Аддитивные технологии в образовании что это такое
СОВРЕМЕННОЕ ОБРАЗОВАНИЕ: АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ИННОВАЦИИ
Вы здесь
Аддитивные технологии в образовании
Аддитивные технологии в образовании
The additive technologies in education
Токарева Наталия Михайловна, Генеральный директор ООО «3Д комплекс», г. Воронеж
Natalia Tokareva, General Director of the limited liability company «33D Complex», Voronezh
Сегодняшние реалии заставляют по-новому оценивать возможности, предоставляемые нам разного рода техническими и научными достижениями. Есть необходимость посмотреть на данные вопросы не только взглядом обывателя и потребителя, но и взглядом педагога, с целью применить современные технические и технологические новинки в образовательном процессе школы.
Использования аддитивных технологий в образовательном процессе открывает новые возможности как для преподавателей, так и для учеников, хотя до сих пор идут бурные споры среди педагогов, теоретиков и практиков о необходимости этих технологий в образовании.
Применение 3D-технологий дает возможность не только изготовить и рассмотреть проектируемую деталь, но и оценить её характеристики. Кроме этого, ученики смогут увидеть полный цикл создания изделия: от проектирования до воплощения детали в конечном материале.
Использование 3D-принтеров поможет учащимся получить такие знания, которые позволят им в самостоятельной жизни решать реальные проблемы, используя нетривиальные методы. Это достигается изменением их мышления, в результате чего достигается понимание возможности свободной трансформации или точного воспроизводства любых физических объектов.
Рисунок 1. Работа 3D-принтера в гимназии им. Кольцова, г. Воронеж
Использование 3D-принтеров в образовательном процессе позволит:
Анализ современных целей общего образования, условий достижения новых образовательных результатов показывает, что одной из наиболее важных характеристик развития системы общего образования является изучение процесса внедрения инновационных технологий в образовательный процесс. Сегодня эти требования особенно актуальны, поскольку сфера человеческой деятельности в технологическом плане в настоящее время очень быстро меняется. На смену существующим технологиям быстро приходят новые, специалисту приходится их заново осваивать, и в этих условиях, несомненно, велика роль инженерно-технического образования, обеспечивающего профессиональную мобильность человека, готовность его к применению новых технологий, в том числе с использованием современных информационных средств.
В качестве пилотного проекта мы предлагаем включить в образовательную программу предметной области «Технология» использование 3D-принтеров как инструмента для ее реализации.
В связи с ростом высокотехнологичного промышленного производства, на рынке труда ощущается острый дефицит квалифицированных инженерно-технических кадров: инженеров-конструкторов, инженеров-проектировщиков, инженеров-механиков, программистов, дизайнеров, архитекторов. Данная проблема возникла в том числе из-за недофинансирования системы образования в 90-х годах ХХ века и в начале ХХI века. Это не позволило обеспечить систематическое обновление материально-технической базы учреждений, вследствие чего значительно снизилось качество освоения предметной области «Технология» и произошла потеря мотивации к ее изучению со стороны школьников. Еще большую актуальность проблеме придала ситуация тотального перехода на Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования (ФГОС ООО). Стандарт задал высокую планку результатов освоения «Технологии» и качественно иной уровень материально-технического оснащения образовательного процесса, что для системы образования оказалось серьезным вызовом. Ответить на этот вызов с позиции одной школы практически невозможно, необходимы системные действия, направленные на модернизацию технологий и содержания образования.
Локальное и несистемное оснащение образовательных учреждений 3D-оборудованием не решает проблему в целом, а иногда, когда оборудование закупается «для галочки» и нет внятной программы его использования, дает обратный эффект.
Мы уверены, что технических специалистов необходимо готовить со школьной скамьи, мотивируя обучающихся к изучению предметов технической направленности и к выбору ими профессий инженерно-технического профиля.
Внедрение разработанной нами программы позволит воспитать специалистов, обладающих современным инженерным мышлением и способных решать сложнейшие задачи в высокотехнологичных отраслях.
Основным эффектом реализации проекта станет повышение мотивации обучающихся к изучению предметов технической направленности и последующий их выбор профессий инженерно-технического профиля, в том числе в системе среднего специального образования.
Содержательной основой реализации проекта является федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования, а также определенный теоретический и практический опыт, накопленный в Воронежской области в результате реализации образовательного проекта «Создание разноуровневой образовательной среды на основе информационно-коммуникационных и 3D-технологий – Индустриальная школа».
Примерная (базисная) учебная программа по технологии с применением 3D-принтеров разработана с учетом уже накопленного опыта использования 3D-технологий в дополнительном образовании и во внеурочной деятельности, с опорой на новую идеологию построения современного общего образования, ориентацию его на достижение значимых образовательных результатов. Без освоения этого уровня компетентность школьника не может быть признана достаточной для полноценного продолжения образования и последующего личностного развития.
В соответствии с требованиями ФГОС ООО к результатам предметной области «Технология» использование 3D-принтеров позволит:
Использование 3D-принтера позволит получить:
• Предметные результаты
• Личностные результаты
развития их образного, алгоритмического и логического мышления;
• Метапредметные результаты
Предлагаемые 3D-принтеры разработаны специально для детей школьного возраста и идеально подходят для желающих начать знакомство с аддитивными технологиями и изучать основы 3D-печати. Они просты в использовании, безопасны, надежны, доступны по цене.
Разработанная образовательная программа успешно работает в школах Белгородской, Воронежской, Липецкой и других областей Российской Федерации.
Рисунок 2. Участие компании «3Д-комплекс» в Образовательном салоне Вологодской области, август 2018 года
Наши специалисты совместно с Воронежским институтом развития образования разработали программу подготовки преподавателей образовательных организаций с целью формирования профессиональных компетенций в области аддитивных технологий.
Совместно с Воронежским государственным педагогическим университетом разработаны методические рекомендации, которые позволят качественно организовать учебный процесс по освоению аддитивных технологий и практическому моделированию с помощью 3D-оборудования.
Необходимо внедрять 3D-технологии в школы, чтобы наше образование было более конкурентоспособным, чтобы в будущем на рынке труда наши школьники стали востребованными специалистами, готовыми работать по новым мировым стандартам. За 3D-технологиями будущее, и этим будущим станут сегодняшние школьники.
Применение аддитивных технологий
Аддитивные технологии – специальность относительно новая, российские колледжи и вузы занимаются подготовкой студентов с 2017-2018 года. Что это за профессия, насколько она востребована и какие перспективы у молодых дипломированных специалистов?
Длительность подготовки
Подготовка будущих специалистов осуществляется на базе:
Обучение ведется в колледжах (код специальности – 15.02.09). Его длительность – 3 года 10 месяцев и 2 года 10 месяцев. По окончании учебного заведения выпускникам присваивается квалификация техник-технолог.
Продолжить обучение они могут в ВУЗах и получить степень бакалавра. Программы бакалавриата рассчитаны на 4 года. Код специальности «Аддитивные технологии» в университетах — 2.27.03.05.
Описание направления
Аддитивные технологии – это инновационный способ производства товаров разных промышленных групп методом послойного наращивания сырья. 3D принтер – самый известный пример устройства, работающего по описываемому принципу.
Материалы, способы нанесения могут отличаться, но в каждом случае продукция производится по единому принципу – послойному наращиванию. За основу технологи берут пластик, поликарбонат, бетон, металл, живые клетки – любые материалы.
Начало использования аддитивных технологий стало прорывом для современной промышленности, открыло дополнительные возможности. Сегодня они применяются в разных отраслях:
Самый известный пример применения – 3D принтер. Потенциал у этого направления мощный: с годами его популярность будет набирать обороты, а сферы применения расширяться. Эксперты рынка труда прогнозируют высокий спрос на специалистов по аддитивным технологиям.
Причина растущей популярности кроется в их особенностях: внедрение послойного наращивания сокращает себестоимость изготовления товара и ускоряет процесс его производства. При этом качество конечной продукции не только не теряется, а и повышается.
Периодически в средствах массовой информации публикуются новости о создании бионических протезов, человеческих органов для пересадки, одежды, предметов быта, которые объединяет одно – все они напечатаны на 3D принтерах. В перспективе массовым станет печать автомобилей, жилых домов и других объектов капитального строительства.
Инновации требуют хорошего технического и практического знания предмета, поэтому программы подготовки студентов включают максимум прикладных дисциплин.
Учебная программа
В колледжах и университетах дисциплины разбиты на несколько модулей, чтобы каждое направление было проработано досконально, без пробелов в образовании.
Курс подготовки техника и инженера-технолога включает десятки спецпредметов, включая:
Должностные обязанности
В должностные обязанности специалиста входят:
Производство продукции методом послойного наращивания. Оно включает:
Работа над технологическим процессом производства. Сюда входят:
Управление аддитивными производствами. Оно подразумевает административные функции:
Кем работать?
Диплом специалиста по аддитивным технологиям позволяет заниматься:
Заработная плата дипломированного техника без опыта работы составляет 35-45 тысяч рублей. В дальнейшем она будет расти.
Обязательные навыки и компетенции
Будущий инженер по аддитивным технологиям должен:
Технолог должен быть готов к тому, что его инновационные проекты, идеи не на всех производствах востребованы. В России это направление только набирает обороты – удельный вес отечественных предприятий, использующих его, не превышает 1,5% в общем объеме мирового рынка. Эксперты прогнозируют ему дальнейшее развитие.
Мировое лидерство удерживают Германия, Америка и Китай. Бизнесмены и инвесторы из этих государств охотно сотрудничают с перспективными российскими специалистами, предлагая им достойные условия и оплату труда.
Учебные заведения
Получить специальность можно в образовательных учреждениях технического профиля:
Результаты использования метода послойного синтеза
Машиностроение. Первый прототип трехмерного автомобиля, развивающего скорость 112 км/ч, от компании Kor Ecologic. Кузов и детали для транспортного средства печатались на 3D принтере.
LMSD Swim – автомобиль, который производитель позиционирует как «умный и безопасный». Разработчики презентовали его осенью 2015 года. Транспортное средство на 2/3 напечатано на принтере. Для его изготовления использовались инновационные материалы – ABS-пластик и углеволокно.
Строительство. Объект, традиционное строительство которого занимает 2-3 года, можно построить за 15-20 дней, если применять строительную трехмерную печать. Это доказали инженеры-конструкторы из Дубая, создав «Офис будущего» в 2016 году.
Модульное здание высотой 6 метров, длиной 36 метров и шириной 12 метров они распечатали на принтере. Процесс занял 17 дней, еще 2 дня потребовалось на монтаж. Затраты на строительство составили 140 тысяч долларов. Объект полностью готов к эксплуатации.
Отель Lewis Grand на Филиппинах тоже построен с применением аддитивной печати. Автором проекта выступил россиянин Андрей Руденко.
Медицина. Томографическое исследование с высокоточной печатью больного органа и точной локацией патологии – один из наиболее распространенных и востребованных результатов внедрения инноваций. Благодаря этому виду диагностики и томографическим снимкам качество лечения удалось повысить в разы, сократить смертность пациентов.
Искусственное выращивание органов для пересадки в скором времени станет повседневной реальностью. Сегодня в медицинских лабораториях с успехом выращивается человеческая кожа для последующей пересадки, костные и хрящевые ткани.
Внедрение технологий позволяет печатать одноразовые стерильные инструменты, изготавливать высококачественные и точные имплантаты, зубные коронки, ортопедические протезы.
Крупные фармацевтические компании уже тестируют таблетки и другие лекарственные препараты с применением искусственного интеллекта. Это позволит сократить количество побочных эффектов, сроки выздоровления, снизить вероятность рецидивов.
Аддитивные технологии. Что это?
Аддитивные технологии наращивают темпы внедрения в нашу жизнь. Все чаще можно увидеть предметы, в производстве которых использовались аддитивные технологии. В этой статье Вы узнаете что это, зачем это нужно и где это применяется.
Аддитивные технологии — это технологии наращивания и синтеза объектов. То есть это технологии, помогающие создать любую форму, используя порошок из металла.
Технология была разработана в 1990 году. Начальным развитием технологии является быстрое создание прототипов для оценки эргономических и эстетических особенностей будущей серийной модели. Несмотря на то, что технологии уже 30 лет, популярность она начала набирать в последние 10 лет.
Аддитивные технологии включают в себя множество методов с разными целями применения.
Говоря простым языком, это наращивание одного материала на другой посредством послойного наплавления лазером через сопло подачи порошка в порошковой камере. Говоря еще проще, это 3D-печать металлическим порошком.
Во-первых, это бесконечные возможности. То есть можно нарастить деталь любой формы. Например, создать деталь с огромным количеством конформных или интегрированных каналов для охлаждения в изготовлении пресс-форм или теплоотвода в двигателях внутреннего сгорания. Также напечатанные детали получаются легче на 60%, чем вырезанные классическим способом аналогичные детали. Это особенно важно в аэрокосмической и медицинской отраслях.
Во-вторых, это экономия на материалах. Наращивание металлическим порошком намного дешевле, нежели классическая обработка цельного куска металла.
В-третьих, это сокращение времени на разработку, потому что функциональные прототипы могут быть изготовлены буквально за день. Стоит отметить, что материалы можно использовать те же, что и при серийном производстве.
Основной принцип этого метода — послойное нанесение материала на уже существующую базу. Особенностью данного принципа является одновременное наплавление комбинации разных материалов посредством лазера. Говоря проще, лазер плавит металлический порошок образуя дорожки. Множество дорожек образуют сплошной слой.
1. Создание детали с нуля. Последовательное наплавление дорожек друг на друга для создания сплошной структуры.
2. Нанесение материалов на существующие. После изготовления детали необходимо нанести антикоррозийный или износостойкий слой на поверхность детали. При помощи лазерной сварки наплавлением данный слой будет наиболее долговечным, нежели традиционное напыление.
3. Ремонт деталей. Зачастую дорогостоящая деталь ломается по той или иной причине. Разработка и вытачивание детали с нуля долго и дорого, а деталь нужна здесь и сейчас. Благодаря возможности наплавления слоя на уже существующую деталь (в нашем случае на поврежденную), отремонтировать деталь можно быстро и недорого.
4. Создание трубчатых структур. Наплавление производится слоями, тем самым можно нарастить трубчатую изогнутую структуру любой формы. Металлические, легкие и изогнутые трубки пользуются огромным спросом в аэрокосмической отрасли, где все зависит от веса и прочности каждого элемента конструкции.
5. Комбинация материалов и создание градиентных. Исходя из технологии, через 2 сопла подается 2 металлических порошка, которые плавятся под действием лазера. Это редкая возможность комбинировать 2 металла для создания детали, которая будет обладать преимуществами каждой из них.
Разберем пример создания коленного импланта. Для начала фрезеруется деталь-платформа для коленного импланта (она гладкая и глянцевая на детали). Это занимает ровно 12 минут на 1 деталь. После чего на эту платформу наращивается основная часть импланта. За 9 часов можно нарастить 9 имплантов.
Таким образом, за 9 часов и 12 минут будут готовы импланты, которые вернут людям возможность ходить. Кстати, верхний коленный имплант (над красным кругом) также был напечатан на станке, однако фрезерная обработка была совершена после печати, а не до в сравнении с нижним коленным имплантом.
Аддитивное производство активно применяется в авиакосмической отрасли, потому что можно создавать легкие компоненты необычных форм, с возможностью комбинации материалов для улучшений свойств, таких как теплопроводность и прочность деталей. Для получения идеальной детали необходимо применять иную обработку. В галерее Вы можете увидеть поэтапное создание корпуса турбины для авиастроения.
Подытожим. Аддитивное производство развивается стремительными темпами, дополняя традиционное создание деталей, а местами даже заменяя его. Уже в ближайшем будущем найдутся решения, которые обратят недостатки наращивания деталей в преимущество, и тогда уже можно будет говорить о полноценной замене традиционной фрезерной и токарной обработке.
На сегодняшний день мы имеем следующие общие преимущества и недостатки, связанные с аддитивными технологиями.
1. Создание объекта всего за одну процедуру печати.
2. Возможность создания объектов, которые невозможно сделать при традиционной обработке. Например, полые изнутри объекты, часто применяемые в изготовлении протезов.
3. Построение объектов любой сложности, с минимальными временными затратами на приготовление процесса из-за отсутствия необходимости в разработке технологического процесса.
4. Построение объекта, элементы которого сделаны с использованием разных материалов.
1. Из-за особенности наращивания деталей в структуре могут быть мелкие поры, которые недопустимы для хранения некоторых жидкостей, например, гелия.
2. По сравнению с цельным куском металла, который был обработан точением и сверлением, наращенный металлический порошок имеет сравнительно меньшую прочность из-за своей структуры.
3. Дорогостоящие расходные материалы. При наращивания используется большое количество металлического порошка, а также инертных газов.
4. При быстрой печати возможны неточности в производстве, которые в последствии необходимо устранять традиционной обработкой.
5. Деталь имеет множество лишних структур, нужные в качестве поддержки. Решается эта проблема при помощи фрезерного/токарного станка или ручной обработкой. Некоторые станкостроительные компании предлагают гибридные станки, сочетающие в себе аддитивные и фрезерные технологии.
Спасибо специалистам из DMG MORI за консультации по теме аддитивных технологий.
Офигенно, спасибо! Очень интересно.
А можно следующую статью про выращивание монокристаллов? Насколько я понимаю, там как раз получается добиться максимальной жесткости структуры. Смотрел видео про историю металлообработки и там в конце рассказывали как выращивать форсунки авиационных турбореактивных двигателей.
Аддитивные технологии на молекулярном уровне сулят фантастическими прорывами в технологиях.
А как такие изделия в плане сопромата?
сложная тема простыми словами- то, что надо!
Образование и аддитивные технологии
Современные стандарты обучения формируются с учетом тенденций развивающегося мира. Сейчас многие школы активно внедряют в базовую программу дополнительные модули связанные с новыми технологиями. Так, ориентируясь на образовательный стандарт, где прописано, что дети должны ознакомиться со станками цифрового производства, которым является 3D принтер, в школе №151 города Красноярска решили внедрить обучение 3D моделированию и печати на уроках технологии. Расскажем, что из этого вышло.)
В 2017 году в школе №151 города Красноярска был открыт технологический класс, задачей которого было создать условия для обучения детей цифровым технологиям. 3D принтеры были в списке оборудования, которым школа хотела оснастить свой класс.
К нам за консультацией обратился Никита Данилюк, учитель технологии из этой школы, победитель конкурса «Учитель года грода Красноярск 2019». Основной вопрос был даже не в выборе 3D принтера, а в том, что на нем делают в школе, есть ли опыт работы со школами, разработаны ли какие-то программы обучения в других школах. Стоит отметить, что в Красноярске на тот период было не так много школ, оснащенных 3D принтерами, чтобы обменяться опытом. А наша компания была спонсором проведения WorldSkills в городе Красноярске, помогала в проведении Олимпиады 3D образование в городе Железногорске и плотно сотрудничала со школами, проводя обучение учителей работе на 3D принтерах.
И главное, это очень интересно детям, а там, где интересно там лучше запоминается и проще изучается.рите наш полный выпуск про применение 3д печати в школе №151 на канале Аддитивная кухня
15.02.09 Аддитивные технологии 30.06.2020
Специальность реализуется в учебном отделении «Хорошевское» по адресу: 1-ый Хорошевский проезд, д.8 строение 1.
Образовательная база приема
Нормативный срок освоения программ (очная форма)
Специальность Аддитивные технологии является самой молодой среди специальностей и профессий в машиностроение. Однако, аддитивные технологии являются будущим всех промышленных предприятий. Совсем скоро не останется привычной нам обработки материалов, ее место займет послойное выращивание и наплавка-аддитивные технологии. Специалиста в данной области можно назвать пионером и уверенно назвать аддитивные технологии специальностью будущего.
Все начинается с процесса изготовления изделия на основе CAD-модели путем послойного добавления материала. Создание (или, иначе говоря, выращивание) детали происходит за счет последовательного формирования слоев материала, их фиксации или отверждения и соединения между собой.
Использование 3D-принтеров и 3D-сканеров открыло уникальные возможности воспроизведения сложнейших пространственных форм, объектов, инженерных конструкций и механизмов во многих областях науки и производства — например, в аэрокосмической, автомобильной, нефтегазовой промышленности, машиностроении, металлообработке, медицине, ювелирном деле.
Что будет написано в дипломе:
Специализация: Аддитивные технологии
Область профессиональной деятельности:
Ракетно- космическая промышленность, машиностроение, приборостроение, химическое машиностроение, автомобилестроение, медицина (изготовление протезов), стоматология.
Виды профессиональной деятельности:
Для кого/ кому может быть интересна эта программа:
Специальность будет интересна тем, кого интересует работа с 3Д моделированием, печать изделий на 3 Д принтерах и работа с бесконтактными сканерами.
На какую заработную плату может претендовать выпускник колледжа: Выпускники с дипломом на «отлично» и «хорошо» могут претендовать на заработную плату от 80 000 рублей.
Рабочее место:
Работа в лабораториях по проведению входного и выходного контроля, работа с аддитивными установками, работающими с пластиком, или металлом. Работа в технологическом бюро.
Базы прохождения практики и потенциальные места трудоустройства наших студентов:
ПАО «Компания «Сухой», АО «ММП имени В.В. Чернышева», ОАО НПО «Наука», АО «Аэроэлектромаш», АО «НИИХиммаш», НПО «Алмаз» ФГУП «НАМИ», АО «НИИ ТП».
После окончания колледжа студенты для дальнейшего профессионального становления личности и повышения уровня обучения по выбранной специальности могут поступать в следующие учебные заведения: МГТУ СТАНКИН, МГТУ им. Н.Э. Баумана, Московский государственный университет путей сообщения и прочие ВУЗы технической направленности.
Личностные качества при выборе специальности:
Аналитический склад ума, усидчивость, наблюдательность, нацеленность на результат, многозадачность, умение работать с большими объемами данных.