УДК 372.8; 621.9.04; 621.833

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ

ИНЖЕНЕРНЫХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ

А.А. Муравьев, аспирант,

e-mail: andrei-20101@yandex.ru,

Н.С. Маркова, студент,

e-mail: maggotps@gmail.com,

О.А. Грачева, студент,

e-mail: gracheva-o.98@yandex.ru.,

Политехнический институт им. Н.Н. Поликарпова

ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет

имени И.С. Тургенева», г. Орел

Аннотация. В статье рассматривается совершенствование процесса обучения студентов инженерных специальностей за счёт внедрения аддитивного оборудования. Внедрение аддитивных технологий в процесс обучения меняет методику обучения и позволяет повысить уровень практической подготовки студентов, способствует приобщению к современным технологиям, применяемым в промышленности.

Эффективность образовательного процесса напрямую зависит от обучающих материалов. Для обучения студентов инженерных специальностей применяются плакаты, чертежи, интерактивные технологии, характеризующиеся наглядностью изучения деталей, технологического оборудования и технологических процессов. С применением более масштабных макетов связано повышение усвоения изучаемых технических дисциплин. Следует отметить, что изготовление масштабных макетов требует больших затрат времени и других ресурсов. В настоящее время, развитие технологии 3D-моделирования и 3D-печати дает возможность решить данную проблему.

Моделирование – это построение моделей, предназначенных для изучения и исследования объектов, процессов или явлений. Студенты получают навыки и возможность сконструировать будущий проект, таким образом, достигается цель создания нового интеллектуального продукта.

Техническое творчество развивает у студентов навыки постановки и проведения самостоятельных конструкторских разработок, методов работы с современными CAD-системами, применение творческого подхода к решению стоящих перед ними конструкторскими проблемами.

Аддитивные технологии или Additive Manufacturing – обобщенное название технологий, предполагающих изготовление изделия по данным цифровой модели (или CAD-модели) методом послойного добавления (add, англ. – добавлять)[1].

Аддитивные технологии способствуют развитию данного направления, в рамках изучения дисциплин: «Теория механизмов и машин», «Детали машин и основы конструирования», «Основы автоматизированного проектирования машин», «Проектирование 3D моделей машин» студенты знакомятся с различными типами механизмов, в том числе и с зубчатыми механизмами. При изучении данных дисциплин студенты приобретают знания о строении, динамике и кинематике механизмов и машин. В процессе изучения различных типов механизмов, в том числе, при выполнении практических, лабораторных работ и курсовых проектов использование аддитивных технологий может служить эффективным способом, как исследования, так и демонстрации результатов работы.

Выполнение работы студентами предполагается в индивидуальном порядке, с участием преподавателя уже непосредственно на стадии прототипирования.

Рассмотрим возможность использования 3D-печати при создании зубчатого колеса с круговым зубом как типового элемента, например, в составе редуктора бытового электроприбора.

В качестве оборудования и материалов, необходимого для работы, определим:

- 3D-принтер MZ3D-256 работающий по технологии FDM (метод послойного наплавления);

- полимерный материал PET-G;

- программное обеспечение для моделирования (Компас 3D v16);

- программное обеспечение для 3D-печати (Simplify3D).

Рисунок 1 – Этапы 3D-печати детали по технологиям  FDM

На первом этапе создается CAD модель в специализированном программном обеспечении: вначале моделируется в САПР Компас 3D v16 и сохраняется в формате .stl. Затем в программном обеспечении для 3D-печати Simplify3D задается толщина слоя печати, процент внутреннего заполнения пластиком и другие необходимые параметры и модель сохраняется в формате .gcode.

На втором этапе осуществляется процесс печати детали. Печатающая готовка перемешается по координатам X и Y, платформа на котором расположенная печатаемая деталь перемещается по координате Z. Через головку для экструзии подается материал, который подогревается до температуры плавления, каждый слой накладывается на предыдущий. Головка перемещается над платформой построения, накладывая слой за слоем, затем платформа опускается на толщину одного слоя и так происходит до образования конечного изделия. На третьем этапе напечатанная деталь отделяется от платформы и при необходимости подвергается дальнейшей обработке, рисунок 1 [1].

В САПР Компас 3D v16 была рассчитана зубчатая передача с ведущим колесом 24 зуба и ведомым в 16 зубьев. Диаметр ведущего колеса 67,03 мм, ведущего 48,6 мм и модулем 2,5 мм. Зубчатое цилиндрическое колесо с круговым зубом было распечатано на 3D принтере MZ3D-256, рисунок 2.

Рисунок 2 – Цилиндрическое колесо с круговым зубом изготовленное на 3D-принтере MZ3D-256

Аддитивные технологии в инженерном образовательном процессе имеют огромный педагогический потенциал. Внедрение их дает возможность выводить проектную деятельность в образовательные программы, что необходимо в новых стандартах образования. Студенты в рамках проектной работы могут создавать функциональные изделия так и  прототипы сложных устройств, проходя все этапы конструкторской деятельности (от чертежа до готового функционального изделия).

Аддитивные технологии дают преподавателям новые возможности изготовления и демонстрации различных моделей и изделий с помощью 3D печати. Внедрение обучения с аддитивным оборудованием существенно меняет методику учебного процесса и выводит на новый уровень практическую подготовку студентов, позволяя непосредственно приобщиться к современным реалиям в производстве и промышленности.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Зленко, М.А. Аддитивные технологии в машиностроении / М.В. Нагайцев, В.М. Довбыш // пособие для инженеров. – М.: ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», 2015. - 220 с.

2. Муравьев А.А. Особенности твердотельного моделирования цилиндрического зубчатого колеса с круговым зубом для изготовления по FDM технологии / Муравьев А.А., Тарапанов А.С. // «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии». - 2018. - № 4-2. - С. 64-76.

3. Муравьев А.А. Обоснование применения и эффективность аддитивных технологий в машиностроении / Муравьев А.А., Тарапанов А.С.// Орел, ФГБОУ ВО «ОГУ имени И.С. Тургенева», «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии». - 2017. - № 1. - С. 84-90.