Метод создания детализированных 3D моделей, оптимизированных для точного их воспроизведения средствами 3D печати.
|
Даты проведения с 2017-01-24 по 2017-05-31 |
| Цырульников Евгений Сергеевич | Летняя школа Регионального школьного технопарка АГАСУ "Инженеры XXI века" |
3D принтеры достаточно давно применяются для прототипирования, однако часто возникает сложность создания 3D модели таким образом, чтобы ее печать на 3D принтере не вызвала сложностей. Данный проект совмещает в себе создание реалистичной модели термоядерного реактора «ITER» и выработки метода оптимизации этой и аналогичных моделей в процессе моделирования для 3D печати.
| Для успешного достижения цели проекта потребовалось реализовать ряд задач, связанных между собой. Сначала было произведено углублённое изучение устройства международного экспериментального термоядерного реактора «ITER». Далее был произведен подбор программного обеспечения для создания 3D модели реактора. Основными критериями выбора были: бесплатная лицензия, наличие всех необходимых инструментов для создания сложных 3D моделей, возможность самостоятельного изучения, наличие встроенного игрового движка для создания интерактивных приложений. В ходе поиска было установлено, что перечисленным требованиям удовлетворяет программа Blender. В рамках проекта потребовалось освоить работу с Blender и было отмечено, что по функциональным возможностям Blender не уступает большинству современных систем 3D моделирования. Было изучено большое количество инструментов и модификаторов для эффективного 3D моделирования термоядерного реактора. Следующей задачей было непосредственное создание 3D модели реактора «ITER» по эскизам, полученным в ходе решения первой задачи с помощью программного средства, изученного в ходе работы над второй задачей. Наиболее сложной задачей, решаемой в ходе проекта, была разработка метода оптимизации 3D модели, для успешной печати на 3D принтере, непосредственно в процессе проектирования. Завершающей задачей, решаемой в проекте, была печать на 3D принтере созданных частей модели. Полученные части после обработки были склеены между собой. В рамках работы над методом оптимизации модели был изучен процесс настройки и калибровки 3D принтера, подготовки рабочей области к печати. http://wmhost.ru/img/di-IE50.jp    |
| В рамках данного проекта для создания детализированной 3D модели термоядерного реактора «ITER» использовалось профессиональное программное обеспечение Blender. Процесс проектирования в Blender позволил закрепить знания об устройстве и принципе действия реактора. Наиболее важными преимуществами программного обеспечения Blender, в том числе являются: бесплатность, лёгкость в освоении, большое количество инструментов, модификаторов и т.п. В ходе работы над 3D моделью был разработан метод, позволяющий оптимизировать её непосредственно в процессе проектирования для быстрой и эффективной печати на 3D принтере. Основной принцип данного метода состоит в том, что сначала, посредством соединения вершин создаётся плоская форма 3D модели, далее, подобно процессу печати, производится «выращивание» модели из полигонов. |
На примере создания максимально детализированной 3D модели международного экспериментального термоядерного реактора «ITER» разработать метод комплексной оптимизации непосредственно в процессе моделирования сложных 3D моделей для их успешной печати на 3D принтере. Произвести 3D печать и сборку полученной модели, проверить оптимальность разработанного метода. Рассмотреть возможность применения разработанного метода при подготовке, посредством 3D печати, наглядных пособий для учебных заведений.
"Для достижения поставленной цели было необходимо выполнить следующие задачи:
• углублённо изучить устройство термоядерного реактора «ITER»;
• выбрать подходящее программное обеспечение, позволяющее проектировать сложные и детализированные 3D модели.
• разработать метод комплексной оптимизации сложной и детализированной модели для успешной печати на 3D принтере, непосредственно в процессе моделирования.
• проверить эффективность методики создав детализированную 3D модель международного экспериментального термоядерного реактора «ITER» посредством выбранного программного обеспечения.
• произвести печать созданной и оптимизированной в процессе проектирования модели, тем самым проверив скорость и эффективность процесса;
• произвести ручную обработку и склейку всех частей модели после печати."
Проведенный в рамках проекта анализ практики использования 3D принтеров показал, что в большинстве случаев на них производится печать достаточно простых моделей. Кроме того, было отмечено, что модели печатаются целиком, что существенно ограничивает их размер. Печать готовых детализированных 3D моделей большого размера часто затруднена в связи с тем, что модель может содержать ошибки, часто требуется внесение в нее кардинальных изменений. Выполнение таких операций может занимать достаточно много времени. Сказанное выше подтверждает актуальность разработки метода оптимизации сложных детализированных 3D моделей непосредственно в процессе их создания. Реализация метода позволяет организовать бесперебойный процесс печати оптимизированной модели необходимой формы, детализации и масштаба.
"В ходе работы над проектом были получены следующие значимые результаты:
• создана детализированная 3D модель термоядерного реактора «ITER», оптимизированная для 3D печати;
• разработан метод комплексной оптимизации и подготовки к 3D печати сложных и детализированных учебных 3D моделей непосредственно в процессе их создания;
• для созданной 3D модели средствами игрового движка, встроенного в Blender, создано интерактивное демонстрационное приложение."
Разработанную методику комплексной оптимизации сложных и детализированных 3D моделей можно внедрить в образовательный процесс в учебных заведениях. Благодаря разработанной методике в учебных заведениях появляется возможность быстро и эффективно проектировать наглядные пособия и печатать их без затруднений и ошибок. Методика проходит тестирование на универсальность путём применения её к другим моделям. В будущем необходимо произвести множество проверок эффективности методики на других типах 3D принтера и печатного материала.
"Для успешного выполнения проекта использовались следующее аппаратное и программное обеспечение:
• Blender 2.77a;
• GIMP 2.8.18;
• Операционная система Windows 8.1;
• Ноутбук Asus n76v (i7, 8Gb RAM, 1Tb HDD);
• школьный 3D принтер-конструктор, разработанный в Региональном школьном технопарке АГАСУ;
• PLA-пластик."
О проекте
Проект опубликовал
