Муниципальное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа п. Сахзавод

Бековского района Пензенской области

Научно-практическая конференция школьников «Старт в науку»

«3-D ручка – это игрушка или инструмент для обучения развития школьника»

 Выполнил– Хворостов Даниил Сергеевич,

                                              ученик 8 класса, МБОУ СОШ п. Сахзавод,

                                              Бековского района

Научный руководитель – учитель информатики, Егорушин Олег Юрьевич

п. Сахзавод 2024

                                                               Содержание

Введение        3

Глава 1 . Теоретическая часть        4

1.1. История возникновения 3D-ручки        4

1.2. Устройство и принцип работы 3D-ручки        4

1.3. Виды 3D-ручек……………………………………………………………………………5

    1.4 Расходные материалы, используемые в работе…………………………………………6

1.5 Меры предосторожности…………………………………………………………………7

Глава 2 . Практическая часть……………………………………………………………………8

 Заключение        9

      Список литературы……………....................................................................................................10

Введение

В сентябре 2023 года в нашей школе начал работу кружок по 3D-моделированию. На занятиях я познакомился с 3D-ручкой. Этот увлекательный прибор сразу заинтересовал меня своими свойствами и интересными предметами, которые можно делать с его помощью. В ходе посещений вышеуказанных занятий я заинтересовался возможностью использования 3D-ручки для изучения пространственных фигур в ходе изучения геометрии. На уроках геометрии мы проходили некоторые пространственные фигуры. Делали чертежи на доске, но до конца разобраться как выглядят эти фигуры мне не удалось. На уроках математики учителя просят изготавливать из бумаги макеты пространственных фигур. И я подумал, а что, если использовать 3D-ручку для изготовления таких макетов. Чтобы разобраться в данном вопросе, для начала стоит узнать побольше о самой 3D-ручке.

3D-ручка – это инструмент для рисования пластиком. Он позволяет создавать объекты в виде 3D-моделек. 3D-ручка используется для творчества детей и взрослых и помогает развивать мелкую моторику рук. Ручки просты в использовании. Многие знают, что такое 3D-Ручка и как ей пользоваться, остальные же понятия не имеют о её существовании. Эта тема выбрана мною именно для того, чтобы понять, что 3D-ручку можно использовать не только как игрушку, но и для изучения учебных предметов в школе. Например, в геометрии.

Цель данной работы: изучение структуры 3D-ручки и использование ее в изучении пространственных фигур в геометрии.

Задачи:

1. Ознакомится с историей и устройством 3D-ручки.
2. Понять, как ей пользоваться.
3. Изучить с помощью 3D-ручки пространственные фигуры в геометрии.

Объект: 3D-ручка.

Предмет исследования: 3D-ручка как средство трехмерного моделирования.

1. Теоретическая часть.

        Для ответа на выше поставленные задачи нам придется более подробно изучить историю создания 3D-ручки.

1. История возникновения 3D-ручки.

Впервые 3D-ручку создали Американские ученые Макс Боуг и Питер Дилворт, основатели компании WobbleWorks. Идея пришла спонтанно: в компании Макса и Питера сломался 3D-принтер, а им нужно было устранить брешь в напечатанной модели. Инженеры создали прототип 3D-ручки – 3Doodler, которая рисует пластиком.
Позже Боуг и Дилворт представили проект в 2013 году, в надежде собрать до 30.000 долларов для начала производства. В результате их компания получила около 2.300.000 долларов, что показало заинтересованность публики в данном проекте.

2. Устройство и принцип работы 3D-ручки.

3. Виды 3D-ручек.

3D-ручки делятся на 2 вида: горячие и холодные.
«Горячие ручки». Основные элементы «горячей» 3D-ручки: сопло, механизм подачи пластиковой нити, нагревательный элемент, вентилятор для охлаждения верхней части сопла и ручки в целом, механизма подачи и нагревательного элемента. Для работы «горячей» 3D-ручки требуется электропитание.
Подача материала осуществляется при нажатии соответствующей кнопки. Некоторые модели оснащаются регулятором скорости подачи пластика, регулятором температуры нагрева и дисплеем, на котором отображается информация о выбранном режиме.
Во многих 3D-ручках есть кнопка реверса, которая позволяет легко извлекать пластиковую нить из ручки.
К преимуществам «горячих» 3D-ручек относятся небольшой вес, компактность, простота использования, прочность поделок, доступная стоимость расходных материалов.

«Холодные ручки». Принцип действия «холодной» 3D-ручки основан на экструзии жидкой фотополимерной смолы, затвердевающий на выходе под воздействием ультрафиолетового излучателя. В таком устройстве нет нагревательных элементов и материал для рисования не имеет высокой температуры. Гаджет работает без проводов, энергопотребление происходит за счет встроенного аккумулятора. В ручку вставляется картридж с жидким полимером. Для большинства «холодных» 3D-ручек доступны разные виды смол: обычные, эластичные, магнитные, светящиеся, меняющие цвет в зависимости от температуры.
К преимуществам «холодных» 3D-ручек относят отсутствие горячих элементов, бесшумность, работа без проводов, возможность использования большого количества фотополимерных смол с различными свойствами. Среди недостатков – высокая стоимость ручки и материалов, хрупкость поделок.

4. Расходные материалы, используемые в работе.

 Самые распространенные пластиковые нити для 3D-ручки нагревательного типа – это PLA и ABS.

         Нить ABS довольно твердая и прочная. Температура, при которой вещество плавится, равна 210-250 градусов Цельсия. При плавлении оставляет после себя специфический запах.

          PLA - это нить, температура плавления которой меньше, чем у нити ABS. Плавится этот вид пластика при 160-180 градусов по Цельсию. Не выделяет вредных веществ, крепится к ткани, не нуждается в охлаждении. Единственный недостаток - это недолговечность поделок, сделанных этим видом пластика.

                         Другие материалы для 3D-ручек нагревательного типа.

EMT
Расплавляется при низкой температуре (60°С). Более прочен, чем пластик PLA, и не обладает выраженным запахом при нагревании, в отличие от пластика ABS, однако отличается большей стоимостью.

Flexy
Плавится при тех же температурах (200 - 240°C), однако после охлаждения сохраняет гибкость и пластичность. Подойдет для создания чехлов, кошельков, и других предметов, которые должны сохранять гибкость.

3D-ручки могут быть совместимы и с другими материалами: поликарбонатом, нейлоном и другими. Для этого требуется возможность точного регулирования температуры нагрева 3D-ручки.

5. Меры предосторожности при работе с 3D-ручкой.

• Во время рисования следить за тем, чтобы всегда оставалось не менее 10 см пластика снаружи ручки. Если весь пластик окажется в ручке, он может застрять там, и изделие придется ремонтировать.
• После рисования необходимо нажать кнопку извлечения пластика и аккуратно, не дёргая, извлечь оставшийся пластик из ручки. Если сделать это резко можно повредить механизм подачи пластика.
• Не снимать наконечник (сопло) ручки без консультации технического специалиста, это может привести к поломке креплений.
• Нельзя разбирать ручку самостоятельно, если она не работает, необходимо  сначала внимательно ознакомиться с инструкцией или обратиться в службу технической поддержки.
• Работать ручкой нужно осторожно, во время работы стальной наконечник разогревается до температуры 230 С. Маленькие дети должны работать под присмотром родителей, чтобы не получить ожог.

1. Практическая часть.

При работе с 3D-ручкой необходимо прежде всего соблюдать требования мер безопасности. Перед началом работы следует очистить рабочее место от посторонних вещей и предметов, которые могут осложнить вашу работу и ухудшить само изделие. На рабочем месте не должно быть ничего лишнего, что мешало бы производить работу аккуратно, либо что могло бы испортиться при попадании капель горячего пластика.

Для проведения практической части нам потребуется подготовить рабочее место, оснащенное розеткой 220 В, для подключения питания к 3D-ручке. При подключении инструмента поверхность стола и сама ручка должны быть сухими. Поблизости не должно быть жидкостей, проливание которых может привести к короткому замыканию. При работе с 3D-ручкой необходимо избегать контакта с нагревательным элементом. Так же для работы нам потребуются нити ABS.

При изготовлении трехмерной модели сечения правильной четырехугольной пирамиды мне понадобятся по четыре трафарета равнобедренных трапеций и равнобедренных треугольников. А также два трафарета квадратов, которые будут являться основаниями усеченной пирамиды, и один квадрат, который будет являться основанием пирамиды.

С помощью 3D-ручки по заранее распечатанным трафаретам, с использованием ABS-нити рисуются трапеции. Далее я совмещаю эти трапеции и, используя 3D-ручку, связываю их в единый трехмерный объект. В результате у меня получилось основание пирамиды.

Таким же образом поступаю с четырьмя трафаретами равнобедренных треугольников. 3D-ручкой с использованием ABS-нити я связываю их между собой в правильную четырехугольную пирамиду, основанием которой является квадрат по площади равный верхнему основанию усеченной пирамиды. Поставив получившиеся объекты один на другой, я получил правильную четырехугольную пирамиду. В случае разделения объектов можно изучить важную для изучения в пространственной геометрии тему: «сечение пространственных фигур».

                                                          Заключение

        В ходе проведения практической части моей работы я смог лучше изучить возможности 3D-моделирования. Причем данный процесс является не только игрой, но и помогает в изучении предметов. В результате я для себя выявил некоторые преимущества   использования 3D-технологии:

• Включение работы с 3D-ручкой (построение трехмерных моделей) в урок увеличит интерес учеников к процессу обучения, повысит нашу мотивацию к обучению, так как для построения моделей необходимы знания по учебному предмету;
• Зрительное представление «сложных» тем образовательной программы поможет лучше понимать изучаемый материал;
• Использование 3D-ручки и построение ей трехмерных моделей поможет развитию пространственного мышления;
• Построение 3D-моделей будет развивать творческую деятельность каждого ученика. Ведь 3D-ручкой кроме фигур, можно рисовать любые объекты.

Вывод, который я сделал из моего исследования следующий:

3D-ручку можно использовать не только как игрушку, но и как средство для повышения знаний по различным учебным предметам. Ведь в ходе исследования мне для построения пирамиды необходимо было изучить множество тем по геометрии.

Так же может быть и с другими учебными предметами в школе.  При изучении таких предметов как физика, химия или даже география можно использовать возможности 3D-моделирования, для практического усвоения сложных на первый взгляд тем, которые при построении 3D-моделей окажутся легкими и самое главное интересными для понимания.

Список литературы

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/3D-ручка
2. https://www.zwsoft.ru/stati/chto-takoe-3d-modelirovanie (статья)
3. https://3d4u.com.ua/ru/blog/post/53-istoriya-3d-ruchki (статья)
4. https://club.dns-shop.ru/blog/t-278-ruchki-3d/20024-dlya-chego-vam-mojet-ponadobitsya-3d-ruchka/