Ученые Германии представили прототип первого робота с сухожилиями, мышцами и костями, который был напечатан на 3D принтере. Модель назвали Roboy Junior. Технология 3D печати позволила разработчикам пропустить несколько этапов сборки конструкции. Например, вся рука робота от плеча до кончиков пальцев — это единая подвижная деталь. Как заявили сами разработчики, никогда ранее в проектах робототехники 3D печать не применялась так широко. Технология позволила сделать сложные структуры легкими без потери надежности, а также удалось миновать несколько этапов сборки.
Прототипирование — важный этап практически любого похожего проекта. Прототип, по сути, представляет собой черновой вариант будущего изделия. Современная 3D печать — это «быстрое» прототипирование, которое позволяет существенно снизить затраты (финансовые, временные) на подготовку макета. Во время обучения 3D моделирование позволяет развить инженерные навыки, пространственное и логическое мышление и вовлечь в образовательный процесс даже самых незаинтересованных учеников. И, кроме того, создавая прототип на 3D принтере, дети осваивают другие полезные навыки, такие как программирование и робототехника, если, допустим, они сами программируют аппарат на печать, как это возможно с Rotrics.
Этапы создания прототипа
1. Моделирование
Первый этап выполняется на компьютере при помощи специальных программ инженерной трехмерной графики. Для работы понадобится техническая документация, фотографии, эскизы и чертежи будущего устройства.
2. Макетирование
После моделирования создается пилотная версия продукта, макет. Цель — посмотреть все основные компоненты, при этом, изначально заложенной функциональностью макет не обладает.
3. Прототипирование
Прототип от макета отличается своей функциональностью, его цель протестировать базовые функции будущего устройства. Это своеобразный черновик разработки.
4. Тестирование и корректировка
Модель тестируется на соответствие предъявляемым требованиям, в процессе выявляются недостатки (или их отсутствие), разрабатываются решения по доработке прототипа и все начинается снова.
5. Готовый прототип
Успешный, готовый прототип — это модель в черновом варианте, которая выполняет все задуманные для нее задачи.
Как мы видим, скорость работы, точность выполнения прототипа — являются основными козырями 3D печати, кроме того, так как это требует меньших физических затрат, повторять операцию можно необходимое количество раз.
В современных реалиях существует несколько вариантов прототипирования:
1. Стереолитография (SLA). Технология подразумевает применение жидкого фотополимера с добавлением реагентов. Смесь полимеризуется при помощи ультрафиолетового лазера.
2. Выборочное лазерное спекание (SLS). Модель изготавливается послойно с использованием порошка. Материал равномерно распределяется на плоскости, после чего отдельные участки запекаются при помощи лазера.
3. Многослойное моделирование (MJM). Изготовление модели происходит по принципу стандартной струйной печати. Подача материала происходит через сопла, расположенные на печатающей головке. Расходники предварительно нагреваются, после чего подаются в экструдер, который печатает слои детали.
4. Ламинирование (LOM). Метод предполагает послойное склеивание пленок, которые разрезаются с помощью лазера или специального лезвия.
5. Послойное наплавление (FDM). В этой технологии каждый слой наносится расплавленным материалом, которые выдавливается через сопло. Зачастую для печати используется какой-либо пластик, но могут применяться и другие материалы, например металл.
Как заниматься прототипированием в школах?
Мы говорим о том, что, согласно ФГОС, в школах будут преподавать робототехнику, в основе которой проектная деятельность по созданию чего-то нового. И, как уже сказано выше, прототипирование — это важный этап любого проекта. Но когда этим заниматься, если на уроке всего 45 минут, и за это время надо: увлечь детей, рассказать о проекте, а еще изучать, проектировать, тестировать и так далее. Отличным решением будет универсальный вариант — машина с открытым исходным кодом, способная выполнить разные задачи.
Один из вариантов — роботизированная рука от Rotrics. Платформа стабильно показывает высокие результаты обучения. Дети параллельно учатся программировать робота и занимаются 3D печатью. Роборука обладает небольшими размерами, компактна и безопасна.
На каких предметах еще можно использовать 3D печать?
- Биология (изучайте флору и фауну, анатомию человека и тд, создавая макеты самостоятельно);
- География (воссоздайте ландшафт земной поверхности);
- Математика;
- Физика.
В целом, оборудование класса 3D принтером существенно расширяет возможности как педагогов, так и детей. Задействовать робота можно на разных предметах, а также организовать секцию дополнительного образования для углубленного изучения.
Изготовление прототипа учит ребенка выявлять ошибки, устранять их, развивает внимательность и аккуратность, а работа на современном оборудовании поможет в будущем без труда адаптироваться к новым этапам инженерного образования.
