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: 10 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)
    • 3-4 лучшие фотографии детали (из ДЗ #7)
    • 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.

Made on
Tilda