Опыт интеграции CAD-технологий и 3d-печати в учебном плане подготовки инженеров

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.

1. Г.А. Щеглов. SolidWorks в учебном проектировании аэрокосмических систем. Военный парад. 2009. №2 (92). С.18–19

2. Заседатель В.С. Образовательный потенциал технологий быстрого прототипирования // Интернет-журнал «Науковедение», 2015. Т.7. №5. [Электронный ресурс] Режим доступа: http://naukovedenie.ru/PDF/220PVN515.pdf.

3. Толкачева Е. 3D-принтеры в образовании. Наступающее будущее. 2015. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://newtonew.com/overview/3d-printerin-school

4. Сябренко А.П. Использование технологии 3D-печати в образовательном процессе вуза [Текст] / А.П. Сябренко, В. С. Тынченко // Развитие современного образования: теория, методика и практика : материалы VII Междунар. науч. практ. конф. (Чебоксары, 29 мая 2016 г.) / редкол.: О. Н. Широков [и др.]. – Чебоксары: ЦНС «Интерактив плюс», 2016. – № 1 (7). – С. 244–247. – ISSN 2413-4007.

5. Чернышов Е.А., Решетов В.А., Романов А.Д. Внедрение в учебный процесс подготовки кадров технологий быстрого прототипирования // Международный журнал экспериментального образования. 2013. №10-2. URL: http://cyberleninka.ru/article/n/vnedrenie-v-uchebnyyprotsess-podgotovki-kadrov-tehnologiy-bystrogoprototipirovaniya (дата обращения: 06.10.2016).

6. Бощенко Т.В., Чепур П.В. Опыт внедрения технологий прототипирования изделий на основе 3d печати в образовательный процесс высшего учебного заведения // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 5. URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=22481 (дата обращения: 06.10.2016).

7. ГОСТ 2.052-2006 Единая система конструкторской документации. Электронная модель изделия. Общие положения. М.: Стандартинформ; 2007: 15 с.

8. ГОСТ 2.056-2014 Единая система конструкторской документации. Электронная модель детали. Общие положения. М.: Стандартинформ; 2015: 21 с.

9. ГОСТ 2.057-2014 Единая система конструкторской документации. Электронная модель сборочной единицы. Общие положения. М.: Стандартинформ; 2014: 19 с.

10. Gibson I., Rosen D., Stucker B. Additive Manufacturing Technologies: 3D Printing, Rapid Prototyping, and Direct Digital Manufacturing. 2nd ed. Springer; 2015: 498 p. doi: 10.1007/978-1-4939-2113-3

11. 3D-принтер BFB-3000. Руководство пользователя. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://cubify.s3.amazonaws.com/public/bfb/d100253_bfb-3000_set_up_and_operations_manual_v3-0.pdf (дата обновления 25.11.2015)

12. Axon 2. User manual. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.fablabbergenopzoom.nl/wpcontent/uploads/2014/04/AXON-User-manual.pdf (дата обновления 25.11.2015)