ЗАСТОСУВАННЯ 3D ПРИНТЕРІВ В НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДАХ

Єременко Роман Павлович,

учитель інформатики, фізики, математики

Могрицького навчально-виховного комплексу "Загальноосвітній навчальний заклад - дошкільний навчальний заклад"

Сумської районної ради Сумської області

ЗАСТОСУВАННЯ 3D ПРІНТЕРІВ В НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДАХ

У статті окреслено шляхи застосування технологій 3D-технологій в освіті. Розглядаються сучасний стан і перспективи розвитку технологій тривимірного моделювання й друкування при вивченні різних шкільних предметів.

Ключові слова: технології тривимірного моделювання та друкування, 3D-моделювання, 3Dмодель, 3D-друкування, 3D-принтер.

Постановка проблеми. 3D-технології міцно закріпились в світі комп’ютерної індустрії. Тривимірне моделювання стало невід’ємною частиною інженерного проектування все можливих технічних пристроїв, архітектурно-ландшафтного дизайну, і з звичайно ж сфери розваг.

Техніка стрімко розвивається. У наш час з’явилась чудова можливість використовувати, як створення так і використання 3D-зображень і 3D-моделей у практиці освітніх закладів.

3D моделювання - це процес створення об'ємної моделі будь-якого предмета. Це дозволяє створювати не лише нові об’єкти, а й точні копії вже існуючих.

Актуальність даного дослідження пов'язана з тим, що на теперішній час технології тривимірного моделювання (3D-моделювання) та тривимірного друкування (3Dдрукування) розвиваються швидкими темпами. Технології 3D-друкування з'явилися лише кілька десятків років тому, але вони динамічно розвиваються і вже використовуються в значній кількості сфер людської діяльності.

Аналіз останніх публікацій. Питання використання 3D-технологій у різних галузях людської діяльності вивчаються українськими та зарубіжними науковцями О.В. Андрійчук, В.О. Бондаренко, Д.І. Миташоп, А.А. Петришина, S. Bhandari, E. Canessa, C. Fonda, K. France, H. Lipson, M. Kurman, B. Regina, M. Zennaro та ін.

Метою статті є аналіз сучасного стану та перспектив розвитку 3D-технологій та їх загальна характеристика й галузі використання.

Виклад основного змісту. Технологія 3D моделювання розвивається не перший рік і на даний час в мережі створена велика кількість ресурсів де всі охочі розміщують свої 3D моделі не тільки для друку на 3D принтерах так і для виготовлення їх за допомогою інших 3D технологій.

Давайте розглянемо декілька інтернет ресурсів безкоштовних 3D моделей.

1.                      Thingiverse.

Самий популярний і відомий сайт серед користувачів 3D-принтерів - Thingiverse належить компанії MakerBot Industries, виробнику популярної серії 3D-принтерів Replicator. Сайт дозволяє користувачами зберігати і обмінюватися файлами 3D-моделей.

https://www.thingiverse.com

2.                      My Mini Factory.

Сайт My Mini Factory являє собою депозитарій 3D-моделей, яким керує онлайновий магазин iMakr, що продає 3D-принтери і приналежності до них. Сайт містить 3D-моделі, розроблені професіоналами, і все збережені на ньому моделі перевірені на якість. Ви також можете зробити запит на потрібну модель, яку їх дизайнери створять, і викладуть у відкритий доступ.

https://www.myminifactory.com

3.                      3DShook

Ще одне онлайнове співтовариство любителів тривимірного друку, яке демонструє цікаві матеріали для 3D-принтерів, електроніку і, що, найбільш важливо, 3D-моделі. На сайті розміщено безліч дуже цікавих моделей автомобілів і будинків, а також різні доповнення та запасні частини для вашого 3D-принтера. Величезний каталог платних і безкоштовних моделей для 3D-принтера.

http://www.3dshook.com

4.                      YouMagine

Каталог YouMagine для споживчих 3D-принтерів серії Cube, що випускаються компанією 3D Systems. Сайт, в основному, пропонує різні способи покупки приладдя і файлів для 3D-принтерів, але на ньому також доступний і ряд цікавих безкоштовних елементів, в основному в розділі Kids. Деякі з цих елементів діти можуть переробити, використовуючи інтернет-додаток. Компанія пропонує на своєму сайті інструменти для 3D-моделювання та публікацій, як для любителів, так і для професіоналів.

https://www.youmagine.com

5.                      Autodesk 123D

Autodesk 123D являє собою пакет засобів комп'ютеризованого проектування (CAD) і 3D-моделювання, орієнтований саме на любителів. Разом з безкоштовним пакетом інструментів розробника компанія Autodesk також має сайт, який поєднаний з їхнім продуктом куди користувачі можуть записати свої розробки і обмінятися ними з іншими користувачами.

https://www.tinkercad.com/things

Для створення чи зміни 3D моделей також існують безкоштовні програми, розглянемо одну з найпростіших популярних онлайнових безкоштовних програм TinkerCad від згадуваної вже компанії Autodesk.

Багатьом розробникам 3д-моделей, особливо тим, хто друкує моделі на 3д-принтері, добре відомий цей сервіс моделювання - він досить простий і в той же час дозволяє створювати складні форми. Його не треба встановлювати на комп'ютер - він працює в браузері за адресою https://www.tinkercad.com. Потрібно зареєструватися на сайті, і можна відразу починати роботу.

За допомогою технології 3D  друку можна вивчати різні предмети і напрямки.

Розглянемо деякі приклади з платформи Thingiverse застосування 3D моделей в навчальному закладі.

1.               Уроки фізики- виготовлення різних наочних механізмів для проведення експериментів, виконання учнями навчальних проектів тощо.

https://www.thingiverse.com/thing:1327093 модель реактивного двигуна.

https://www.thingiverse.com/thing:1194700 колекція моделей орбіт електронів в атомі.

2.               Уроки географії - моделювання ландшафтів, природніх об’єктів, створення моделей геологічних структур.

https://www.thingiverse.com/thing:2709566 топологічна модель ерозії

https://www.thingiverse.com/thing:3390463 модель вулкана в розрізі

3.               Уроки біології - створення моделей органів, скелета людини та тварин, комах.

https://www.thingiverse.com/thing:4312041 модель мікроорганізма

https://www.thingiverse.com/thing:308335 череп динозавра

4.               Уроки праці – нова програма предмету “Технологія” значною мірою оновлена і 3D-принтер буде використовуватися на уроках праці для прототипування виробів, створення макетів і реалізації власних проектів учнів. Також на ньому можна буде надрукувати безліч корисних невеликих предметів, такі як: коробочки для дрібниць, пристосування для пайки та кріплення для інструментів.

https://www.thingiverse.com/thing:647425 набір коробочок для мілких деталей

https://www.thingiverse.com/thing:3304456 коробочка для прикрас

5.               Уроки інформатики - на курсах тривимірного моделювання та анімації працюють, власне, з 3D-принтером. Учні створюють тривимірні моделі, конструкції, складальні тривимірні деталі та друкують їхні елементи на принтері.

https://www.thingiverse.com/thing:480446 модель «руки – маніпулятора», що керується за допомогою платформи ардуіно.

6.               Уроки хімії – на уроці хімії для наочності викладач показує 3D-моделі молекул або друкує лабораторний посуд для речовин що є нейтральними до пластику, для подальшого проведення лабораторних робіт і практичних.

https://www.thingiverse.com/thing:714312 набір для моделі ДНК

https://www.thingiverse.com/thing:1377130 «доміно хімічні сполуки»

7.               Уроки математики – 3D-друк вже застосовується для наочної демонстрації графіків і математичних моделей. 3D-друк допомагає розглянути рівняння, графіки і складні математичні моделі в реальному вигляді – і тим самим зрозуміти їх. Доступним стало виготовлення об’ємних фігур – наочних посібників для уроків геометрії.

https://www.thingiverse.com/thing:1533760 геометричні фігури

8.               Уроки історії – музеї по всьому світу починають, нарешті, визнавати величезний потенціал 3D-сканування і 3D-друку не тільки для створення копій стародавніх предметів, але і для надання відвідувачам можливості буквально доторкнутися до них. А тепер уявіть собі, що на кожному уроці історії в учнів з’явиться можливість роздрукувати на 3D-принтері копії історичних предметів з маси доступних. Можливість показати предмет з конкретної епохи зробить урок більш цікавим.

https://www.thingiverse.com/thing:1355370 набір історичних споруд

9.               Уроки малювання – тут навіть ідуть далі, і закуповують в навчальні заклади 3D-ручки для побудови від руки об’ємних моделей і предметів побуту, різних схем та інших складних об’єктів. Це більш швидкий вид друку, але відрізняється меншою точністю, та може повністю задовольнити потреби своїм функціоналом для цих уроків.

Переваги впровадження 3D технології в освіті:

Розвиток уяви і фантазії. Діти бачать, як можна реалізувати той чи інший проект на практиці і візуалізувати творчі задумки.

Потужна мотивація до наукової діяльності. Учні освоюють тонкощі інженерного мистецтва, що дозволяє їм з легкістю зануритися в освітній процес.

Успішне вивчення фундаментальних і прикладних дисциплін. За допомогою тривимірних зображень можна легко продемонструвати будь-які геометричні фігури, кристалічні решітки і всілякі елементи для фізичних установок. Це допомагає розвинути любов до предметів, що вивчаються.

Наочне знайомство з тривимірною візуалізацією і моделюванням. Взаємодія з адитивною технікою у підлітків розвиває конструктивне мислення. Вони на власні очі починають бачити, як можна втілювати свої конструкторські ідеї в реальність.

Сумісність з іншими навчальними програмами. Ви можете провадити друк допоміжних елементів для поєднання з деталями із навчальних наборів Lego, конструкторів для старших класів Tetrix та інших.

Міцні міжпредметні зв’язки в застосуванні на практиці. Не буде кращої можливості застосувати формули і вивчені правила чим як у реальних завданнях на практиці і побудувати конкретний виріб згідно чіткого завдання.

Висновок. Отже, 3D-друк дає можливість отримати наочність для навчальних закладів будь-якого рівня (від дитячих садків до вузів). В Україні, як і в усьому світі, подібні технології використовуються для втілення в реальність практично усіх об’єктів і характеризуються високим ступенем екологічності завдяки відсутності лазерів, матеріалів що ріжуться, та використання матеріалів з природньої сировини. Для вирішення даних завдань можна використовувати навіть нескладні і, відповідно, недорогі 3D-принтери.

Список використаних джерел

1.               Можливості використання 3D-друку під час навчання фізики у загальноосвітній та вищій школі. URL: http://enpuir.npu.edu.ua/bitstream/123456789/15553/1/Krivtsov.pdf.
2.               Сучасний стан і перспективи розвитку технологій тривимірного моделювання та друкування. URL: http://enpuir.npu.edu.ua/bitstream/123456789/21883/1/Strutynska.pdf.
3.               3D принтер у школі. URL: http://dystosvita.blogspot.com/2018/03/3d.html.
4.               Застосування 3D принтерів в навчальних закладах. URL: https://dixi.education/using-3d-printers/.
5.               ТОП-10 сайтов с бесплатными моделями для 3D-принтеров. URL: https://3dpt.ru/page/3d-models.
6.               3D технології в освіті URL: http://eprints.zu.edu.ua/24846/1/Polishchuk_APSI2017.pdf.
7.               3D-принтеры в образовании: наступающее будущее. URL: https://newtonew.com/tech/3d-printer-in-school.