Презентация, доклад на тему Электронный учебник Школьный 3D принтер ALFA

3d принтер «Альфа» (Мультимедийный учебник по освоению инженерно-технических компетенций»)

"Альфа" (FDM-технология)
Характеристики школьного 3D принтера ALFA
Устройство школьного 3d принтера «Альфа»
Минимальные технические рекомендации ПК  к которому будет подключен  3d принтер «Альфа»
Подключение 3d принтера к ПК и знакомство с органами управления
Настройка зазора между экструдером и рабочим столом (панелью) школьного  3d принтера «Альфа»
Заправка картриджа с леской в 3d принтер «Альфа»
Технология печати
Загрузка готовых 3d моделей в компьютер и подготовка их к печати
Модели для 3D печати
Преимущества 3Д принтера
Применение 3D принтера
3D принтер ― чем опасен для здоровья?
Техника безопасности при работе с 3D принтером
Заключение

интересная ситуация: фирмы-конкуренты стали не просто бороться за потребителей продукции, но буквально выполнять любые их пожелания. Самое важное, что в итоге однообразную продукцию – например, часы и автомобили – прекратили приобретать миллионными партиями. Объем продаж с заводов-производителей сократился до нескольких тысяч штук в одной партии. Это ознаменовало начало эпохи мелкосерийного производства. В конечном итоге компании обнаружили, что разработка форм, лекал и прототипов для все новых и новых моделей обходится весьма дорого.
Примерно тогда же становятся популярными устройства, способные быстро и с минимумом затрат изготавливать модели, — станки с ЧПУ, числовым программным управлением. Многие из них так и остались в секторе производства, но интенсивное развитие отдельной ветви «эволюции» привело к появлению офисных принтеров объемной печати – так началась история развития 3D-печати.

и запатентованная Чарльзом Халлом в 1986 году и использующая стереолитографию. Само собой, это еще не был первый 3D-принтер в современном понимании, но именно она определила, как работает 3D-принтер: объекты наращиваются послойно.
Халл сразу же создал фирму 3D Systems, которая изготовила первое устройство объемной печати под названием Stereolithography Apparatus. Первой моделью этой машины, имевшей широкое распространение, стала разработанная в 1988 году SLA-250.
В 1990 году был использован новый способ получения объемных «печатных оттисков» — метод наплавления. Его разработали Скотт Крамп, основатель компании Stratasys, и его жена, продолжившие развитие 3D-печати. После этого стали активно использоваться понятия «лазерный 3D-принтер» и «струйный 3D-принтер».

созданием компании Solidscape. Она производила струйные принтеры, которые предшествовали трехмерным. В 1995 году двумя студентами Массачусетского технологического института был модифицирован струйный принтер. Он создавал изображения не на бумаге, а в специальной емкости, и они были объемными. Тогда же появилось понятие «3D-печать» и первый 3D-принтер. Этот метод был запатентован, и теперь используется в созданной теми же студентами компании Z Corporation, а также в ExOne. Z Corp. до сих пор производит 3D-принтеры, использующие эту технологию.
История создания 3D-принтера продолжилась появлением технологии под названием PolyJet, основанной на использовании фотополимерного жидкого пластика. При таком способе печати головка «рисует» слой фотополимера, который моментально засвечивается лампой. Метод оказался выигрышным по многим параметрам: цена его значительно ниже, а высокая точность дает возможность изготовления не просто моделей, но готовых к применению деталей.

3D-принтеров, вносящие свой вклад в ее разработку, использовались новые материалы и принципы, размеры и цены устройств становились все меньше – первые 3D-принтеры были огромны, сейчас же они умещаются на столе (исключая разве что промышленный 3D-принтер). Современный трехмерный принтер все больше становится похож на обычный, печатающий на бумаге, по внешнему виду и технологии нанесения «красящего» вещества. Печатаемые им модели отличаются еще и высокой прочностью, поэтому могут применяться в качестве готовых изделий.
Сейчас 3D-принтер может занимать очень мало места – конечно, это зависит от его назначения. В начале развития цена такого принтера была доступна разве что очень крупным компаниям, теперь же любой человек может приобрести 3D-принтер, цена которого в среднем $1000. История 3D-принтера еще не окончена, и самое интересное – впереди.

школьник старших классов, а обслуживать его можно самостоятельно, для этого необходимо обладать минимальным набором технических знаний. Как правило, современный домашний настольный 3D принтер состоит из следующих узлов и элементов:
Шасси или корпус.
Печатающая головка - экструдер с нагревательным элементом. Некоторые современные продвинутые модели имеют две печатающие головки.
Привод экструдера - электродвигатели которые заставляют экструдер перемещаться в нескольких плоскостях.
Платформа - поверхность с подогреваемой подложкой куда наносится пластик.
Модуль управления - печатная плата с управляющим процессором и интерфейсами для подключения к компьютеру.
Блок питания.
Конструктивно 3D-принтеры бывают открытого и закрытого типа. Открытые - легкие, простые и, как следствие , более дешевые. Аппараты с закрытым корпусом более громоздкие, но имеют ряд неоспоримых преимуществ:
Безопасны для детей.
Качество печати у 3D принтеров с закрытым корпусом лучше, благодаря тому что изделие в процессе печати не подвергается воздействию внешней среды (сквозняки, брызги), благодаря которым изделие может деформироваться.
Больше подходят для работы в офисе или на производстве.

Fused deposition modeling (FDM)) – технология аддитивного производства, широко используемая при создании трехмерных моделей, при прототипировании и в промышленном производстве. Технология FDM подразумевает создание трехмерных объектов за счет нанесения последовательных слоев материала, повторяющих контуры цифровой модели. Как правило, в качестве материалов для печати выступают термопластики, поставляемые в виде катушек нитей или прутков. Технология FDM была разработана С. Скоттом Трампом в конце 1980-х и вышла на коммерческий рынок в 1990 году. Оригинальный термин «Fused Deposition Modeling» и аббревиатура FDM являются торговыми марками компании Stratasys. Энтузиасты 3D-печати, участники проекта RepRap, придумали аналогичный термин «Fused Filament Fabrication» («Производство методом наплавления нитей») или FFF для использования в обход юридических ограничений. Термины FDM и FFF эквивалентны по смыслу и назначению.

трехмерной цифровой модели. Модель в формате STL делится на слои и ориентируется наиболее подходящим образом для печати. При необходимости генерируются поддерживающие структуры, необходимые для печати нависающих элементов. Некоторые устройства позволяют использовать разные материалы во время одного производственного цикла. Например, возможна печать модели из одного материала с печатью опор из другого, легкорастворимого материала, что позволяет с легкостью удалять поддерживающие структуры после завершения процесса печати. Альтернативно, возможна печать разными цветами одного и того же вида пластика при создании единой модели. Изделие, или «модель», производится выдавливанием («экструзией») и нанесением микрокапель расплавленного термопластика с формированием последовательных слоев, застывающих сразу после экструдирования.

и скармливается в экструдер – устройство, оснащенное механическим приводом для подачи нити, нагревательным элементом для плавки материала и соплом, через которое осуществляется непосредственно экструзия. Нагревательный элемент служит для нагревания сопла, которое в свою очередь плавит пластиковую нить и подает расплавленный материал на строящуюся модель. Как правило, верхняя часть сопла наоборот охлаждается с помощью вентилятора для создания резкого градиента температур, необходимого для обеспечения плавной подачи материала.
Экструдер перемещается в горизонтальной и вертикальной плоскостях под контролем алгоритмов, аналогичных используемым в станках с числовым программным управлением. Сопло перемещается по траектории, заданной системой автоматизированного. Модель строится слой за слоем, снизу вверх. Как правило, экструдер (также называемый «печатной головкой») приводится в движение пошаговыми моторами или сервоприводами. Наиболее популярной системой координат, применяемой в FDM, является Декартова система, построенная на прямоугольном трехмерном пространстве с осями X, Y и Z. Альтернативой является цилиндрическая система координат, используемая так называемыми «дельта-роботами».

но имеет определенные ограничения. Хотя создание нависающих структур возможно при небольших углах наклона, в случае с большими углами необходимо использование искусственных опор, как правило, создающихся в процессе печати и отделяемых от модели по завершении процесса. В качестве расходных материалов доступны всевозможные термопластики и композиты, включая ABS, PLA, поликарбонаты, полиамиды, полистирол, лигнин и многие другие. Как правило, различные материалы предоставляют выбор баланса между определенными прочностными и температурными характеристиками.

различные приводные механизмы
Блок питания

тактовая частота не ниже 1500 ГГц, разрядность 32,64 бит
Процессор:  Intel Celeron / AMD FX2
ОЗУ: от 2 Гб (желательно 4-8 Гб)
Жесткий диск: от 250 Гб
Видео: как встроенное так и внешнее с внутренней памятью не ниже 1 Гб (только для распечатывания,  а для 3d моделирования желательно игровые  видео карты)
ПО: Windows 7 (32, 64 bit)

принтер
Подключить принтер к компьютеру через USB
Включить питание принтера
Установить драйвера и ПО для работы с принтером с установочного диска
Настроить ПО для работы

упаковки и установить на устойчивое твердое основание его (например, стол)
Открыть переднюю прозрачную крышку принтера, чтобы получить доступ к внутренним деталям.
Подсоеденить USB-кабель принтера к ПК. Включите питание принтера.
Запустить ранее установленную вами ПО Repetier-Host на компьютере и подключится программно к принтеру.
На вкладке ПО Repetier-Host "Управление" включите "Нагреть экструдер" и дождитесь, пока экструдер не нагреется до необходимой температуры (230-250 градусов Цельсия).
Только на разогретом экструдере можно вставлять / менять леску для печати. Для этого аккуратно на самом экструдере нажмите сверху желтоватую кнопку, при этом снизу, сразу за основным вентилятором охлаждения, другим пальцем аккуратно придерживайте сам экструдер, чтобы избежать его повреждения. (Осторожно! Температура разогретого экструдера 230-250 градусов Цельсия). Не отпуская данную кнопку, возьмите конец лески и вставьте аккуратно в отверстие сверху сбоку (прямо возле самой кнопки) пока из экструдера снизу не появятся  " пластмассовые нити".

этого нужно взять обыкновенный листок бумаги А4 и свернуть его пополам.
Затем через программу Repetier-Host, вкладка "Управление" поочередно переместить экструдер по рабочему столу в крайние 4 точки стола.
Для каждой из 4-х точек нужно проделать следующее: опустить экструдер программно по оси Y и проверить зазор между рабочим столом и самим экструдером. Нормальным является такой зазор, через который с трудом проходит свернутый пополам обычный лист бумаги А4. Установить зазор можно заворачивая/отворачивая регулировочные винты на 4-х углах рабочего стола.
После установки всех 4-х зазоров по углам рабочего стола и установки лески в экструдер можно начинать пробную печать.

помощью программы R.H. нагреть экструдер до температуры плавления лески
Нажать специальную кнопку на экструдере и продеть леску в экструдер.

Подключить принтер к ПК
С помощью программы R.H. нагреть экструдер до температуры плавления лески
Нажать специальную кнопку на экструдере и вытащить леску из экструдера.
Зафиксировать леску в картридже

Замена картриджа с леской на 3d принтере

рабочую платформу, где остывает и затвердевает. Слой готов. Платформа опускается на толщину одного слоя – как правило, 50–100 микрон (т.е. 0,05–0,1 мм!) – и все повторяется снова, пока трехмерная модель не будет выстроена до конца. Чтобы процесс печати шел быстрее, принтер снабжен вентиляторами для обдува модели.

поддержки. Многие из них, например, Leapfrog Creatr с двумя экструдерами способны печатать пластиком двух разных видов, используя для поддержек пластик PVA, который растворяется в воде. Это избавляет от необходимости вручную отделять поддержки от готового изделия. Пластик замачивают в воде, и он отходит. Именно по такому принципу работает большинство современных домашних и офисных 3D-принтеров.

поливинилацетат

компьютере
В меню программы выбрать подменю "Файл"--->"Открыть G-код"
Проверить масштаб и размещение модели
Запустить "Слайсинг"
Подготовить принтер к печати
Начать печать

бесплатно скачать из интернета) и отправить задание на печать. Программы для 3D-моделирования уже сейчас рассчитаны на широкую аудиторию, а разработчики продолжают создавать более удобные упрощенные версии.
Можно и вовсе ничего не создавать самому, а воспользоваться одной из многочисленных бесплатных моделей, выложенных в интернете в открытых или платных базах данных например, www.thingiverse.com.

в работе 3Д технологию. Преимущества 3Д принтера:
-3Д-печать$
- прогрессивная технология, которая позволит дизайнерам и инженерам сэкономить драгоценное время и силы;
-Устройство существенно повышает гибкость производства;
-Себестоимость продукции, особенно в мелкосерийном производстве, заметно снижается;
-Создание продукции, ее выход на рынок происходит в кратчайшие сроки. Трехмерная печать – одна из самых перспективных компьютерных технологий, применимая человеком в разной деятельности.

на новый уровень: принтеры нового поколения позволяют быстро и точно создавать трехмерные модели и прототипы-визуализации.

появлению качественных и реалистичных наглядных пособий, которые можно использовать для обучения в детских школьных учреждениях и ВУЗах.

печати в зависимости от того, из каких материалов будет продукт. Прозрачные разновидности упаковки принтер печатает из фотополимеров, надежную и прочную упаковку можно получить из ABS-пластика. Можно распечатать текстуру наклеек, этикеток и других деталей упаковки.

уникальных сувениров. Создавая полноцветный готовый продукт, можно точнее оценить его особенности и преимущества перед запуском на конвейеры. Небольшие партии пластиковых изделий выполняются с помощью силиконовых форм отливки.  

первую очередь трехмерную печать используют для создания протезов и коронок в стоматологии.
С помощью этой технологии можно воссоздать участки тканей или кости, отработать в совершенстве технику предстоящей операции – это даст возможность исключить врачебные ошибки и спасти не одну жизнь.
Все чаще начинают рассматривать трехмерную печать в качестве единственного варианта создания различных имплантов, поврежденных органов или участков тканей.

цветных карт, которые точно отображают рельеф местности. Это облегчит работу геолого-разведочных центров и служб, проектных и строительных организаций. 3D-печать рельефа позволяет сильно упростить и ускорить процесс макетирования объектов.

для функционального тестирования – это актуально для промышленности, когда затраты по созданию единичных точных деталей в случае ошибки могут оказаться серьезными. Такой прогрессивный метод дает возможность не только увидеть собранным будущий механизм, но выполнить его тестирование, внести изменения в проект.

экструдирования ― через маленькое раскалённое сопло 3D принтера выходит размягчённый термопласт.
У 3D принтеров, что используют полимолочную кислоту (PLA), уровень выброса ультрамелких частиц в минуту составляет от 20 миллиардов и больше, а приборы, что применяют в своей технологии акрилонитрилбутадиенстирол (АБС-пластик) ― до 200 миллиардов частиц в минуту. Такие вредные выбросы можно сравнить с выбросами в атмосферу при сжигании природного газа, горении табака или ароматических свечей, а также при работе лазерного принтера (его порошок «краска» также очень токсична).
Нанометровые вредные частицы с особой лёгкостью проникают в лёгкие человека при каждом его вдыхании, а также могут проникать через обонятельный нерв в мозг, хотя большей угрозе подвержены первые. Оседание в лёгких ультрамелких вредных частиц может спровоцировать рак или астму, а при попадании в мозг ― инсульт.

как автономные печатные устройства без дополнительных фильтров и вытяжных систем и могут использоваться в помещениях любых размеров: дом, офис и т.д. Но исследователи рекомендуют всем покупателям проявлять особую осторожность ― использовать 3D печать только в хорошо проветриваемых помещениях и с респиратором, или при работе принтера покидать помещение до окончания его работы.

давно получили широкое распространение в быту современного общества. Сейчас все чаще можно услышать о 3D технологиях, а, в частности, 3D принтерах, способных печатать объемные изделия.
3D принтер необходим при производстве новейших сложных прототипов продукции. Используя напечатанный на трехмерном принтере образец изделия, производитель сможет обнаружить недостатки или недоработки детали и устранить их до запуска изделия в производство, что значительно снижает стоимость и ускоряет производство продукции. Создание 3D моделей вместо действующих прототипов позволяет исключить затраты на чрезмерную подготовку производства и исправление недостатков.
Также профессиональные 3D принтеры широко применяются в научно-исследовательской деятельности. При помощи такого устройства ученый или изобретатель может воплотить в жизнь свои невероятные идеи без нереальных капиталовложений.

последующей печатью изделия из фотополимера, что помогает экономить дорогостоящие материалы в процессе производства.
Необходимо провести ещё ряд подобных тестов на выявление более детальной оценки выбросов вредных элементов.
Также следует упомянуть про пользу 3D печати, ― благодаря этой технологии пациенту из США восстановили более 75% повреждённого черепа. Во всём есть свои плюсы и минусы, но, не смотря на выделяемый вред, - от этой технологии отказываться не нужно, это лишь очередная задача для производителя - улучшать качество работы, безопасность, функциональность и возможность устройства.
За 3D принтером будущее! Вскоре трехмерные принтеры можно будет легко назвать волшебной палочкой, которая кардинально изменит мир, окружающий нас. Сфера космических исследований уже давно положила глаз на устройства трехмерной печати, ведь оно в значительной мере упростило бы и ускорило процесс ремонта соответствующего космического оборудования. Более того, космонавты смогли бы самостоятельно производить инструменты и аппараты, необходимые им для дальнейших исследований космических просторов.

М.: Радио и связь, 1995. - 224 с.
Ли Дж. Уэр Б. Трёхмерная графика и анимация. - 2-е изд. - М.: Вильямс, 2002. - 640 с.
Слюсар В.И. Фаббер-технологии: сам себе конструктор и фабрикант. - Конструктор. - 2002. - № 1.- C. 5 - 7.
Слюсар В.И. Фаббер-технологии. Новое средство трехмерного моделирования. - Электроника: наука, технология, бизнес. - 2003. - № 5.- C. 54 - 60.
Слюсар В.И. Фабрика в каждый дом. Вокруг света. - № 1 (2808). - Январь, 2008. C. 96 - 102.
Снук Г. 3D-ландшафты в реальном времени на C++ и DirectX 9. - 2-е изд. — М.: Кудиц-пресс, 2007. — 368 с.
Херн Д., Бейкер М.П., Компьютерная графика и стандарт OpenGL. - 3-е изд. - М.: Вильямс, 2005. - 1168 с.
Энджел Э. Интерактивная компьютерная графика. Вводный курс на базе OpenGL. - 2-е изд. - М.: Вильямс, 2001. - 592 с.
www.ru.wikipedia.org
www.membrana.ru
http://ixxi.me/technology/kak-rabotayut-3d-printery-i-v-chjom-ikh-preimushhestva/ Наука и Технологии