Планы уроков по 3D-печати для Университета STEAM
3D-печать для образовательного курса STEAM
Как высшие учебные заведения, так и общеобразовательные школы используют 3D-печать в качестве инструмента для повышения уровня обучения. Для многих преподавателей трехмерная печать по-прежнему является новой технологией, и может стать проблемой попытка выяснить, как интегрировать ее в учебную программу. 3D-принтеры — это такие же инструменты обучения, как калькулятор и линейка. Вместо того, чтобы изменять существующий классный материал, чтобы сосредоточиться на 3D-печати, учителя используют 3D-принтеры в качестве инструмента для поддержки своих занятий.
В Formlabs мы считаем, что совместное использование учебных программ и ресурсов является одним из лучших способов помочь коллегам-педагогам понять, как интегрировать 3D-печать в существующие или новые уроки. Мы обратились к нашим представителям-педагогам и попросили их представить планы уроков, которые включали аспекты 3D-дизайна и 3D-печати. Вы можете найти все планы уроков наших представителей на нашей странице образовательных ресурсов.
Это модель из Плана уроков Dodecahedron, представленного Инициативой научной визуализации
Данное руководство включает в себя два примера планов уроков от ведущих преподавателей, тематическое исследование с преподавателем по профессионально-техническому образованию (CTE), а также обзор различных технологий 3D-печати. Используйте это руководство в качестве ресурса, чтобы получить идеи и представления о том, как создавать новые или использовать существующие планы уроков, которые интегрируют 3D-печать и дизайн в Ваш класс.
3D-печать. Обзор технологий
Каждая технология 3D-печати имеет свои сильные и слабые стороны и требования и подходит для различных приложений и бизнеса. Ниже приведен обзор того, как работает каждая технология:
МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТОДОМ НАПЛАВЛЕНИЯ (FDM)
Моделирование методом наплавления является наиболее широко используемой формой 3D-печати на потребительском уровне, вызванной появлением любительских 3D-принтеров. FDM 3D-принтеры создают детали путем плавления и экструдирования термопластичных нитей, которые печатная головка закладывает слоями в области сборки. FDM работает с рядом стандартных термопластов, таких как ABS, PLA и их различные смеси. Этот метод хорошо подходит для базовых концептуальных моделей, а также для быстрого и недорогого прототипирования простых деталей, таких как детали, которые обычно можно обрабатывать.
Детали FDM имеют видимые линии слоев и могут показывать неточности вокруг сложных функций. Этот пример был напечатан на промышленном 3D-принтере Stratasys uPrint с растворимыми носителями (цена на машину начиналась от 15900 долларов США).
FDM имеет самое низкое разрешение и точность по сравнению с SLA или SLS и не является лучшим вариантом для печати сложных конструкций или деталей со сложными функциями.
Высококачественная отделка может быть получена путем химического и механического полирования. Промышленные 3D-принтеры FDM используют растворимые опоры для смягчения некоторых из этих проблем и предлагают более широкий спектр технических термопластов, но они также имеют значительно более высокую цену
СТЕРЕОЛИТОГРАФИЯ (SLA)
Стереолитография была первой в мире технологией 3D-печати, изобретенной в 1980-х годах и до сих пор одной из самых популярных технологий для профессионалов. SLA использует лазер для отверждения жидкого полимера в затвердевший пластик в процессе, называемом фотополимеризацией.
Детали SLA имеют наивысшее разрешение и точность, самые четкие детали и гладкую поверхность среди всех технологий пластиковой 3D-печати, но основное преимущество SLA заключается в ее универсальности. Изготовители материалов создали инновационные составы полимеров SLA с широким спектром оптических, механических и тепловых свойств, в соответствии со стандартными, инженерными и промышленными термопластами.
Детали SLA имеют острые края, гладкую поверхность и минимальные видимые линии слоев. В этом примере деталь была напечатана на настольном SLA 3D-принтере Formlabs Form2 (цена начинается с 3 499 долларов США).
SLA — отличный вариант для очень детальных прототипов, требующих жесткие допуски и гладкие поверхности, таких как формы, шаблоны и функциональные детали. SLA широко используется в различных отраслях промышленности от проектирования и дизайна продукции до производства, стоматологии, ювелирных изделий, моделирования и образования.
СЕЛЕКТИВНОЕ ЛАЗЕРНОЕ СПЕКАНИЕ (SLS)
Селективное лазерное спекание является наиболее распространенной технологией производства присадок для промышленного применения.
SLS 3D-принтеры используют мощный лазер для сплавления мелких частиц полимерного порошка. Неиспользованный порошок поддерживает деталь во время печати и устраняет необходимость в специализированных опорных конструкциях. Это делает SLS идеальным для сложных геометрий, включая внутренние поверхности, подрезы, тонкие стенки и отрицательные поверхности. Детали, изготовленные с использованием SLS-печати, имеют отличные механические характеристики, прочность которых напоминает детали, изготовленные методом литья под давлением.
Детали SLS имеют слегка шероховатую поверхность, но почти не имеют видимых линий слоев. В этом примере деталь была напечатана на настольном SLS 3D-принтере Formlabs Fuse1 (цена начинается с 9 999 долларов США).
Наиболее распространенным материалом для селективного лазерного спекания является нейлон, популярный инженерный термопластик с превосходными механическими свойствами. Нейлон легкий, прочный и гибкий, а также устойчивый к ударам, химикатам, теплу, ультрафиолетовому излучению, воде и грязи.
Сочетание низких затрат на партию, высокой производительности и установленных материалов делают SLS популярным выбором среди инженеров для функционального прототипирования и экономичной альтернативой литьевому формованию для производства с ограниченным тиражом или параллельного производства.
СРАВНЕНИЕ FDM, SLA И SLS ТЕХНОЛОГИЙ
Каждая технология 3D-печати имеет свои сильные и слабые стороны и требования и подходит для различных приложений и бизнеса. В следующей таблице приведены некоторые ключевые характеристики и особенности.
В следующей таблице приведены некоторые ключевые характеристики и особенности FDM, SLA, и SLS 3D-принтеров.
| Моделирование методом наплавления (FDM) | Стереолитография (SLA) | Селективное лазерное спекание(SLS) | |
| Разрешение |  |
 |
 |
| Точность | |
|
|
| Поверхность — Отделка | |
|
|
| Пропускная способность | |
|
|
| Сложные дизайны |  |
|
|
| Простота использования | |
|
|
| Плюсы | Скорость Низкозатратные потребительские машины и материалы |
Высокая стоимость Высокая точность Гладкая поверхность Разнообразие функциональных применений |
Крепкие функциональные детали Свобода дизайна Нет необходимости в опорных конструкциях |
| Минусы | Низкая точность Низкие детали Ограниченная совместимость с дизайном |
Средний объем построения Чувствительность к длительному воздействию УФ- излучения |
Грубая поверхность Ограниченные варианты материала |
Знакомство с производственной лабораторией передового производственного обучения
Formlabs доверяют лучшие преподаватели в США; 46 из 50 лучших университетов США работают на принтерах Formlabs. Читайте дальше, чтобы узнать, как преподаватель Джерри Шоу, использует 3D- печать в своей программе CTE (Профессионально-техническое образование) и Fablab.
В новой лаборатории в средней школе Сомервилля ученики учатся использовать современное производственное оборудование, от станков с ЧПУ до 3D-принтеров.
Почему важно внедрять в школы передовые инженерные и производственные курсы?
Одна из вещей, которые отсутствуют во многих средних школах, — это привычка думать о проекте с самого начала и до конца. Я одновременно вел физический и инженерный курсы. Студентам физического курса было бы скучно в лабораториях, тогда как в инженерном классе мы освещаем подобные концепции, и все же они хотели бы работать над ними. Позже я понял, что это разница между лабораториями и проектами: лаборатории имеют предписывающий поэтапный процесс, от которого Вы не можете отклоняться, тогда как в случае проектов у детей есть свой собственный творческий вклад. Такое волнение вокруг проектирования и создания помогает им лучше понять творческий процесс.
Кроме того, 3D-принтеры и лазерные граверы — это то, что многие дети никогда раньше не видели. Ими легко изначально увлечься, но потом я показываю им видео о том, как оборудование фактически используется в промышленности; что Вы можете фактически создавать 3D-прототипы, биомедицинские устройства, органы, даже пищу, и они уже «на крючке».
Сегодня производство выглядит значительно иначе, чем 10 лет назад. Школы и университеты по всему миру обучают студентов использованию современных технологий и процессов. На изображении показана мастерская средней школы Сомервилля.
Кроме того, многие традиционные рабочие места были потеряны из-за появления автоматизированных рабочих мест. Отчасти проблема заключается в том, что у нас нет людей, которые знают, как управлять этими новыми машинами; есть огромный спрос на эти навыки. До того, как мы создали Fabville, многие студенты умели изготавливать детали на старом оборудовании, но не с новыми способами производства, с цифровой технологией — использованием 3D-моделирования и CAD. Вот что сейчас необходимо. Большинство моих нынешних студентов уже получили работу. У меня есть работодатели, которые постоянно спрашивают меня, есть ли у меня кто-нибудь, кто знает, как управлять ЧПУ или системами цифрового 3D-моделирования
Чем отличается модель CTE Сомервилля и как Вы ее видите?
Половина моих учеников идет в колледж, а половина — на работу. Предубеждение, которое существовало в отношении профессиональных программ, исчезло, особенно в Массачусетсе. В начале 90-х годов государство сделало гигантский акцент на профессиональном техническом образовании, с целью довести его до высоких стандартов и реализовать более академический подход.
Я пошел в колледж изучать проектирование для инженерии и никогда не учился на профессионально- техническом уровне. Я не знал, что такое инженер, когда я окончил среднюю школу, потому что таких возможностей там не было. В технике или дизайне очень много людей, которые не знают, как работать с этими машинами или как их проектировать. Они знают теоретически, но не физически. Я думаю, именно поэтому необходимо понять, что сейчас многие дети не воспринимают программы CTE в качестве барьера для колледжа; 70 процентов наших первокурсников зарегистрировано в CTE.
На последнем году обучения, студенты, зачисленные на курс передового производства программы CTE старшей школы Сомервилля, знают, как использовать все машины.
Все первокурсники, которые зачисляются, проходят нашу исследовательскую программу, где каждый студент тратит несколько недель на обзор по всем программам CTE — от косметики до передового производства. В моей мастерской некоторые старшекурсники помогают в обучении первокурсников, помогая им в использовании 3D-принтеров и т.д. Мы показываем им конкретные проекты, что такое мастерская, и какие пути карьеры они могут выбрать. В четвертом семестре первокурсники выбирают три профиля и затем переходят в одну программу на следующие четыре года. Еще одна приятная вещь заключается в том, что за это время растет близость детей и сообщество с учителями и сокурсниками. Это как быть частью клуба в школе. Есть чем гордиться.
Есть много модных слов для школ, которые привносят новые технологии в общие пространства — производственные площадки, производственные лаборатории, инновационные центры и т.д. В чем разница?
Половина моих учеников идет в колледж, а половина — на работу. Предубеждение, которое существовало в отношении профессиональных программ, исчезло, особенно в Массачусетсе. В начале 90-х годов государство сделало гигантский акцент на профессиональном техническом образовании, с целью довести его до высоких стандартов и реализовать более академический
Я пошел в колледж изучать проектирование для инженерии и никогда не учился на профессионально- техническом уровне. Я не знал, что такое инженер, когда я окончил среднюю школу, потому что таких возможностей там не было. В технике или дизайне очень много людей, которые не знают, как работать с этими машинами или как их проектировать. Они знают теоретически, но не физически. Я думаю, именно поэтому необходимо понять, что сейчас многие дети не воспринимают программы CTE в качестве барьера для колледжа; 70 процентов наших первокурсников зарегистрировано в CTE.
Давайте поговорим об этом примере. Как 3D-печать вписывается в Ваш учебный план?
Во многих случаях трехмерная печать выполняется быстрее, но в целом отлично подходит для прототипирования. Мы можем взять 3D-модель, отправить ее на машину и посмотреть, как она будет построена более доступным способом. Если это именно то, что мы хотим, мы затем используем нержавеющую сталь, которая немного дороже, и тратим время на производство модели из нее.
Я также использовал 3D-печать для обучения 3D-моделированию, поскольку 3D-печать — это весело и привлекательно, это стимул для студентов изучать CAD. Студенты учатся 3D-моделированию с использованием SolidWorks или Inventor, но через некоторое время это может стать скучным, потому что Вы просто работаете на компьютере, поэтому мы создаем их фактическую физическую часть, используя 3D-печать. Затем студенты используют измерительные инструменты для двойной проверки и чтобы убедиться, что все напечатано правильно; изучают аспекты контроля качества. В этот момент мы попадаем на производственную площадку.
Помимо этого, 3D-печать является основным инструментом для решения множества проблем. Итак, вы объясняете, как использовать ее структурированным способом с 3D-моделированием, а затем позже это такой же инструмент, который можно использовать для решения любой другой проблемы, как и пила. Это помогает студентам понять, как использовать технологии в контексте, а затем, если у них есть свои собственные идеи, они могут вернуться и работать над ними. Все мои старшекурсники в целом знают, как использовать все оборудование, которое у нас есть.
Шоу использует 3D-печать в качестве инструмента для создания прототипов, а также для обучения ценным навыкам CAD и 3D- моделирования, и обнаружил, что студенты более активно участвуют, когда они могут воплотить свои проекты в жизнь.
Помимо обычной учебной программы, мы используем Fabville, аналогично тому, с чем мы встретимся на рабочих местах. Вот проблема, Вы должны решить ее. Например, ручка парового стерилизатора в косметологическом магазине сломалась и откололась. Один из моих учеников поднялся туда и измерил все, разработал 3D-модель для ручки, и узнал, что ручка должна быть очень точной, чтобы вписаться в пространство в машине, поэтому он решил распечатать ее с помощью нашего Formlabs 3D-принтера.
Студенты курса передового производства выполняют работы для других отделов и курсов CTE, таких как создание плакатов, изображенных выше для программы кулинарного искусства.
Что Вы видите в качестве препятствий для преподавателей, применяющих новые технологии, и как Вы находите ресурсы или вдохновение?
Несмотря на то, что у меня есть инженерный опыт, у меня нет опыта во всей инженерии или всей 3D- печати. Я ничего не знал о 3D-печати, пока несколько лет назад не столкнулся с ней.
Один из ресурсов, которыми я пользуюсь, — это teachengineering.org, , сайт, созданный группой педагогов-инженеров, которые объединились вместе, понимая, что не существует достаточно много ресурсов, чтобы поделиться тем, что мы делаем. Другой способ — это просто сотрудничество с педагогами по проектированию в целом, общение с людьми в отрасли, чтобы увидеть, что там используется. Даже просто можно сходить в Музей науки, увидеть идеи, которые у них есть, и подумать: «Как я могу интегрировать это в свой класс?» Также можно просто создать идеи учебного плана и уроков для начала. Многие люди не имеют опыта проектирования или создания с этим оборудованием, поэтому, планы уроков, которые направляют их или помогают им узнать, что важно искать, может быть огромной помощью. Загрузите план уроков старшей школы Сомервилля
“Принципы 3D-моделирования и 3D-печати” и подпишитесь на нашу новостную рассылку для получения обновлений, поскольку наша библиотека планов уроков растет.
После школы, Fabville и программы переподготовки машинного цеха в партнерстве с местным консорциумом по производству.
Какие другие виды программ поддерживает Fabville? Как площадка вписывается в сообщество?
Это наш первый год, поэтому мы усиливаем работу, чтобы настроить все эти программы. Идея состоит в том, что люди, которые не всегда чувствуют себя комфортно, создавая вещи или работая на машинах, но хотят узнать об этом, моли прийти сюда и получить эти знания и опыт. Безработные могут здесь научиться навыкам, таким как 3D-моделирование, которые помогут им вернуться в рабочую среду. Здесь, в механическом цехе, мы фактически сотрудничаем с местным производственным консорциумом, который приводит людей, которые были уволены, в классы механической обработки, чтобы они могли получить работу на актуальных вакансиях.
Что касается самого Сомервилля, мы надеемся, что цель в этом направлении состоит в том, что все больше людей, желающих создать свой собственный бизнес, даже некоторые из наших студентов с бизнес-идеями, могут начать именно здесь. Наша роль заключается не в том, чтобы усиливать или заменять то, что делают другие центры производственного обучения или производственные площадки района, а создавать стартовую площадку для людей, которым некомфортно заниматься в местах, где работает много людей; это безопасная среда, чтобы не спеша узнать, как использовать машины, а затем перейти к другой площадке или сразу перейти к созданию бизнеса.
Что будет дальше для Fabville?
Одним из величайших аспектов будущего является наша новая средняя школа, которая только что получила одобрение. В новом учреждении механический цех и производственная лаборатория будут рядом друг с другом, у нас будет несколько машин, которые облегчат работу, таких как электронный текстиль, и все отделы CTE также будут перемешаны по всей средней школе.
Мы также будем стремиться внедрить некоторые робототехнические и мехатронные программы, а также научим студентов создавать роботов и внедрять их в производственные процессы.
Планы уроков
Следующие планы были написаны, использованы и проверены в классах аккредитованными преподавателями по всей Северной Америке. Скачайте эти уроки и используйте их так, как они есть, или используйте их как вдохновение для интеграции 3D-печати в один из Ваших собственных учебных планов.
ПЛАН УРОКА FORMLABS
3D-сканирование и моделирование
Исследуйте стык между реальностью и возможностью, поскольку вы творчески изменяете 3D-сканированный объект.
Formlabs «Innovate & Educate Challenge» приглашает преподавателей по всей стране разрабатывать и делиться планами уроков, которые способствуют творческому мышлению и практическому обучению посредством трехмерной печати. Благодаря тем, кто присоединился, мы можем делиться с более широким учебным сообществом бесплатными ресурсами, посвященными знакомству студентов с богатым, захватывающим опытом.
Узнайте больше о нашей растущей библиотеке планов уроков.
Пропустили вызов, но у Вас есть инновационный план уроков, которым Вы хотели бы поделиться? Дополнительную информацию можно найти по адресу formlabs.com/innovate-and-educate-challenge
План урока проверен и представлен:
ПЕДАГОГ
Дэвид Росс
ОРГАНИЗАЦИЯ
Хишхом/ARTLAB+
МЕСТОРАСПОЛОЖЕНИЕ
Вашингтон, округ Колумбия
КОНТАКТЫ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Этот урок ставит перед участниками задачу использовать свой потенциал воображения с помощью технологий в 3D-области: сканирование, моделирование, модификация и печать нового захвата существующего объекта, человека или сцены.
ЦЕЛИ
- Изучить и применить лучшие методы для сбора 3D-сканирований физических объектов и сред
- Узнать, как преобразовать выходной файл фотограмметрии в сплошную водонепроницаемую сетку для совместимости с 3D-печатью
- Узнать, как изменить объектный файл, включить исправления и креативные улучшения
ПРЕДЛАГАЕМАЯ АУДИТОРИЯ
Учащиеся средней школы и за ее пределами, энтузиасты 3D-моделирования
ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ И ОТРАСЛИ
Применимые темы
- разработка художественной инженерной модели
Применимые отрасли
- проектирование и дизайн продукции
- исследования и образование создание моделей и развлечений
ИНСТРУМЕНТЫ И МАТЕРИАЛЫ
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
| ПО | Оборудование | |
| 3D-сканирование | TrnioScann 3DSkanect | iPhoneAndroid телефон/планшет Mac/WindowsДатчик структуры |
| CAD | MeshmixerOnshapeTinkercad | Mac/Windows |
| Цифровая скульптура | Sculptris | Mac/Windows |
ОБЗОР УРОКА
| 30 мин | Задачи к немедленному выполнению | Творческая настройка. Студенты будут проводить мозговые штурмы полезных улучшений повседневной деятельности. Студенты будут набрасывать оригинальный вариант и добавлять улучшения. |
| 45 мин | Основание | Инструментарий. Студенты узнают, как использовать программный пакет для изменения объектного файла. В этом процессе студенты получат понимание возможностей программного обеспечения и создадут базовую структуру для этой деятельности. |
| 90 мин | Исследование | Воображение. Уучащиеся будут работать вместе, чтобы отсканировать выбранный объект, а затем выполнят несколько шагов, чтобы в конечном итоге напечатать новую воображаемую версию объекта. |
| 15 мин | Ретроспектива | 20/20 Класс будет работать вместе, чтобы создать список «советов и подсказок» для студентов, которые выполняют это упражнение в будущем. |
| 10 мин | Закрытие | Включение технологии. Класс обсудит роль различных технологий, используемых в поддержке этого упражнения. Студенты проведут мозговой штурм идей для новых технологий в связи с быстро развивающимися областями 3D-сканирования, 3D-моделирования и 3D-печати. Что дальше? |
УПРАЖНЕНИЕ ОДИН
| 30 мин | Задачи к немедленному выполнению |
Дополнительно: Изучите (или попросите учащихся объяснить), как ученики подходят к этим изменениям в реальной жизни. |
УПРАЖНЕНИЕ ДВА
| 45 мин | Основание |
ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ Sculptris, близкий родственник ZBrush, представляет собой бесплатное приложение для цифровой скульптуры с удобными функциями для начинающих. Примечательно, что эта программа имеет два разных режима: Sculpt (Скульптура) и Paint (Рисование). Режим Sculpt позволяет пользователю редактировать геометрию сетки с помощью простых мазков кисти, сродни использованию инструментов для скульптуры на куске глины. Режим Paint позволяет рисовать текстуру на поверхности сетки, подобно тому, как разрисовать скульптуру в реальном мире, прежде чем обжечь ее в печи. Загрузите PDF руководство по Sculptris для получения исчерпывающей информации. |
УПРАЖНЕНИЕ ТРИ
| 90 мин | Исследование |
ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ Технология 3D-сканирования включает сбор и анализ данных. Первый этап включает сбор информации (форма, ориентация, размер, текстура поверхности, цвет) об объекте или окружающей среде; второй этап включает в себя анализ собранных данных для построения цифровых 3D-моделей. Несмотря на то, что существует широкий спектр технологий 3D-сканирования, включая цены, функциональность и приложение, эта же базовая предпосылка справедлива. 3D- сканеры собирают информацию о расстоянии от поверхностей объекта и генерируют облако точек (совокупность точек данных, которые характеризуют аспекты поверхности объекта). Например, одной точкой привязки может быть X, Y, и Z координаты точки поверхности по отношению к известной опорной точке, а также цвет точки.
Сканеры требуют, чтобы информация о поверхности собиралась со многих углов обзора и сторон объекта, так что обработка программного обеспечения может привести к полной модели. Один класс 3D-сканеров собирает информацию о поверхности через непосредственный контакт, где контактный зонд является частью узла с сенсорным управлением; другой класс (бесконтактный) собирает эту информацию посредством света или Специализированное программное обеспечение преобразует полученное облако точек в триангулированную сетку и, в конечном итоге, редактируемую функциональную CAD-модель (твердая модель).
Программное обеспечение CAD с готовым продуктом. |
УПРАЖНЕНИЕ ЧЕТЫРЕ
| 15 мин | Ретроспектива |
|
УПРАЖНЕНИЕ ПЯТЬ
| 15 мин | Закрытие |
|
УЧЕБНЫЙ ПЛАН FORMLABS
Фотограмметрия с дронами для 3D-печати
Узнайте, как выполнить 3D-сканирование и 3D-печать здания или ландшафта по Вашему выбору.
Formlabs «Innovate & Educate Challenge» приглашает преподавателей по всей стране разрабатывать и делиться планами уроков, которые способствуют творческому мышлению и практическому обучению посредством трехмерной печати. Благодаря тем, кто присоединился, мы можем делиться с более широким учебным сообществом бесплатными ресурсами, посвященными знакомству студентов с богатым, захватывающим опытом.
Узнайте больше о нашей растущей библиотеке планов уроков.
Пропустили вызов, но у Вас есть инновационный план уроков, которым Вы хотели бы поделиться? Дополнительную информацию можно найти по адресу formlabs.com/innovate-and-educate-challenge
План урока проверен и представлен:
ПЕДАГОГ
РОБЕРТ ХЕЙМЛИХ
ОРГАНИЗАЦИЯ
УНИВЕРСИТЕТ ДЕПОЛЬ
МЕСТОРАСПОЛОЖЕНИЕ
ЧИКАГО, ШТАТ ИЛЛИНОЙС
КОНТАКТЫ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Фотограмметрия с дронами для 3D-печати сочетает использование беспилотных летательных аппаратов с программным обеспечением для обработки изображений для 3D-масштабирования зданий и сцен.
ЦЕЛИ
- Узнайте о нескольких подходах к моделированию 3D-объектов
- Узнайте, как создать автоматическую траекторию полета для дрона
- Узнайте, как преобразовать коллекцию изображений в 3D-файл для печати с помощью фотограмметрии и сшивания
- Узнайте о влиянии многослойных ошибок на точность модели
ПРЕДЛАГАЕМАЯ АУДИТОРИЯ
9-й класс — студенты университетов и энтузиасты беспилотных летательных аппаратов
ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ И ОТРАСЛИ
Применимые темы
- архитектура
- городское планирование
- инжиниринг
- информационные технологии
- цифровая обработка изображений
Применимые отрасли архитектура
- создание моделей и развлечения
- производство
- исследования и образование
- проектирование и дизайн продукции
ИНСТРУМЕНТЫ И МАТЕРИАЛЫ
ОБЗОР УРОКА
| 5 мин | Задачи к немедленному выполнению | 3D-моделирование Студенты проведут мозговой штурм, чтобы создать 3D-модель объектов в разных масштабах. |
| 5 мин | Основание | От реального мира до 3D-модели Студенты узнают о применимых областях для 3D- сканирования и ограничениях, присущих определенных технологий на основе размера объекта. |
| 75 мин | Исследование | Миссия дрона по сканированию. Студенты подготовят свое оборудование, подберут тему, настроят трассу автопилота для беспилотного летательного аппарата и запустят миссию захвата изображения. Студенты пройдут процесс преобразования изображений, собранных дроном, в карту, плоскую модель и 3D-файл для печати. Затем они преобразуют 3D-модель в трехмерную, масштабированную модель. |
| 10 мин | Ретроспектива | Оценка. Студенты будут сравнивать полученные трехмерные печатные модели с реальной сценой и их ожиданиями. |
| 5 мин | Закрытие | Ошибки и усовершенствования технологий Учащиеся оценивают возможные корректировки процесса, чтобы улучшить точность модели. |
| Технология | Пример | Роль |
| Дрон | DJI Phantom 4 | Захват воздушной съемки |
| Телефон | iPhone или Android | Поддержка / запуск требуемых приложений для дрона |
| Приложение для управления дроном | DJI Go | Управление дроном |
| Приложение для фотограмметрии для дрона | DroneDeploy | Создавайте и управляйте автоматическим маршрутом полета для беспилотных летательных аппаратов, «сшивайте»фотографии в карту и модель (.obj) |
| ПО для 3D-моделирования | Blender 3D | Поддержка преобразования модели в формат 3D-файла (.stl) |
УПРАЖНЕНИЕ ОДИН
| 5 мин | Задачи к немедленному выполнению |
|
УПРАЖНЕНИЕ ДВА
| 5 мин | Основание |
ПРЕДИСТОРИЯ 3D-сканер анализирует объекты и записи данных, которые могут использоваться для создания 3D-моделей. Этот тип технологий используется и применим к широкому спектру отраслей, включая стоматологию, медицину, археологию, экологию и развлечения. Хотя 3D-сканирование может включать создание точечного облака геометрических выборок на поверхности объекта и экстраполяции формы, существуют другие методы. Фактически, дроны могут собирать серию перекрывающихся изображений здания, ландшафта или другой области. Эта коллекция изображений с помощью фотограмметрии может быть преобразована в 3D-модель! Дроны могут позволить создавать 3D-модели пространств, которые в противном случае потребовали бы обширного времени и ресурсов, чтобы точно отображать и моделировать вручную.
Вид модели скейтпарка из изображений дронов |
УПРАЖНЕНИЕ ТРИ
| 75 мин | Исследование |
|
УПРАЖНЕНИЕ ЧЕТЫРЕ
| 10 мин | Ретроспектива |
|
УПРАЖНЕНИЕ ПЯТЬ
| 5 мин | Закрытие |
|
