10 класс
Инженерный практикум
Занятие 14. Практикум: подготовка 3D-моделей к печати

14. Практикум: подготовка 3D-моделей к печати

📅 13.01 ⏱ 2 × 40 минут
🕐 Занятие состоит из двух уроков по 40 минут с коротким перерывом

📋 План занятия

  1. 00:00-00:40: Урок 1: Знакомство с FDM-печатью. Техника безопасности. Основные ошибки в STL-файлах
  2. 00:40-00:45: Короткий перерыв
  3. 00:45-01:25: Урок 2: Практическая работа: верификация моделей в Netfabb. Разбор ошибок в реальных проектах
  4. 01:25-01:30: Итоги. Объяснение домашнего задания

🎯 Основной материал

Ключевые понятия:

  • FDM-печать (Fused Deposition Modeling): Технология послойного наложения расплавленного пластика для создания трёхмерных объектов
  • STL-файл (Stereolithography): Стандартный формат файла для 3D-печати, представляющий поверхность объекта в виде сетки треугольников
  • Верификация модели: Проверка 3D-модели на ошибки перед печатью
  • Препроцессинг: Подготовка модели к печати (ориентация, добавление поддержек, нарезка на слои)
  • Non-manifold edges: Незамкнутые поверхности или "дыры" в сетке модели, которые делают её непригодной для печати
  • Техника безопасности: Правила работы в лаборатории цифрового производства (защита глаз, вентиляция, работа с нагретыми элементами)

Практическая работа на уроке:

Задача: Провести критический анализ STL-файлов личных проектов и подготовить их к печати с использованием инструментов Meshmixer.

Цель: Научиться выявлять и устранять типовые ошибки в 3D-моделях, а также применять дополнительные функции подготовки к печати.

Инструкция по работе в Meshmixer:

1) Загрузка и первичный осмотр модели
• Откройте Autodesk Meshmixer.
• Главное меню → Импорт (Import) или перетащите STL-файл в окно программы.
• Осмотрите модель: вращайте (ЛКМ), панорамируйте (СКМ или ПКМ), масштабируйте (колесико).
Совет: Нажмите F для подгонки модели под окно.

2) Проведение анализа модели (Анализ Inspector)
• В правой панели выберите вкладку «Анализ» (Analysis).
• Нажмите кнопку «Инспектор» (Inspector).
• Система автоматически найдет и отметит цветными шариками ключевые проблемы:
  • Красные шарики: Незамкнутые границы, дыры (самые критичные).
  • Синие/зеленые шарики: Несоответствующие нормали, пересечения.
• Запишите количество и тип обнаруженных ошибок.

3) Автоматическое исправление критических ошибок
• В режиме Inspector нажмите кнопку «Авторемонт» (Auto Repair All).
• Meshmixer предложит несколько сценариев. Чаще всего выбирают:
  • «Repair All» — для стандартного исправления.
  • «Fill All Holes» — если проблемы в основном с дырами.
• После применения сценария шарики должны исчезнуть.
Важно: Всегда осматривайте места исправлений. Иногда автоматика может исказить геометрию в критичных зонах.

4) Дополнительный анализ и ручное исправление (опционально, но рекомендуется)
Для тонких стенок: Analysis → Thickness (установите Min. Thickness = 0.8-1.0 мм). Области тоньше указанного подсветятся красным. Усилить их можно инструментом «Скульптинг» (Sculpt) → RobustSmooth/Inflate.
Для нависающих элементов: Analysis → Overhangs. Meshmixer окрасит области, требующие поддержек.
Ручное исправление дыр: Если Auto Repair не справился, используйте Select (инструмент лассо или кисть), выделите проблемную область, затем Edit → Erase & Fill или Edit → Bridge для сложных случаев.

5) Подготовка к печати и генерация поддержек (Key Feature)
Ориентация модели: Выделите модель, в меню Edit выберите Transform. Поверните модель (Rotate) для минимизации нависающих зон и экономии поддержек.
Генерация поддержек (Supports):
  1. Перейдите в Analysis → Overhangs.
  2. Настройте угол (Overhang Angle, обычно 45°).
  3. Нажмите Generate Supports. Meshmixer создаст умную древовидную структуру.
  4. При необходимости настройте плотность, толщину в Support Settings.
Создание полости (для экономии материала):
  1. Edit → Hollow. Установите Wall Thickness (например, 1.2-2 мм).
  2. Обязательно добавьте отверстия для выхода материала: нажмите Generate Holes или разместите их вручную.

6) Сохранение исправленной модели
Экспорт для печати: File → Export. Выберите формат .STL или .OBJ.
Сохранение проекта с поддержками: File → Save. Сохранит проект в формате .mix с поддержками для дальнейшего редактирования.
Важно: Дайте файлу новое имя, например модель_исправлена_с_поддержками.stl.
Типовые ошибки и их решение в Meshmixer (для отчета)
Ошибка Как найти в Meshmixer Как исправить
Незамкнутые поверхности (дыры) Analysis → Inspector (красные шарики) 1. Auto Repair All
2. Ручное: Select → Edit → Erase & Fill
Инвертированные нормали Analysis → Inspector (синие шарики) Auto Repair All или Select → Edit → Flip Normals
Слишком тонкие стенки Analysis → Thickness (красная подсветка) Увеличить толщину через скульптинг (Sculpt → Inflate) или изменить геометрию
Нависающие элементы (>45°) Analysis → Overhangs (цветная маркировка) 1. Изменить ориентацию модели (Transform)
2. Сгенерировать поддержки (Generate Supports)
Отсутствие опорных площадок Визуальный осмотр основания Edit → Plane Cut для создания плоского основания
Некорректный масштаб Analysis → Units/Dimensions Edit → Transform → Scale (ориентируйтесь на размеры в мм)

📝 Домашнее задание

ДЗ #4 📅 Срок сдачи: 20.01 🏆 Макс. балл: 5 баллов

Верификация и подготовка 3D-модели

Цель задания: Научиться самостоятельно проверять и исправлять 3D-модели перед отправкой на печать, понимать важность этапа препроцессинга

Что нужно сделать:

  1. Загрузить свой STL-файл верификатор (meshmixer от Autodesk)
  2. Получить отчёт о проверке модели и сохранить скриншот с результатами
  3. Устранить критические ошибки, если они обнаружены, с помощью инструмента "Repair"
  4. Сохранить исправленную модель в формате STL

Требования к выполнению:

  • Использовать именно meshmixer
  • Предоставить скриншот отчёта верификации с видимыми результатами проверки
  • Если были ошибки — предоставить также скриншот ДО и ПОСЛЕ исправления
  • Финальный STL-файл должен быть проверен и не содержать критических ошибок
  • Все файлы должны быть названы по шаблону: "Фамилия_НазваниеМодели_Дата"

🔍 Дополнительно

❓ Частые вопросы по теме

Почему нельзя печатать модель сразу после создания в CAD?

CAD-программы создают идеальные математические поверхности, но 3D-принтеры работают с дискретными треугольными сетками (STL). При экспорте могут возникать ошибки преобразования. Кроме того, CAD не проверяет "печатаемость" модели — толщину стенок, наличие опор и т.д.

Какие ошибки являются критическими, а какие — допустимыми?

Критические: незамкнутые поверхности (non-manifold), пересекающиеся грани, нулевая толщина. Допустимые с оговорками: тонкие стенки (требуют настроек печати), нависающие элементы (требуют поддержек), небольшие отклонения от водонепроницаемости.

Занятие 15. Подготовка модели к печати: слайсинг и G-код

15. Подготовка модели к печати: слайсинг и G-код

📅 20.01 ⏱ 90 минут

📋 План занятия

  1. 00:00-30:00: Вводная часть: слайсинг как этап реверс-инжиниринга
  2. 30:00-45:00: Теоретический блок: ориентация, поддержки, заполнение
  3. 50:00-80:00: Практика в Cura: настройки и генерация G-кода
  4. 80:00-90:00: Постановка домашнего задания, рефлексия

🎯 Основной материал

Ключевые понятия:

  • Слайсинг (Slicing): Процесс разделения 3D-модели на слои и генерации управляющего кода для принтера
  • G-код: Управляющая программа для ЧПУ-оборудования (включая 3D-принтеры), содержащая команды перемещения, температуры, скорости
  • Ориентация модели: Расположение детали на виртуальном столе принтера для оптимизации качества и прочности
  • Правило 45 градусов: Эмпирическое правило: нависающие элементы под углом менее 45° могут печататься без поддержек
  • Поддержки (Supports): Временные конструкции, поддерживающие нависающие элементы во время печати
  • Заполнение (Infill): Внутренняя структура модели, определяющая прочность и расход материала
  • Высота слоя (Layer Height): Толщина одного слоя печати, влияющая на качество поверхности и скорость

Практическая работа: настройка слайсера Cura

Задача: Научиться подготавливать 3D-модель к печати, выбирать оптимальную ориентацию и генерировать G-код.

Цель: Освоить базовые настройки слайсера и понять взаимосвязь параметров печати с качеством конечного изделия.

Пошаговая инструкция работы в Cura:

1) Загрузка и подготовка модели
• Откройте Ultimaker Cura.
• Нажмите "Открыть файл" или перетащите ваш верифицированный STL-файл.
• Убедитесь, что выбран правильный принтер (например, Creality Ender-3).

2) Анализ и выбор ориентации модели
• Используйте инструмент вращения (Rotate):
  • ЛКМ + перетаскивание — свободное вращение
  • Нажмите "Lay Flat" — автоматическое выравнивание на столе
• Проверьте нависающие углы: View → Show Overhang (покажет области >45°)

3) Настройка базовых параметров профиля
• В правой панели выберите:
  • Quality: Layer Height = 0.2 mm
  • Infill: Density = 20%, Pattern = Grid
  • Material: Printing Temperature = 200°C, Bed Temperature = 60°C
  • Speed: Print Speed = 50 mm/s
  • Support: Generate Support = Everywhere, Overhang Angle = 45°

4) Влияние ориентации на прочность (пример кронштейна):
Ориентация Прочность Поддержки Качество поверхности
Вертикально Высокая (слои вдоль нагрузки) Много Ступенчатые боковые поверхности
Горизонтально Низкая (слои поперёк нагрузки) Мало или нет Гладкая верхняя поверхность
Под углом 45° Средняя Среднее количество Компромисс

5) Типы заполнения (Infill Patterns):
Grid
(Стандарт)
Triangles
(Высокая прочность)
Gyroid
(Гибкость, минимум резонанса)

6) Предпросмотр и генерация G-кода
• Нажмите кнопку "Slice" (внизу по центру).
• Включите "Layer View" — прокручивайте ползунком, наблюдая:
  • Первый слой (должен быть сплошным)
  • Заполнение (должно быть равномерным)
  • Поддержки (должны касаться только нужных областей)
• Обратите внимание на:
  • Время печати
  • Расход материала
  • Высоту модели
• Нажмите "Save to File" → выберите "G-code Files (*.gcode)"

7) Пример G-кода (фрагмент):
; Начало файла G-кода
; Сгенерировано Cura 5.6.0
M140 S60 ; Нагреть стол до 60°C
M190 S60 ; Ждать нагрева стола
M104 S200 ; Нагреть сопло до 200°C
M109 S200 ; Ждать нагрева сопла
G28 ; Автоматическая калибровка (home all axes)
G1 Z15.0 F3000 ; Поднять сопло на 15мм
; Первый слой
G1 X10 Y10 F5000 ; Переместиться в точку (10,10)
G1 Z0.2 F300 ; Опуститься до высоты 0.2мм
G1 X100 Y10 E10 F1500 ; Линия экструзии
; ... остальные слои ...
M104 S0 ; Выключить нагрев сопла
M140 S0 ; Выключить нагрев стола
M84 ; Выключить двигатели
8) Сохранение и именование файлов
• Сохраните G-код: Фамилия_Модель_0.2mm_20infill.gcode
• Сохраните проект Cura: Фамилия_Модель_Настройки.curaprofile
• Сделайте скриншот окна слайсера с видимыми поддержками

📝 Домашнее задание

ДЗ #5 📅 Срок сдачи: 27.01 🏆 Макс. балл: 6 баллов

Оптимизация геометрии детали для печати

Цель задания: Научиться выбирать оптимальную ориентацию модели на столе принтера и настраивать параметры слайсинга для получения качественного отпечатка.

Что нужно сделать:

  1. Загрузить свой верифицированный STL в слайсер (Cura или PrusaSlicer)
  2. Подобрать оптимальную ориентацию модели, руководствуясь правилами:
    • Максимальная площадь контакта со столом
    • Минимальное количество поддержек
    • Направление слоёв вдоль основных нагрузок
  3. Добавить поддержки только там, где это необходимо (используйте анализ нависаний)
  4. Выставить базовые настройки:
    • Высота слоя: 0.2 мм
    • Заполнение: 20%
    • Поддержки: "Везде" (для первого раза)
    • Материал: Generic PLA
  5. Сгенерировать и сохранить G-код для печати

Требования к выполнению:

  • Использовать свою модель из предыдущих занятий (уже верифицированную)
  • Скриншот должен показывать всю модель с поддержками в предпросмотре слайсера
  • В описании к работе указать:
    • Почему выбрана именно такая ориентация?
    • Сколько времени займёт печать?
    • Сколько материала потребуется?

📤 Формат сдачи:

Файлы: Иванов_Кронштейн_200124.jpg + Иванов_Кронштейн_200124.gcode

Текстовая часть: Ответы на вопросы выше в текстовом файле

🔍 Дополнительно

❓ Частые вопросы по теме

Почему нельзя просто положить модель как удобно?

Ориентация влияет на: 1) Прочность — слои похожи на волокна дерева, нагрузка вдоль слоев опаснее; 2) Качество — верхняя поверхность всегда лучше боковой; 3) Расход материалов — поддержки увеличивают время и расход пластика на 20-50%; 4) Вероятность неудачи — плохая адгезия первых слоев может испортить всю печать.

Что такое "элефант фут" (elephant's foot) и как его избежать?

Расплющивание первых слоев из-за слишком низкого сопла или перегрева стола. Как избежать: 1) Точная калибровка стола; 2) Уменьшить температуру стола на 5-10°C; 3) В Cura: Initial Layer Horizontal Expansion = -0.1...-0.3mm.

Чем отличаются поддержки "везде" и "только от стола"?

Везде: Поддержки генерируются под всеми нависающими элементами, даже если они находятся над другими частями модели. Только от стола: Поддержки создаются только для элементов, нависающих непосредственно над столом. Второй вариант обычно предпочтительнее — меньше повреждений модели при удалении поддержек.

🔗 Полезные материалы

📠 Поиск профилей для вашего принтера:

В поисковике наберите:
"Cura profile for [модель вашего принтера] PLA"
Например: "Cura profile for Creality Ender 3 V2 PLA"

Занятие 16. Параметры FDM-печати и запуск первой итерации

16. Параметры FDM-печати и запуск первой итерации

📅 27.01 ⏱ 2*45 минут

📋 План занятия

  1. 00:00-10:00: Организация очереди печати. Техника безопасности
  2. 10:00-25:00: Глубокий разбор параметров печати: температуры, скорости, охлаждение
  3. 25:00-35:00: Практика: запуск печати, наблюдение за первым слоем
  4. 35:00-45:00: Принципы итеративного проектирования. Постановка ДЗ

⚠️ ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С 3D-ПРИНТЕРОМ

  • Не прикасайтесь к нагретому соплу (200-250°C!) и столу (60-100°C)
  • Не оставляйте принтер без присмотра во время первой печати
  • Работайте в проветриваемом помещении (особенно с ABS пластиком)
  • Держите огнетушитель в доступном месте (класс A, B, C)
  • При засоре сопла — дайте остыть, не применяйте силу

🎯 Основной материал

Критически важные параметры печати:

  • Температура сопла: PLA: 190-220°C, ABS: 230-250°C. Слишком низкая → плохая адгезия слоёв, слишком высокая → подгорание, струнки (stringing)
  • Температура стола: PLA: 50-60°C, ABS: 90-110°C. Влияет на адгезию первого слоя и предотвращает коробление (warping)
  • Скорость печати: 40-60 мм/с для PLA. Первый слой: 20-30 мм/с для лучшей адгезии
  • Охлаждение (fan): PLA: 100% после первого слоя. ABS: 0-50% (чтобы не трескался от перепада температур)
  • Высота слоя (Layer Height): 0.1-0.3 мм. Меньше = качественнее, но дольше. Правило: не более 80% диаметра сопла
  • Ширина линии (Line Width): Обычно 100-120% диаметра сопла. Увеличение улучшает адгезию между линиями
  • Ретракция (Retraction): 4-6 мм для Bowden, 1-3 мм для Direct Drive. Убирает струнки при перемещении без печати

Практика: запуск печати и анализ параметров

🌡 Температуры

Сопло: 200°C
Стол: 60°C

PLA: самый простой пластик
ABS: требует нагрев камеры
PETG: между PLA и ABS

🕐 Скорости

Печать: 50 мм/с
Первый слой: 25 мм/с

Медленнее = качественнее
Для мелких деталей: 30 мм/с
Для больших плоских: 60 мм/с

🔥 Охлаждение

Вентилятор: 100%

PLA: максимум охлаждения
ABS: минимум (0-30%)
Первый слой: всегда 0%

Алгоритм запуска печати:

  1. Подготовка принтера:
    • Очистить стол спиртом (обезжирить)
    • Проверить уровень стола (калибровка)
    • Загрузить филамент до выхода из сопла
  2. Загрузка G-кода:
    • Скопировать файл .gcode на SD-карту
    • Вставить в принтер, выбрать файл в меню
    • ИЛИ отправить по USB с компьютера
  3. Наблюдение за первым слоем (критический этап!):
    Что наблюдать Нормально Проблема Решение
    Адгезия к столу Плотно прилегает по всему контуру Отслаивается по краям Увеличить температуру стола, нанести клей
    Высота первого слоя Нити слегка приплюснуты Круглые "бусины" или слишком сплющено Откалибровать стол (бумажный тест)
    Заполнение первого слоя Сплошное, без промежутков Щели между линиями Увеличить flow rate или опустить сопло
  4. Контроль процесса:
    • Первые 3 слоя — не отходить!
    • Проверить адгезию углов (часто отклеиваются)
    • Следить за равномерностью экструзии

Типичные проблемы первых слоёв и решения:

  • Коробление (warping): Угла загибаются вверх
    • Причина: неравномерное охлаждение, плохая адгезия
    • Решение: увеличить температуру стола, использовать юбку (brim), закрыть двери камеры
  • Недопрошив (under-extrusion): Щели между линиями
    • Причина: засор сопла, низкая температура, малое значение flow
    • Решение: прочистить сопло, повысить температуру на 5-10°C, увеличить flow до 105%
  • Перепрошив (over-extrusion): Излишки пластика, неровная поверхность
    • Причина: слишком высокий flow, сопло слишком низко
    • Решение: уменьшить flow до 95%, откалибровать шаги экструдера

📝 Домашнее задание

ДЗ #6 📅 Срок сдачи: 03.02 🏆 Макс. балл: 5 баллов

Запуск печати первой итерации прототипа

Цель: Получить физическую деталь, освоить процесс запуска печати и наблюдения за критически важными этапами.

Что нужно сделать:

  1. Запустить печать своего G-кода на школьном принтере (по очереди)
  2. Заполнить таблицу наблюдений:
    • Время начала печати
    • Качество первого слоя (оценка 1-5)
    • Наличие проблем (коробление, недопрошив и т.д.)
    • Время окончания печати
  3. Получить готовую деталь (будет выдана на следующем занятии)

Требования к выполнению:

  • Присутствовать при запуске своей печати (или договориться о времени)
  • Соблюдать технику безопасности при работе с принтером
  • В случае критических проблем (деталь отклеилась) — остановить печать и сообщить преподавателю
  • Не трогать чужие печатающиеся детали

🔍 Дополнительно

❓ Частые вопросы

Почему первый слой такой важный?

Первый слой — это фундамент всей печати. Если он плохо приклеился, вся деталь может сместиться или отклеиться. Если высота неправильная — все последующие слои будут с дефектами. Наблюдение за первым слоем позволяет вовремя остановить печать, если что-то пошло не так, и сэкономить время и материал.

Как понять, что стол откалиброван правильно?

Используйте "бумажный тест": лист обычной бумаги должен проходить между соплом и столом с ЛЁГКИМ сопротивлением во всех точках стола. Если бумага свободно ходит — сопло слишком высоко. Если бумага застревает или рвётся — сопло слишком низко.

Что делать, если деталь не приклеивается к столу?

1) Очистить стол спиртом; 2) Увеличить температуру стола на 5°C; 3) Нанести клей-карандаш или лак для волос; 4) Использовать юбку (brim) шириной 5-10 мм; 5) Уменьшить скорость первого слоя до 15-20 мм/с.

Занятие 17. Постобработка и анализ физического прототипа

17. Постобработка и анализ физического прототипа

📅 03.02 ⏱ 45 минут

📋 План занятия

  1. 00:00-05:00: Раздача напечатанных деталей. Инструктаж по безопасности
  2. 05:00-25:00: Практикум "Постпечатный цех": удаление поддержек, шлифовка
  3. 25:00-35:00: Лабораторная работа: замеры и сравнение с CAD-моделью
  4. 35:00-45:00: Анализ расхождений. Постановка ДЗ

⚠️ ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПОСТОБРАБОТКЕ

  • Инструмент направляй ОТ СЕБЯ и ОТ СОСЕДА
  • Режь МАЛЕНЬКИМИ усилиями — пластик хрупкий
  • Работай в защитных очках — мелкие обрезки могут отлетать
  • Проветривай помещение при шлифовке (мелкая пластиковая пыль)
  • Осторожно с острыми инструментами: скребки, ножи, бокорезы

🎯 Практическая работа на уроке

Задача урока: Провести полную постобработку своей напечатанной детали, выполнить точные замеры и сравнить физический объект с цифровой моделью.

Часть 1: Постобработка (20 минут)

🔨

1. Снятие детали со стола

  • Дайте детали полностью остыть
  • Используйте металлический скребок
  • Техника: постучите ручкой, затем подденьте край
  • Если не отходит: охладите стол или используйте медицинский спирт по краям

2. Удаление поддержек

  • Инструменты: бокорезы, пинцет, маникюрные кусачки
  • Откусывайте по 2-3 мм от края к основанию
  • Сложные места: режьте вдоль слоев
  • Не вырывайте пластами!
🔮

3. Шлифовка и зачистка

  • Последовательность: P120 → P240 → P400
  • Мокрая шлифовка: меньше пыли
  • Особое внимание: места крепления поддержек, заусенцы
  • Не перешлифуйте!

ДО обработки

[Фото детали с поддержками]

Поддержки, заусенцы, следы от столба

ПОСЛЕ обработки

[Фото очищенной детали]

Гладкие поверхности, удалены поддержки

Часть 2: Замеры и сравнение (15 минут)

Цель: Определить, насколько физическая деталь соответствует цифровой модели, выявить системные ошибки принтера.

Параметр для измерения В CAD-модели (мм) На отпечатке (мм) Отклонение (мм) Отклонение (%) Причина расхождения
Общая длина (X) -0.2 -0.4% Усадка пластика
Общая ширина (Y) +0.3 +1.0% "Элефант фут"
Общая высота (Z) +0.1 +0.5% Погрешность калибровки
Диаметр отверстия -0.3 -6.0% Недопрошив отверстий
Толщина стенки +0.2 +10.0% Перепрошив (over-extrusion)

Инструкция по замерам:

  1. Используйте штангенциркуль для точных измерений (если есть)
  2. Измеряйте в нескольких местах и берите среднее значение
  3. Для отверстий: измеряйте в двух перпендикулярных направлениях
  4. Учитывайте, что первый слой всегда немного шире ("элефант фут")
  5. Заполните таблицу для своей детали

Часть 3: Анализ результатов (10 минут)

Вопросы для анализа (обсуждение в группах по 2-3 человека):

  1. Какие размеры отличаются больше всего? Почему?
  2. Как ориентация детали на столе повлияла на точность размеров?
  3. Где потребовалось больше всего постобработки? Можно ли было расположить деталь иначе?
  4. Соответствует ли деталь задуманной функции? Что мешает?
  5. Какие изменения нужно внести в модель или настройки печати?

💡 Выводы по точности FDM-печати:

  • Типичная точность: ±0.2-0.5 мм для PLA
  • Усадка: 0.2-0.5% по всем осям
  • Отверстия всегда меньше: проектируйте на 0.3-0.5 мм больше
  • Вертикальные размеры точнее горизонтальных (нет "элефант фута")
  • Компенсация в CAD: учитывайте эти отклонения при проектировании

📝 Домашнее задание

ДЗ #7 📅 Срок сдачи: 10.02 🏆 Макс. балл: 8 баллов

Доработка напечатанной детали и анализ

Цель: Завершить постобработку, документально зафиксировать качество первой итерации, подготовить данные для анализа и доработки модели.

Что нужно сделать:

  1. Получить свою напечатанную деталь (если не получили на уроке)
  2. Провести полную постобработку:
    • Аккуратно снять деталь со стола (если ещё не снята)
    • Удалить все поддержки
    • Зачистить заусенцы и следы от поддержек
    • При необходимости — отшлифовать основные поверхности
  3. Сделать фотографии детали:
    • Фото 1: Вид сбоку (на фоне листа в клетку или линейки для масштаба)
    • Фото 2: Вид снизу (покажите первый слой и следы поддержек)
    • Фото 3: Крупный план самого проблемного места (дефект печати или сложная зона)
  4. Провести базовые замеры:
    • Используйте штангенциркуль (предпочтительно) или линейку
    • Измерьте минимум 4 ключевых размера
    • Сравните с размерами в CAD-модели
    • Рассчитайте отклонения в мм и %

Требования к выполнению:

  • Все фотографии должны быть чёткими, хорошо освещёнными
  • На фото должен быть понятен масштаб (линейка, монета, лист в клетку)
  • Таблица замеров должна включать не менее 4 параметров
  • В текстовом отчёте ответить на вопросы:
    1. Что получилось хорошо в этой итерации?
    2. Какие проблемы обнаружились?
    3. Что нужно изменить в модели или настройках печати для следующей итерации?
  • Сохранить деталь для следующего занятия (анализ и мозговой штурм)

📤 Формат сдачи:

Папка/архив: Иванов_Прототип1_Анализ/

  • Иванов_Деталь_вид_сбоку.jpg
  • Иванов_Деталь_вид_снизу.jpg
  • Иванов_Деталь_проблема.jpg
  • Иванов_Замеры.xlsx (таблица с измерениями)
  • Иванов_Отчёт.docx (ответы на вопросы, 0.5-1 страница)

Критерии оценки:

  • Качество постобработки (2 балла)
  • Качество и информативность фотографий (2 балла)
  • Полнота и точность замеров (2 балла)
  • Глубина анализа в отчёте (2 балла)

🔍 Дополнительно

❓ Проблемы точности и их решение

Почему отверстия всегда получаются меньше?

При печати отверстий пластик немного провисает внутрь, уменьшая диаметр. Решение: 1) Проектировать отверстия на 0.3-0.5 мм больше; 2) Использовать "horizontal hole expansion" в настройках слайсера; 3) Печатать отверстия вертикально (если возможно); 4) После печати рассверлить отверстия нужным диаметром.

Как бороться с "элефант футом"?

Расплющивание первых слоев из-за: 1) Слишком низкого сопла; 2) Перегрева стола; 3) Избыточного экструдирования. Решение: 1) Точная калибровка стола; 2) Уменьшить температуру стола на 5°C; 3) В Cura: Initial Layer Horizontal Expansion = -0.1...-0.3mm; 4) Уменьшить flow первого слоя до 95%.

Почему вертикальные размеры точнее горизонтальных?

Вертикальные размеры (по Z) определяются только точностью шага двигателя и не подвержены усадке в плоскости. Горизонтальные размеры (X, Y) зависят от усадки пластика, точности калибровки, "элефант фута". Вывод: Критичные размеры лучше ориентировать вертикально.

Занятие 18. Анализ прототипа и мозговой штурм доработок

18. Анализ прототипа и мозговой штурм доработок

📅 10.02 ⏱ 45 минут

📋 План занятия

  1. 00:00-10:00: Введение в итеративное проектирование. Принцип "спроектируй-напечатай-протестируй-улучши"
  2. 10:00-30:00: Структурированный мозговой штурм в группах: анализ проблем, генерация решений
  3. 30:00-40:00: Работа с шаблоном анализа: заполнение таблицы доработок
  4. 40:00-45:00: Презентация идей. Постановка ДЗ для "Паспорта проекта"

🎯 Методы технического творчества

Ключевая идея занятия: Первая неудачная печать — не провал, а ценный источник данных для улучшения. Это суть инженерного цикла.

Часть 1: Итеративный цикл проектирования

1
Спроектируй
CAD-модель
2
Напечатай
Физический прототип
3
Протестируй
Анализ и замеры
4
Улучши
Доработка модели
1
Спроектируй 2.0
Улучшенная версия

Мы сейчас на этапе 3-4: Проанализировали первую итерацию → планируем улучшения.

💬 Правила мозгового штурма (работа в группах 3-4 человека):

  1. Критикуй идеи, а не людей — обсуждаем проблемы деталей, а не авторов
  2. Количество важнее качества — генерируем как можно больше идей
  3. Нестандартные решения приветствуются — даже "безумные" идеи могут натолкнуть на хорошее решение
  4. Комбинируй и улучшай — развивай идеи других участников
  5. Одна речь в один момент — слушаем друг друга
  6. Фиксируем всё — записываем все идеи, даже если они кажутся нереалистичными

Часть 2: Структурированный анализ прототипов

Задание для групп: Проанализировать 2-3 чужие детали + свою собственную. "Свежий взгляд" помогает увидеть проблемы, к которым автор "привык".

[Фото: сломанное крепление]
Тонкие стенки

Сломались при нагрузке. Нужны рёбра жёсткости.

[Фото: коробление углов]
Коробление

Углы отклеились от стола. Нужна юбка или бобышки.

[Фото: неточное отверстие]
Неточность отверстий

Болт не входит. Увеличить диаметр в модели.

[Фото: много поддержек]
Сложная постобработка

Много труднодоступных поддержек. Изменить ориентацию.

Вопросы для мозгового штурма (25 минут):

Категория анализа Вопросы для обсуждения Примеры решений
Функциональность
  • Деталь выполняет свою функцию?
  • Что сломалось/деформировалось при использовании?
  • Удобно ли пользоваться?
  • Хорошо ли соединяется с другими деталями?
• Добавить рёбра жёсткости
• Увеличить толщину стенок
• Добавить фаски/скругления
• Создать посадочные бобышки
Печатность
  • Много ли потребовалось поддержек?
  • Были ли проблемы с адгезией?
  • Появилось ли коробление?
  • Трудно ли было удалять поддержки?
• Изменить ориентацию детали
• Добавить юбку (brim)
• Разбить на несколько деталей
• Увеличить углы нависания
Точность
  • Соответствуют ли размеры модели?
  • Точны ли отверстия/посадочные места?
  • Есть ли "элефант фут"?
  • Каково качество поверхностей?
• Учесть усадку пластика (+0.5%)
• Увеличить отверстия на 0.3мм
• Добавить компенсацию первого слоя
• Исправить калибровку принтера
Эффективность
  • Можно ли уменьшить массу/материал?
  • Слишком долгая печать?
  • Много ли отходов (поддержек)?
  • Можно ли оптимизировать геометрию?
• Уменьшить плотность заполнения
• Добавить полости (hollow)
• Убрать лишний материал
• Использовать более тонкие стенки

Часть 3: Шаблон для инженерного анализа

Заполните таблицу для своей детали (работа индивидуально):

Выявленная проблема Причина (гипотеза) Предлагаемое решение Необходимые изменения в CAD
Крепление сломалось при нагрузке Тонкая стенка (1мм) в зоне механического напряжения Добавить ребро жёсткости и увеличить толщину стенки до 3мм 1. Добавить ребро 3×5мм
2. Изменить толщину стенки с 1 на 3мм
3. Добавить фаску переходную
Отверстие Ø5мм, болт Ø5мм не входит Недопрошив отверстий, усадка пластика Увеличить диаметр отверстия в модели на 0.4мм Изменить диаметр с 5.0 на 5.4мм
Углы детали отклеились от стола (коробление) Большая площадь контакта, неравномерное охлаждение Добавить юбку (brim) шириной 5мм или проектные бобышки Добавить 4 бобышки Ø10мм по углам снизу
Много труднодоступных поддержек внутри конструкции Сложная геометрия с внутренними полостями Разбить деталь на 2 части, печатать отдельно, склеить 1. Разделить деталь плоскостью
2. Добавить пазы для точного соединения
3. Спроектировать места под клей
Слишком большой расход материала (45г) Сплошное заполнение, толстые стенки Добавить полости (hollow), уменьшить толщину некритичных стенок 1. Применить команду Shell/Hollow
2. Изменить толщину боковых стенок с 3 на 2мм
3. Добавить рёбра вместо сплошного материала

*Заполните минимум 3 строки для своей детали. Можно добавить дополнительные строки.

📝 Домашнее задание (в «Паспорт проекта»)

Паспорт проекта 📅 Срок сдачи: 17.02 🏆 Макс. балл: 5 баллов

Анализ первой итерации и планирование доработок

Цель: Систематизировать результаты тестирования первой итерации, сформулировать конкретные улучшения для второй версии модели.

Что нужно сделать в Паспорте проекта:

  1. Создать новый раздел «Анализ первой итерации»
  2. Включить в раздел:
    • Краткое описание первой итерации (что печатали, какие цели)
    • Таблицу ключевых замеров (из ДЗ #7)
    • Таблицу анализа проблем (см. ниже)
    • Выводы и план действий
  3. Заполнить таблицу анализа: минимум 5 выявленных проблем с решениями

Требования к таблице анализа:

Выявленная проблема Причина (гипотеза) Предлагаемое решение Необходимые изменения в CAD
Конкретно, что не так?
Например: "Отверстие 5мм, а нужно 5.5"
Почему так произошло?
"Усадка пластика, недопрошив"
Как это исправить?
"Увеличить диаметр на 0.4мм"
Конкретные действия в Fusion 360/SolidWorks
"1. Выбрать эскиз отверстия
2. Изменить диаметр с 5.0 на 5.4мм"

Категории для анализа (должны быть представлены):

  • Функциональность: сломавшиеся элементы, неправильная посадка
  • Печатность: проблемы с поддержками, адгезией, ориентацией
  • Точность: отклонения размеров, неточности отверстий
  • Эффективность: излишний расход материала, время печати
  • Эргономика/эстетика: неудобство использования, внешний вид

📤 Формат сдачи:

Обновлённый Паспорт проекта с новым разделом (можно отдельным файлом)

Объём: 2-3 страницы текста + таблицы + фотографии

Критерии оценки:

  • Полнота анализа (минимум 5 проблем) — 4 балла
  • Конкретность предложенных решений — 3 балла
  • Качество визуализации (фото, таблицы) — 2 балла
  • Логичность и реалистичность плана доработок — 1 балл

🔍 Дополнительно

❓ Типовые проблемы FDM-печати и решения

Коробление (warping) — углы отклеиваются

Причина: Неравномерное охлаждение, плохая адгезия. Решения: 1) Увеличить температуру стола; 2) Использовать юбку (brim) 5-10мм; 3) Закрыть камеру принтера (для ABS); 4) Добавить в модели бобышки по углам; 5) Использовать клей-карандаш.

Слабая адгезия между слоями (layer separation)

Причина: Низкая температура сопла, быстрое охлаждение. Решения: 1) Увеличить температуру на 5-10°C; 2) Уменьшить скорость печати; 3) Уменьшить обдув вентилятором; 4) Увеличить ширину экструзии (line width); 5) Использовать другой пластик (PETG вместо PLA).

Неточность отверстий (holes are smaller)

Причина: Провисание пластика внутрь отверстия, усадка. Решения: 1) Проектировать отверстия на 0.3-0.5мм больше; 2) Использовать горизонта expansion в слайсере; 3) Печатать отверстия вертикально; 4) Рассверливать после печати; 5) Делать отверстия многоугольными вместо круглых.

Струнки (stringing) — нити между деталями

Причина: Пластик течёт при перемещении. Решения: 1) Включить ретракцию (retraction); 2) Увеличить скорость ретракции; 3) Увеличить расстояние ретракции; 4) Уменьшить температуру; 5) Включить режим "coasting".

🔗 Шаблоны и инструменты

📠 Для преподавателя:

Практика: Раздайте группам по 2-3 чужие детали для "свежего взгляда" и экспертной оценки.

Примеры: Подготовьте реальные детали "было-стало" — как улучшили после анализа.

Занятие 19. Разработка паспорта проекта: взрыв-схема и спецификация

19. Разработка паспорта проекта: взрыв-схема и спецификация

📅 17.02 ⏱ 2*45 минут

📋 План занятия

  1. 00:00-20:00: Техническая документация: зачем она нужна? Сборочный чертёж vs взрыв-схема
  2. 20:00-45:00: Разбор принципов: нумерация деталей, спецификация, легенда. Примеры из IKEA и Lego
  3. 45:00-60:00: Практикум: создание взрыв-схемы для держателя карандашей (общий пример) в draw.io или вручную
  4. 80:00-90:00: Постановка ДЗ: утвердить список компонентов робота

📝 Документирование проекта

Ключевая идея: Чтобы ваш робот мог собрать любой другой человек (клиент, преподаватель, производитель) без ваших личных пояснений. Это — язык инженера.

Часть 1: Виды сборочной документации

Тип Описание Применение
Сборочный чертёж Чертёж в проекциях (вид спереди, сверху, сбоку) с размерами и техническими требованиями. Производство, ГОСТ, инженеры-конструкторы
Взрыв-схема (Exploded View) Детали "разнесены" в пространстве, показана последовательность сборки. Интуитивно понятно. Инструкции для пользователей, IKEA, Lego
3D-инструкция Анимированная сборка в CAD или PDF с 3D-моделями. Сложные механизмы, презентации

Мы сегодня работаем со взрыв-схемой — это оптимальный формат для учебного проекта.

Часть 2: Пример в стиле IKEA

🛠 Держатель для карандашей из 3 деталей

Спецификация (список деталей):

1x Основа (пластик, печатная)
👇 1x Стакан (пластик, печатный)
🗝 2x Винт М3×10 (металл, покупной)
2x Гайка М3 (металл, покупная)
Взрыв-схема (порядок сборки)
Основа
(деталь #1)
⬆️
Направление
👇
Стакан
(деталь #2)
🗝
Винт (x2)
(деталь #3)
Гайка (x2)
(деталь #4)
1
Подготовьте основу — положите её на стол отверстиями вверх.
2
Установите стакан на основу, совместив отверстия в дне стакана с отверстиями в основе.
3
Вставьте винты снизу в отверстия основы, проденьте через стакан.
4
Накрутите гайки сверху на винты, затяните рукой или отвёрткой.

✅ Готово! Держатель для карандашей собран.

Часть 3: Что обязательно должно быть на схеме?

  • Нумерация деталей (кружочки с цифрами, выноски). Номера должны совпадать со спецификацией.
  • Линии сборки (пунктиры или стрелки, показывающие, куда вставлять детали).
  • Спецификация (таблица) — отдельно или на том же листе: номер, название, количество, материал/примечание.
  • Порядок шагов (цифры 1, 2, 3...).

Часть 4: Инструменты для создания взрыв-схем

Инструмент Плюсы Минусы
draw.io (diagrams.net) Бесплатно, онлайн, есть библиотеки иконок, можно делать схемы Нет 3D, только 2D-символы
Canva Красиво, много шаблонов Ручная отрисовка, нет автоматизации
Fusion 360 Встроенная функция "Анимация сборки", можно экспортировать кадры Требует владения CAD
Ручной способ Быстро, не требует ПО Сложно исправлять, не очень аккуратно

💡 Практикум (15 минут):

Задание для работы в парах:

  1. Выберите один узел вашего будущего робота LFR (например, крепление мотора, батарейный отсек или крепление колеса).
  2. Набросайте от руки или в draw.io простую взрыв-схему этого узла (3-5 деталей).
  3. Подпишите детали (номера) и укажите стрелками порядок сборки.
  4. Составьте простую спецификацию (список деталей с номерами).

Если нет доступа к компьютеру — рисуем на бумаге, фотографируем. Главное — понять принцип.

📝 Домашнее задание (к уроку 20)

Паспорт проекта · Часть 1 📅 Срок сдачи: 20.03 🏆 Макс. балл: 5 баллов

Утверждение списка компонентов робота

Цель: Систематизировать все компоненты, необходимые для сборки робота LFR, и зафиксировать их в Паспорте проекта.

Что нужно сделать:

  1. Окончательно утвердить список всех компонентов робота (механика, электроника, крепёж, провода, корпусные детали).
  2. Внести его в Паспорт проекта в виде таблицы со следующими колонками:
    • № п/п
    • Наименование компонента
    • Количество
    • Тип (печатный / покупной)
    • Примечание (размеры, материал, ссылка на магазин)
  3. Если какие-то компоненты ещё не выбраны на системном анализе — записать их в общем виде, например:
    • «Провод (сечение 0.5 мм², красный/чёрный)»
    • «Батарея Li-Po 2S (7.4В)»
    • «Кейс для батареи (печатный или покупной)»
    • «Винты М3 различной длины (6мм, 10мм, 12мм)»
    • «Гайки М3 (самоконтрящиеся)»

Требования к таблице:

Наименование Кол. Тип Примечание
1 Рама основная 1 Печатный PLA, 20% заполнение
2 Мотор-редуктор N20 2 Покупной 6В, 200 об/мин
3 Винт М3×10 8 Покупной С потайной головкой
... и так далее (минимум 10 позиций)

📤 Формат сдачи:

Обновлённый Паспорт проекта (добавить раздел «Спецификация компонентов» или дополнить существующий).

Критерии оценки (5 баллов):

  • Полнота списка (не менее 10 позиций) — 2 балла
  • Наличие всех обязательных колонок — 1 балл
  • Конкретность описания (размеры, тип, количество) — 1 балл
  • Разделение на печатные и покупные компоненты — 1 балл

🔍 Дополнительные материалы

❓ Частые вопросы

Обязательно ли делать взрыв-схему в цвете?

Нет, главное — чёткость и понятность. Но цвет помогает различать детали (например, печатные одним цветом, покупные — другим).

Можно ли использовать фото деталей вместо иконок?

Да, это даже лучше — реалистичнее. Сфотографируйте детали на белом фоне, вырежьте и расположите в схеме.

Что делать, если у меня сложная сборка из 20+ деталей?

Разбейте на логические узлы (шасси, электроника, корпус) и сделайте отдельные взрыв-схемы для каждого узла.

🎯 Примеры для вдохновения

Посмотрите инструкции IKEA — обратите внимание, как они используют минимум текста, но всё понятно по картинкам. Ваша цель — сделать так же.

Промт для генерации идей: «Создай шаблон сборочной инструкции в стиле IKEA. Включи: 1) Лист со всеми деталями (иконки + названия). 2) 3-5 шагов сборки, где каждый шаг — это картинка с стрелочками и минимум текста».

Занятие 20. Начало раздела «Сборка» в паспорте проекта

20. Оформление раздела «Сборка» в паспорте проекта

📅 24.02 ⏱ 2*45 минут

📋 План занятия

  1. 00:00-10:00: Разбор домашнего задания: обсуждение списков компонентов, типичные ошибки
  2. 10:00-80:00: Практическая работа: создание полноценного раздела «Сборка» для своего проекта
  3. 80:00-90:00: Итоги двух уроков, ответы на вопросы, анонс следующего этапа

🔧 Сборка робота LFR: документация

Ключевая идея: Ваша задача — сделать инструкцию, по которой человек, никогда не видевший ваш проект, сможет собрать робота правильно и без лишних вопросов.

Часть 1: Структура раздела «Сборка» в Паспорте проекта

Раздел должен содержать три обязательных элемента:

  1. Спецификация (список деталей) — полный перечень всего, что нужно для сборки.
  2. Взрыв-схема — визуальное представление того, как детали соединяются.
  3. Описание шагов сборки — текстовая инструкция (3-5 ключевых шагов).

Пример для робота LFR (учебный вариант)

1. Спецификация

Поз. Наименование Кол. Тип Примечание
1Рама основная (нижняя)1ПечатныйPLA, 20% заполнение
2Рама верхняя1ПечатныйPLA, 15% заполнение
3Мотор-редуктор N202Покупной6В, 200 об/мин, с проводом
4Колесо 42×19мм2ПокупнойРезина, с резинкой
5Винт М3×128ПокупнойС потайной головкой
6Гайка М38ПокупнойСамоконтрящиеся
7Батарейный отсек 2×AA1ПокупнойС крышкой и проводами
8Драйвер моторов L298N1ПокупнойС радиатором
9Провода «папа-мама»10Покупной20 см, разные цвета
10Оптопара для датчика линии2ПокупнойTCRT5000

2. Взрыв-схема

Взрыв-схема сборки робота LFR
[Рама нижняя]
Поз.1
⬇️
[Моторы + винты]
Поз.3,5,6
⬇️
[Рама верхняя]
Поз.2

В реальном проекте здесь должно быть изображение с разнесёнными деталями и стрелками.

3. Описание ключевых шагов сборки

1
Подготовка рамы: Убедитесь, что все отверстия в нижней раме (поз.1) чистые от поддержек. При необходимости рассверлите отверстия под винты Ø3.2 мм.
2
Установка моторов: Вставьте моторы (поз.3) в посадочные места нижней рамы. Закрепите их винтами М3×12 (поз.5) снаружи, затяните гайками (поз.6) изнутри.
3
Верхняя рама: Установите верхнюю раму (поз.2) на стойки нижней рамы, совместив отверстия. Закрепите винтами М3×12 и гайками.
4
Колёса: Наденьте колёса (поз.4) на валы моторов до упора. Зафиксируйте винтом-фиксатором, если предусмотрено конструкцией.
5
Электроника: Закрепите драйвер L298N и батарейный отсек на верхней раме (двусторонний скотч или винты). Подключите провода согласно электрической схеме (цветовая маркировка).

💡 Практикум (40 минут):

Задание для индивидуальной работы:

  1. Откройте Паспорт своего проекта (или создайте черновик).
  2. Начните заполнять раздел «Сборка» по образцу выше:
    • Составьте спецификацию (используйте список из ДЗ, дополните при необходимости).
    • Нарисуйте простую взрыв-схему (можно от руки).
    • Опишите 3-5 шагов сборки своими словами.
  3. Если чего-то не хватает (например, не знаете точных размеров винтов) — укажите приблизительно или оставьте поле для уточнения.

Важно: Документация должна быть понятна другому человеку. Проверьте себя: сможет ли ваш одногруппник собрать робота по этой инструкции?

📝 Домашнее задание (в «Паспорт проекта»)

Паспорт проекта · Раздел «Сборка» 📅 Срок сдачи: 03.03 🏆 Макс. балл: 5 баллов

Создать раздел «Сборка» в Паспорте проекта

Что должно быть в разделе:

  1. Список всех деталей (спецификация):
    • Номер позиции
    • Наименование
    • Количество
    • Тип (печатный/покупной)
    • Примечание (материал, размеры, цвет)
  2. Текстовое описание ключевых шагов сборки (3-5 шагов):
    • Каждый шаг соответствует номеру на схеме
    • Кратко, но ёмко: что с чем соединять, какие винты использовать
    • Важные детали: момент затяжки, полярность, ориентация

Требования к оформлению:

  • Наглядность: схема должна быть понятна без слов (или с минимумом подписей).
  • Полнота: все детали из спецификации должны присутствовать на схеме.
  • Аккуратность: можно сделать вручную (фото/скан), но разборчиво и чисто.
  • Формат: отдельный раздел в Паспорте проекта (можно добавить страницы).

📤 Критерии оценки (5 баллов):

  • Наличие взрыв-схемы (даже простой, от руки) — 1 балл
  • Полнота спецификации (минимум 8-10 позиций) — 1 балл
  • Соответствие номеров на схеме и в списке — 1 балл
  • Описание шагов сборки (3-5 шагов) — 1 балл
  • Общая аккуратность и читаемость — 1 балл

🔍 Полезные советы и материалы

❓ Ответы на частые вопросы

Что делать, если у меня ещё нет 3D-модели?

Нарисуйте взрыв-схему от руки — это допустимо на этапе проекта. Главное — передать идею соединения деталей.

Как нумеровать детали?

Сквозная нумерация: 1,2,3... На схеме номер обводится в кружок и соединяется линией с деталью. В спецификации номера идут по порядку.

Нужно ли указывать винты и гайки отдельно?

Да, обязательно! Это самые "теряемые" позиции. Указывайте точный размер: М3×10, М2.5×6 и т.д.

Можно ли сделать одну схему на весь робот?

Если робот сложный — лучше разбить на узлы (шасси, электроника, корпус) и сделать отдельные схемы для каждого.

Урок 21. Инженерный практикум. РМВОК и моделирование компонентов

21. Инженерный практикум. РМВОК и моделирование компонентов

03.03 ⏱ 2 по 40 минут

План занятия

  1. 00:00-00:10: Что такое РМВОК? Обзор справочных ресурсов для поиска готовых моделей.
  2. 00:10-00:20: Какие размеры критически важны для компоновки робота (габаритные, отверстия, валы).
  3. 00:20-00:40: Практическая работа: запуск задач моделирования и поиска.
  4. 00:40-01:20: Работа по ролям (главный инженер, конструктор).
  5. 01:20-01:40: Контроль выполнения задач, сформированных на уроке ОСА.

Основной материал

Что такое РМВОК?

РМВОК (PMBOK - Project Management Body of Knowledge) — это свод знаний по управлению проектами. В контексте нашего инженерного практикума это означает, что мы работаем системно:

  • Ресурсы (что нам нужно для моделирования);
  • Методы (как мы ищем или создаем модели);
  • Время (контроль сроков выполнения задач);
  • Объем работ (что именно должно быть смоделировано);
  • Качество (соответствие моделей реальным размерам).

Где искать готовые модели компонентов?

  • GrabCAD (grabcad.com): Крупнейшая библиотека CAD-моделей. Есть почти все покупные компоненты.
  • Thingiverse (thingiverse.com): Много моделей для 3D-печати, в том числе крепления и корпуса.
  • McMaster-Carr (mcmaster.com): Промышленные компоненты с точными 3D-моделями.
  • AliExpress / Shopify: В описании товаров иногда есть ссылки на 3D-модели.
  • GitHub: В открытых проектах по робототехнике часто выкладывают исходники.

Какие размеры нужны для компоновки робота?

При моделировании и поиске готовых моделей для компоновки робота LFR достаточно фиксировать только ключевые размеры:

  • Габаритные размеры: Длина, ширина, высота компонента (чтобы понять, поместится ли он на раму).
  • Отверстия: Диаметр и расположение монтажных отверстий (для винтового крепления).
  • Крепежные отверстия: Расстояние между центрами отверстий, их форма (под "потай" или обычный винт).
  • Размеры валов: Диаметр вала мотора (посадка колеса), длина выступающей части.

Этих данных достаточно, чтобы правильно разместить компонент в сборке. Точное моделирование корпусов (мелкие фаски, логотипы и т.п.) на этапе компоновки не требуется.

Практическая работа: Задачи по ролям

Цель: Реализовать задачи, сформированные на предыдущем уроке (ОСА), и создать недостающие модели.

1️⃣ Главный инженер

  • Взять за основу письменное задание, подготовленное на уроке ОСА (список приоритетных деталей для моделирования).
  • Распределить задачи между конструкторами.
  • Контролировать выполнение: проверять найденные модели на соответствие реальным размерам (использовать штангенциркуль для измерений, если деталь есть в наличии).
  • Фиксировать прогресс в общем журнале работ.

2️⃣ Конструктор

  • Попытаться найти готовые 3D-модели компонентов на указанных ресурсах (GrabCAD, Thingiverse и др.).
  • Для деталей, которые не удалось найти (или они специфичны для нашего проекта), выполнить упрощенное моделирование в CAD-системе.
  • Важно: Упрощенная модель должна содержать габаритные размеры и крепежные отверстия. Моделировать мельчайшие детали корпуса (надписи, скругления) не нужно — это замедлит работу.
  • Сохранять модели в общедоступную папку проекта с понятными именами.

Пример упрощенной модели датчика TCRT5000:

  • Габариты: 10.2×7.6×5.8 мм (по datasheet).
  • Крепеж: два отверстия ⌀2.2 мм с шагом 7.0 мм (если предполагается крепление винтами).
  • Высота от платы до оптической оси: ~2.5 мм.

Визуально можно сделать простой параллелепипед с отверстиями — для компоновки этого достаточно.

Домашнее задание

ДЗ #21 (индивидуальное) Срок сдачи: 10.03 Макс. балл: 5 баллов

Доработка задач с урока по индивидуальным планам

Что нужно сделать:

  1. Главному инженеру: Сформировать итоговый отчет по выполнению задач: какие детали смоделированы, какие найдены, какие требуют доработки.
  2. Конструктору:
    • Завершить упрощенное моделирование недостающих деталей.
    • Для каждой модели создать карточку с указанием: название, реальные размеры (по чертежу или измерению), ссылка на готовую модель (если найдена) или файл модели.
  3. Все файлы и отчеты загрузить в общую папку команды.

Требования к выполнению:

  • Модели должны быть пригодны для компоновки (точные габариты, крепежные отверстия, диаметры валов).
  • Файлы моделей сохранять в форматах .step или .stl.
  • Отчет главного инженера должен содержать таблицу статусов по каждой детали из первоначального задания.

Форма сдачи:

Файлы моделей + отчет (текстовый документ или таблица) в папке команды. Название папки: "Урок21_ИнженерныйПрактикум_КомандаN".

Полезные советы и материалы

❓ Частые вопросы

Как быстро найти модель на GrabCAD?

В поиске вводите точное название компонента (например, "N20 micro metal gearmotor"). Используйте фильтры по формату (STEP) и сортировку по популярности. Часто модели лежат в сборках всего робота — можно скачать и разобрать.

Что делать, если модель не совпадает с реальным размером?

Всегда проверяйте хотя бы один ключевой размер (например, диаметр вала). Если модель не совпадает, проще смоделировать упрощенный аналог самому, чем искать идеальный. В инженерном деле 80% времени уходит на поиск идеала — не тратьте его зря.

Нужно ли моделировать винты и гайки?

Для компоновки — не обязательно. Достаточно сделать отверстия в нужных местах. Винты можно добавить позже, когда будет готова сборка, или использовать готовые библиотеки крепежа.

Урок 22. Инженерный практикум. Компоновка робота

22. Инженерный практикум. Компоновка робота в CAD

10.03 ⏱ 2 по 40 минут

План занятия

  1. 00:00-00:15: Управление проектированием. Контроль выполнения задач.
  2. 00:15-00:30: Материалы для решения задач компоновки робота.
  3. 00:30-01:20: Практическая работа: компоновка робота в CAD.
  4. 01:20-01:40: Оформление результатов, подготовка отчёта.

Основной материал

Материалы для компоновки робота

Для успешной компоновки робота LFR необходимо иметь:

  • Верифицированные 3D-модели компонентов (результат работы ОСА-22 и ПКУ-21).
  • Библиотеку крепежа: винты М2, М3, гайки, шайбы (можно использовать упрощённые модели).
  • Чертёж рамы (шасси): базовая платформа, на которую крепятся все элементы.
  • Расположение датчиков: массив TCRT5000 должен быть установлен с учётом оптимальной высоты (8-15 мм).
  • Размещение электроники: Arduino, драйвер моторов, батарейный отсек — с учётом доступа к разъёмам.

Правила компоновки:

  1. Центр масс должен находиться в районе колёсной базы.
  2. Датчики линии должны быть на одной линии и симметричны относительно центра.
  3. Все компоненты не должны пересекаться и мешать друг другу.
  4. Предусмотреть место для проводов.

️ Практическая работа: Задачи по ролям

1️⃣ Главный инженер

  • Выполнить компоновку робота без проектируемых узлов (непосредственная сборка модели робота из всех готовых компонентов в CAD).
  • Проверить пересечения, зазоры, доступность крепежа.
  • Результат (сдача блока): Готовая 3D-модель сборки (формат .step или .f3d).

2️⃣ Конструктор

  • Оказывать помощь главному инженеру в процессе компоновки.
  • Подготовить отчёт по разделу "Сборка" в паспорте проекта:
    • Вставить картинку с компоновкой робота (скриншот сборки).
    • Добавить выносные линии с номерами позиций (как на взрыв-схеме).
    • Сформировать спецификацию на основе полученной сборки.
  • Результат (сдача блока): Готовый раздел паспорта проекта (PDF или DOC).

Домашнее задание

ДЗ #22 (индивидуальное) Срок сдачи: 17.03 Макс. балл: 5 баллов

Доработка задач с урока по индивидуальным планам:

  • Главному инженеру: Исправить замечания по компоновке (если есть).
  • Конструктору: Довести раздел паспорта до идеала, проверить все позиции.
Урок 23. Инженерный практикум. Добавление узлов в компоновку

23. Инженерный практикум. Добавление узлов в компоновку

17.03 ⏱ 2 по 40 минут

План занятия

  1. 00:00-00:15: Управление проектированием. Промежуточная приемка.
  2. 00:15-00:30: Важные аспекты надежности при проектировании робота.
  3. 00:30-01:20: Практическая работа: добавление спроектированных узлов в компоновку.
  4. 01:20-01:40: Оформление результатов, подготовка отчёта.

Основной материал

Аспекты надежности при проектировании робота

  • Жесткость конструкции: все узлы должны быть закреплены без люфтов, особенно моторы и датчики.
  • Защита электроники: предусмотреть, чтобы провода не перетирались о движущиеся части.
  • Клиренс: достаточное расстояние от низа робота до поверхности, чтобы не цеплять неровности.
  • Доступ к разъемам: после сборки должна быть возможность подключить USB и переключатели.
  • Центр тяжести: низкое расположение тяжелых компонентов (батареи) для устойчивости.

Промежуточная приемка: сегодня мы проверяем, как спроектированные узлы вписываются в общую компоновку.

️ Практическая работа: Задачи по ролям

1️⃣ Главный инженер

  • Добавить спроектированные узлы (результат работы ОСА-23) на модель компоновки робота.
  • Проверить совместимость всех узлов, отсутствие пересечений.
  • Убедиться, что узлы выполняют свою функцию (например, планка держит датчики на нужной высоте).
  • Результат: Модель робота с компонентами и спроектированными узлами (без крепежа).

2️⃣ Конструктор

  • Оказывать помощь главному инженеру в процессе добавления узлов.
  • При необходимости дорабатывать узлы по замечаниям главного инженера.
  • Продолжить оформление раздела "Сборка" в паспорте проекта:
    • Обновить взрыв-схему с учётом новых узлов.
    • Добавить спецификацию с новыми позициями.
  • Результат: Актуальная версия раздела паспорта проекта.

Домашнее задание

ДЗ #23 (индивидуальное) Срок сдачи: 24.03 Макс. балл: 5 баллов

Доработка задач с урока по индивидуальным планам:

  • Главному инженеру: Исправить замечания по компоновке (если есть).
  • Конструктору: Завершить чертежи и спецификации для новых узлов.
Урок 24. Инженерный практикум. Крепеж и подготовка к печати

24. Инженерный практикум. Крепеж и подготовка к 3D-печати

24.03 ⏱ 2 по 40 минут

План занятия

  1. 00:00-00:15: Управление проектированием. Промежуточная приемка.
  2. 00:15-00:30: Аспекты надежности при проектировании. Правила для FDM-печати.
  3. 00:30-01:20: Практическая работа: добавление крепежа, подготовка к печати.
  4. 01:20-01:40: Оформление результатов.

️ Основной материал

Правила проектирования деталей для FDM-печати

Промежуточная приемка: проверяем, что все узлы спроектированы с учётом этих правил и готовы к печати.

️ Практическая работа: Задачи по ролям

1️⃣ Главный инженер

  • Добавить крепежные элементы на сборку робота (продолжение работы ОСА-24).
  • Проверить, что все отверстия под крепеж соответствуют реальным размерам винтов.
  • Убедиться, что нет пересечений крепежа с другими компонентами.
  • Результат (сдача блока): Модель робота с компонентами, спроектированными узлами и отверстиями под крепеж. Модель готова к 3D-печати.

2️⃣ Конструктор

  • Оказывать помощь главному инженеру в процессе добавления крепежа.
  • Создать модели крепежа (винты, гайки), соответствующие реальным размерам (по результатам верификации ПКУ-21).
  • Проверить, что модели крепежа корректно вставляются в посадочные места.
  • Результат: Библиотека крепежных элементов для сборки.

Домашнее задание

ДЗ #24 (индивидуальное) Срок сдачи: 31.03 Макс. балл: 5 баллов

Доработка задач с урока по индивидуальным планам:

  • Главному инженеру: Исправить замечания по крепежу (если есть).
  • Конструктору: Доработать модели крепежа, выложить в общую библиотеку.
Made on
Tilda