планує, здійснює пошук, опрацьовує, порівнює, аналізує, оцінює самостійно або у співпраці з іншими надійність джерел і достовірність інформації для розв’язання життєвої/навчальної проблеми [12 ПРО 2.1.1]
ідентифікує, формулює та аналізує самостійно або у співпраці з іншими життєву/навчальну проблему [12 ПРО 4.2.1]
оцінює самостійно або у співпраці з іншими значення природничих наук, техніки і технологій для суспільного прогресу і сталого розвитку [12 ПРО 3.4.1]
Мета уроку:
Сформувати в учнів уявлення про суть, принципи та застосування адитивного виробництва у сучасній науці, промисловості та побуті.
Ознайомитись із матеріалами, технологіями та перевагами цього методу.
Сприяти розвитку критичного мислення через аналіз екологічних, економічних і соціальних аспектів використання адитивних технологій.
Що таке “адитивне виробництво”? Основні технології 3D-друку;
Розв’язок завдань для кращого розуміння теми;
“Чотири порося”. Казка на сучасний лад;
Рефлексія.
Очікувані результатидля учнівства:
Я пояснюю поняття «адитивне виробництво» та відрізняю його від традиційних методів;
Я називаю основні технології 3D-друку та їхнє призначення;
Я наводжу приклади застосування адитивного виробництва в кулінарії та будівництві;
Я оцінюю переваги та недоліки адитивного виробництва.
Дружня порада вчителю
Тримайтеся, це лише на 45 хвилин! Очікувані результати для вчителя: Такі самі, як в учнів! Тривалість: до 2 хвилин
1. Мотивація
Дружня порада вчителю
Тривалість: до 2 хв. Обговоріть з учнями, в яких сферах людської діяльності використовують технології 3D-друку.
У фільмі “Міккі 17”, події якого відбуваються у далекому майбутньому, показано технологію 3D-друку людського тіла. Тіло головного героя, на якому тестують віруси, вакцини, ліки тощо, після смерті друкують наново. І хоча станом на сьогодні процес, показаний у фільмі, ще не досліджено, технології 3D-друку ВЖЕ використовуються майже в усіх сферах людської діяльності.
Напишіть конкретні приклади використання технології 3D-друку у наш час.
Тривалість: до 10 хв. Продемонструйте учням презентацію, в якій описані різні типи 3D-друку. Для підготовки до уроку можна використати наступні ресурси:
Адитивне виробництво — це метод побудови будь-яких предметів за їхньою 3D-моделлю. Процес ще називають «вирощуванням», тому що виріб виготовляється поступово, шар за шаром. Залежно від типу технології, створення предмета може відбуватися знизу вгору або зверху вниз. Наразі адитивне виробництво більше відоме під назвою «3D-друк».
Адитивне виробництво застосовується для виготовлення прототипів, зразків і готових виробів з різних матеріалів: від пластику до композитних компонентів. Підприємства використовують 3D-друк для виробництва предметів промислового, побутового й медичного призначення. Технологію активно використовують у військовій промисловості.
На 3D-принтері виготовляють деталі салону машин, вузли літаків, імпланти й навіть елементи двигунів.
Компанії використовують 3D-друк як засіб візуалізації, щоб швидко протестувати виріб, з’ясувати, чи відповідає він нормам і чи матиме дефекти. Завдяки адитивним технологіям усе це можна зробити ще до запуску серійного виробництва.
FDM (Fused Deposition Modeling) — друк методом натоплення, коли кожен наступний шар створюється з рідкого пластику, що пропускається через екструдер. По суті, 3D друк FDM – це безперервна подача нитки матеріалу в екструдер (друкуючу головку), оснащений нагрівальним елементом. Останній призначений для нагрівання сопла, через яке подається матеріал. На цьому етапі відбувається плавлення пластику і екструзія (видавлювання) його на платформу 3D принтера. Кожен наступний шар видавлюється на попередній по заданій траєкторії, за рахунок чого і відбувається побудова виробу. Для більш плавної подачі матеріалу, а також швидкого затвердіння шарів, екструдери оснащуються зовнішніми вентиляторами, що створюють різкий перепад температур.
SLS (Selective Laser Sintering) — лазер рухається платформою з нанесеним порошком і вибірково спікає між собою точки в порошку. Сама технологія досить проста. Спеціальне відділення 3D принтера заповнюється витратним матеріалом, після чого запускається друк. Цікаво, що безпосередньо перед відтворенням порошок розігрівається практично до температури плавлення. За допомогою лазерної установки і скануючого дзеркала промінь лазера направляється на необхідні ділянки порошку, спікаючи їх разом шар за шаром. Після спікання першого шару вирівнюючий механізм додає тонкий шар порошку поверх нього, і процес відбувається заново до повного побудови об’єкта. Тобто, відтворення об’єкта відбувається знизу-вгору, а за рахунок заповнення камери порошком не потрібно будувати підтримуючі структури. Найпоширенішим матеріалом для селективного лазерного спікання є нейлон.
SLA (Laser Stereolithography) — всередині 3D-принтера міститься ванна з рідким фотополімером. Поверхнею матеріалу рухається лазерний промінь, і там, де він торкається рідини, фотополімер застигає, створюючи шар виробу. Лазерна стереолітографія, вона ж 3D друк SLA, є не тільки однією з перших 3D технологій у світі, але й однією з найточніших методик адитивного виробництва. В деякому роді вона унікальна, адже в ній в якості витратного матеріалу застосовується рідка фотополімерна смола. Суть технології полягає в засвіченні фотополімеру за певним алгоритмом (заданим програмою-слайсером на основі 3D моделі). Під впливом лазерного випромінювання смола застигає, формуючи готовий об’єкт.
CJP (ColorJet Printing) — кольоровий 3D-друк, що використовує склеювання гіпсового порошку. Технологія друку CJP працює з порошкоподібними матеріалами, окремі ділянки якого склеюються між собою за допомогою сполучної речовини. Робоча область 3Д принтера складається з відсіку для витратного матеріалу, валика для його розрівнювання, камери побудови, контейнера з клеєм, системи подачі та друкувальної головки. Спершу на робочу платформу (на якій буде відбуватися побудова об’єкта) наноситься шар порошку, відповідний висоті першого шару. Зазвичай всі шари моделі рівні по висоті. Далі робоча платформа опускається вниз на висоту одного шару і покривається новою порцією матеріалу.
Тривалість: до 15 хв. Допомагайте учням, консультуйте їх! Слідкуйте за часом, щоб учні вчасно перейшли до наступного завдання.
Завдання № 1 (А).
Чого тільки не друкують на 3D-принтері нині! Навіть їжу.Щоб продемонструвати можливості технології, команда інженерів з Колумбійського університету, університету Пейс, а також нідерландського дослідницького університету Вагенінген, приготувала на 3D-принтері чизкейк.
Арахісове масло наноситься на шар пасти з крекерів в процесу 3D-друку. Зображення – Jonathan Blutinger/Columbia Engineering. Джерело: bituk.media
Процес приготування на 3D-принтері схожий до друку на ньому деталей з пластику: сопло пошарово наносить інгредієнти у запрограмованому наперед порядку та кількості. Однак на відміну від звичайних установок, кулінарний принтер має ще і діодний лазер (довжина хвилі випромінювання 445 нанометрів) та інфрачервоний лазер (на довжині хвилі у 980 нанометрів), які можуть продукт ще і термічно обробляти. Дослідники описують цю техніку як подібну до підсмажування крем-брюле на сильному вогні, але контрольовану в міліметровому масштабі. За пів години науковці отримали готовий чизкейк без жодного втручання у процес приготування.
До речі, на 3D-принтері можна друкувати не лише десерти! Ізраїльська компанія Redefine Meat випускає “рослинне м’ясо”, його виготовляють на 3D-принтері. Основні інгредієнти – соя, горох, нут, буряк, харчові дріжджі та кокосова олія.
З’єднайте кожну технологію 3D-друку з відповідним описом.
Лазер твердить фотополімерну смолу, формуючи тверду модель зі смоли;
Лазер спікає порошок (зазвичай нейлон), створюючи міцні вироби без потреби в підтримці;
“Друк” живими клітинами або біоматеріалами для створення тканин, органів чи м’язів.
Розплавлений пластик видавлюється через сопло й шар за шаром створює об’єкт.
Металевий порошок плавиться лазером, що дозволяє виготовляти деталі зі сплавів.
Технологія друку працює з порошкоподібними матеріалами, окремі ділянки якого склеюються між собою за допомогою сполучної речовини.
А. Bioprinting; Б. FDM (Modeling Deposition Fusion); В. CJP (ColorJet Printing); Г. SLS (Selective Laser Sintering); Д. DMLS (Direct Metal Laser Sintering); Е. SLA (Stereolithography). Ваша відповідь:_______________________________________________________
5. Попрактикуймо самостійно:
Дружня порада вчителю
Тривалість: до 15 хв. Допомагайте учням, консультуйте їх. Перевірте, чи всі учні виконують поставлене завдання.
“Чотири поросяти”. Казка на новий лад
Жили-були чотири поросяти — Ніф-Ніф, Наф-Наф, Нуф-Нуф і Ноф-Ноф. Кожен з них вирішив побудувати собі будинок: 🐷 Ніф-Ніф побудував хатку із соломи — швидко й просто; 🐷 Наф-Наф змайстрував будиночок із дерева — він виглядав гарно й був тепліший; 🐷 Нуф-Нуф збудував дім із цегли — міцний та надійний; 🐷 Ноф-Ноф створив дім за допомогою 3D-принтера — інноваційно, з використанням полімерів.
Проаналізуйте кожен із чотирьох типів будівництва за наступними критеріями:
Що таке “адитивне виробництво”? Основні технології 3D-друку;
Розв’язок завдань для кращого розуміння теми;
“Чотири порося”. Казка на сучасний лад;
Рефлексія.
Очікувані результатидля учнівства:
Я пояснюю поняття «адитивне виробництво» та відрізняю його від традиційних методів;
Я називаю основні технології 3D-друку та їхнє призначення;
Я наводжу приклади застосування адитивного виробництва в кулінарії та будівництві;
Я оцінюю переваги та недоліки адитивного виробництва.
1. Мотивація
У фільмі “Міккі 17”, події якого відбуваються у далекому майбутньому, показано технологію 3D-друку людського тіла. Тіло головного героя, на якому тестують віруси, вакцини, ліки тощо, після смерті друкують наново. І хоча станом на сьогодні процес, показаний у фільмі, ще не досліджено, технології 3D-друку ВЖЕ використовуються майже в усіх сферах людської діяльності.
Напишіть конкретні приклади використання технології 3D-друку у наш час.
Адитивне виробництво — це метод побудови будь-яких предметів за їхньою 3D-моделлю. Процес ще називають «вирощуванням», тому що виріб виготовляється поступово, шар за шаром. Залежно від типу технології, створення предмета може відбуватися знизу вгору або зверху вниз. Наразі адитивне виробництво більше відоме під назвою «3D-друк».
Адитивне виробництво застосовується для виготовлення прототипів, зразків і готових виробів з різних матеріалів: від пластику до композитних компонентів. Підприємства використовують 3D-друк для виробництва предметів промислового, побутового й медичного призначення. Технологію активно використовують у військовій промисловості.
На 3D-принтері виготовляють деталі салону машин, вузли літаків, імпланти й навіть елементи двигунів.
Компанії використовують 3D-друк як засіб візуалізації, щоб швидко протестувати виріб, з’ясувати, чи відповідає він нормам і чи матиме дефекти. Завдяки адитивним технологіям усе це можна зробити ще до запуску серійного виробництва.
FDM (Fused Deposition Modeling) — друк методом натоплення, коли кожен наступний шар створюється з рідкого пластику, що пропускається через екструдер. По суті, 3D друк FDM – це безперервна подача нитки матеріалу в екструдер (друкуючу головку), оснащений нагрівальним елементом. Останній призначений для нагрівання сопла, через яке подається матеріал. На цьому етапі відбувається плавлення пластику і екструзія (видавлювання) його на платформу 3D принтера. Кожен наступний шар видавлюється на попередній по заданій траєкторії, за рахунок чого і відбувається побудова виробу. Для більш плавної подачі матеріалу, а також швидкого затвердіння шарів, екструдери оснащуються зовнішніми вентиляторами, що створюють різкий перепад температур.
SLS (Selective Laser Sintering) — лазер рухається платформою з нанесеним порошком і вибірково спікає між собою точки в порошку. Сама технологія досить проста. Спеціальне відділення 3D принтера заповнюється витратним матеріалом, після чого запускається друк. Цікаво, що безпосередньо перед відтворенням порошок розігрівається практично до температури плавлення. За допомогою лазерної установки і скануючого дзеркала промінь лазера направляється на необхідні ділянки порошку, спікаючи їх разом шар за шаром. Після спікання першого шару вирівнюючий механізм додає тонкий шар порошку поверх нього, і процес відбувається заново до повного побудови об’єкта. Тобто, відтворення об’єкта відбувається знизу-вгору, а за рахунок заповнення камери порошком не потрібно будувати підтримуючі структури. Найпоширенішим матеріалом для селективного лазерного спікання є нейлон.
SLA (Laser Stereolithography) — всередині 3D-принтера міститься ванна з рідким фотополімером. Поверхнею матеріалу рухається лазерний промінь, і там, де він торкається рідини, фотополімер застигає, створюючи шар виробу. Лазерна стереолітографія, вона ж 3D друк SLA, є не тільки однією з перших 3D технологій у світі, але й однією з найточніших методик адитивного виробництва. В деякому роді вона унікальна, адже в ній в якості витратного матеріалу застосовується рідка фотополімерна смола. Суть технології полягає в засвіченні фотополімеру за певним алгоритмом (заданим програмою-слайсером на основі 3D моделі). Під впливом лазерного випромінювання смола застигає, формуючи готовий об’єкт.
CJP (ColorJet Printing) — кольоровий 3D-друк, що використовує склеювання гіпсового порошку. Технологія друку CJP працює з порошкоподібними матеріалами, окремі ділянки якого склеюються між собою за допомогою сполучної речовини. Робоча область 3Д принтера складається з відсіку для витратного матеріалу, валика для його розрівнювання, камери побудови, контейнера з клеєм, системи подачі та друкувальної головки. Спершу на робочу платформу (на якій буде відбуватися побудова об’єкта) наноситься шар порошку, відповідний висоті першого шару. Зазвичай всі шари моделі рівні по висоті. Далі робоча платформа опускається вниз на висоту одного шару і покривається новою порцією матеріалу.
Чого тільки не друкують на 3D-принтері нині! Навіть їжу.Щоб продемонструвати можливості технології, команда інженерів з Колумбійського університету, університету Пейс, а також нідерландського дослідницького університету Вагенінген, приготувала на 3D-принтері чизкейк.
Арахісове масло наноситься на шар пасти з крекерів в процесу 3D-друку. Зображення – Jonathan Blutinger/Columbia Engineering. Джерело: bituk.media
Процес приготування на 3D-принтері схожий до друку на ньому деталей з пластику: сопло пошарово наносить інгредієнти у запрограмованому наперед порядку та кількості. Однак на відміну від звичайних установок, кулінарний принтер має ще і діодний лазер (довжина хвилі випромінювання 445 нанометрів) та інфрачервоний лазер (на довжині хвилі у 980 нанометрів), які можуть продукт ще і термічно обробляти. Дослідники описують цю техніку як подібну до підсмажування крем-брюле на сильному вогні, але контрольовану в міліметровому масштабі. За пів години науковці отримали готовий чизкейк без жодного втручання у процес приготування.
До речі, на 3D-принтері можна друкувати не лише десерти! Ізраїльська компанія Redefine Meat випускає “рослинне м’ясо”, його виготовляють на 3D-принтері. Основні інгредієнти – соя, горох, нут, буряк, харчові дріжджі та кокосова олія.
З’єднайте кожну технологію 3D-друку з відповідним описом.
Лазер твердить фотополімерну смолу, формуючи тверду модель зі смоли;
Лазер спікає порошок (зазвичай нейлон), створюючи міцні вироби без потреби в підтримці;
“Друк” живими клітинами або біоматеріалами для створення тканин, органів чи м’язів.
Розплавлений пластик видавлюється через сопло й шар за шаром створює об’єкт.
Металевий порошок плавиться лазером, що дозволяє виготовляти деталі зі сплавів.
Технологія друку працює з порошкоподібними матеріалами, окремі ділянки якого склеюються між собою за допомогою сполучної речовини.
А. Bioprinting; Б. FDM (Modeling Deposition Fusion); В. CJP (ColorJet Printing); Г. SLS (Selective Laser Sintering); Д. DMLS (Direct Metal Laser Sintering); Е. SLA (Stereolithography). Ваша відповідь:_______________________________________________________
5. Попрактикуймо самостійно:
“Чотири поросяти”. Казка на новий лад
Жили-були чотири поросяти — Ніф-Ніф, Наф-Наф, Нуф-Нуф і Ноф-Ноф. Кожен з них вирішив побудувати собі будинок: 🐷 Ніф-Ніф побудував хатку із соломи — швидко й просто; 🐷 Наф-Наф змайстрував будиночок із дерева — він виглядав гарно й був тепліший; 🐷 Нуф-Нуф збудував дім із цегли — міцний та надійний; 🐷 Ноф-Ноф створив дім за допомогою 3D-принтера — інноваційно, з використанням полімерів.
Проаналізуйте кожен із чотирьох типів будівництва за наступними критеріями:
Ділись та обговорюй важливе