Проект “Кружка и 3-D технологии: невозможное возможно”
| Выполнил: | ученик 8 «А» Хареттинов Кирилл |
| Руководитель: | Заброда Л.Н. |
МУНИЦИПАЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 1
С УГЛУБЛЕННЫМ ИЗУЧЕНИЕМ ОТДЕЛЬНЫХ ПРЕДМЕТОВ «ПОЛИФОРУМ»
г. Серов
Скачать полный материал проекта: Проект “Кружка и 3-D технологии: невозможное возможно”
Кружка – одно из самых древних изобретений человечества. Невозможно представить современную жизнь без этой удивительной вещи. Все мы каждый день пьем чай, молоко, кофе, различные напитки. И нашим незаменимым помощником в этом деле выступает обычная кружка или чашка.
Одним из перспективных направлений развития компьютерных технологий является создание трехмерных моделей объекта (3D-моделирование).
Основной задачей 3D-моделирования является разработка визуального объемного образа желаемого объекта, который может быть как реальным, так и полностью абстрактным.
Изучив Интернет – источники выяснил область применения 3D-технологий, оказалось, что при создании объектов их можно использовать практически повсеместно. Уже сегодня трёхмерная графика активно применяется в науке, промышленности, медицине, что позволило значительно повысить эффективность производства, то есть применение компьютерной техники в современной жизни стало незаменимым.
Работая над проектом в 5 классе, я узнал, что кружку можно изготавливать из различных материалов. В этом году я решил продолжить начатую работу, у меня возник вопрос, как можно применить инновационные технологии, в частности 3D моделирование для изготовления кружки.
Так родилась тема проекта: Кружка и 3-D технологии: невозможное возможно.
Изучив литературу по теме проекта, убедился, что данная тема рассматривается изолированно, хотя можно рассмотреть как межпредметную. Я же в работе рассмотрел как один объект кружка, и объединил знания нескольких дисциплин: информатики, физики, математики.
Передо мной встала проблема: как изготовить кружку с использованием инновационных технологий?
Объект – 3D моделирование.
Предмет – процесс создания кружки с помощью 3D моделирования.
Исходя из вышеизложенного, сформулировали цель проекта: создание виртуальных моделей кружек с помощью 3D технологий с их натуральным воспроизведением.
Гипотеза: если изучить основные положения трехмерной компьютерной графики, то возможно создать кружку при помощи 3D технологий.
В соответствии с целью, объектом, предметом были определены задачи:
- Изучить основные положения трехмерной компьютерной графики и разновидности 3D моделирования;
- Изучить и определить материалы для изготовления кружки на 3D принтере.
- Создать кружку при помощи 3D моделирования.
- Провести эксперименты по исследованию материала кружки.
Для решения поставленных задач применялся комплекс методов исследования:
- Теоретические: изучение и анализ литературы и источников информации.
- Эмпирические: сравнение; эксперимент; наблюдение, беседа с преподавателями.
-
- Практические: освоение программ для создания виртуальных объектов.
Глава I 3D-моделирование
1.1 Понятия и разновидности 3D моделирования
Сочетание «3D» является сокращением английского 3-dimensional, что дословно переводится как «три размера». При применении данного метода происходит переход из схематического, однолинейного пространства в более реалистичное. Эта способность «одухотворять» неживое ставится в основу многих начинаний, но наибольшую востребованность получила именно в конструировании объемного образа.
Трехмерная компьютерная графика – это вид компьютерной графики, который позволяет создавать объёмные трёхмерные объекты.
В трехмерной графике объекты моделируются и перемещаются в виртуальном пространстве, а их анимация позволяет увидеть объект с любой точки зрения.
Трёхмерная компьютерная графика, как и векторная, является объектно-ориентированной, что позволяет изменять как все элементы трёхмерной сцены, так и каждый объект в отдельности.
С помощью трёхмерной графики (3D графика) можно и создать точную копию конкретного объекта, а так же разработать по собственному замыслу. Процесс создания трёхмерной модели объекта называется 3D-моделированием.
3D моделирование – это процесс формирование виртуальных моделей, позволяющий с максимальной точностью продемонстрировать размер, форму, внешний вид объекта и другие его характеристики. По своей сути это создание трехмерных изображений и графики при помощи компьютерных программ. Современная компьютерная графика позволяет воплощать очень реалистичные модели, кроме того создание 3D-объектов занимает меньше времени, чем их реализация. 3D технологии позволяют представить модель со всех ракурсов и устранить недостатки выявленные в процессе её создания.
Визуализация объектов с помощью компьютерных программ позволяет лучше представить будущий проект в реальности. Такие модели производят глубокое впечатление, и дают возможность добиться потрясающих результатов.
Соединение разных наборов точек с геометрическими фигурами и линиями для создания моделей называют моделированием.
Виды 3D моделирования
| каркасное моделирование |
| поверхностное моделирование |
| твердотельное моделирование |
Каркасное моделирование, модели, получаемые при создании этого типа, будут называться каркасными. Состоят они из линий, дуг, сегментов и полигонов. Изображения такого типа не передают полную информацию об объекте, и с их помощью можно изучить его устройство и функциональность (рис.1).
Рис.1 Пример каркасного моделирования
Преимущество каркасного моделирования является хранение трехмерных моделей, не требующих много оперативной памяти компьютера. Чаще всего каркасная визуализация применяется в специализированных программах для построения предполагаемой траектории движения устройства или инструмента.
Поверхностное моделирование, в отличие от каркасного, имеют не только сегменты, линии, дуги и полигоны, но и поверхности, образующие контур отображаемого объекта (рис.2).
Рис.2 Пример поверхностного моделирования
Самый точный тип 3D-моделирования, называется «твердотельное моделирование». В результате работы можно получить настоящий образец готового объекта, который передает все данные о нем (рис.3).
Рис.3 Пример твердотельного моделирования
Модель, созданная благодаря этому способу визуального воспроизведения, занимает наибольший объем памяти компьютера по сравнению с остальными, но они полностью описывает готовый объект.
1.2 Программное обеспечение
Третье измерение появилось благодаря трудам Ивана Сазерленда и Дэвида Эванса, которые открыли первую кафедру компьютерной графики и написали первую программу для построения несложных трехмерных объектов SketchPad. Среди студентов этой кафедры оказался Эд Катмулла, именно он создал первый 3D-макет, это был образ его собственной кисти руки. Но результаты моделирования были далеки от идеальных, пока не появился более мощный компьютер. В 1981 году вышла линейка электронно-вычислительных машин, оснащенных пакетом Geometry Pipelines, благодаря которому ускорилась работа с 3D моделями. С тех пор системы проектирования становились все лучше и лучше.
При выборе технологической составляющей 3D моделирования стоит ориентироваться на имеющееся программное обеспечение. На данный момент существует большое множество компьютерных программ для построения объемных изображений. С каждым годом появляются новые компании, которые создают программное обеспечение и приложения к ним, среди них есть как платные, так и бесплатные (Таблица1).
Таблица 1
| № | Платное ПО | Бесплатное ПО |
| 1 | 3d Max | Blender 3D моделирование |
| 3 | AutoCad | Wings3D |
| 4 | Cinema 4D | Google SketchUp |
| 5 | Компас 3D | |
| 6 | Rhinoceros |
У меня была возможность поработать и сравнить две программы: 3d Max и Компас-3D.
История создания 3d Max берет свое начало в 1986 году, когда компания Autodesk начала разрабатывать пакет компьютерной анимации AutoFix, разработчиками которой являлись Джон Уолкер и Джейми Клей. Первый релиз программы был анонсирован в 1990 году. В апреле 1996 года выходит версия 3D Studio под Windows и называется программа D Studio MAX. С тех пор Autodesk выпускают новую версию программы не реже раз в год, существует 16 основных релизов. Приложение считается одним из самых обширных пакетов для 3D моделирования, который содержит множество плагинов и дополнений для выполнения самых разнообразных задач.
Создание и редактирование 3D графики – это основная функция программы. Так же существуют различные опции, предназначенные для дополнения созданных объектов и доведения их до реалистичного внешнего вида. Программа оснащена огромным количеством разнообразных модификаторов, инструментов для работы с моделями.
3Ds Max хорошо подходит как для анимации, так и для визуализации, она совместима с различными модулями моделирования света, различных эффектов. Приложение предоставляет возможность гибкого управления настройками, включая экспозицию, глубину резкости, и многое другое.
У меня была возможность поработать в 3ds Max Design. До этой программы я был знаком с ПО Wings3D. Конечно, 3ds Max более сложная программа, так как является профессиональной и, работая в ней, необходимы определенные навыки. Так же для себя я отметил некоторые плюсы и минусы 3ds Max. (Таблица 2).
Таблица 2
| № | Плюсы ПО 3ds Max | Минусы ПО 3ds Max |
| 1 | 3D анимация и динамика | Высокие требования для компьютера, он должен быть мощным |
| 2 | Общие инструменты анимации | Сложность работы для начинающих |
| 3 | Настраиваемый интерфейс, рабочий процесс и конвейер | |
| 4 | Конвертер сцен | |
| 5 | Библиотека активов | |
| 6 | Настраиваемые рабочие пространства | |
| 7 | 3D моделирование, текстурирование и эффекты | |
| 8 | Моделирование сетки и поверхности | |
| 9 | Назначение и редактирование текстуры | |
| 10 | Поддержка дисплея с высоким разрешением |
Еще одна программа, с которой я познакомился – Компас 3D.
Данная ПО является отечественной разработкой. Ее создание берет сове начало в 1989 году. Именно в этом году специалист Коломенского конструкторского бюро машиностроения Александр Голиков переезжает в Ленинград. В Ленинграде он основал собственную компанию «АСКОН». Шла разработка первой версии программы КОМПАС. И в том же году был заключен первый контракт с Ленинградским металлическим заводом на поставку программного обеспечения КОМПАС. После создания базовой версии, началась работа по ее усовершенствованию. Но эта программа была доступна только узкому кругу пользователей. Полноправная версия для инженеров вышла на рынок в 1997 году на платформе Windows и называлась «Компас 5.0». Разработчики АСКОН все это время трудились над усовершенствованием программы, вносили дополнения и улучшения в софт. В 2016 году пользователям была представлена версия «Компас 3D V16».
Сейчас к программе выпущены плагины, модули и дополнения, которые расширяют функции программы и еще больше улучшают ее работу.
Название линейки «КОМПАС» является производным от фразы «комплекс автоматизированных систем». Функционал программы довольно большой:
- параметрическая и твердотельная разработка, позволяющая при помощи эскизов создавать модель, к которой применяются все основные свойства софта;
- библиотека стандартных моделей – позволяет использовать для разработки встроенный каталог простых деталей;
- 2D проектирование – создание чертежей и технической документации проекта;
- использование листового материала – проектирует детальные изделия, включая изгибы, резьбу, вырезу, отверстия;
- учет допусков – учитывает усадку, свойства и параметры материалов, а также технологию производства окончательного проекта;
- инструментарий – включает обширный набор инструментов, включая изменение размеров, геометрию объекта, шероховатость.
Изучив историю создания программы и ее основные характеристики, я так же смоделировал в ней свою кружку и выделил для себя преимущества и недостатки программы. (Таблица 3)
Таблица 3
| № | Плюсы ПО КОМПАС 3D | Минусы ПО КОМПАС 3D |
| 1 | Легкость освоения | Проектирование в 3d сложнее для новичка, чем 2d, требуется полноценное освоение моделирования |
| 2 | Простой интерфейс | Не очень хорошая возможность визуализации объектов |
| 3 | Встроенная библиотека различных моделей | |
| 4 | Отечественная разработка, русскоязычный интерфейс | |
| 5 | Существует бесплатная учебная версия | |
| 6 | Возможность разработки чертежей и 2D проектирования | |
| 7 | Учет свойств разнообразных материалов | |
| 8 | выгрузка файлов в форматах DXF, DWG, IGES, SAT, STEP | |
| 9 | импорт файлов в форматах STL, DXF, DWG, SAT |
Вывод: поработав в этих двух программах, больше мне понравилось ПО Компас 3D. Так как в ней более понятный интерфейс на русском языке и в связи с этим легче в работе.
Все созданные модели в программе экспортируются и печатаются с помощью 3D-принтера.
3D-принтер — станок с числовым программным управлением, использующий метод послойного создания детали. 3D печать является разновидностью аддитивного производства и обычно относится к инструментам быстрого прототипирования.
Технология 3D-печати представляет собой хорошо спланированный и подготовленный процесс преобразования виртуальных моделей в физические объекты. Процесс 3D-печати состоит из этапов, перечисленных на следующем рисунке (рис.1).
| Экспорт 3D-модели в STL-формат |
| Генерирование G-кода |
| Подготовка 3D-принтера к работе |
| Печать 3D-объекта |
| Финишная обработка объекта |
| Создание цифровой модели |
Рассмотрим содержание этапов 3D-печати на примере технологии FDM (Fused Deposition Modeling), которая предполагает формирование объектов методом послойной укладки расплавленной полимерной нити, которая присутствует в школе.
Этап 1: Создание цифровой модели
Процесс 3D-печати начинается с разработки виртуального образа будущего объекта в 3D-редакторе.
Этап 2: Экспорт 3D-модели в STL-формат.
После окончания моделирования, переносится полученный файл в STL-формат (распознаёт большинство современных 3D-принтеров). Для этого нужно выбрать в меню пункт «Сохранить как» или «Import/Export», в зависимости от используемой программы.
Этап 3: Генерирование G-кода
STL-файл с будущим объектом обрабатывался специальной программой-слайсером, которая переводит его в управляющий G-код для 3D-принтера. Если модель не подвергнуть слайсингу, то 3D-принтер не распознает её. Программа-слайсер указывает последовательность нанесения материала во время 3D-печати
Программы-слайсеры разрезают модель на тонкие горизонтальные пластины и преобразуют в цифровой G-код, понятный трёхмерному принтеру.
Программа-слайсер как бы задаёт траекторию движения печатающей головки 3D-принтера при нанесении расходного материала.
Этап 4: Подготовка 3D-принтера к работе
На этапе подготовки 3D-принтера с технологией FDM-печати к работе следует наклеить на рабочую платформу специальную самоклеющуюся плёнку. Загружают в специальный отсек бобину с полимерными нитями и устанавливают на подставку, подрезают конец нити, чтобы он был ровным. Конец нити заправляют в отверстие для подачи и продвигаую вперёд до упора в экструдер. Через несколько секунд из экструдера появилась мягкая нить расплавленного пластика и приступаем к печати.
Этап 5: Печать 3D-объекта
Важнейший элемент 3D-принтера – рабочая платформа и печатающая головка, так как на рабочей платформе происходит формирование готового объекта. Во время работы платформа двигается вверх и вниз по оси Z. Печатающая головка выдавливает на рабочую платформу расплавленную полимерную нить, слой за слоем формируя готовый объект. Печатающая головка 3D-принтера движется по горизонтали и вертикали (оси X, Y) (рис.2)
Рис. 2 Конструктивные элементы FDA-принтера
После завершения печати каждого слоя платформа опускается вниз, так происходит на протяжении всего цикла печати, пока на платформе, не появится готовый объект.
Этап 6: Финишная обработка объекта
Некоторые объекты имеют, выступы, прорези, поэтому 3D-принтер во время печати используют поддерживающие конструкции (они же – конструкции поддержки, структуры поддержки), которые в дальнейшем убираются самостоятельно.
1.3 Материалы для 3D принтера
После изучения программного обеспечения, приступил к подбору расходного материала, пластика, для печати на 3D принтере. Но как это сделать, если вы новичок в 3D печати и практически не разбираетесь в этом вопросе? Из специальной литературы узнал, что пластик для печати на 3D принтере в большинстве случаев представляет собой основную составляющую успешного воспроизведения изделий. Поэтому рассмотрел различные виды пластика для 3D печати и определил лучший.
Виды пластика для 3D принтера
В первую очередь нужно рассмотреть виды пластика для 3D принтера. Пластик для 3D печати, или филамент, производится в виде тонкой нити, диаметром 1,75 мм и 3 мм. Чаще всего в базовой комплектации применяются нити толщиной 1,75 мм, но некоторые производители 3D принтеров предоставляют возможность установить систему подачи трехмиллиметрового пластика. Пластик для 3D печати насчитывает немало разновидностей, среди которых самыми распространенными являются ABS и PLA пластик (есть в наличии, в школе).
По популярности можно выделить следующие виды пластика для 3D печати(Приложение1)
| Nylone (Нейлон) |
| PLA (ПЛА) или полилактид |
Виды пластика для 3D печати
| ABS (АБС) или акрилонитрилбутадиенстирол |
| HIPS (Ударопрочный полистирол) |
| PVA (ПВА) или поливиниловый спирт |
На самом деле, типов пластика для 3D печати гораздо больше.
«И какой пластик лучше для 3D принтера?» — спросите вы. Мы выбирали исходя из конкретный целей. Мы будем печатать кружку, которая должна отвечать определенным требованиям, поэтому обратили внимание на PLA пластик.
Внимание! Не каждый принтер поддерживает весь спектр материалов для 3D печати. Перед покупкой конкретного филамента, я уточнил характеристики устройства во избежание напрасного расхода средств.
Вывод: Для объектов 3D печати важно подобрать правильный материал. PLA для кружки может быть пищебезопасным выбором, но этот пластик слишком мягок для горячих напитков, да и в посудомоечной машине может расплавиться. ABS здесь может оказаться прочнее, но он не сертифицирован как пищебезопасный и содержит потенциально токсичные для человека химические вещества, однако не стоит отчаиваться – на PLA и ABS свет клином не сошелся. Хорошей заменой может стать SBS, PETG, PP
Хорошей заменой послужит PETG пластик, так как он:
- Менее гибкий, чем PLA или ABS, но в тоже время более мягкий.
- Он почти не сжимается, поэтому не перекашивается. Идеален для крупных распечаток.
- Из пластика PETG получаются великолепные опорные структуры, так как он хорошо прилипает. Вследствие чего сцепление между слоями просто фантастическое, так что распечатки получаются долговечными.
- Этот пластик химически очень стоек, не боится щелочей, кислот, воды.
- Не пахнет при печати
Глава II. Создание 3D кружки
2.1 Разработка и печать 3D модели кружки
После изготовления кружек в домашних условиях, я задумался, как еще можно изготовить кружку, что бы ей можно было пользоваться. На помощь мне пришли инновационные технологии – 3D моделирование! Так как в нашей школе появился 3D принтер, то мою кружку можно воспроизвести в натуральную величину.
У каждого должна быть своя любимая чашка или кружка, из которой и кофе, и чай пьются вкуснее. Этот элемент посуды отличается своей формой, функциональностью, материалом изготовления. Чашки для чая могут быть обыденной вещью или храниться в наборе, я же создаю кружку для индивидуального пользования, которую я буду использовать как для приема напитков дома, а также пользоваться ею в походе.
С точки зрения функциональности учитываются следующие факторы:
- Размер и объем.
- Форма.
- Термоизоляция.
Для создания объекта, в дальнейшем кружки, разработали ряд требований:
- Объем кружки должен составлять 300-330 мл.
- Поверхность должна быть гладкой. Это важно и для органолептических ощущений, и для чистоты кружки.
- Удобная ручка, которая не заставляет пальцы упираться в горячую посуду.
- Толстые стенки и утолщенное дно, иначе содержимое слишком быстро остынет.
- Должна выдерживать высокие температура, подходит для использования в микроволновой печи.
Размер, форма и материал кружки важны для усиления вкуса напитка, удержания тепла и привлекательного внешнего вида.
Чтобы определить объем кружки мы использовали формулу:
| Рис 1. | h – высота цилиндра
r – радиус основания π ≈ 3.14 |
V=πr2h, если известны – его радиус основания и высота, а у нас
r = 38мм
h = 70мм, тогда V = 3,14×382×70 = 317391мм3,
если 1 литр = 1 дм3;
1дм = 10см = 100мм;
1 дм3= 1000см3 = 1000000мм3,
значит V = 317391×1000÷1000000 = 317 мл
Рассчитав объем кружки, приступили созданию цифровой модели и ее распечатке.
Приступаем к моделированию кружки.
Этап 1: Создание цифровой модели
Процесс 3D-печати начинается с разработки виртуального образа будущего объекта в 3D-редакторе, у нас «Компас 3D».
На создание виртуального образа будущего объекта потребовалось несколько дней, так как вносились изменения и уточнения в модель кружки (рис.1, рис.2, рис.3, рис.4, рис.5, рис.6).
Этап 2: Экспорт 3D-модели в STL-формат.
После окончания моделирования, перенесли полученный файл в STL-формат. Для этого в меню выбрали пункт «Сохранить как».
Перед экспортом файла указали степень детализации модели. Выбрали параметр «Точно».
Этап 3: Генерирование G-кода
STL-файл с будущим объектом обрабатывался специальной программой-слайсером, которая перевела его в управляющий G-код для 3D-принтера. Мы использовали слайсинговую программу Polygon.
Итак, модель подготовлена, переведена в STL-формат и сгенерирован её G-код. Теперь объект отправили на печать.
Этап 4: Подготовка 3D-принтера к работе
На этапе подготовки 3D-принтера к работе нанесли на рабочую поверхность карандашный клей. Загрузили в специальный отсек бобину АВС пластика с полимерной нитью фиолетового цвета. Конец нити, заправили в отверстие для подачи и продвинули вперёд до упора в экструдер. Через несколько секунд из экструдера появилась мягкая нить расплавленного пластика и приступаем к печати (фото 7).
Этап 5: Печать 3D-объекта.
3D-печать: принтер наносит на платформу первые слои изделия (фото 8)
Печать объекта продолжается. На фото хорошо видны слои, которые наносит печатающая головка (фото 9).
Чтобы напечатать трёхмерную модель кружки, принтеру потребовалось 17 часов 12 мин., себестоимость изделия составила 128руб.8 коп.
Этап 6: Финишная обработка объекта
Кружка имеет, выступы, прорези, поэтому 3D-принтер во время печати использовал поддерживающие конструкции (они же – конструкции поддержки, структуры поддержки).
После окончания печати, поддерживающие конструкции удалили. Поддержки были напечатаны из того же материала, что и основная модель, при удалении остались видимые следы, (сложность удаления).
2.2 Анализ образца
- Проверка 3D моделей на соответствие с действительностью.
Пробный экземпляр кружки печатали с использованием АВС пластика.
Напечатав первую кружку я увидел, что она не соответствует заявленным требованиям.
Внешние недочеты: произошло расслоение слоев, появились трещины, самая большая располагалась на месте перехода в основную часть, отверстие для печенья было достаточно глубоким, печенье полностью помещалось и трудно вынималось. Были обнаружены недостатки в конструкции: прорезь располагалась относительно ручки на 90 и находилась на стороне, обращенной к человеку (фото 1, фото 2, фото 3).
Внутренние недочеты: появились пустоты внутри конструкции (ошибки при моделировании), не возможность удаления поддержек в прорези.
При наполнении кружки горячей жидкостью стенки начали потрескивать и дали протечку, вначале появились капли, затем слои расширились, и вода практически вытекла полностью. Появился не приятный запах пластика и привкус от воды.
- Проверка 3D моделей на соответствие с действительностью.
Второй экземпляр кружки печатали с использованием PETG пластика.
Внешние недочеты: произошла расслойка слоев в нижней части кружки, при удалении поддержек в прорези нарушилось дно. На внешней стороне были заметны дефекты слоев, что портило внешний вид. Это не повлияло на эксплуатационные качество кружки: при наполнении кружки горячей жидкостью протечек воды не обнаружили, посторонние запахи отсутствовали (фото 4, фото 5, фото 6, фото 7).
Внутренние недочеты: недостаточная глубина прорези, печенье не держится.
- Проверка 3D моделей на соответствие с действительностью.
Третий экземпляр не смогли напечатать. На этапе печатания поддержек, принтер перестал выполнять действия (фото 8, фото 9).
- Проверка 3D моделей на соответствие с действительностью.
Четвертый экземпляр кружки печатали с использованием PETG пластика, используя другой цвет (фото 10, фото 11, фото 12).
Внешние недочеты: нет
Внутренние недочеты устранены(фото 13).
Фото 13
Вывод: Проведя анализ всех образцов, убедился в правильности выбора расходного материала, который соответствует предъявляемым требованиям к изделию. Внесенные изменения в конструкцию улучшили внешний вид кружки и ее функциональность.
2.3 Эксперименты «Исследование свойств 3D кружки»
В первом эксперименте я исследовал, как влияет материал кружки на температуру воды.
Для этого я подобрал кружки из разных материалов, затем в каждую из них была налита вода объемом 100 мл при температуре С. После того как прошло 5 минут произвел первый замер температуры в кружках, по истечении еще 5 минут – второй замер (общее время 10 минут) и спустя последние 5 минут сделал третий замер (общее время от начала замеров 15 минут).
Результаты эксперимента представлены в таблице 1.
Таблица 1.
| Материал, из которого сделана кружка | Начальная температура,
С. |
Через 5 минут,
С. |
Через 10 минут,
С. |
Через 15 минут,
С. |
| Пластмасса | 80 | 68 | 60 | 50 |
| Пластик ABC | 80 | 60 | 50 | – |
| Пластик PETG | 80 | 65 | 55 | 47 |
Вывод: проведя опыт, я заметил, что вода в кружке из пластмассы сохранила тепло лучше других, а вода в кружке из алюминия остыла первой. В остальных кружках температура воды была практически одинаковая. Таким образом, я выделил кружки, материал которых лучше остальных сохраняет тепло: пластмасса, керамика, дерево, сталь, стекло.
Во втором эксперименте я решил взять другую жидкость – молоко и посмотреть, как при этом измениться температура.
Результаты эксперимента представлены в таблице 2.
Таблица 2.
| Материал, из которого сделана кружка | Начальная температура,
С. |
Через 5 минут,
С. |
Через 10 минут,
С. |
Через 15 минут,
С. |
| Пластмасса | 80 | 68 | 59 | 50 |
| Пластик ABC | – | – | – | – |
| Пластик PETG | 80 | 70 | 60 | 55 |
Вывод: как и в предыдущем опыте, пластмассовая кружка дольше всех сохраняет тепло молока. Самое горячее молоко спустя 15 минут осталось в кружках из: пластика PETG ,пластмассы дерева, фарфора и стекла. Быстрее всего молоко остыло в глиняной кружке, а так же в стальной.
Подводя итог из проведенных мною опытов, можно сделать вывод, что не зависимо от жидкости (вода, молоко, кофе, компот) существует материал, который дольше остальных сохраняет напиток горячим – пластик и пластмасса. Молоко и вода в кружке из этих материалов показывали самые высокие температуры на каждом этапе замеров. Самые низкие температуры показывала кружка из глины. Жидкость в ней остывала быстрее других каждые 5 минут. Кружки из остальных материалов не сильно отличались по показателями друг от друга.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Однажды нарисовав на листке бумаги свой замысел, смоделировав объект в программе 3D Компас и напечатав ее на 3D принтере, у меня появиться интерес и желание работать на 3D принтере еще и еще. Как говорится, лучше один раз подержать в руках плод своего творения, чем сто раз видеть ее на альбомном листе. Это действительно «вау-эффект», когда смоделированный на компьютере авторский объект – кружка, через небольшой промежуток времени оказался у меня в руках.
В работе над своим проектом я совместил две вещи, созданные разрывом в века: кружка, изобретение которой уходит в глубокое прошлое, ведь еще на самой заре человечества первые ёмкости для питья изготавливали из подручных средств: рога животных, большие яйца, ореховая скорлупа и 3D технологии, появившиеся сравнительно недавно.
Я смог применить современные технологии в изготовлении одного из самых древних изобретений человечества – кружки.
Думаю, проект получился интересным. При выполнении работы изучил основные положения трехмерной компьютерной графики и разновидности 3D моделирования, материалы для изготовления кружки на 3D принтере, получил умения создавать объекты в программе 3D Компас, научился рассчитывать размеры и объем цилиндрических фигур, а так же провел эксперименты по исследованию материала кружки.
Я рад, что в своем проекте я решил все поставленные задачи, изучив основные положения трехмерной компьютерной графики, достиг поставленной цели – создать виртуальную модель кружки с помощью 3D технологий и воспроизвести с помощью 3D принтера, решил проблему, доказал свою гипотезу.
Вся работа завершена. Остались разные чувства: радости, удовлетворения, усталости. Я никогда не думал, что эта работа окажется такой трудной и в тоже время очень увлекательной.
Просматривая материал по своей работе, я обнаружил, что есть еще поле деятельности для более полезных изделий. Значит, ставить точку в этом проекте еще рано. Необходимо продолжить работу по данной теме.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Толковый словарь В.И. Даля.
Технологии 3D моделирования для создания образовательных ресурсов / А.В. Меженин
Санкт-Петербург, 2008 – 112 с.: ил.
В. П. Иванов, А. С. Батраков. Трёхмерная компьютерная графика / Под ред. Г. М. Полищука.— М.:Радио и связь, 1995.— 224с.
КОМПАС-3D: создание моделей и 3D-печать / Никонов В. В., — СПб.: Питер, 2020.— 208с.:ил. — (серия «Учебное пособие»).
