кандидат технических наук, доцент, зам. зав. кафедры «Аэрокосмические системы» по методической работе,
Москва
Candidate of Engineering Sciences, Deputy Head of Methodical work of the Department of Aerospace Systems,
Moscow
доктор технических наук, профессор, зам. зав. кафедры «Аэрокосмические системы» по научной работе,
Москва
Doctorate of Engineering Science, Deputy Head of Science of the Department of Aerospace Systems,
Moscow
В статье рассматриваются результаты использования технологий трехмерной печати (3D-печати) для обучения студентов основам компоновки космических аппаратов.
Целью методической работы являлось внедрение в учебный процесс технологий быстрого прототипирования для совершенствования навыков студентов по внутренней компоновке бортового оборудования КА.
Кроме основной цели дополнительно достигается и вторая цель – ознакомление студентов с основами CAM-технологий, что позволяет восполнить существующий в учебном плане пробел в образовании студентов в области основ информационной поддержки жизненного цикла изделий ракетно-космической техники.
В рамках учебного курса введены шесть практических занятий, на которых студенты, используя навыки, полученные при изучении соответствующего раздела дисциплины «Инженерная графика» выполняют компоновку КА с использованием пакета геометрического моделирования SolidWorks, а затем печатают на 3D-принтере прототипы элементов компоновки и собирают компоновочный макет. Для создания натурных макетов компоновки используется одна из наиболее доступных технологий быстрого прототипирования: экструзионная технология 3D-печати. Практическое изучение работы 3D принтера позволяет студентам в общих чертах ознакомиться с принципами программирования других станков с числовым программным управлением. Первый опыт интеграции в одном учебном курсе компьютерных технологий геометрического моделирования и трехмерной печати показал, что работа с физическими макетами существенно повышает интерес студентов к изучаемому курсу.
Поскольку готовый материальный макет «не прощает» ошибок компоновки в отличие от виртуального макета, где интерференция компонентов может остаться незамеченной, работа над проектом потребовала от студентов большей вовлеченности и ответственности.
Коллективная работа над проектом оказалась полезным тренингом групповой работы по решению общей творческой задачи. В ходе первых испытаний методики были уточнены возможности 3D-принтера и программы слайсера. Стало понятно, что цикл изготовления макета детали составляет в среднем 2–3 часа на один компонент включая 1–1,5 часа работы принтера. Установлено, что крупные блоки необходимо делать сборными (состоящими из кор- пуса и крышки) для экономии материала. Общий объем пластика, затраченного на проект, составляет примерно 1кг. Также важной информацией является тот факт, что при покупке 3D-принтера для учебного процесса важнейшей характеристикой является не точность, а скорость печати.
Результаты тестирования методики были признаны успешными и в настоящее время ставится вопрос о приобретении дополнительного принтера с более высокой производительностью.
The paper examines the results of using the 3d-printing educational methodology for training the students in the spacecraft-configuration developing area.
The first purpose of the considered methodology practice is to implement the rapid-prototyping skills into the educational process, to provide perfection of the student knowledge in configuring the internal on-board equipment of the spacecraft. The second purpose – is to habituate the students to the main principles of the available CAM technologies, to fill the available educational gap in the area of information support of the spacecraft life-cycle.
The proposed curriculum includes six training exercises based on a special “Engineering drawing” course unit. The training exercises require using the SolidWorks geometric-simulation software. The preliminary obtained virtual prototypes of the spacecraft configuration elements are subjected to 3d-printing and assembled into a physical configuration model. The physical configuration models are obtained using one of the most accessible rapid-prototyping technologies – 3d-printing of extrusion type. Practicing in 3d-printing provides developing the student skills in managing all other digital-program control devices.
The specified first experience of integrating the computer geometricsimulation methodology and the 3d-printing practices in a single course unit has proved: developing the physical-configuration models heightens the student interest to the configuration training.
A ready-made physical model does not excuse the available configuration mistakes unlike a virtual model where the component interferences may remain undetected. So, developing a physical model requires additional endeavor and responsibility. Developing a project in a team has proved to be an effective means for solving a common creative problem.
The first test of the proposed methodology has shown the importance of perfect adjustment of the available 3d-printing process and the Slicer program. The part-model manufacture cycle requires approximately from 2 to 3 hours per a component (from 1 to 1.5 hours for 3d-printing in that account). Large-scale blocks shall represent an assembly (containing a block body and a lid) to reduce the printing-plastic consumption. Average printing-plastic consumption is about 1 kg per a configuration model. The obtained 3d-printing experience shows that the printing speed is much more important than the printing accuracy for the given educational problem.
The obtained educational-methodology test results are considered to be a success. It is recommended to purchase an additional high-productivity 3d-printer facility providing an effective fascinating spacecraftconfiguration process.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.