік 3D басып шығару ең көне және ең үлкені - компьютерлік CAD сызбаларына сәйкес үш өлшемді модель жасауға мүмкіндік беретін стереолитографияны (SLA) қамтитын лазер. Оны 1986 жылы Чарльз Халл ойлап тапқан. Стереолитография принципі сұйық күйдегі фотополимерге негізделген. Бұл полимерді арнайы ультракүлгін сәулемен сәулелендірген. Ол өте тығыз және қатты жақтауды қалыптастырады. Лазерлік 3D принтері қалыңдығы шамамен 0.1 мм болатын көптеген қажетті қабаттарға 3D компьютерлік моделін кесетін арнайы бағдарлама болып табылады. Сонымен қатар ол әр қабатты сызбаға аударады, ол кейіннен басып шығара бастайды. Фотополимер жұқа қабатпен құйылады, жарқырайды, қатады, келесі қабат үстіне қойылады. Ультракүлгін сәуленің арқасында ол қайтадан қатаяды. Мұндай әрекеттерді бірнеше рет қайталағаннан кейін дайын прототип моделі пайда болады, содан кейін ол жуылады және артық полимер қалдықтарынан тазартылады.
Тезірек және арзан әдіс - бұл лазерлік синтездеу технологиясы (SLS), мұнда фотополимер енді жұмыс материалы емес, тез балқитын пластиктен жасалған ұнтақ болады. Осы принцип бойынша жұмыс істейтін 3D принтерлер лазер болашақ бөліктің көлденең қимасын ұнтаққа кесіп тастайды және ол балқу температурасына дейін қызады да кейіннен агломерацияланады. Әрмен қарай, процедура қайталанады-ұнтақтың келесі қабаты құйылады және лазер тағы бір қабатты күйдіреді. Бұл технология 80-жылдардың ортасында ойлап табылды. Лазерлік синтездеу салыстырмалы түрде жоғары жылдамдықта өте сапалы және берік модельдерді алуға мүмкіндік береді (сағатына бірнеше сантиметр, сонымен қатар қыздыру және салқындату уақыты). Негізгі жағымды жақтардың ішінде металл өнімдерін басып шығару мүмкіндігін атап өткен жөн. Бұл полимердің ең кішкентай бөлшектеріне "оралған" металл чиптерін қолдану арқылы болады. Мұндай ұнтақтан жасалған Модель арнайы пешке орналастырылады, онда барлық полимер күйіп кетеді, ал металл қырыну арқылы біріктіріледі. Нәтижесінде пайдалануға дайын болат пен қола қоспасынан жасалған металл бөлік пайда болады. Мұндай ұнтақтың негізі ретінде керамика немесе шыны қолдануға болады, бұл пісіру процедурасынан кейін ыстыққа төзімді немесе химиялық заттарға төзімді модель жасауға мүмкіндік береді.
2. Сиялы 3D басып шығару.
Сиялы 3D басып шығару қарапайым принтердің жұмысына өте ұқсас болып келеді. Тек бояудың орнына саптамамен салқындатылған платформаға қыздырылған пластиктің белгілі бір мөлшері сығылады, бұл Fused Deposition Modeling (FDM) технологиясы деп аталады. Тамшылар өте тез қатаяды және болашақ үш өлшемді модельдің қабаттарының бірін құрайды (лазерлік басып шығарудағы сияқты, модель қабаттарда жасалады). NASA тіпті осындай 3D принтерді ұзақ экспедицияларға арналған ғарыш кемесіне біріктіргісі келеді. Өйткені, ғарышкерлерге жөндеу немесе ауыстыру үшін кейбір бөлшектер қажет болады, ал мұндай басып шығару құрылғысы қажет. Дегенмен, бірнеше ондаған килограмм бастапқы материалы бар ықшам 3D принтер толық салмақты механикалық шеберханаға қарағанда әлдеқайда ықшамды болып келеді [23].
1.3 3D баспа-технологияларының артықшылықтары мен кемшіліктері
3D басып шығару адам қызметінің барлық салаларында танымал бола бастады. Бірақ бұл технология қаншалықты пайдалы, ол не үшін жарамды және басқа технологиялар мен әдістермен салыстырғанда 3D басып шығарудың артықшылықтары мен кемшіліктерін айтатын боламыз.
Бірден технологияның пайдалылығы туралы мәселеге көшейік. Мұның бәрі сіз нені және қандай көлемде өндіретіндігіңізге байланысты. Егер сіз өзіңіз ойлап табуға болатын Үйге арналған пайдалы құрылғылардың барлық түрлері туралы айтатын болсаңыз (немесе олар негізінен бар, бірақ сатылымда жоқ) немесе үй ыдыстарын жөндеуге арналған бөлшектерді басып шығару туралы айтатын болсақ, онда 3D принтерінің көмегін асыра бағалау мүмкін емес. 3D басып шығару көбінесе басқа технологиялардың көмегімен тым қымбат немесе өте қиын (және кейде мүмкін емес) нәрсені жасауға мүмкіндік береді.
3D принтерлердің дәстүрлі өндіріс әдістерінен артықшылығы кәсіби қолдануда айқын көрінеді. Егер құю, фрезерлеу, штамптау, кесу және т. б. сияқты дәстүрлі өндіріс технологияларымен салыстыру туралы айтатын болсақ, онда айырмашылықтардың келесі санаттарын бөлуге болады:
* Өндіріс жылдамдығы-модельдеуден бастап бөлшектерді өңдеуден кейінгі уақытты көрсетеді;
* Өндіріс құны - әрбір нақты бөлшекті өндіруге арналған қаржылық шығындар;
* Өнімнің сапасы-өңдеуден кейінгі соңғы өнімге сәйкестігіне қатысты өндірістің дәлдігі туралы айтады;
* Көшірмелердің нақтылығы - бір бұйымның шығарылатын көшірмелерінің сәйкестілік деңгейін көрсетеді;
* Өндірістің икемділігі - жаңа өнімді шығаруға көшу немесе өндіріске енгізілген дизайнға өзгерістер енгізу үшін уақыт пен қаржы шығындары;
* Қол жетімділік - әр түрлі деңгейдегі өндірістік қуаттарды сатып алу үшін қаржылық шығындардың қажеттілігі.
3D принтерлердің тағы бір артықшылығы - оның басып шығару аймағының көлеміне сәйкес келетін кез келген нәрсені басып шығару мүмкіндігіне ие. Басқа өндірістік процестер (фрезерлеуден басқа) жаңа құралды, қалыптарды, матрицаларды жасауды немесе қолданыстағы өнімнің дизайнын өзгертуді талап етеді [24].
3D принтерлерінің айта кететін кемшіліктерінің бірі-қолдауды қажет етеді. Төменгі жол - 3D принтері модельді қабаттарда жасайды, ал деформация мүмкін болатын немесе ауырлық центрінің ығысуы бар жерлерде басып шығару кезінде модельдің құлап кетуіне немесе бұзылуына жол бермеу үшін тіректерді қолдану қажет. Кейіннен артық материалды мұқият алып тастап, өңдеуден кейінгі жұмыстарды орындау және кейін кедір-бұдырды тегістеу үшін бөлікті құмдау керек. Қолдаудың тағы бір түрі PVA сияқты балама шешімдер бар. ПВА жылы суда ериді, сондықтан оны модельді түнде суға батыру арқылы алып тастауға болады.
Алайда, бұл әдісті қолдану үшін бір уақытта бірнеше материалды басып шығара алатын принтер қажет, ал PVA қарапайым PLA немесе ABS пластиктеріне қарағанда біршама қымбат.
SLS технологиясын қолдана отырып 3D басып шығару кезінде, принтер лазер сәулесімен қабаттарға қолданылатын ұнтақтың бөлшектерін, әдетте нейлоннан немесе басқа полимерден біріктірген кезде, ұнтақтың өзі қолдау болып табылады. Бұл құрылымдық тіректерді пайдаланбауға және принтердің барлық камерасында кез-келген бөлшектерді басып шығаруға мүмкіндік береді.
3D принтерлердің дәстүрлі өндіріс әдістерінен артықшылығы, жылжымалы бөліктер мен механизмдерді жиналған күйде басып шығару мүмкіндігінде айқын көрінеді. Дәл осындай тұжырым жасырын қуыстары бар бөлшектерді өндірудің қарапайымдылығына және материалды толтырудың күрделі құрылымына қатысты болып келеді.
Скептиктер көбінесе өндіріс үшін материалдарды таңдаудағы шектеулер сияқты технологияның жетіспеушілігін көрсетеді. Бұл мәлімдеме дұрыс, бірақ бүгінгі күні 3D принтерлер жұмыс істей алатын жүздеген түрлі материалдар бар және бұл тізім тұрақты түрде кеңеюде. Бұл материалдардың ассортименті тек түс немесе механикалық қасиеттердегі айырмашылықтармен шектелмейді, хош иістендірілген, магниттік, өткізгіш, түсті өзгертетін және 3D басып шығаруға арналған филаменттер, ұнтақтар мен фотополимерлердің көптеген басқа түрлері бар.
Қол жетімділігі. 3D принтерлер өте кең бағаға ие. Мұның бәрі құрылғының сапасына, оның сипаттамаларына және басып шығару технологиясына, сондай-ақ мақсатына байланысты болып келеді. FDM технологиясымен жұмыс ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
КІРІСПЕ
3
1 ҮШ ӨЛШЕМДІ ТЕХНОЛОГИЯЛАР ҚАЗІРГІ ҚОҒАМДА
5
1.1 Үш өлшемді технологиялардың мүмкіндіктері және болашағы
5
1.2 3D баспа-технология ұғымы және оның шығу тарихы
12
1.3 3D баспа-технологияларының артықшылықтары мен кемшіліктері
18
1.4 3D баспа құрылысы және онда қолданылатын материалдар
21
2 ОҚУ ПРОЦЕСІНДЕ 3 D - БАСПА ТЕХНОЛОГИЯЛАРЫН ҚОЛДАНУ ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ
27
2.1 Жаңа ақпараттық технологияны оқу процесінде қолдану
27
2.2 Оқу процесінде 3d-баспа технологиясын қолдану ерекшеліктері
32
ҚОРЫТЫНДЫ
38
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
40
ҚОСЫМША
43
КІРІСПЕ
Зерттеу жұмысының өзектілігі. Қазіргі жаңа технологиялардың мүмкіндіктерінің таралуы оқу үлгісінің түрлерінің кеңеюін, дамуын және жаңа ұйымдастырылған оқыту әдістері мен формаларының туындауына түрткі болып отыр.
Жаңа технологиялар дамуының белсенділігінің артуы мен олардың қоғам салаларына тереңінен енуі дайын өнімдерді, интеллектуалды міндеттерді жеңілдетудің сапалы дамуын талап етеді. Жаңа технологиялардың оқыту процесіне енгізілуін оқушылардың шығармашылық, интеллектуалды дамуын арттыру деп түсінеміз.
Жақсылыққа ұмтылу адамзаттың дамуына, жаңа технологияларды ойлап табуға, сондай-ақ бар технологияны жетілдіруге мәжбүр етеді. Прогресс үнемі өзгеріп отырады, жыл сайын күнделікті өмірді жеңілдетіп қана қоймай, әлемді едәуір жақсартатын жаңа, таңғажайып өнертабыстар пайда болады. Қазіргі әлемнің ең дамып келе жатқан салаларының бірі-3D технологиясы.
21 ғасырдың басынан бастап 3D ұғымы біздің күнделікті өмірімізге нық енді. Өмірінде кем дегенде бір рет 3D басып шығару туралы естімеген адам жоқ шығар.
Көптеген адамдар 3D технологиялары туралы айтқанда, стерео көзілдірікті, виртуалды шындықты және кескінге қатысты барлық нәрсені - 3D фильмдерін және т.б. түсінеді. 3D технологиялары ұғыну үшін алдымен үш өлшемді графиканың не екенін түсіну керек. Алайда, үш өлшемді графика жазықтықтағы көлемді суреттермен шектелмейді. Сондай-ақ, үш өлшемді басып шығару және сканерлеу технологиялары осы санатқа жатады. Басқаша айтқанда, бүгінде көлемді заттарды сканерлеуге және басып шығаруға мүмкіндік беретін 3D құрылғылары бар. Сондай-ақ, арнайы бағдарламалық жасақтаманың көмегімен виртуалды модельдер жасауға болады.
10 жыл бұрын технология 3D басып шығару үлкен атақ пен кең қолданысқа ие болмады, бірақ қазіргі әлемді ақпараттық технологияларсыз елестету мүмкін емес. Қазіргі заманғы 3D технологиялары адамдарға жаңа мүмкіндіктер ашады, олар іс жүзінде шекарасы жоқ. Қазірдің өзінде кез-келген затты басып шығарып, оны толығымен пайдалануға болады. Үш өлшемді әлем-бұл тез дамып келе жатқан және бүгінде қол жетімді болашақ әлемі. 3D технологиялар біздің өмірімізге терең еніп, информатика және ақпараттық технологиялар, математика, физика сияқты ғылымдарды кең етек жаюда. Білім беру, бизнес, ойын - сауық саласында кеңінен қолданылатын ақпараттық технологиялар жетілдірілуде. 3D технологиясы адамдардың күнделікті өмірінде жақсылыққа ұмтылуға, адамзатты дамытуға, жаңа технологияларды ойлап табуға, сондай-ақ бар технологияларды жетілдіруге мүмкіндік береді. Прогресс үнемі өзгеріп отырады, жыл сайын күнделікті өмірді жеңілдетіп қана қоймай, ойын-сауық әлемін едәуір жақсартатын жаңа, таңғажайып өнертабыстар пайда болуда. Үш өлшемді басып шығару кеңінен пайдалану қаражат пен уақытты үнемдейді, сонымен қатар өнімділікті арттырады. 3D басып шығару-бұл мүмкіндіктерді кеңейту құралы болып табылады. Болашақта мұндай технологиялар адамдардың өмірін сақтап қалуға, сондай-ақ рекордтық мерзімде ғимараттар салуға және үлкен өндірістік жабдықтарды ауыстыруға мүмкіндік береді.
Сонымен қатар, 3D технологиялары ұмытылмас тәжірибе қалдырып, жарқын фильмдер мен ойындарды толықтай қатысуға мүмкіндік береді. Үш өлшемді әлем-бұл тез дамып келе жатқан және бүгінде қол жетімді болашақ әлемі болып табылады.
3D басып шығару технологияларын дамыту және олардың жоғары перспективасы педагогикалық қызметте қолдану мәселесін ерекше өзекті етеді. Себебі білім беру жүйесі болашақ ұрпақтарды ақпараттық қоғам мен цифрлық экономика жағдайында өмірге дайындауға арналған, білім беру процесіне озық ақпараттық технологияларды енгізу өте маңызды. Білім беру жүйесінің барлық деңгейлеріндегі педагогтердің де, білім алушылардың да технологиялық инновациялар, сондай-ақ білім беру процесінде оларды дәйекті қолданудың мүмкіндіктері, қағидаттары мен бағыттары туралы хабардар болуын арттыру цифрлық дәуірде білім берудің жоғары сапасын қамтамасыз ету үшін үлкен рөл атқарады.
Алайда, 3D-баспа технологияларының мүмкіндіктерін оқу процесінде қолдануда әлі де болса, бірқатар мәселелер туындап отыр. Оларға, біріншіден, 3D-баспа технологияларының қыбаттығы, екіншіден оқу-әдістемелік жағынан әлі де болса, толық қамтамасыз етілмеуі жатады. Осы мәселелерді шешуге аз да болса, өз үлесімізді қосу мақсатында зерттеу тақырыбын 3D-баспа технологияларының мүмкіндіктерін оқу процесінде қолдану ерекшеліктері деп алдық және бұл зерттеу тақырыбының өзектілігін анықтайды [1].
Зерттеу нысаны: 3D технологияларын қолдану салалары.
Зерттеу пәні: жалпы білім беретін орта мектептің оқу процесінде 3D-баспа технологияларының мүмкіндіктерін қолдану.
Зерттеу жұмысының мақсаты: үш өлшемді баспа технологияларының мүмкіндіктерін теориялық түрде негіздей отырып, оқу процесінде 3d-баспа технологияларын қолдану ерекшеліктерін көрсету.
Зерттеу міндеттері:
* зерттеу тақырыбы бойынша материалдар жинақтау және талдау;
* үш өлшемді технологиялардың мүмкіндіктері және болашағын анықтау;
* 3D баспа-технологияларын қолдану салаларын зерттеу;
* 3D баспа-технологияларының артықшылықтары мен кемшіліктерін айқындау;
* Оқу процесінде 3d-баспа технологиясын қолдану ерекшеліктерін ұсыну.
* Зерттеу жұмысының теориялық-әдіснамалық негіздері: Үш өлшемі технологияларды қазіргі қоғамда қолданудың теориялық негіздері, орта мектепте қолданылатын жаңа ақпараттық технологиялар жөніндегі іргелі еңбектер, интернет ресурстары.
Зерттеудің жаңалығы:
* үш өлшемді технологиялардың мүмкіндіктері және болашағы анықталды;
* 3D баспа-технологияларын қолдану салаларын зерттелді;
* 3D баспа-технологияларының артықшылықтары мен кемшіліктері айқындалды;
* Оқу процесінде 3d-баспа технологиясын қолдану ерекшеліктері ұсынылды.
Жұмыстың практикалық маңыздылығы: алынған нәтижелерді жалпы білім беретін орта мектеп мұғалімдері өзінің жұмысында шын мәнінде қолдана алатындығында.
Дипломдық жобаның құрылымы: жұмыс кіріспеден, екі бөлімнен, қорытындыдан, пайдаланылған әдебиеттер тізімінен және қосымшадан тұрады.
Кіріспеде зерттеу тақырыбының өзектілігі мен мақсаты, оның нысаны мен пәні, міндеттері анықталып теориялық-әдіснамалық негіздері, зерттеудің жаңалығы және практикалық маңыздылығы баяндалған.
Үш өлшемді технологиялар қазіргі қоғамда деп аталатын бірінші бөлімде үш өлшемді технологиялардың мүмкіндіктері және болашағы, 3D баспа-технология ұғымы және оның шығу тарихы, 3D баспа-технологияларының артықшылықтары мен кемшіліктері, 3D баспа құрылысы және онда қолданылатын материалдар баяндалған.
Оқу процесінде 3 d - баспа технологияларын қолдану ерекшеліктері атты екінші бөлімде жаңа ақпараттық технологияны оқу процесінде қолдану, оқу процесінде 3d-баспа технологиясын қолдану ерекшеліктері ұсынылған.
Қорытындыда дипломдық жұмыстың негізгі қорытындылары, ұсыныстары, тұжырымдамалары баяндалған.
Қосымшада зерттеу тақырыбына сай қысқа мерзімді жоспарлар мен 3D-баспаның негізгі технологиялары ұсынылған.
1 ҮШ ӨЛШЕМДІ ТЕХНОЛОГИЯЛАР ҚАЗІРГІ ҚОҒАМДА
1.1 Үш өлшемді технологиялардың мүмкіндіктері және болашағы
Үш өлшемді визуализациялау технологиялары қазіргі әлемде барған сайын дамып келеді. 3D - (aғылшыншa dimension - өлшем) үш өлшeмдi дeгeн ұғымды бiлдiрeдi. Бұл күндeрi үш өлшeмдi грaфикa бір oрнындa тұрмaйды. Нeгiзiнeн, бұл aрнaйы эффeкт кoмпьютeрлiк oйындaрдa қoлдaнылaды жәнe нaқты cyрeттi жacaйды. 3D дыбыcтa дa қoлдaнылaды, мыcaлы aлaтын бoлcaқ, үй кинoтeaтры, көлeмдi фигyрaлaрды плacтиктeн бacып шығaрaтын принтeрлeр, мaникюр жасағанда тырнaқтaрдын үлгiсін жacaғaн кeздe. Бұрын бұл тeхнoлoгия кeйбiр кинoтeaтрлaрдa қoлдaнылғaн, қaзiргi кeздe 3D эффeктici бaр тeлeдидaрлaр бaр. 3D кecкiнiнiң бeлceндi жәнe пaccивтi құрылыcы бaр. Бeлceндi жaғын aйтaтын бoлcaқ, 3D үшiн ciзгe ocы жүйeнi қoлдaйтын aрнaйы көзiлдiрiк пeн тeлeдидaр қaжeт бoлaды. Мұндaй көзiлдiрiктeрдe көрeрмeн cyрeттi кeзeкпeн бiр көзбeн нeмece eкiншiciмeн көрe aлaды. Пaccивтi 3D үшiн көк жәнe қызыл линзaлaры бaр көзiлдiрiк қaжeт бoлaды, coл линзaлaрдың aрқacындa көлeмдi кecкiн пaйдa бoлaды жәнe бұл әceр нeгiзiнeн кинoтeaтрлaрдa қoлдaнылaды [2].
1853 жылы нeмic өнeртaпқышы Вильгeльм Рoллмaн ocы идeяны aлғaш aлғa тaртқaн бoлaтын. Қaзiргi дaмығaн зaмaндa 3D кecкiндi eкi жoлмeн aлуғa бoлaды. Бiрiншici aрнaйы жacaлғaн көзiлдiрiктeр aрқылы, eкiншici қaрaпaйым көздiң өзi aрқылы. Дeгeнмeн, eкiншi тәciлi әлi тoлық жүзeгe acқaн жoқ. Жaпoндaр ocы жылдың coңынa дeйiн көзiлдiрiкciз 3D тeлeдидaрды көрe бeругe бoлaтын мүмкiндiктi icкe acырмaқшы.
Голливуд киноиндуcтрияcындa 3D технологияcы жүзеге acырылғaннaн бacтaп 3D формaттaғы фильмдерге қызығушылық aртa түcтi. Оғaн дәлел ретiнде Джеймc Кэмерон өзiнiң aты aңызғa aйнaлғaн Aвaтaр фильмiн aйтa aлaмыз. 3D технологияcы бiзде бұрыннaн белгiлi болғaнымен, ол тым күрделi технология болғaндықтaн, өткен ғacырдa қолдaныcқa ене aлмaды. Бірақ қaзiргi кезде тұрмыcтық техникa жacaумен aйнaлыcaтын компaниялaр 3D жобacынa aca көңiл бөлуде.
3D терминін айтқан кезде 3 өлшемді компьютерлік модельдің бейнесі бірден көз алдымызға пайда болады. Алайда, 3D қолдану және ерекшелігі әлдеқайда кең. Бүгінгі таңда 3D-технологияларды қолдану ғылымның, техниканың және ойын-сауық индустриясының әртүрлі салаларында көрініс табады. Алайда, ақпараттың қол жетімділігіне қарамастан, көптеген адамдар 3D технологиясының ерекшеліктерін, олардың қолдану салаларын және даму перспективалары бар екені туралы аз біледі [3].
Шын мәнінде, 3D модельдеу қазіргі қоғам өмірінде маңызды рөл атқарады. Бүгінде ол маркетинг, сәулет дизайны және кинематография саласында кеңінен қолданылады, өнеркәсіпті айтпағанда. 3D модельдеу болашақ құрылымның, коммерциялық өнімнің прототипін көлемді форматта жасауға мүмкіндік береді. 3D модельдеу кез-келген өнімді немесе қызметті көрсету кезінде маңызды рөл атқарады.
Ғимарат салмас бұрын, автомобиль жасамас бұрын немесе пәтерде заманауи интерьер дизайнын жасамас бұрын, жоба жасау керек екендігі ешкімге жаңалық емес. Барлық уақытта бұл күрделі іс болған. Дизайнерлердің, шеберлердің және суретшілердің еңбегі мен таланты қажет болды. Әрбір бұрышқа жеке проекция сызылып, жеке-жеке сурет салынатын. Бірак, қазіргі уақытта компьютерлік үш өлшемді модельдеудің арқасында құрылымның көлемді моделін немесе 3D моделін құрудың таңғажайып мүмкіндігі пайда болды. Ол жобаны толық сипаттайды, құрылымды барлық жағынан көруге мүмкіндік береді. 3D моделіне негізделген Презентация ең жарқын әсер қалдырады [4].
3D модельдеу-бұл алдын-ала жасалған сызбаға немесе эскизге сәйкес үш өлшемді модельді жобалау. Тақырыптың көлемді моделін құру үшін компьютерлер, планшеттер және кеңсе жабдықтары түрінде арнайы визуализация бағдарламалық өнімдері мен аппараттық құрылғылар қолданылады. Модельдеу кезінде маңызды кезең -- модельдің өрескел өзгеруін көзге жағымды форматқа түрлендіру болып табылады.
Заманауи үш өлшемді компьютерлік графика объектінің ең нақты модельдерін жасауға мүмкіндік береді. Кәсіби модельденген өнімді немесе презентацияны клиенттерге, серіктестерге, инвесторларға жоғары деңгейде көрсетуге мүмкіндік береді [5].
Қазіргі уақытта 3D модельдеу көптеген салаларда қолданылады. Мысалы:
* Әр түрлі кейіпкерлердің модельдерін жасау. Бұл әдетте мультфильмдер жасауда және заманауи компьютерлік видео ойындарды жобалауда қолданылады;
* 3D ғимараттарды визуализациялау. Болашақ объектінің құрылымдық ерекшеліктерін көрсету үшін жобалау ұйымдары айналысады;
* Интерьер заттарының 3D модельдерін жасау. Көп жағдайда оларды дизайнерлік компаниялар экспозициялардың эстетикалық қасиеттерін ұсыну және көрсету үшін жасайды;
* Жарнама және маркетинг. Көбінесе жарнамалау үшін стандартты емес нысандар қажет. Үш өлшемді графиканың маңызды құрамдас бөлігі кез-келген қызметті көрсету кезінде ойнайды. Бұл мүдделі тұлғаларға әсерлі әсер қалдыруға мүмкіндік береді;
* Эксклюзивті зергерлік бұйымдар жасау. Кәсіби суретшілер мен зергерлер ерекше және қайталанбас эскизді жасауға мүмкіндік беретін арнайы бағдарламаларды пайдаланады;
* Жиһаз және компоненттер өндірісі. Жиһаз өндіретін компаниялар көбінесе өз өнімдерін электронды каталогтарға орналастыру үшін үш өлшемді модельдің дамуын пайдаланады;
* Өнеркәсіп саласы. Қазіргі заманғы өндірісті компанияның өнімін модельдеусіз елестету мүмкін емес. Әрбір бөлшекті немесе толық нысанды дайын және ойластырылған 3D моделіне жинау оңайырақ;
* Медициналық сала. Мысалы, пластикалық операция немесе хирургиялық араласу кезінде пациентке процедураның қалай өтетінін және нәтижесі қандай болатынын нақты көрсету үшін үш өлшемді графика жиі қолданылады.
3D модельдеу білімінің пайдасы және мүмкіндіктері:
* Көлемді сызбалар мен 3D модельдерін жасау мүмкіндігі;
* Модельдеудің барлық қажетті құралдарымен жұмыс істей білу;
* Қымбат жобаларды орындау;
* Кәсіби дизайнер немесе сәулетші болуға мүмкіндік беретін дағдыларды игеру;
* Қойылған мақсаттарға қол жеткізу, кәсіби немесе мансаптық жоспарда алға жылжу.
3D модельдеу бүгінде өте маңызды рөл атқарады және әрі қарай дами береді [6].
Енді қазіргі замандағы ең көп сұраныстағы 3D-технологияларына тоқталып өтейік:
* 3D - принтер.
Көптеген фантасттардың идеясы бұрыннан бері шындыққа айналдырып келеді, үйде 3D принтері бар болған жағдайда кез-келген модельдің прототипін жасауға болады. Мысалы, сіз үйде отырып-ақ қана өз өнертабысының жобасын жасап, оны жетілдіре отырып әлемдік деңгейдегі жаңалық жасай аласыз. Сонымен қатар, 3D-принтердің көмегімен шағын бөлшектер мен түрлі ұсақ-түйектер өндірісін іске асыруға болады (1-сурет).
1-сурет. 3 D-принтер
* Хирургиядағы 3D технологиялары. 3D заманауи әзірлемелері медицина деңгейін сапалы болуына жағдай жасай алады. Мысалы, бүгінгі таңда SONY компаниясы ультрадыбыстық, эндоскопиялық хирургия, микрохирургия және т.б. медициналық мақсаттарда үш өлшемді кескіндерді мониторларда көруге арналған көптеген өнімдерді ұсынып отыр (2-сурет).
2-сурет. Хирургиядағы 3D технология
* 3D-теледидарлар. Енді 3D фильмдерді көру үшін кинотеатрға жүгірудің қажеті жоқ, себебі қазір 3D теледидарлар әр үйде қол жетімді. Әрине бұл құрылғы арзан емес. Дегенмен, 3D теледидарлары қымбат бағаға тұрарлық! Мұндай теледидар, әрине, тек қана арнайы көзілдірікте көрінеді және естен кетпес ғажайып әсер қалдыратыны сөссіз (3-сурет).
3-сурет. 3D-телевизор
* Құймалы 3D-еден.
Нақтырақ айтқанда, 3D едені бұл еденнің өзі емес, ондағы сурет болып табылады. Орнату процесі өте ауыр және қымбат. Бірақ содан кейін сіз кез-келген кезде аяғыңыздың астындағы 3D бейнені тамашалай аласыз (4-сурет).
4-сурет. Құймалы 3D-еден
* 3D-сканер.
Кәсіби 3D-сканердің көмегімен айналадағы кез келген нақты объектін шындығын цифрландыруға болады.Сонымен қатар оның моделін жасап және оны нақты уақыт режимінде басқаруынызға болады (5-сурет).
5-сурет. 3D-сканер
* 3D-қалам.
Негізінен, 3D қалам-бұл портативті 3D принтер. Технологияның басты айырмашылығы-модельді компьютерде құрастырудың қажеті жоқ, тек қана қаламды пайдалана отырып, ойлап тапқан затты ауада салу мүмкіндігі бар (6-сурет).
6-сурет. 3D-қалам
* 3D бөлмесі.
Dassault Systèmes компаниясында арнайы жабдықталған бөлме бар. Ол бөлмеде едені мен төбесі үш өлшемді кескіндермен бейнеленіп, 3D экрандар ретінде көлеңкелер бейнеленеді. Дизайнер, Тапсырыс беруші және жоба жетекшісі бір уақытта бөлмеде бола отырып, белгілі бір жобалардың шынайы бейнесіне көз жеткізе отырып, егжей-тегжейін талқылай алады (7-сурет).
7-сурет. 3D бөлмесі.
* Голографиялық үстел.
Голографиялық үстел-үш өлшемді кескіндерді беруге мүмкіндік беретін жаңа буынның жарнамалық тасымалдаушысы. Голографиялық кесте сіздің өнімдеріңізге мақсатты аудиторияның назарын аударады және бренд болуға мүмкіндік беретін құрылғы болып табылады (8-сурет).
8-сурет. Голографиялық үстел
* MGUIDE. Мguide компьютерлік жүйесі Mis-тен стоматологиядағы құрылғы болып табылады. Бағдарлама диагностикаға, хирургиялық кезеңді жоспарлауға және жүргізуге, сондай-ақ протездеуге қатысты тіс дәрігерінің жұмысын айтарлықтай жеңілдетеді (9-сурет).
9-сурет. Mguide компьютерлік жүйесі
* Авиациялық 3D радарлар.
Мұндай радарлардың дәстүрлі модельдермен салыстырғанда өлшемдері аз болып келеді, сонымен қатар 3D радар жоғары ажыратымдылықтағы дәлдікпен картаға түсіруді қамтамасыз етеді. Бұл технология жаңа буынның дрондарын жасау үшін ерекше қызығушылық тудырады. Сонымен, 3D технологиялары білімнің әртүрлі салаларында қолдануға үлкен мүмкіндіктер береді. Бұл технологиялар өте тез дамып келеді (10-сурет).
10-сурет. Авиациялық 3D радарлар
3D принтерде өнімді басып шығармас бұрын, арнайы бағдарламада оның моделін жасап алу қажет. 3D модельді дайындау шынайы үлгі жасалмай тұрып, модельденетін объектінің техникалық және физикалық ерекшеліктерін бағамдауға мүмкіндік береді. Үшөлшемді модельдеу математика, геометрия мен дизайнның қосындысы. Арнайы бағдарламалардың көмегімен 3D принтерге арналған нұсқау болып табылатын файл жасауға болады. Бұл бағдарламалардың жұмысын мүсінші, сәулетші және құрылысшының жұмысымен салыстыруға болады - олар объектінің қалай жасалатынын көрсетеді. Сызба ғимараттың екі өлшемдегі бейнесі дейтін болсақ, модель - объекті бетінің математикалық сипаттамасы болып табылатын үш өлшемді макет [7], [8], [9].
Бұл үдеріс мынадай кезеңдерден тұрады:
1. Математикалық модель құру. Яғни белгіленген өлшемдер бойынша автоматтандырылған есеп жүргізу. Функциялар тік және иілген сызық түрінде түзіледі - бұл көлемді сызбаның нақты сыртқы қаңқасы. Бұл кезде объектінің физикалық қасиеттері есепке алынбайды, үшөлшемді геометриялық фигура жасалады. Қолданылатын негізгі тәсілдер: :: сығып шығару; :: модификаторлар; :: полигондық модельдеу; :: айналдыру.
2. Объектіні текстуралау - сыртқы қабығын салу. Бұл ретте пайдаланылатын материалдардың қасиеттерін ескеру маңызды. Болашақ модельдің қаншалықты шынайы шығатыны текстуралау кезінде таңдалатын материалдарға тікелей байланысты. Шынайы бейне жасауда үшөлшемді графикамен жұмыс істеуге арналған кәсіби бағдарламалық жасақтамалардың мүмкіндігі шексіз.
3. Жарық түсіру. Заттың көлеңкесі пайда болып, ол көрер көзге рас нәрсе сияқты болып көрінеді. 3D модель жасаудағы ең қиын кезеңдердің бірі. Осы жарықтың реңкіне, ашықтық деңгейіне, қанықтылығына және көлеңкенің қолығына қарай сурет шынайы дүние сияқты болып қабылданады.
4. Қажет болса, анимация қосу. Егер бұл статикалық объект болса, онда басқа элементтермен қалай байланысатынын көрсетуге болады. Осы кезде үйкеліс, ПӘК және басқа да коэффициенттерді есептеуге болады.
5.Визуалдау немесе рендеринг, ұсақ кемшіліктерді түзету, соңғы нәтижені шығару. Бұл - үшөлшемді модельдеудің қорытынды кезеңі. Бұл кезеңде 3D модельді бейнелеу өлшемдері нақтыланады. Айталық, сәулелер, тұман, жарқыл сияқты графикалық арнайы эффектілер қосылады. Видео-рендеринг жасалған жағдайда кейіпкерлердің 3D анимациясының нақты өлшемдері анықталады.
6. 3D принтерде басып шығару. Компьютерде жасалған 3D модельдің үлгісі бойынша шынайы объекті құрылады. Одан кейін цифрлы үшөлшемді модель STL-файл форматында сақталады да, басуға команда берілген соң 3D принтерде бұл зат жасалып шығарылады [10].
Үшөлшемді баспаны пайдалану прототиптеудің дәстүрлі әдістері мен шағын сериялы өндіріске жақсы балама бола алады. Қағаздың бетіне екі өлшемді суреттерді шығаратын кәдімгі принтерге қарағанда 3D принтер көлемді ақпарат шығаруға, яғни үшөлшемді физикалық объектілерді жасауға мүмкіндік береді. Жалпы алғанда, басып шығару үдерісі үшөлшемді модель жасау, принтердің жұмыс үстеліне (элеваторға) шығыс материалдарының қабаттарын жағу, жұмыс үстелін дайын қабат деңгейіне түсіру және үстел бетінен қалдықтарды алып тастаумен байланысты қайталатын циклдерден тұрады. Циклдер бірінен бірі үздіксіз жүреді: материалдың бірінші қабатына келесі қабат салынып, элеватор төмендейді, осылайша жұмыс үстелінің үстінде дайын өнім пайда болғанша дейін осы іс жалғаса береді. Модель жасаудың әдеттегі, қолмен орындалатын әдістеріне қарағанда, үшөлшемді баспаның артықшылығы - жылдамдық, қарапайымдылық және бағасының қымбат болмауы. Айталық, 3D модельді немесе детальді жасау үшін көп уақыт қажет болуы мүмкін, бұл бірнеше күннен бірнеше айға созылуы мүмкін. Себебі бұл кезеңге ол детальді жасап шығару ғана емес, оны жасамас бұрын болашақ өнімнің сызбасын жасау да кіреді ғой. Осының өзінде түпкі нәтиже қандай болатынын нақты біле алмайсыз. Нәтижесінде әзірлеуге жұмсалатын шығын өсіп, әзірлеу мен жаппай өндіруді жолға қою арасындағы мерзім де ұзарып кетеді. Үшөлшемді технологиялар қолмен істелетін жұмысты толығымен қысқартып, қағазға сызып, есептеуден толығымен құтқара алады. Себебі бағдарламада модельді экраннан жан жағынан көре аласың, сол арқылы анықталған кемшіліктер объектіні жасау барысында емес, оны әзірлеу сатысында түзетіледі. Осының арқасында қолдан жасау барысында туындайтын барлық дерлік қателердің алдын алуға болады [11].
1.2 3 D бacпa-тeхнoлoгия ұғымы жәнe oның шығy тaрихы
Біздің күнделікті өмірге 3D басып шығару сияқты ұғым берік орныққан. 3D басып шығаруды 1984 жылы Charles Hull ойлап тапты. Қазір 3D басып шығару технологиясы соншалықты танымал және кең болғандықтан, кейбір бөлшектерді немесе модельдерді құру міндетін орындау тек ірі кәсіпорында ғана емес, сонымен бірге сіздің үйіңізде де жүзеге асырылуы мүмкін.
1995 жылдaн бacтaп 3D-бacып шығaру терминi пaйдa болды. Үш өлшемдi немеcе 3D бacып шығaру-бұл виртуaлды үш өлшемдi модельге негiзделген физикaлық объектiнiң қaбaтын құру болып тaбылaды. 3D басып шығару технологиясы сәулет, құрылыс, Өнеркәсіптік дизайн, автомобиль, аэроғарыш, әскери-өнеркәсіптік, инженерлік және медициналық салалар, биоинженерия (жасанды маталар жасау үшін), сән және аяқ киім, зергерлік бұйымдар өндірісі, білім беру, географиялық ақпараттық жүйелер, тамақ өнеркәсібі және басқа да көптеген салаларда прототиптеу және үлестірілген өндіріс үшін қолданылады [12].
Аддитивті технологиялар (Additive Manufacturing - аддитивтілік - үстемелеу сөзінен) - компьютерлік 3D технологиялардың көмегімен объектінің қабаттық құрылуы және объектіні синтездеу болып табылады.
3D басып шығару немесе "аддитивті өндіріс" - сандық модель негізінде кез-келген геометриялық пішіндегі қатты үш өлшемді нысандарды құру процесі. 3D басып шығару модель контурларын көрсететін дәйекті қабаттармен объектіні құру тұжырымдамасына негізделген. Шын мәнінде, 3D басып шығару фрезерлеу немесе кесу сияқты механикалық өндіріс пен өңдеудің дәстүрлі әдістеріне мүлдем қарама-қайшы, мұнда өнімнің сыртқы түрі артық материалды алып тастау арқылы пайда болады (субтрактивті өндіріс деп аталады) [13].
3D принтер - бұл тек қосымша операцияларды жүзеге асыратын, яғни дайындалмаған материалдың бір бөлігін қосатын сандық басқарылатын машина. 3D принтер және 3D басып шығару машинасы. 3D басып шығару тарихы ХХ ғасырдың ортасында, 1950 жылдары, американдық Чарльз Халл алғашқы қосымша технологияны стереолитографияны жүзеге асыруға тырысқан кезде басталады.
3D принтер -- суретті үш өлшемді етіп шығаратын құрылғы. Ол сандық үш өлшемді модельді пайдалана отыра қабаттап шығарады.Суретті жасап шығаруға пластиктің бірнеше түрі негіз болады, алайда бүгінде өндірушілер бейненің әлдеқайда шынайы болуына жаңа компоненттер қосып жатыр. Көптеген технологиялары бар: лазерлік стереолитография, лазерлік біріктіру, сәулелі балқыту, ламинаттау әдісі. Халл Чарльз 1988 жылы 3D SYSTEM фирмасын құрып, Stereolithography Apparatus деп аталатын 3d форматында зат шығаратын құрылғы ойлап тауып, сол жылы ең көп таралған құрылғының SLA-250 моделі сатылымға шықты. 1990 жылы Stratasys компаниясының жетекшісі Скотт Крамп пен оның әйелі жаңа өңдеу әдісін ойлап тапты. Осы әдістен кейін Лазерлік 3D-принтер ұғымы пайды болып, кең қанат жайды. Дегенмен, ол уақыттағы құрылғылардың көлемі тым үлкен болатын. Қазіргі жаңа аппараттардың көлемі қарапайым қағаз шығаратын принтерлердің көлемімен бірдей және оны әрбір адам орташа баға 1000$-на сатып алу мүмкіндігіне ие [14].
Үш өлшемді басып шығару жайлы алғашқы идеялар 1980 жылдары пайда болған. Дәл сол уақыттары арнайы фотополимер пластиктің көмегімен нысаналар құрастыратын стереолитограф жасалып шығарылған. Технология фотополимерлердің қасиеті негізінде жасалған-лазердің әсерінен ол қатып қалып, пластиктің қатты пішініне айналады. Дәл осы қасиеттер болашақ принтерге негіз болды: лазер сәуле арқылы суреттің әрбір пикселін сұйық заттектен жасап салады, ол қатқан кезде нысананың қатты бөлшегіне айналады.
Тағы бір қолданылатын технология лазерлік біріктіру деп аталады. Қолданылатын материал - тез балқитын пластиктің ұнтағы. Лазердің әсерінен пластик балқып, иілгіш болады, ал кейін бір қоспаға бірігеді. Пластик лазердің температурасынан тұтанып немесе қышқылданып кетпес үшін жұмыс жасалып жатқан камераға азот жібереді (оқшау газ) [15] .
3D принтердің жұмысы былай іске асады: қызметші элемент - экструдер-бас принтерді іске қосатын пластик жіпті балқытады. Кейін балқытылған элемент шүмек арқылы беріледі, ал кейін бөлме температурасында тез қатады. Жұмыс істеу үшін басқа өндірістік технологиялар сияқты арнайы жағдайды қажет етпейді. Оған қоса нысаналарды жасауға кететін шығын да аса көп емес - 1 кг пластик үшін бар-жоғы 50-60 доллар. Сонымен қатар нысана ұзақ уақытқа сақталады, бұл принтерді үй жағдайында пайдаланудың құндылығын арттырады.
Озық технология арқылы, бүгінде үшөлшемді суреті бар қарапайым футболкалар жасап қана қоймай, ғимараттардың күрделі үшөлшемді проекциялық модельдерін 100 микронға дейінгі нақтылықпен құрастыруға болады. Бұл әсіресе ғылыми институттарға өзекті, өйткені түп тұлғасын жасап қана қоймай, жасалып жатқан зерттеулерде оны ұстап көруге де болады. Бұл жаңалыққа зергерлер де қуанды - жаңа заман принтерінің арқасында ең күрделі деген заттарға құйма пішіндерін жасау оңай болатын болды. Ал, археологтарға табылған элементтің қисынды жобасын салып қана қоймай, оның нақты түрін құрастыруға мүмкіндік туды.
Ғалымдарға арман болған азық-түлік принтері көп ұзамай шындыққа айналуы мүмкін. Ол ақуыздар мен көмірсулардан нағыз азық-түлікті жасай алады деп күтілуде. Сонымен қатар, озық технология адам мүшелерін жасауға көмектесуі мүмкін. Бұл әсіресе донор тапшылығына ұшыраған адамдарға өзекті. Қазірдің өзінде омыртқааралық дисктер мен бағаналық жасушаларды басып шығару тәжірибеге еніп жатыр. Сол себепті, бұрынғылар фантастика деп ойлаған, ал біз қазірде кейбір кинолардан көріп жүрген таңғаларлық заттар көп ұзамай шындыққа айналып, өмірімізді әлдеқайда жеңілдетуі мүмкін.
3D принтерлер өзін осы форматта шығаруға қабілетті. Осы аумақта талай жетістікке жеткен өнертапқыштардың бірі Чехиялық Джозеф Пруза 3D принтердің осындай моделін жасаушылардың бірі. Тіпті, оның есімімен ең атақты үшөлшемді принтерлердің бірі Mendel Prusa моделін атаған.
2012 жылы Defense Distributed бірлестігі 3D принтер көмегімен суық қару түрін ойлап табу жоспарын құрған. Олар осы жұмысты 2013 жылы аяқтап, таныстырды. Әр адам осы жұмыс істейтін суық қаруды (пистолет) 3D принтер көмегімен шығару мүмкіндігіне ие болды. Дегенмен,көп ұзамай АҚШ басшылығы мен Мемлекеттік Демартамент өкілдері бірлестіктің веб-сайтынан құрылғының жасалу жолы көрсетілген беттерді өшіруді талап етті. 2013 жылдың 21 қараша күні 3D принтер көмегімен суық қару түрлерін шығаруға заңды түрде тыйым салынды [16].
3D технологиясын қолдану кез-келген нысандағы ғимараттарды салуға мүмкіндік береді, ең бастысы дизайнерлер мен сәулетшілерге өздерінің белгілі бір жұмыстарын еркін ойлауға мүмкіндік береді. 3D технологиясын қолдану арқылы ашылатын келесі мүмкіндік- ол жылдамдық. Мысалы, Шанхайда тәулігіне 200 шаршы метр аумағы бар он 3D баспа үйі салынды. Бір қызығы, компания жаңа құрылыс материалдарының орнына Құрылыс және өнеркәсіптік қалдықтар мен үйінділер қолданған. Компьютерлік модельдеуді қолдана отырып, үйлердің дизайнын оқшауларын, құбыр, электр сымдары және терезе блоктарының коннекторларын салуға болады. Барлық осы элементтер 3D басып шығару аяқталғаннан кейін орнатылады.
2014 жылы 3D принтерді құрылыс саласында қолдану жоспары құрылды. Қытайлық WinSun компаниясы 2014 жыл бойы үш өлшемді құрылғы мен бетон материалының көмегімен 10 шақты ұй құрылысын және көпқабатты үйлердің құрылыс жұмыстарын іске асырды. Кейінірек, Оңтүстік Калифорния Университетінде тәулік ішінде 250 шаршы метр аудандағы үйді шығара алатын алып 3D принтер сынақтан өткізілді. 2015 жылы Станкостроение (Крокус-Экспо) ғылыми көрмесінде Ресейлік ғалымдар құрылысқа арналған өндірістік 3D принтерлердің жаңа молельдерінің жоспарын көрсетті [17], [18].
3D құрылыс принтері өз жұмысында экструзия технологиясын қолданады. Онда құрылыс материалының әр жаңа қабаты принтерден алдыңғы қабаттың үстіне, бағдарлама салған контур бойымен, ғимараттың қабырғаларын өсіреді. Бұл технология FDM (Fused Deposition Modeling - жіп тұндыру әдісімен модельдеу) деп аталады. 3D моделін құруға болатын бағдарламалар жасалды. Олардың көпшілігі қол жетімді болып келеді. Бұл жағдайда басып шығарудың жоғары ажыратымдылығы туралы айтудың қажеті жоқ, және бұл құрылыс үшін маңызды емес, өйткені бетон кейіннен өңдеуге және безендіруге оңай түседі. Қазіргі уақытта SketchUp, FreeCАD, Blender, OpenSCАD, Rhinoceros сияқты 3D модельдеуге арналған бағдарламалар жасалды. Аталған бағдарламалардың бірінде модель жасағаннан кейін, ол G-code жасау үшін Бағдарламаға жіберіледі, содан кейін ақпарат компьютерден 3D принтеріне сым арқылы жіберіледі. G-code-бұл болашақта 3D материалды орналастыруы керек координаттар нүктелерінің жиынтығы, нәтижесінде физикалық объект пайда болады. Принтердің өзін тікелей басқару үшін мынандай бағдарламалары бар CUR, POLYGON, Repetier-Host [19].
3D басып шығару әртүрлі тәсілдермен және әртүрлі материалдармен жүзеге асырылуы мүмкін, бірақ олардың кез-келгеніне қатты затты қабатты құру (өсіру) принципі негізделген. 3D басып шығару технологиясы сәулет, құрылыс, Өнеркәсіптік дизайн, автомобиль, аэроғарыш, әскери-өнеркәсіптік, инженерлік және медициналық салалар, биоинженерия (жасанды маталар жасау үшін), сән және аяқ киім, зергерлік бұйымдар өндірісі, білім беру, географиялық ақпараттық жүйелер, тамақ өнеркәсібі және басқа да көптеген салаларда прототиптеу және үлестірілген өндіріс үшін қолданылып келеді.
3D -- басып шығару-компьютерлік CAD-моделі негізінде қатты материалдан объектілерді аддитивті (қабатты) құру процесі болып табылады. STL форматындағы прототиптің үш өлшемді моделі 3D принтеріне жіберіледі, ол қабат-қабат қажетті материалдан нақты нысанды құрайды. 3D басып шығару қосымша өндіріс, үш өлшемді прототиптеу, тікелей цифрлық өндіріс, өсіру деп те аталады [20].
3 D принтердің түрлері. Барлық 3D принтерлерді үш үлкен топқа бөлуге болады -- мүмкіндіктері мен қолдану салалары бойынша.
Пайдаланушы (үй) -- арзан (500 - 4 000 USD) 3D басып шығару жұмыс үстел жүйелері, 98% жағдайда ABS немесе PLA пластиктерінің әртүрлі түрлерімен жұмыс істейді. Олар сапаның төмендігімен және құрылыстың төмен тұрақтылығымен ерекшеленеді. Көбінесе қысқа мерзімді компоненттерден жиналады. Жеке энтузиастар, шағын компанияларда, мектептерде қолданылады.
Кәсіби - әр түрлі өндірістік, зерттеу және бизнес мәселелерін шешуге арналған сенімді 3D принтерлер. Олар компоненттердің өнеркәсіптік деңгейімен, ұзақ жұмыс мерзімімен, басып шығарудың жоғары тұрақтылығымен, әртүрлі сипаттамалары бар материалдардың үлкен таңдауымен ерекшеленеді. Құны -15 000 - 150 000 USD.
Өнеркәсіптік - ірі өндірістік объектілерде пайдалануға арналған 3D басып шығару жүйелері. Әдетте, олар үлкен баспа камераларымен жабдықталған (50 см-ден жоғары). Олар әртүрлі өнеркәсіптік материалдармен жұмыс істеуге мүмкіндік береді (күйдірілетін, ауыр, ыстыққа төзімді). Бұл сыныпқа, мысалы, металлға арналған 3D принтерлер, құм құю қалыптарын басып шығару жүйелері және басқа да жабдықтар кіреді. Құны-200 000 USD басталады [21].
3D басып шығарудың негізгі технологиялары.
FDM (Fused Deposition Modeling) - әлемдегі ең көп таралған 3D басып шығару технологиясы. Балқытылған пластикалық жіптен жасалған заттың қабатты құрылысына негізделген. Дайын өнімдер ерекше беріктігі мен қабаттылығымен және әр түрлі салмағымен ерекшеленеді.
PolyJet - құрылыс процесі ультракүлгін сәулеленудің әсерінен фотополимер материалын қабатты емдеуге негізделген. Дайын өнімдер тегіс беттермен және жақсы бөлшектермен ерекшеленеді. Objet сериясының 3D принтерлерінде қолданылады.
SLM (Selective Laser Melting) - металл ұнтақтарын лазер сәулесімен селективті (селективті) жентектеу. Ең танымал 3D металл басып шығару технологиясы. SLM Solutions және Realizer компанияларының 3D машиналарында қолданылады [22].
Қазіргі уақытта қабаттарды өсірудің екі негізгі технологиясы бар, олар лазерлік және сиялы.
1.Лазерлік 3D басып шығару.
Лазерлік 3D басып шығару ең көне және ең үлкені - компьютерлік CAD сызбаларына сәйкес үш өлшемді модель жасауға мүмкіндік беретін стереолитографияны (SLA) қамтитын лазер. Оны 1986 жылы Чарльз Халл ойлап тапқан. Стереолитография принципі сұйық күйдегі фотополимерге негізделген. Бұл полимерді арнайы ультракүлгін сәулемен сәулелендірген. Ол өте тығыз және қатты жақтауды қалыптастырады. Лазерлік 3D принтері қалыңдығы шамамен 0.1 мм болатын көптеген қажетті қабаттарға 3D компьютерлік моделін кесетін арнайы бағдарлама болып табылады. Сонымен қатар ол әр қабатты сызбаға аударады, ол кейіннен басып шығара бастайды. Фотополимер жұқа қабатпен құйылады, жарқырайды, қатады, келесі қабат үстіне қойылады. Ультракүлгін сәуленің арқасында ол қайтадан қатаяды. Мұндай әрекеттерді бірнеше рет қайталағаннан кейін дайын прототип моделі пайда болады, содан кейін ол жуылады және артық полимер қалдықтарынан тазартылады.
Тезірек және арзан әдіс - бұл лазерлік синтездеу технологиясы (SLS), мұнда фотополимер енді жұмыс материалы емес, тез балқитын пластиктен жасалған ұнтақ болады. Осы принцип бойынша жұмыс істейтін 3D принтерлер лазер болашақ бөліктің көлденең қимасын ұнтаққа кесіп тастайды және ол балқу температурасына дейін қызады да кейіннен агломерацияланады. Әрмен қарай, процедура қайталанады-ұнтақтың келесі қабаты құйылады және лазер тағы бір қабатты күйдіреді. Бұл технология 80-жылдардың ортасында ойлап табылды. Лазерлік синтездеу салыстырмалы түрде жоғары жылдамдықта өте сапалы және берік модельдерді алуға мүмкіндік береді (сағатына бірнеше сантиметр, сонымен қатар қыздыру және салқындату уақыты). Негізгі жағымды жақтардың ішінде металл өнімдерін басып шығару мүмкіндігін атап өткен жөн. Бұл полимердің ең кішкентай бөлшектеріне "оралған" металл чиптерін қолдану арқылы болады. Мұндай ұнтақтан жасалған Модель арнайы пешке орналастырылады, онда барлық полимер күйіп кетеді, ал металл қырыну арқылы біріктіріледі. Нәтижесінде пайдалануға дайын болат пен қола қоспасынан жасалған металл бөлік пайда болады. Мұндай ұнтақтың негізі ретінде керамика немесе шыны қолдануға болады, бұл пісіру процедурасынан кейін ыстыққа төзімді немесе химиялық заттарға төзімді модель жасауға мүмкіндік береді.
2. Сиялы 3D басып шығару.
Сиялы 3D басып шығару қарапайым принтердің жұмысына өте ұқсас болып келеді. Тек бояудың орнына саптамамен салқындатылған платформаға қыздырылған пластиктің белгілі бір мөлшері сығылады, бұл Fused Deposition Modeling (FDM) технологиясы деп аталады. Тамшылар өте тез қатаяды және болашақ үш өлшемді модельдің қабаттарының бірін құрайды (лазерлік басып шығарудағы сияқты, модель қабаттарда жасалады). NASA тіпті осындай 3D принтерді ұзақ экспедицияларға арналған ғарыш кемесіне біріктіргісі келеді. Өйткені, ғарышкерлерге жөндеу немесе ауыстыру үшін кейбір бөлшектер қажет болады, ал мұндай басып шығару құрылғысы қажет. Дегенмен, бірнеше ондаған килограмм бастапқы материалы бар ықшам 3D принтер толық салмақты механикалық шеберханаға қарағанда әлдеқайда ықшамды болып келеді [23].
1.3 3D баспа-технологияларының артықшылықтары мен кемшіліктері
3D басып шығару адам қызметінің барлық салаларында танымал бола бастады. Бірақ бұл технология қаншалықты пайдалы, ол не үшін жарамды және басқа технологиялар мен әдістермен салыстырғанда 3D басып шығарудың артықшылықтары мен кемшіліктерін айтатын боламыз.
Бірден технологияның пайдалылығы туралы мәселеге көшейік. Мұның бәрі сіз нені және қандай көлемде өндіретіндігіңізге байланысты. Егер сіз өзіңіз ойлап табуға болатын Үйге арналған пайдалы құрылғылардың барлық түрлері туралы айтатын болсаңыз (немесе олар негізінен бар, бірақ сатылымда жоқ) немесе үй ыдыстарын жөндеуге арналған бөлшектерді басып шығару туралы айтатын болсақ, онда 3D принтерінің көмегін асыра бағалау мүмкін емес. 3D басып шығару көбінесе басқа технологиялардың көмегімен тым қымбат немесе өте қиын (және кейде мүмкін емес) нәрсені жасауға мүмкіндік береді.
3D принтерлердің дәстүрлі өндіріс әдістерінен артықшылығы кәсіби қолдануда айқын көрінеді. Егер құю, фрезерлеу, штамптау, кесу және т. б. сияқты дәстүрлі өндіріс технологияларымен салыстыру туралы айтатын болсақ, онда айырмашылықтардың келесі санаттарын бөлуге болады:
* Өндіріс жылдамдығы-модельдеуден бастап бөлшектерді өңдеуден кейінгі уақытты көрсетеді;
* Өндіріс құны - әрбір нақты бөлшекті өндіруге арналған қаржылық шығындар;
* Өнімнің сапасы-өңдеуден кейінгі соңғы өнімге сәйкестігіне қатысты өндірістің дәлдігі туралы айтады;
* Көшірмелердің нақтылығы - бір бұйымның шығарылатын көшірмелерінің сәйкестілік деңгейін көрсетеді;
* Өндірістің икемділігі - жаңа өнімді шығаруға көшу немесе өндіріске енгізілген дизайнға өзгерістер енгізу үшін уақыт пен қаржы шығындары;
* Қол жетімділік - әр түрлі деңгейдегі өндірістік қуаттарды сатып алу үшін қаржылық шығындардың қажеттілігі.
3D принтерлердің тағы бір артықшылығы - оның басып шығару аймағының көлеміне сәйкес келетін кез келген нәрсені басып шығару мүмкіндігіне ие. Басқа өндірістік процестер (фрезерлеуден басқа) жаңа құралды, қалыптарды, матрицаларды жасауды немесе қолданыстағы өнімнің дизайнын өзгертуді талап етеді [24].
3D принтерлерінің айта кететін кемшіліктерінің бірі-қолдауды қажет етеді. Төменгі жол - 3D принтері модельді қабаттарда жасайды, ал деформация мүмкін болатын немесе ауырлық центрінің ығысуы бар жерлерде басып шығару кезінде модельдің құлап кетуіне немесе бұзылуына жол бермеу үшін тіректерді қолдану қажет. Кейіннен артық материалды мұқият алып тастап, өңдеуден кейінгі жұмыстарды орындау және кейін кедір-бұдырды тегістеу үшін бөлікті құмдау керек. Қолдаудың тағы бір түрі PVA сияқты балама шешімдер бар. ПВА жылы суда ериді, сондықтан оны модельді түнде суға батыру арқылы алып тастауға болады.
Алайда, бұл әдісті қолдану үшін бір уақытта бірнеше материалды басып шығара алатын принтер қажет, ал PVA қарапайым PLA немесе ABS пластиктеріне қарағанда біршама қымбат.
SLS технологиясын қолдана отырып 3D басып шығару кезінде, принтер лазер сәулесімен қабаттарға қолданылатын ұнтақтың бөлшектерін, әдетте нейлоннан немесе басқа полимерден біріктірген кезде, ұнтақтың өзі қолдау болып табылады. Бұл құрылымдық тіректерді пайдаланбауға және принтердің барлық камерасында кез-келген бөлшектерді басып шығаруға мүмкіндік береді.
3D принтерлердің дәстүрлі өндіріс әдістерінен артықшылығы, жылжымалы бөліктер мен механизмдерді жиналған күйде басып шығару мүмкіндігінде айқын көрінеді. Дәл осындай тұжырым жасырын қуыстары бар бөлшектерді өндірудің қарапайымдылығына және материалды толтырудың күрделі құрылымына қатысты болып келеді.
Скептиктер көбінесе өндіріс үшін материалдарды таңдаудағы шектеулер сияқты технологияның жетіспеушілігін көрсетеді. Бұл мәлімдеме дұрыс, бірақ бүгінгі күні 3D принтерлер жұмыс істей алатын жүздеген түрлі материалдар бар және бұл тізім тұрақты түрде кеңеюде. Бұл материалдардың ассортименті тек түс немесе механикалық қасиеттердегі айырмашылықтармен шектелмейді, хош иістендірілген, магниттік, өткізгіш, түсті өзгертетін және 3D басып шығаруға арналған филаменттер, ұнтақтар мен фотополимерлердің көптеген басқа түрлері бар.
Қол жетімділігі. 3D принтерлер өте кең бағаға ие. Мұның бәрі құрылғының сапасына, оның сипаттамаларына және басып шығару технологиясына, сондай-ақ мақсатына байланысты болып келеді. FDM технологиясымен жұмыс ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz