3d-принтеры

В данной статье я постараюсь изложить суть моего проекта и показать процесс, который из наброска робота-собаки перетёк в заказ печатных плат для перчатки

Начало

Перчатка вытекла прямиком из моего проекта Mark, кроме того она является его значимой частью, так что начать следует с него.

Самый первый прототип робота был сделан в один из вечеров лета 2018 года. Это был четвероногий робот, состоящий из 8 сервоприводов SG90(обычных синих) и кусков гвоздей. Соединялось всё это термоклеем и не имело ни единого шанса на нормальную работу ввиду очень неудачного распределения массы. Но я этого не знал и в тот же вечер заставил его шагать по прямой, а ещё через минут 15 после этого плата, через которую шло питание, задымилась и на столе оказался отпаявшийся линейный стабилизатор (к слову я так и не понял что там произошло).

Починить эту горку термоклея гвоздей и изоленты я так и не смог. В своё оправдание могу сказать, что в тот момент я не умел паять, из электроники понимал только что нельзя замыкать + и -, а о существовании 3D печати и не слышал.

В конце лета заказал себе первый принтер - Anet A8.

Обычный принтер для ознакомления с технологией: рама из акрила, кинематика с "дрыгостолом" и шумные моторы (скорее их драйвера)

Почти сразу после его покупки я освоил tinkercad, где и воссоздал того робота на 4 ногах уже с заменой гвоздей на пластик и добавлением поворотного сервопривода.

Данное творение так и не заходило, но сподвигло меня на создание других версий. Возможно для моих червероногих роботов сделаю отдельную статью, так что просто дам последовательность из фотографий версий.

Последняя версия сейчас обзаводится корпусом, но уже нормально ходила и имеет неплохую грузоподъёмность.

С последней и предпоследней версией я победил на 2 мероприятиях и решил расширять серию Mark. Именно так на скорую руку я записал относительно нереальные планы на роботов, включая большие металлические базы для роботов. Но затем я всё же переосмыслил идею серии - можно же сделать реально интересную систему марсоходов, которая может себя показать и на Земле.

Собственно вот как я пока что это позиционирую:

Система роботовMark- это исследовательский комплекс дляавтономногоисследования местности, в частности - поверхностиМарса.

Mark6 - основная база, предназначен для защиты остальныхроботовот неблагоприятных условий.

Mark3 - основной разведчик, благодаря ногам может взбираться науступы,также имеет 4 колеса.

Mark4 -шнекоход, также выполняет роль спасательного аппарата.

Mark5 -инсектоидс крыльями и 6 ногами. Может использоваться дляизученияочень узких проходов.

Mark7 -робозмея, также как иMark5 может исследовать узкиепроходы иотверстия.

Markgauntlet перчатка для ручного управления всеми роботами.

Из представленных роботов у меня есть почти готовые Mark 6, Mark 4, ну и собственно Mark 3 и Mark gauntlet.

Из интересного по ним пока есть только основа Mark 6 и его шасси, которые пока печатаются

Разработка перчатки: версия 1

Первая версия перчатки была сделана весной 2020 года и сразу заработала с тестовым стендом, но там мало что могло не сработать: я использовал обычный радиомодуль на 433 МГц с антенной из куска провода. Более подробно там есть в видео (моё первое видео, так что там всё очень посредственно) https://youtu.be/eEAHhr9Suug?t=194

Разработка перчатки: версия 2

Вторая версия была уже через 2 недели, так как она являлась прямым продолжением первой почти во всём.

Тут уже был радиомодуль nrf24l01, несколько режимов работы и выбор канала передачи. На работу перчатки можно глянуть в видео https://youtu.be/P_fq7KkfJrI

Кроме того я решил пойти с этой версией на фестиваль Rukami. С этого момента перчатка уже стала основным направлением работ на 2-3 месяца, что выдало в итоге неплохой результат.

Разработка перчатки: версии 3 и 4

Обе имеют схожий функционал и были сделаны каждая за пару дней.

3 версия:

Функционал:

• WiFi модуль esp8266

• Радиомодуль NRF24l01+

• Мини радиомодуль на 433 МГц

• Bluetooth модуль

• Акселерометр + гироскоп на перчатке

• Панель управления с OLED дисплеем

В целом получилась нормальная версия, но её было бы сложно повторять из-за пайки навесом прямо на корпусе. Вот подобие описания этой версии https://youtu.be/52WvejA6dyk .

4 версия:

Тут уже я взял всё что подходило под концепцию и добавил к этому контроллер Atmega2560

Видео с процессом её создания:

Функционал:

• WiFi модуль

• Радиомодуль NRF24L01+

• Радиомодуль LoRa

• MP3 плеер и динамик к нему

• ИК- светодиод (для простейшей связи)

• Мощные адресные светодиоды сбоку

• Акселерометр+гироскоп

• Датчик цвета + жестов

• Панель управления с OLED дисплеем

На этом можно было бы и остановиться, но я решил пойти дальше и сделать версию 4.2

Версия 4.2 или завершающий штрих перчатки

Про уже спроектированные части я расскажу подробно, но платы пока ещё не пришли, так что сборку и результат уже покажу в следующей статье

Основа возвращается с первой версии из-за подходящей геометрии

Перчатка скорее всего останется с версии 4

Для питания будут использоваться 3 аккумулятора 18650 на 3.4 А*ч каждый, что обеспечит достаточно большую автономность. Крепиться это будет на плечо.

Почти вся электроника будет распаяна на 2 печатные платы, которые соединятся вместе

Ну и первоначальный код, который будет использоваться для теста на работоспособность. В нём я не использовал пока только LoRa модуль. Ссылка на гитхаб: https://github.com/Madjogger1202/Mark_GauntletV4.2/blob/main/src/main.cpp

Дальнейшее создание этой версии будет уже в ближайшее время.

/*  Hi stranger, this is main code file for this project  I'm not a 100% programmer, but i can make electronics work,  so i will be grateful if you add any features  it is fully opensource project, so anyone can build stuff based on this code   have a great time reading this badly written working code (^_^) */#include <Arduino.h>      // why not...#include <Wire.h>#include <SPI.h>// i have to make all modules work, so i will use some libraris to make life easier//1) Display.      im using 0.96 oled from china, it is not standart at dimentions, bt i like how it looks in final designs :)#include <Adafruit_GFX.h>#include <Adafruit_SSD1306.h> // Adafruit librari works 50/50, it depends on display driver (yes, they can hava same names, bt diffrent drivers)//2) RGB Led panel.       LEDs 2812 (8-bit panel) #include <microLED.h>//3) NRF24L01+ #include <nRF24L01.h>#include <RF24.h>//4)APDC9960 usefull sensor#include "Adafruit_APDS9960.h"//5) LoRa radio sx1278#include <RH_RF95.h>//6) MPU6050 gyro + acsel#include <Adafruit_Sensor.h>#include <Adafruit_MPU6050.h>//7) MP3 module#include <DFPlayer_Mini_Mp3.h>// first switches connectionint8_t first_sw[8] = { A14, A13, A12, A11, A10, A9, A8, A7 };// second switches connectionint8_t second_sw[8] = { 38, 37, 36, 35, 34, A6, 32, A15 };// buttons connectionint8_t buttons[4] = { A3, A1, A0, A2 };#define LED1 10#define LED2 11#define JOY_X A6#define JOY_Y A5#define POT A4#define LORA_D0 42#define LORA_NSS 43#define LORA_RST 44#define NRF_CSN 40#define NRF_CE 41#define IR_LED 7#define R_LED 4#define G_LED 5#define B_LED 6#define WS_LED 45LEDdata leds[8];microLED strip(leds, 8, WS_LED); #define ORDER_GRB RF24 radio(NRF_CE, NRF_CSN);Adafruit_MPU6050 mpu;Adafruit_SSD1306 display(128, 32, &Wire, -1);Adafruit_APDS9960 apds;volatile bool irqMPU;volatile bool irqAPDC;struct allData{  volatile boolean irqMPU;  volatile boolean irqAPDC;  bool stable;  int8_t x_acs;  int8_t y_acs;  int8_t z_acs;  uint8_t mode;  uint8_t channel;  uint16_t button;    uint16_t potData;  uint16_t joyX;  uint16_t joyY;  uint8_t led1Mode;  uint8_t led2Mode;  uint8_t redLedMode;  uint8_t blueLedMode;  uint8_t greenLedMode;  uint8_t wsLedMode;  }mainData;struct radioData{  bool stable;  int8_t x_acs;  int8_t y_acs;  int8_t z_acs;  uint8_t mode;  uint8_t channel;  uint16_t button;    uint16_t potData;  uint16_t joyX;  uint16_t joyY;} telemetriData;void readMode();void readCh();void readAcs();void readJoy();void readPot();void readButtons();void sendNRF();void sendBL();void sendLoRa();   // will reliase it soonvoid displayInfo();// at all it is possible to create up to 256 diffrent modes,// but if you need more - connect mode counter with channel counter (maybe partly)void n1Mode();void n2Mode();void n3Mode();void n4Mode();void n5Mode();void n6Mode();void n7Mode();void n8Mode();void n9Mode();void n10Mode();void n11Mode();void n12Mode();void acsel(){  mainData.irqMPU=true;}void gesture(){  mainData.irqAPDC=true;}void setup() {  for(int i=0;i<8;i++)    pinMode(first_sw[i], INPUT_PULLUP);  for(int i=0;i<8;i++)    pinMode(second_sw[i], INPUT_PULLUP);  for(int i=0;i<4;i++)    pinMode(buttons[i], INPUT_PULLUP);  pinMode(LED1, OUTPUT);  pinMode(LED2, OUTPUT);  analogWrite(LED1, 10);  analogWrite(LED2, 100);    pinMode(JOY_X, INPUT);  pinMode(JOY_Y, INPUT);  pinMode(POT, INPUT_PULLUP);    pinMode(LORA_D0, OUTPUT);  pinMode(LORA_NSS, OUTPUT);  pinMode(LORA_RST, OUTPUT);    pinMode(NRF_CSN, OUTPUT);  pinMode(NRF_CE, OUTPUT);    pinMode(IR_LED, OUTPUT);  pinMode(R_LED, OUTPUT);  pinMode(G_LED, OUTPUT);  pinMode(B_LED, OUTPUT);    pinMode(WS_LED, OUTPUT);  strip.setBrightness(130);    strip.clear();  strip.show();   strip.fill(mCOLOR(YELLOW));  strip.show();  Serial.begin(115200);  Serial2.begin(9600);  mp3_set_serial(Serial2);  mp3_set_volume(30);  mp3_play (1);  if (!mpu.begin())    Serial.println("Sensor init failed");  if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) { // Address 0x3C for 128x32    Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));    for(;;); // Don't proceed, loop forever  }  display.display();  display.clearDisplay();    display.display();  if(!apds.begin())    Serial.println("failed to initialize device! Please check your wiring.");  apds.enableProximity(true);  apds.enableGesture(true);  radio.begin();                                        radio.setChannel(100);                                 radio.setDataRate     (RF24_1MBPS);                     radio.setPALevel      (RF24_PA_HIGH);                   radio.openWritingPipe (0x1234567899LL);                 radio.setAutoAck(false);  attachInterrupt(0, acsel, RISING);  attachInterrupt(1, gesture, RISING);  Serial1.begin(9600);         // bluetooth module connected to Serial1   delay(5000);  mp3_stop ();    }void loop(){ readMode(); readCh(); readAcs(); readJoy(); readPot(); readButtons(); Serial.println(digitalRead(A14)); Serial.println(digitalRead(A13)); Serial.println(digitalRead(A12)); Serial.println(digitalRead(A11)); Serial.println(digitalRead(A10)); Serial.println(digitalRead(A9)); Serial.println(digitalRead(A8)); Serial.println(digitalRead(A7)); Serial.println(); Serial.println();   displayInfo();  switch (mainData.mode)  {  case 0:    n1Mode();    break;  case 2:    n2Mode();    break;  case 3:    n3Mode();    break;  case 4:    n4Mode();    break;    }}void readAcs()      // reading acseleration values from sensor directly to main struct{  sensors_event_t a, g, temp;  mpu.getEvent(&a, &g, &temp);  mainData.x_acs = a.acceleration.x;  mainData.y_acs = a.acceleration.y;  mainData.z_acs = a.acceleration.z;  return;}void readJoy()     // i am filering analog values for better perfomance {  mainData.joyX = (analogRead(JOY_X)+analogRead(JOY_X)+analogRead(JOY_X)+analogRead(JOY_X))/4;  mainData.joyY = (analogRead(JOY_Y)+analogRead(JOY_Y)+analogRead(JOY_Y)+analogRead(JOY_Y))/4;  return;}void readPot(){  mainData.potData = analogRead(POT);  return;}void readButtons()   // buttons : 1) 1; 2)0; 3)1; 4)1;   and mainData.button == 1011 {  mainData.button = !digitalRead(A1)*1000+!digitalRead(A2)*100+!digitalRead(A3)*10+!digitalRead(A0);  return;}void sendNRF(){  // i am writing telemetri struct only when sending data  // in this case i can track how relevant telemetri data is  telemetriData.stable = mainData.stable;  telemetriData.x_acs = mainData.x_acs;  telemetriData.y_acs = mainData.y_acs;  telemetriData.z_acs = mainData.z_acs;  telemetriData.mode = mainData.mode;  telemetriData.channel = mainData.channel;  telemetriData.button = mainData.button;    telemetriData.potData = mainData.potData;  telemetriData.joyX = mainData.joyX;  telemetriData.joyY = mainData.joyY;  radio.write(&telemetriData, sizeof(telemetriData));}void sendBL(String inp){  Serial1.print(inp);  return;}// void sendLoRa();void displayInfo(){  display.clearDisplay();  display.setTextSize(1);               display.setTextColor(WHITE);         display.setCursor(0, 0);              display.print(mainData.channel);      display.print("  ");            display.print(mainData.mode);  display.print("  ");  display.println(mainData.z_acs);        display.print(mainData.button);  display.print("  ");  display.print(mainData.joyX);  display.print("  ");  display.print(mainData.joyX);  display.print("  ");  display.println(mainData.potData);  display.display();}void readMode(){  bitWrite(mainData.mode, 0, (!digitalRead(A14)));  bitWrite(mainData.mode, 1, (!digitalRead(A13)));  bitWrite(mainData.mode, 2, (!digitalRead(A12)));  bitWrite(mainData.mode, 3, (!digitalRead(A11)));  bitWrite(mainData.mode, 4, (!digitalRead(A10)));  bitWrite(mainData.mode, 5, (!digitalRead(A9)));  bitWrite(mainData.mode, 6, (!digitalRead(A8)));  bitWrite(mainData.mode, 7, (!digitalRead(A7)));  return;}void readCh(){  bitWrite(mainData.channel, 0, digitalRead(second_sw[0]));  bitWrite(mainData.channel, 1, digitalRead(second_sw[1]));  bitWrite(mainData.channel, 2, digitalRead(second_sw[2]));  bitWrite(mainData.channel, 3, digitalRead(second_sw[3]));  bitWrite(mainData.channel, 4, digitalRead(second_sw[4]));  bitWrite(mainData.channel, 5, digitalRead(second_sw[5]));  bitWrite(mainData.channel, 6, digitalRead(second_sw[6]));  bitWrite(mainData.channel, 7, digitalRead(second_sw[7]));  return;}void n1Mode(){  sendNRF();  digitalWrite(LED1, !digitalRead(LED1)); // just blink to understand, that it is working}void n2Mode(){}void n3Mode(){}void n4Mode(){}void n5Mode(){}void n6Mode(){}void n7Mode(){}void n8Mode(){}void n9Mode(){}void n10Mode(){}void n11Mode(){}void n12Mode(){}

В прошлой статье я показал то, как развивался мой проект и, в частности Mark gauntlet. В кратце: это перчатка-наруч, на которой есть радиомодули и разные интерфейсы взаимодействия.
Версия 4.2 скорее всего последняя и я постарался сделать её презентабельной и лёгкой в повторении.

1.Печатные детали

Проектировалось всё в Fusion 360. Детали можно скачать как в slt формате, так и файлом сборки
https://www.thingiverse.com/thing:4727760

Батарейный отсек

В отсек вставляется аккумуляторный бокс 3*18650, сама конструкция одевается на плечо.

Основа и отсек электроники

3 из 4 частей я спаял вместе, а 4 снимается, позволяя надевать основу относительно быстро и надёжно

Перчатка

Этот модуль крепится к любой тканевой перчатке

2.Электроника

Большинство электроники находится на печатных платах

Герберы: https://drive.google.com/file/d/1i3CFKzojWJuONOF4YCz36jZLYSJCyV46/view?usp=sharing

Список необходимых компонентов в таблице: https://docs.google.com/spreadsheets/d/1PZ8kXeQK-clzN3hqWwmkAduVLjoLY-DlqfcQJGO0RUQ/edit?usp=sharing

После запайки компонентов лучше продублировать шины питания проводами (от нижней платы к верхней)

Затем необходимо аккуратно вклеить (можно термоклеем) платы в корпус

3.Программа

Необходимые библиотеки: https://drive.google.com/file/d/18YIRuKPIxHF3aGCWzGyV30Dec9tg4xoR/view?usp=sharing

Код я писал в Visual Studio Code через platformio. Код на гитхабе: https://github.com/Madjogger1202/Mark_GauntletV4.2

Разбор кода и подробности есть в видео: https://youtu.be/YojpGYL2TF0

У меня остались ещё 3 полные пары плат, поэтому если кто-то решит повторить мой проект - могу их выслать (из Китая доставка примерно 1000 руб выйдет, для 1 устройства невыгодно там заказывать).

Если есть какие-либо вопросы по устройству- готов ответить.

Дублирую важные ссылки:

гихаб: https://github.com/Madjogger1202/Mark_GauntletV4.2
библиотеки: https://drive.google.com/file/d/18YIRuKPIxHF3aGCWzGyV30Dec9tg4xoR/view?usp=sharing
thingerverse: https://www.thingiverse.com/thing:4727760
таблица с компонентами и распиновкой: https://docs.google.com/spreadsheets/d/1PZ8kXeQK-clzN3hqWwmkAduVLjoLY-DlqfcQJGO0RUQ/edit?usp=sharing
герберы плат: https://drive.google.com/file/d/1i3CFKzojWJuONOF4YCz36jZLYSJCyV46/view?usp=sharing

Хочу рассказать, как мы собрали 3д-принтер в домашних условиях, так сказать, из говна и палок. Это был школьный проект, который принес определенные плюшки в свое время.

Забегая вперед, покажу, на что оказался способен наш домашний принтер уже после некоторой эволюции. Но обо всем по порядку.

Как и зачем мы пришли к идее собрать 3D-принтер дома

Один хороший трудовик в школе обучал детей работе с деревом. В основном, это были разделочные доски и шкатулки. Изюминка изделий декоративная резьба. Так вот, нашему трудовику удалось увлечь одного смышленого 9-классника моделированием в программе Компас 3D. А тот, в свою очередь, решил сделать благое дело создать инструмент для печати в школе. Так родилась идея для исследовательской работы.

Перед нами стояла основная задача создать 3D-принтер максимально дешево. В ход пошли подручные средства и запчасти от старой техники. Списанные принтеры были любезно предоставлены руководителем большой фирмы на безвозмездной основе (все же в наше время без знакомств и блата далеко не уйдешь). Кстати, благотворительность тоже еще не умерла в процессе работы над проектом нашлись добрые люди, которые очень здорово помогли с нужным материалом, информацией и идеями.

P.S.: Наш проект не является коммерческим. Это чисто исследовательская работа, цель которой - ответить на вопрос: можно ли построить 3D-принтер, используя только простые бытовые инструменты, имеющиеся в наличии: электролобзик, бытовой лазерный принтер и минимум вложений. Принтер использовался как инструмент для дальнейших школьных проектов.

Процесс создания 3D-принтера

Наша работа была разделена на несколько этапов. Конструкция не раз переделывалась с целью улучшения качества печати, исправления ошибок, придания завершенного вида устройству. Этапы работы можно представить так:

1. Выбор кинематики (механизмы, приводящие в движение печатающую головку в пространстве по трем осям и экструдер, отвечающий за скорость, а также количество вдавливаемого пластика из печатающей головки ).

2. Выбор необходимой электроники.

3. Поиск нужных запчастей в недрах старой техники.

4. Разработка 3D-моделей и чертежей для принтера.

5. Сборка первой версии и тест (СТЕР-1).

6. Модернизация и сборка улучшенной версии 2 (СТЕР-2).

В целях экономии для осей Х и Y использовали мебельные направляющие. Размеры: 35* 400 мм (ось X), 35*300 мм (ось Y). Они обеспечивают плавный ход кинематики и стоят недорого: около 70-80 р за пару штук (в зависимости от размера).

Для оси Z использована часть разобранного механизма от DVD-привода. Высота печати в связи с этим будет всего 4,5 см, но этого пока достаточно для печати подшипников скольжения из нейлона (будем использовать леску для триммера). В будущем ось Z переделаем на использование таких подшипников и увеличим высоту печати.

Необходимую электронику заказали на Алиэкспресс. Нам потребовались:

• плата Ардуино Mega 2560 (плата);

• плата Ramps 1.4;

• драйверы шаговых двигателей drv8825;

• экструдер в сборе e3d V6.

Разобрали списанную технику и добыли нужные двигатели, подшипники, каретки и другие детали.

Основные части устройства и стол решили делать из фанеры. Во-первых, есть хороший опыт работы с ней. Во-вторых, обходится недорого. Детали для 3D-принтера моделировали в Компас 3D. Чертежи распечатали на листах, перевели на фанеру, вырезали. Чтобы точнее переносить чертежи, использовали ЛУТ-метод (лазерно-утюжная технология), который применяется, в основном, при травлении плат.

Далее был изготовлен временный боуден (устройство для подачи пластикового прутка). Для этого пришлось переделать двигатель по инструкциям в интернете. Также для него взяли латуневую шестеренку и сточили зубцы. Позже деталь была заменена на заводскую.

Собрали электронику. Прошили управляющую программу Marlin в плату, настроили прошивку. Прошивал с помощью Arduino IDE 1.8.7.

Крепление для экструдера изготовили также из фанеры.

Дополнительная информация:

• Кинематика аналогична конструкции, которую применяют в ЧПУ, с неподвижным столом. Переделана из старых струйников HP (X, Y).

• Концевики у нас самодельные из кнопок от старых приводов CD/DVD (для осей X, Y).

• Проводка выполнена из двух кабелей: VGA кабель от монитора и витой пары (фирменный патч-корд, новый). Витая пара использовалась для подключения двигателя по оси Х и концевиков по этой же оси.

• Для оси Z использовали механические контактные из лазерного принтера. Вначале стояла временная каретка от DVD-привода, потом замоделировали и распечатали пластиком. Высота печати увеличилась с 4 см до 11 см.

На первоначальных этапах 3D-принтер выжрал бюджет в 4500 руб и выглядел так:

Как 3d-принтер запечатал

В промежуточной версии наш принтер заработал с областью печати 15184 см (ширина*длина*высота). Всего 4 см по высоте. Это потому, что мы использовали каретку от DVD-привода для оси Z. В дальнейшем лишнее убрали и добавили небольшую платформу для крепления экструдера.

Ну и, конечно, фото первой распечатанной модели. Это еще было на первой версии боудена, двигатель не справлялся с леской (слишком скользкая, все-таки нейлон). Сейчас уже все нормально.

Для пробы также напечатали часть светильника (литофания)

Поясню для тех, кто вдруг не знает: литофания это эффект изображения, который виден при подсвечивании. Достигается за счет разности толщины печати чем толще участок, тем темнее на просвете. С виду выглядит, как невзрачный кусок пластика с контурами изображения, а при подсвечивании проявляется черно-белая картинка.

Модернизация и исправление недочетов

Все подробности описать в одном посте сложно, поэтому скажу об основных этапах и проблемах, которые возникали. Первая версия принтера СТЕР-1 была модернизирована следующим образом:

1. Боуден был заменен, так как работал некорректно. Заказали на Алиэкспресс стальную шестерню подачи пластика. После этого экструдер заработал нормально.

На данном этапе принтер стабильно печатал подшипники скольжения слоем 0,2 мм.

2. В дальнейшем уже распечатали смоделированные детали для новой оси Z. После этого высота печати должна стать 11 см.

3. Потом добавили обдув. Систему деталей печатали на нашем же принтере СТЕР-1.

4. Промучились с кинематикой около недели (возникали проблемы) и добились новых результатов. Тестовая печать:

5. Сделали новый стол, так как было решено переделать систему регулировки.

6. Построили новую ось Z. Распечатали замоделированные детали пластиком PLA. Покрасили, собрали на строительной шпильке, установили. Высота печати на данном этапе была 40 мм.

7. В дальнейшем модернизировали ось Х. Замоделили и распечатали портал оси Х. На этом этапе возникла проблема были допущены ошибки в расчетах. Пришлось перепечатывать крепление двигателя оси Х из-за смещения ремня.

Все заработало. На этом можно сказать модернизация закончилась.

Эволюция нашего 3D-принтера и рождение СТЕР-2

Мы уже было разрабатывали идеи для переделки кинематики с целью улучшения качества печати нашего принтера СТЕР-1, как на голову свалился неожиданный подарок. Я познакомился с директором фирмы по разработке и продаже 3D-принтеров. Вдохновившись нашей работой и благими целями, он подарил нам целых два корпуса ZAV и 700 гр. пластика.

Тут начался новый этап нашего развития, и родился новый усовершенствованный принтер СТЕР-2. Мы разработали новую конструкцию на подшипниках (так дешевле). В ход пошли остатки деталей от той самой старой техники, но необходимые детали уже распечатывались на полноценном 3D-принтере, а не на школьном. Имея за плечами хороший опыт и вложив около 7000 рублей в электронику, рельсы, пустив в ход призовой (об этом позже) и подаренный пластик, всего за 1,5 месяца мы создали СТЕР-2.

Собрали начинку, которая отлично вжилась в подаренный корпус.

Установили нагревательный стол и сделали калибровку потока на принтере. Перекрасили корпус в черный цвет.

На данном этапе был начат новый проект: изготовили модель реактивного двигателя для олимпиады. Так как времени было немного, распечатку деталей разделили аж на 4 принтера, чтобы все успеть. Без дела не стоял даже СТЕР-1 из фанеры.

После этого уже доводили до совершенства внешний вид принтера СТЕР-2:

• поставили дверцу, а также распечатали и установили ручку;

• для дисплея замоделили и распечатали кожух;

• сделали купол в 3D-принтере;

• распечатали 4 ножки и установили их;

• распечатали крепления для концевиков;

• распечатали надписи и корзину для инструментов.

Напомню, что первая версия СТЕР-1 выглядела так:

В заключение

Много времени уже прошло с момента разработки и создания нашего принтера СТЕР-1. Свою функцию и предназначение он выполняет на данный момент находится в ведении школьного трудовика и приносит пользу. Печатает он вполне сносно. Например, вот корпус для усилителя, напечатанный на СТЕР-1, который был собран из фанеры и старых запчастей.

Что нам дал этот проект в конечном итоге?

1. Наш школьный проект СТЕР-1 был успешно защищен на городской олимпиаде и прошел на республиканский этап.

2. Мы выиграли в конкурсе на 3dtoday в номинации Самодельный 3D-принтер и получили приз в виде 5 катушек пластика, которые нам очень пригодились для дальнейших работ.

3. На основе полученного опыта мы быстро собрали второй принтер СТЕР-2 с лучшим качеством печати. Корпус и пластик были подарены фирмой, которая оценила и поощрила наш труд.

4. Мы выполнили еще один школьный проект для олимпиады (модель реактивного двигателя).

Надеюсь, что наш опыт пригодится другим людям. Возможно, для создания собственного принтера или как идея для исследовательской работы в старших классах. Если будут вопросы, задавайте - ответим, уточним, подскажем.

Бюджет на СТЕР-1: в общей сложности до 6000 руб.

Время изготовления: примерно 3 месяца.

Бюджет на СТЕР 2: около 7000 руб.

Время изготовления: примерно 1,5 месяца.

На данный момент было решено СТЕР-2 разобрать и на его основе собрать новый 3D-принтер Uni для домашней печати нашему уже 11-класснику.

Резьба по дереву древнейшее искусство с многовековой историей. И кто бы мог подумать, что через такой вид творчества я приду к сборке 3D-принтеров. Взаимосвязь, конечно же, косвенная. Но все началось со знакомства с учителем по технологии в школе, о котором я упоминал в предыдущей моей статье по сборке 3D-принтера из фанеры и запчастей от списанной техники. Это он мне выделил одного из своих учеников, с которым мы собирали принтер для школьного кабинета труда. Сегодня я хочу познакомить вас с деятельностью нашего трудовика и работами его подопечных, которые ни раз занимали призовые места на всероссийских олимпиадах по технологии. На самом деле, таких трудовиков сейчас днем с огнем не сыщешь, а работы просто завораживают, особенно если учесть, что это делали ученики 5-11 классов. Я и сам пробовал вырезать. Очень занимательное творчество. У нас даже есть мастер-класс по геометрической резьбе, им поделюсь ниже в статье.

Сравнить несравнимое

Конечно же, сравнивать ручную резьбу и печать на 3D-принтере не совсем целесообразно. Но определенная схожесть есть. Если для принтера изделия мы моделируем в компьютерной программе, то при вырезании из дерева модель нужно держать в голове. Но это не всегда удобно, поэтому наш трудовик (зовут его, кстати, Ринат Зуфарович) как раз и заинтересовался 3д-моделированием. И увлек этим школьников. И именно с одним из них мы собрали 3D-принтер из фанеры и старых запчастей.

Плюсы и минусы везде свои. На самом деле, чтобы вырезать красоту из дерева, особых талантов иметь не нужно. Здесь рулят терпение и творческий подход. А материалом служат всего лишь кусок доски или бревна, резак и финишное покрытие. Однако внешний вид изделий и трудозатраты не сравнить с теми, которые напечатаны на 3D-принтере. Но каждому свое. Например, если даже посмотреть на шкатулки, вырезанные вручную и напечатанные на принтере, можно заметить большую разницу.

С объемными фигурами еще интереснее. Своя прелесть есть и там, и там.

Как фанат вселенной звездных воинов, я собираю себе коллекцию. И печать на 3D-принтере очень выручает. Не представляю, сколько бы я вырезал такую фигуру из дерева, хотя это вполне реально.

Моя работа

Резьба по дереву завораживает любого, кто видит результат. А если посмотреть мастер-класс, и вовсе можно залипнуть технически это настолько просто, что хочется прямо сейчас все бросить и начать заниматься резьбой. Со мной было именно так. Ближе с изделиями я познакомился, когда начал делать сайт для школьной мастерской и составлял каталог поделок (ох, немалую работу тогда мы проделали). Я попросил выделить мне материал и инструменты, изучил некоторую информацию в интернете и взялся за работу. Это было несколько лет назад, и даже фотография готового изделия не сохранилась (однажды все фотографии с телефоном вместе канули в небытие), а потом я его кому-то подарил.

По памяти опишу коротко процесс:

1. Получил от Зуфарыча кусок дерева.

2. Нашел в интернете рисунок розы.

3. Перевел его на зачищенную поверхность.

4. Удалил резаком лишнее вокруг контура.

5. Придал форму цветку и обработал мелкие детали.

6. Дочка 5 лет раскрасила цветок гуашью (она у меня художница, рисует с малых лет).

7. Покрыл поверхность лаком.

Это единственное сохранившееся фото. Процесс работы довольно прост и интересен, но с непривычки устают пальцы и руки, к чему потом привыкаешь. На это у меня ушло без малого около полугода, так как делал в свободное время от работы.

У учеников обычно уходит от 1-2 недель до месяца, если узор мелкий и сложный.

Страна должна знать своих героев

Ринат Зуфарович работает в школе уже более 25 лет. И кроме уроков труда, где школьников нужно обучать по стандартной программе, ведет кружок, где приобщает талантливую молодежь к полезному творчеству. И надо сказать, у него огромное количество подопечных, которые ходят к нему с удовольствием. Дальше, наверное, слова будут лишними. Просто предлагаю посмотреть на работы ребят. Выкладываю все это, разумеется, с разрешения Рината Зуфаровича.

Победитель всероссийской олимпиады по технологии в номинации Народные промыслы и ремесла" России.

Следующая работа заняла 1-е место на республиканском конкурсе мастерства

Пятиклассники чаще работают с фанерой.

В школе у Зуфарыча лежит огромная стопка грамот, ведь практически на каждой олимпиаде ребята занимали призовые места. Также с этими работами участвовали на разных творческих выставках.

Работ очень и очень много. Только для школьного сайта было сфотографировано около 100 изделий. И количество их с годами растет.

Кроме резьбы по дереву, ребята занимаются и другими смежными видами творчества. Например, изготавливают картины из меди. Покажу одну из них.

Виды резьбы по дереву

Для общего ознакомления расскажу об основных видах резьбы по дереву. Надо отдать должное Ринату Зуфаровичу с учениками они применяют практически все виды от самых простых до самых сложных.

1. Плосковыемчатая резьба. В школьной мастерской чаще используется геометрический вид такой резьбы. Выполняется она с помощью клинорезных выемок по контуру геометрических фигур треугольников, квадратов и т.д. Уникальный узор образуется за счет разницы в глубине, размерах, количестве граней в каждой выемке.

2. Плоскорельефная резьба. Часто новички начинают с нее. Чтобы создать узор, нужно удалить лишнюю часть дерева вокруг контура. Выборку можно делать равномерной по глубине тогда высота рисунка будет одинаковой по всей поверхности. Но можно поэкспериментировать с разной глубиной выборки. Сюда же относится и заоваленная резьба. По названию понятно, что здесь нет острых краев и граней, так как они везде скругляются.

3. Рельефная резьба. Здесь практически нет плоских поверхностей. Выделяют барельефную, горельефную и резьбу татьянка. Первые два более сложны в техническом плане. А "татьянка" подразумевает полное заполнение поверхности рисунком в виде плетеного кружева. Обычно для нее выбирают растительный орнамент, где элементы плавно перетекают друг в друга.

4.Скульптурная резьба. Название говорит само за себя. Берется кусок дерева и вырезается объемная фигура, при этом фон полностью убирается.

5. Прорезная резьба. Часто используется при изготовлении мебели или других элементов интерьера. Фон частично вырезается, при этом формируется цельный узор.

На самом деле, вариантов классификации видов резьбы по разным признакам много. В школьной мастерской используются в основном перечисленные техники в различной комбинации. Материалом может служить массив дерева практически любой породы: от яблони до кедра. Школьникам предоставляется липа (она мягкая и более доступная в нашей полосе). Те, кто младше (5 классы), вырезают на фанере.

К сожалению, финансирование на это дело выделяется очень скудное или вообще не выделяется. Основы шкатулок Ринат Зуфарович изготавливает сам. Из фанеры корпуса могут делать и ученики. Материалы трудовик находит также самостоятельно через свои связи. Единственное, в школе есть оборудование - станки разных видов, на которых изготавливаются заготовки, а затем склеиваются. Но и они уже отрабатывают постепенно свой срок, списываются, а новые не поставляются, что, конечно, очень печально.

А вот и обещанный мастер класс.

В заключение

В моей статье про 3D-принтер из фанеры я достаточно опрометчиво отметил, что Один хороший трудовик в школе обучал детей работе с деревом. В основном, это были разделочные доски и шкатулки. Как видите, не только разделочные доски и шкатулки. И там были некоторые споры и мнения про нынешних спитых и странных трудовиков. Почему-то захотелось написать о Ринате Зуфаровиче немного больше. Это человек с большой буквы и мировой мужик с золотыми руками так я его могу описать. И он делает действительно великое дело приобщает детей к труду и творчеству, что в современном мире гаджетов и компьютеров не так-то просто.

Перфорационные очки (очки с дырочками) идеальный вариант для тех, кому лень делать гимнастику для глаз. Я почувствовала, что в последнее время понижается острота зрения и решила не покупать тренажёры за 1000 рублей, а смоделировать и распечатать на 3d-принтере. Интересно было проверить действительно это работает или нет.

На пике популярности этих чудо-очков маркетологи неустанно убеждали народ, что они помогают улучшить зрение и избавиться от некоторых видов заболеваний глаз. Однако, это не совсем так. Есть большая разница между понятиями профилактика, коррекция и лечение.

Зачем мне перфорационные очки?

Недавно я писала, что начала изучать 3D-моделирование в Компас 3Д. Статью о моих салфетницах можно посмотреть ТУТ. Этот проект завершен. Результат меня очень порадовал и вдохновил к следующим действиям. Встал вопрос, что же эдакое смастерить. Безделушки печатать на 3D-принтере не особо хочется, поэтому решила создать что-то полезное. На момент написания данного поста я ношу свои очки-тренажеры уже 5 дней и эффект ощущаю явный. Но обо всем по порядку.

Итак, почему именно перфорационные очки:

1. Моделировать гайки и болты, а также простейшие конструкции надоело. Было решено взяться за что-то более сложное. Это был мой второй проект. На деле моделирование очков оказалось до безобразия простым, но к итоговому результату я пришла через слёзы и боль))) Ниже расскажу, почему.

2. В последнее время заметила, что от частого напряжения глаза устают, вижу все хуже и хуже. Работаю за компьютером, сижу в соцсетях, еще и в игрушки на телефоне рублюсь. Все это дает о себе знать. Пора принять меры.

3. Я терпеть не могу делать гимнастику для глаз. Ну, не моё это. Всякий раз, как начинала, меня хватало на 1,5 занятия. Может тренажёры как раз и помогут? Решила проверить свою теорию об эффективности перфорационных очков, о которой не перестают спорить знатоки и обыватели с момента появления продукта на рынке. Если не изменяет память, бум был в годах 90-х.

Принцип работы перфорационных очков

Устройство этих тренажёров для глаз очень простое. Представляют они собой темные пластины с дырочками диаметром 12 мм, расположенными в определенном шахматном порядке. На самом деле, есть мнение, что отклонения в диаметре дырочек и порядке их расположения особого значения не имеют, так как принцип работы единый. Заключается он в том, что через мелкие отверстия на сетчатку глаза пучки видимого света поступают точечно, а не рассеянно, как обычно. Сжатые компактные световые лучи быстрее обрабатываются головным мозгом, который перерабатывает их в более четкую картинку. Именно поэтому в этих очках возникает ощущение, что видишь мир вокруг более четко.

Если говорить о механизме действия, то все завязано на аккомодационном аппарате органа зрения. А конкретнее, на цилиарной мышце глаз.

Она парная, кольцевидная, состоит из гладкомышечных волокон. Отвечает за изменение кривизны хрусталика глаза, вследствие чего меняется его оптическая сила, а соответственно, и фокусировка. Когда человек носит перфорационные очки, пространство перед глазами затемняется, так как нет рассеянного света, и цилиарной мышце приходится напрягаться, чтобы подстроить кривизну хрусталика для правильной фокусировки. Когда очки снимаются, все возвращается к прежнему. Таким образом, цилиарная мышца учится быстрее адаптироваться к изменению интенсивности световых потоков, за счет чего увеличивается скорость фокусировки. А это способствует меньшему уставанию глаз.

PS: я не профессор, у меня всего лишь среднее медицинское образование (фельдшер). А строение органа зрения очень и очень сложное. Поэтому объяснила, как смогла.

Как я моделировала свои перфорационные очки

Сначала я поискала уроки в интернете. Не нашла ничего про очки. Затем решила, что модель довольно простая, опыт небольшой есть, справлюсь и так. Цель, как и в случае с салфетницами, создать модель максимально простым способом, без лишних сложностей. Именно поэтому я решила отказаться от петлевого крепления дужек и взяла на вооружение шип-пазовый метод. Проблемы со слабой пространственной ориентацией решила с помощью готовых очков взяла солнечные очки сына. По размеру сидят нормально, форма устраивает как раз плотно прилегают и не пропускают лишний свет в отличие от моих собственных. С расчетом размеров в этот раз проблем было меньше.

Процесс моделирования:

1. Нарисовала схему очков на бумаге и обозначила нужные размеры. Будет как подсказка.

2. Создала в Компасе деталь. Нарисовала прямоугольник размерами 140х46 мм. Выдавила на 12 мм, так как форма пластины должна быть вогнутой и будем вырезать нужную толщину из имеющейся массы. Дело в том, что моя попытка выдавить пластину из дуги изначально вогнутой формы провалилась не удалось корректно вырезать даже дырочки.

3. Вырезала по нужным размерам область переносицы. Для этого сначала установила вспомогательные линии, так как на определенной длине отрезка нужно было высокое скругление. Прорисовала контур основной линией и вырезала выдавливанием. Высота проёма = 2,5 см, длина основания = 3 см.

4. Дальше придала желаемую форму пластинам очков. Рисуем нужный контур основной линией и вырезаем выдавливанием. Можно и скруглить, но мне больше нравится геометрическая форма.

5. Дальше прорисовала пазы по бокам, куда будут вставляться дужки очков. От верха располагаются на расстоянии 7 мм, от бокового края 2 мм (лучше сделать 3). Высота отверстия = 10,3 см, толщина = 2,3 мм (чтобы шип высотой 10 мм и толщиной 2 мм вставился свободно).

6. Прорисовала дырочки. Изначально хотела диаметром 1 мм, но решила, что лучше 1,5 мм для более корректной печати на 3d-принтере. Расстояние между перфорациями = 1 мм (но, когда моделировала, идеальное совмещение Компас мне показал на значении 7 так и не поняла, почему, но ориентировалась по схеме визуально). Чтобы быстро размножить отверстия, сначала прорисовала одну начальную и вторую в шахматном порядке во втором ряду. Выделив две окружности, скопировала по сетке, определила количество элементов и расстояние между ними. Затем удалила лишние отверстия, которые располагаются слишком близко к краям или выходят за них. Отзеркалила сетку для другой пластины. Чтобы убедиться в правильности размеров и расстояний между дырочками, открыла фото перфорационных очков, схожих по форме с моими, и посчитала вручную, сколько их там. Все оказалось в порядке.

7. Дальше дело оставалось за малым из толщи вырезать вогнутую платину. И вот тут я дошла до слёз и чуть не бросила это занятие) Причем, по своей же глупости. Этот вариант у меня уже был последним, я подкорректировала размеры и учла ошибки предыдущих 5 попыток. Но две дуги и отрезки, соединяющие их, никак не хотели совмещаться и замыкаться в контур. Как так-то? Я ж до этого делала, проблем не возникалоПросидела 1,5 часа, пытаясь совместить точки начала дуги и отрезков. Проступили слезы))) Решила, что не нужны мне эти очки и не буду я заниматься моделированием. Через 15 минут отошла. Убедила себя, что я сильная, что я справлюсь и дойду до конца. Обозначила начало и конец каждой точки вручную, долго и аккуратно. Вуаля получилось! Контур замкнулся. А дальше, на каком-то этапе, когда я прорисовывала дужки, поняла, что у меня тупо были отключены привязки((( Но результат есть, дело пошло дальше.

8. Прорисовать форму дужек очков после такого стресса было уже проще некуда))) Выдавила на 3 мм. Кстати, создала их не в сборке, а как отдельную деталь.

9.Скруглила "на глазок" углы. Ребра трогать не стала.

10. Вспомнила, что у пластин я не скруглила ничего, доработала. Добавила фаску по верхним углам (для более удобной печати). Скруглила ребра, чтобы не царапали, когда буду носить.

11. Теперь осталось сделать шипы на дужках, которые будут вставляться в пазы на пластине. НО! Пластина изогнутая, а дужка очков должна вдеваться к ней перпендикулярно. На данном этапе я тоже долго промучилась, но была готова, поэтому боли было меньше))) Я этот нюанс заметила заранее, но не стала скашивать паз, а решила сделать шип под уклоном для большей прочности крепления. Процесс такой: создала сборку, совместила по осям две детали. Пока дужку поставила под прямым углом. Далее на дужке в эскизе рисуем прямоугольник и выдавливаем его до внешнего края объекта (пластин). На этом этапе я еще научилась ловчить с инструментом ориентация.

12.Еще пришлось редактировать дужку прилегающий край ровный, под прямым углом, а пластина скошена, соответственно остается небольшое пространство. Отредактировала деталь, изменив выдавливание до ближней поверхности объекта (пластины) в сборке.

13.На завершающем этапе обнаружила, что дужка у очков тоже не прямо-горизонтальная, а изогнута примерно под углом 30 градусов. Здесь уже было проще действовала как с пластиной. Отредактировала эскиз дужек, выдавливание поставила на 10 мм, а не 3. Нарисовала нужные формы и вырезала лишнее.

Вторую дужку рисовать не надо, так как ее можно отзеркалить в слайсере при настройке печати.

Вот и все. Печатаем три детали и собираем перфорационные очки.

На печать пластины ушло 3,5 ч, дужек 1 ч 20 мин. Сопло поставили 1,4. Пластик - АБС. Печатали вертикально, причем пластину верх ногами.

Рада, что решила смоделировать очки самостоятельно с нуля

На весь процесс моделирования с попытками 1-6 у меня ушло в общей сложности около 10 часов в несколько подходов. Сейчас я их могу нарисовать меньше чем за час в лёгкую) Но за это время наработала навыки в Компас 3Д, научилась ловчить с разными инструментами, изучила лучше интерфейс и возможности. Улучшилась и пространственная ориентация. Именно так приходит опыт и совершенствуются навыки, которые не потеряются со временем. Многие вещи, которые я смотрела в видеоуроках, забывались сразу после того, как вставала из-за компа) А как моделировала свои первые очки, я не забуду никогда)

Немного об эффективности перфорационных очков

В интернете много пишут о том, что перфорационные очки показаны при миопии (зрение минусовое), астигматизме, начальных стадиях помутнения роговицы, для предотвращения прогрессирования различных патологий и т. д. Я позволю себе не согласиться с этим. У каждого состояния и заболевания есть свои причины, которые выявлены или не выявлены (от нехватки витаминов до нарушения иннервации и деструкции тканей). И если причина не устранена, прогрессирование будет продолжаться в любом случае. А об излечении таким методом и речи не может быть.

Но эффект эти очки в определенных ситуациях могут дать:

1. Снижение остроты зрения вследствие перенапряжения глаз. Не стоит путать с общим ухудшением зрения. Разницу можно понять так: долго сидели за компом, читали книгу, играли в телефон перед глазами образуется некая пелена, кажется, что стали видеть плохо. Но после отдыха все возвращается в норму. Однако, если это происходит изо дня в день, то постепенно острота зрения становится все хуже и хуже. В данном случае перфорационные очки помогут предотвратить ухудшение.

2. Предотвращение прогрессирования медикаментозными средствами. Если врач выявил причину, назначил лечение и получилось остановить дальнейшее прогрессирование, то перфорационные очки могут выступать в качестве дополнительного средства для поддержания стабильного состояния.

3. Профилактика. Здоровым людям эти очки никакого вреда нанести не могут. И чтобы в будущем не получить проблем, особенно если вы часто сидите за компьютером, телефоном, занимаетесь мелкой кропотливой работой, можно для профилактики носить эти тренажеры для глаз. Но если приносят дискомфорт экспериментировать не нужно.

У меня была миопия -4 и -4,5. Делала в 2014 году лазерную операцию на глаза. Но за последние полгода напряженной работы заметила, что зрение стало по-тихоньку падать. И в этих очках я вижу мир намного четче и ярче. Надеваю их, когда смотрю телевизор или фильмы на компе (играть в них, делать домашние дела, читать не рекомендуется, да и неудобно). И глаза реально отдыхают. Сейчас уже через 5 дней заметила, что меньше устают. Совпадение? Самовнушение? Или реальный эффект? Я склоняюсь к последнему варианту. Как бы там ни было, ношу их и результатом довольна. В итоге получился полезный опыт в моделировании и нужная для меня вещица)

В заключение

Я не стала делать видеоурок, как в прошлый раз. И не озвучила все параметры своей модели досконально. Дело в том, что форма лица у каждого индивидуальная, и моделировать нужно под себя. В завершение статьи расскажу о нюансах и своих ошибках:

1. В качестве ориентира нужно было все же брать взрослые солнечные очки. Детские мне подошли в реале, а смоделированные тренажеры поначалу казались чуть маловаты. Но к этому я привыкла. Следующий раз буду делать длину прямоугольника на 10 мм больше.

2. Выгнуть пластину нужно было сильнее. Оригинал детских очков не пропускал свет от слова совсем, а тут по бокам все же остался просвет.

3. Пластик для печати мне выделяют не самый дорогой, но дарёному коню в зубы не смотрят) Я очень благодарна и за эту помощь. Если есть возможность, лучше печатать на более дорогом и качественном пластике. Если приглядеться, на моих очках заметны неровности и шершавость (пришлось даже немного пошкурить некоторые места).

4. После печати каждую дырочку нужно тщательно проработать тонким острым предметом. Я это сделала маникюрными ножницами.

5. Когда надеваешь первый раз такие очки-тренажёры, непривычно. Но потом быстро привыкаешь и чувствуешь, что реально все стало не только четче, но и ярче.

6. Крепление типа "шип-паз" не даёт складывать очки. Можно только разобрать. Но цель стояла сделать все как можно проще, поэтому в следующий раз я буду применять этот же метод крепления. На практике он себя оправдывает, ничего не болтается.

По прошлым статьям мне в комментариях давали много ценных советов и свежих идей. Если есть предложения - с удовольствием все учту, так как все равно собираюсь переделать модель и распечатать себе новый экземпляр перфорационных очков. На этом у меня всё, спасибо за внимание!

Хотела пепельницу-череп, а получила пепельницу-терминатор. И она оказалась намного лучше, чем я себе представляла. С этим проектом пришла к выводу, что необязательно пыхтеть над программой Компас 3Д в попытках изобрести уникальную модель. Иногда можно отступиться от своих идей во благо красоты и стиля. Хотя первоначальная задумка создать функциональную пепельницу реализовалась. Расскажу обо всем подробнее.

Откуда взялась идея пепельницы

Я не курю, но решила заняться моделированием пепельницы, так как для меня это следующий этап по сложности (после салфетниц и очков). Как человек практичный, изобрела у себя в голове функциональную пепельницу. По конструкции они все однообразные, а курящие люди то и дело теряют/оставляют/ищут свои пачки, зажигалки, спички. Я подумала, почему бы не сделать такую пепельницу, чтобы все аккуратно лежало в одном месте?

Задачу для моделирования усложнила тем, что объект будет с черепом тема вроде актуальная, хотя я сама любовью к ним не пылаю. Такая штука мне дома не нужна, ее придётся кому-то подарить, поэтому собственные вкусовые предпочтения оставила на заднем плане. А вот подружка очень любит черепа и всё такое.

Как я разрабатывала собственную конструкцию

Опыт работы в Компас 3Д уже есть. Продумать каркасную часть не составило труда. Как обычно, нарисовала схему, определила размеры. Правда, размеры определяла примерные, потому что под рукой не было пачек, чтобы точно измерить их длину, ширину, высоту.

Но задумка была такая: круглая пепельница сверху на макушке черепа. Внизу отсек для пачек предполагалось, что туда можно будет даже 2 вместить. Еще нужно место для зажигалки. Для неё придумала сделать отсек сбоку в виде кармашка, а лучше с двух сторон. Ну и на самой чашке пепельницы должны быть выемки для того, чтобы ставить незатушенную или недокуренную сигарету. А еще неплохо было бы добавить крышку.

Сам череп сначала думала вырезать вектором из рисунка, приложить на переднюю панель и выдавить объемы. Потом поразмышляла и решила, что это будет выглядеть слишком просто. Лучше лицо черепа вырежу из готовой модели, так как до скульптурных дизайнерских фигур мне еще далеко. Да и сомневаюсь, можно ли такое вообще в Компасе смастерить. В процессе поиска подходящей модели для 3Д-печати на https://www.thingiverse.com/ вся моя задумка рухнула

Рождение пепельницы-терминатора

Пока просматривала подходящие модели, наткнулась на очень крутую и интересную фигуру терминатора. И тут подумалаа почему бы и нет? Череп в принципе, избитая темаа этот терминаторон выглядит действительно классно.

Скачала. Сразу скажу, что модель очень сложная и требовательная к ресурсам компьютера. Повертела, посмотрела вырезать лицо как раз можно. Но тут вижу да это ж практически готовая пепельница под мою задумку! И размеры практически идеальны! В итоге было решено просто переделывать эту модель. Такой опыт тоже полезен, и признаюсь честно, мне с этим помогли. В процессе я научилась новым фишкам в Компасе.

Этапы переделки:

1. Вырезали основной объём, оставили подставку и лицевую часть.

2. Удлинили элемент выдавливания под свои размеры, чтобы в итоговом варианте ничего не выходило за пределы подставки. Потом замкнули элементом вращения область под чашу. Удлинили выдавливание до нужных размеров вниз под углом, чтобы чаша не проваливалась.

3. Прорисовали бортики высотой 10 мм с толщиной стенок 2 мм.

4. Далее в сборке создали деталь чаши. Она, к сожалению, получается не круглой, а овальной. Тут, в принципе, моделить несложно. Глубина стенок до дна = 1,5 см. Потом удлинили нижнюю часть, чтобы вставлялась в отверстие на макушке терминатора. Не пришлось даже придумывать никаких боковых поддержек. Ну и выемку решили сделать одну, так как чаша получилась маленькая и две сигареты туда не влезут. Вот что в итоге получилось.

Печаталась эта модель долго. Основной корпус 16 часов (на пластике PLA со скоростью 30-45 мм/сек), чаша 3 часа (на пластике ABS). Но результат того стоит. В слайсере задали принудительные поддержки.

Вживую пепельница-терминатор выглядит очень круто, на фото передать не получается.

Чтобы снимки получились в более или менее нормальном качестве, фотографировала на фронтальную камеру телефона, она у меня лучше. Поэтому надпись Т-800 отразилась неправильно.

Неожиданно нашлось даже место для зажигалки. Она встала в выемку идеально.

Глаза покрасила акриловой краской в 2 слоя.

Справедливости ради, не забывая свою основную задачу учиться моделировать в 3Д Компасе, я все ж создала первоначально задуманную конструкцию. Но даже доделывать не стала не идет ни в какое сравнение с той красотой, которая получилась.

Про безопасность

Модель, конечно, выглядит неплохо, и мне даже её жалко было бы использовать под пепельницу. Здесь вопрос вот в чём пластик легоплавкий и стряхивать туда напрямую пепел или оставлять сигареты небезопасно. Решить проблему можно с помощью гипса, хотя вид, мне кажется, уже будет не тот. Мне обещали распечатать пластиком контур для отлива (в слайсере есть такая функция) и сделать точно такую же чашу из гипса. Далее её можно отшлифовать и покрасить чёрной краской. И тогда с безопасностью всё будет нормально.

Итоги проекта

Не буду скрывать, эта модель понравилась не только мне, но и всем, кто её увидел. Причем, для терминатора уже придумали кучу переделок. Кто-то в офисе посмотрел и сказал: Да это же карандашница!. А ведь оригинал как раз и сделан как органайзер. А еще в эту выемку на макушке идеально вмещается мой телефон хорошая подставка.

Единственное, при печати была допущена досадная ошибка забыли уменьшить температуру, из-за чего поддержки намертво прилепились к поверхности подставки. Я, конечно, отскребла это канцелярским ножом, но след остался. Однако, это ошибка не модели, а печати.

Кстати, оставлю ссылки на скачивание. Может, кому-то пригодятся.

Оригинал карандашница.

Переделка пепельница.

Что я извлекла из этого опытаРаньше считала нечестным брать чужие модели и переделывать их. Но если недостаточно навыков, а идея своя собственная, то почему бы и нет? Заодно закрепила навыки работы со скаченными моделями. Редактировать тоже не особо просто, так как нужно пространственное понимание (раньше были проблемы с этим, а сейчас уже более или менее все понимаю, куда привязываться, что выдавливать и т. п.).

Этот терминатор скоро перекочует на новое место жительства, а я продолжу изучение Компас 3Д. И теперь, там, где требуется красивый дизайн, не буду стесняться заимствовать готовые модели, они ведь для того в бесплатном доступе и выложены. Но пока дальнейшие проекты предполагают техническое исполнение, а не художественное, поэтому разработки и модели будут полностью своими. На этом у меня пока все, спасибо за внимание!

Для нетерпеливых - ссылка на видео с демонстрацией и полным контентом поста в конце

Одной из распространенных привычек среди мультиинструменталистов, когда дело доходит до игры на стандартной фортепианной клавиатуре, является попытка применить выразительность других классов инструментов к простым вкл/выкл переключателем синтезатора, как правило, без какого-либо эффекта. Это распространяется и на другие музыкальные периферии, иногда более подходящие для таких манипуляций.

Обычно МИДИ клавиатуры оснащены питчбенд колесами, сенсорными полосками или джостиками, но они редко производят естественно звучащий результат и оккупируют одну из рук полностью. Именно по причине неестественности звучания одна из осей джойстика как правило привязана к вибрато.

Не удивительно, что на рынке полно устройств, которые преобразовывают это усилие в язык музыки. Первый это Roli Seaboard, мультиполифоническая MIDI-клавиатура которая позволяет сопоставлять жесты со звуковыми параметрами. Другая схожая интерпретация этой идеи это Хакен Континуум. Оба эти варианта поставляются с премиальным ценником, и по моему мнению - заслужено.

Следующий пример чуть мене комплексный. Genki Waves, насколько я понимаю, состоит в основном из кольца, которое может управлять программным обеспечением. Но сайт позволяет приобрести модуль eurorack и midi-адаптер 5din, что делает этот сетап вполне универсальным.

Другой вариант, если существует необходимость управлять железными синтезаторами Enhancia Neova ring. Полный комплект состоит из кольца, станции с современными 3,5 - мм MIDI входом и выходом и программного обеспечения для точной интерпретации жестов.

Но я не только не могу оправдать трату в 300 долларов на то, что могу сделать сам, я также хочу устройство, свободное от программного хоста в виде ПК, потому что я предпочитаю сетапы без управления с компьютера, и я хочу, чтобы все элементы контроля были рядом с реальным оборудованием.

Запустив быстрый гугл поиск я нашел библиотеку ESP32BLEMIDI, которая позволяет отправлять миди-сообщения посредством беспроводной блютуз связи, и которую люди, судя по информации, использовали успешно, и начал составлять план.

План состоит в использовании двух плат esp32. Один-как наручный сервер, собирающий данные с акселерометра и преобразующий их в сообщения об изменении высоты тона и модуляции. Я привяжу тангаж к бендам и крен к модуляции. Кроме того, поскольку на борту модуля MPU6050 есть встроенный гироскоп, для бендов я также буду собирать информацию о горизонтальном смещении, поскольку оно также отображает это интуитивное движение. Три потенциометра будут контролировать чувствительность каждой оси к соответствующему параметру. Литиевая батарея будет поддерживать беспроводную работу устройства с помощью модуля управления зарядкой. Этот конкретный модуль поддерживает все средства защиты и не имеет никаких ограничений по минимальному току, что, наконец, отправило платы на базе tp4056 для меня в отставку. В таком случае у меня будет возможность подключить свой компьютер к наручному блоку для управления программными синтезаторами с, я надеюсь, низкой задержкой. Для управления любыми железными блоками я также построю стационарный хаб, который сможет конвертировать беспроводные BLEMIDI сообщения в аппаратные MIDI сообщения для взаимодействия с аппаратными синтезаторами. Для этого хаба я выбрал контроллер с OLED-экраном и с помощью поворотного энкодера смогу переназначить бенды и модуляцию как любую другую MIDI CC команду для управления громкостью, панорамированием, позиции уэйвтейбла и всем тем, что конкретный синтезатор сможет изменить на лету. Я не могу собрать простую сквозную схему, она неизбежно повредит данные, это должна быть полноценная смешивающая схема. Я также добавлю 2 CV-выхода для взаимодействия с модульным и полумодульным оборудованием.

После пары вечеров пайки и еще нескольких дней программирования у меня на столе были прототипы. Наручный блок несколько громоздкий, но я уверен, что смогу уменьшить его размер по крайней мере в 3 раза. Я добавил включатель питания и кнопку начала/прекращения передачи данных под большой палец, и переключатель направления, чтобы переключаться между правой и левой рукой. Я также добавил аналоговый акселерометр, чтобы проверить, будет ли он работать с меньшей задержкой, чем цифровой.

Со стороны станции я припаял аппаратные MIDI входы и выходы и операционные усилители для усиления сигналов от ЦАПОВ до уровней CV, идущих на выходы 3,5 мм. Входящие BT-сообщения могут быть реорганизованы как любое MIDI СС-сообщение идущее через любой канал чтобы управлять несколькими синтезаторами одновременно, или переключаться между ними.

Первым делом стоит проверить работу напрямую с компьютером, для этого нужно выполнить сопряжение, выбрать режим драйвера в моей DAW-станции и установить флажок для прослушивания входящих сообщений. Данные с гироскопа создают много шума, все чувствуется слегка неконтролируемо, результаты намного чище когда на бенды влияют только данные с акселерометра. Тестирование показало, что существенной разницы между цифровым и аналоговым акселерометром нет.

Есть небольшая задержка, но так как выразительность-главная цель, на это стоит обратить внимание. Кроме того, устройство постоянно отключалось и подключение никогда не следовало одной и той же процедуре и требовало несколько перезагрузок и перезапусков DAW. Это очень неудобно и выбивает из колеи.

После отключения всех остальных беспроводных соединений на моем компьютере, включая Wi-Fi, задержка сократилась, и проблема отключения стала менее частой. Это привело меня к выводу, что слабым звеном в этой цепочке являются беспроводные возможности моего компьютера. Поскольку мой конкретный аудиоинтерфейс не имеет MIDI-портов, я схватил Arduino Due и быстренько собрал USB-MIDI-интерфейс, чтобы иметь возможность сопряжать устройство со станцией, подключать станцию к интерфейсу миди-кабелем, подключать интерфейс к ПК и получать MIDI-сообщения таким образом. И проблема отваливания от блютуз исчезла.

На данный момент все еще существует некоторая задержка, поэтому мне пришлось внести несколько коррективов в первоначальный план.

Поскольку прямое BT подключение к моему компьютеру немного медленное, и я все равно скован использованием MIDI-USB интерфейса, вместо того чтобы читать значения, преобразовывать их в BT midi и отправлять медленные BT MIDI сообщения для отправки обычных MIDI, я решил полностью лишить сообщения универсального протокола и отправлять необработанные значения и преобразовывать их на принимающем конце в MIDI, уменьшая количество шагов и объем отправляемых данных. Для этого я использовал протокол ESPNOW, который без каких-либо махинаций с рукопожатиями при наличии только mac-адреса может отправлять только 3 байта данных на устройство, которое ожидает только 3 байта данных. Я удалил все куски кода с подтверждением передачи, чтобы уменьшить задержку. И все заработало безупречно.

Эта конкретная сборка работает нормально, на этом этапе стоит просто минитюаризовать дизайн и закончить печать всех корпусов. Но некоторые мелочи меня не устраивали.

Во-первых, это конструкция из 3 контроллеров, где на самом деле требуется только 2. Прием данных, создание MIDI и преобразование в USB MIDI должны происходить в одном устройстве. И это, как минимум в теории, довольно легко реализовать, потому что более поздняя версия ESP32 под названием S2 способна быть нативным USB устройством, что делает адаптацию кода довольно легкой. Но мало того, что этой штуки у меня нет, существуют и другие проблемы.

В основном энергопотребление. Текущая установка убивает относительно жирную батарейку через полчаса. Именно по этой причине на всех кадрах был шнур, это не связь, это просто для питания. И проблема даже не в емкости, а в возможностях токоотдачи этой батареи примерно на 3,5 В она просто перестает быть способной питать прожорливый BT/WIFI чип. Это заставляет меня поменять аппаратное обеспечение и перепроектировать все с нуля.

Поскольку лучшая прошивка с точки зрения задержки использовала прямую передачу пакетов, не будучи завернутой в очень специфический протокол, я решил использовать модули nrf24l01+, которые очень похожи в этом отношении. Это означает, что я могу соединить этот модуль с DUE, которая раньше был просто MIDI USB интерфейсом, и использовать его в качестве хаба, который и делает все - прием данных, аппаратное midi, USB midi, CV-напряжение, реорганизацию сообщений и т. Д.

В качестве передатчика у меня было 2 варианта Pro Micro и STM32 blue pill. Второй вариант не только менее энергозатратен, но и имеет гораздо большее разрешение на входах АЦП, что позволит избежать потенциальных резких рывков при изменении уровня эффекта. Не говоря уже о том, насколько большими вычислительными способностями он обладает.

Таким образом, сетап меняется от сложного чтения данных об ускорении, обертывания этих данных в протокол BLE MIDI, отправки BLE MIDI, преобразования в MIDI и преобразования из MIDI в USB MIDI к гораздо более простому чтения данных об ускорении, отправки этих необработанных данных, а затем простого преобразования их в USB MIDI. И как всем известно, простое решение это надежное решение.

Так что еще через пару вечеров у меня были очередные рабочие прототипы. Наручный блок намного меньше предыдущей итерации, тоньше и имеет гораздо более удобную кнопку. Я прикрепил ладовую заглушку, чтобы зафиксировать устройство на руке.

Я могу использовать встроенные в синтезатор бенды и модуляции. Я могу перенаправить разные CC на любой параметр VST на любом канале. Я могу использовать устройство для управления несколькими параметрами одного синтезатора. Я могу использовать устройство для управления параметрами нескольких VST одновременно. Можно во время или после записи прописать автоматизацию трека по параметру.

Так что в конце дня у меня было 3 версии одного и того же устройства. BT версия полезна в том случае, когда требуется только подключение к ПК. Будучи по своей сути BT сервером при переключении между ПК и хабом, я должен вручную прерывать соединение и каждый раз устанавливать новое. Поэтому, поскольку я не использую свой компьютер в качестве центра управления железными синтами (не то, чтобы мой аудиоинтерфейс это поддерживает) мне не хочется продолжать реализацию конкретно этой версии. Однако существует открытый проект умных часов, в которые встроен акселерометр. Сенсорный экран должен быть способен вместить в себя все меню, переключать каналы, номера CC сообщений и чувствительность и позволять хранить множество пресетов. Будучи проектом на базе ESP32, перенос проекта не должен вызвать много проблем, если когда-нибудь я заполучу его в свои руки. Я чувствую себя обязанным подчеркнуть, что я протестировал более одного модуля ESP32, и задержка колеблется от юзабельной до невыносимой, и я понятия не имею, как будет вести себя этот конкретный блок. Задержка также коррелировала с энергопотреблением более медленный модуль был способен жить от батареи гораздо дольше, разряжая ее должным образом.

То же самое устройство должно открыть возможность использовать версию на базе ESPNOW, которая показала наименьшую задержку, но я бы связал ее с ESP32-S2 в качестве хаба, чтобы иметь функционал нативного USB. В данный момент у меня нет ни того, ни другого, и я не собираюсь тратить на них деньги.

Тем более, что текущая рабочая версия, основанная на DUE и STM32, обеспечивает наилучший баланс между задержкой (она в принципе существует только в контексте версии ESPNOW) и простотой. Энергопотребление очень низкое и я не смог разрядить батарею во время тестирования. Станция поддерживает как USB, так и аппаратный MIDI одновременно, без необходимости ручного подключения, мне просто нужно щелкнуть переключатель и подать питание. Эту версию все еще можно сделать намного меньше, но в данный момент это не принципиально. Что можно поменять, так это железо. Либо поставить более мощную версию NRF24 в хаб, либо перенести весь проект на LORA.

Cсылка на видео (с демонстрацией игры)

Код

Добрый день друзья. Сегодня я хотел-бы рассказать вам про датчик филамента PAT9125, а так-же про мой опыт общения с ним.

PAT9125 это оптический датчик который применяется на 3d принтерах Prusa. Этот датчик может отслеживать не только момент окончания филамента но и момент его застревания. Например если у вас возникла тепловая пробка.

Главная проблема датчика, его нельзя подключить напрямую к плате с Marlin. Поскольку Marlin поддерживает только подключение энкодера, а этот датчик должен быть подключен по интерфейсу I2C. Чтобы разрешить эту проблему я использовал attiny85 digispark. Датчик подключается к Attiny а уже Attiny в свою очередь эмулирует работу энкодера.

Настройка Marlin

В файле Configuration.h нужно раскомментировать параметр #define FILAMENT_RUNOUT_SENSOR . А вот параметр #define FIL_RUNOUT_PULLUP лучше закомментировать поскольку у нас ненастоящий енкодер то подтяжка attiny к линии питания будет только мешать работе.

Кроме того нужно раскомментировать параметр #define FILAMENT_RUNOUT_DISTANCE_MM это скажет Marlin что у нас не концевой выключатель, а энкодер. Значение параметра надо уменьшить по умолчанию там стоит 25мм. Чтоб вы понимали сколько это, принтер успеет уложить два слоя калибровочного куба воздухом прежде чем заметит что что-то не так. Я поставил там 5мм можно и меньше но тогда можно столкнутся с ложными срабатываниями.

В файле Configuration_adv.h нужно раскомментировать #define ADVANCED_PAUSE_FEATURE

В файле Pinout вашей платы надо задать пин к которому будет подключен датчик в параметре #define FIL_RUNOUT_PIN.

Особенности работы датчика

Во первых я очень надеялся что поскольку я использую прозрачную трубку для филамента то датчик можно будет одеть прямо на неё и он будет видеть только филамент. Но оказалось, что датчик прекрасно видит эту прозрачную трубку и мне пришлось делать в ней окно.

Следующая особенность касалась уже Attiny. Сначала я подключил принтер к пину P3 и Attiny просто не стала запускаться. То есть без подключения к принтеру все прекрасно работает, а стоит подключить Attiny не стартует. После этого я подключил принтер к пину P5, Attiny загрузилась но порт просто не работал на нем всегда был высокий потенциал, возможно у меня оказалась бракованная Attiny. Все заработало только когда я подключил принтер к пину P1, пин на котором располагается диод.

Также я хочу отметить что датчик отслеживает отдельно движение по оси X и по оси Y. В моем случае используется ось X, но если вы захотите расположить датчик по другому. Например расположить его перпендикулярно движению филамента, то надо в прошивке Attiny заменить ось X на Y.

Ну и датчик сильно подорожал за последние время. Я его покупал на распродаже 11.11 он стоил 500р, а сейчас он стоит 900р почти двукратное подорожание, видимо дефицит полупроводников сказался.

Вот так выглядит мой принтер с датчиком

Прошивка для Attiny https://github.com/Deema35/prusa_sensor_marlin2.0

Ссылка на корпус для датчика https://www.thingiverse.com/thing:4878669

Вообще-то в блогах я обычно выступаю в роли фриковатого научного сотрудника, занудным голосом вещающего про какое-нибудь измерение параметров Стандартной Модели. Но сейчас я попробую совсем другой жанр. Короче говоря, в один прекрасный день я понял, что мне не хватает железного научного калькулятора. Пришлось делать самому.

Но зачем?

По работе (а я занимаюсь физикой элементарных частиц), кроме серьёзных вычислений, часто нужно делать какие-то прикидки на коленке, и калькулятор так или иначе приходится использовать. Долгое время я пользовался чем придётся чаще всего приложением на телефоне или питоновским интерпретатором. Но всё же удобно, когда на столе есть железяка, которая выполняет свою функцию, и выполняет её хорошо.Ну и на Facebook меньше поводов отвлекаться.

Калькуляторов у меня не было с окончания универа (последний был Citizen SRP-75). Как оказалось, дизайн их интерфейса с тех пор изменился неузнаваемо и топовые модели теперь скорее напоминают какую-нибудь Wolfram Mathematica. Ничего не имею против, но если мне надо посчитать действительно что-то сложное, гораздо удобнее это сделать на компьютере. В калькуляторе же мне хотелось бы иметь минимальный набор функций, которые мне нужны, без необходимости путешествовать по многоуровневым меню. И не иметь тех, которые точно не нужны, т. к. место на клавиатуре не резиновое.

Как оказалось, есть небольшая фирма SwissMicros, которая выпускает неплохие копии старых программируемых калькуляторов Hewlett Packard (HP) на основе современных ARM-процессоров и симулятора Free42 с открытым кодом. Но опять же, это не идеал есть некоторые функции (об этом ниже), которые мне пришлось бы программировать, а запускать программы это совсем не то же самое, что нажать на кнопку.

Вот примерно такая мотивация привела меня к решению сделать свой калькулятор (с трудом удерживаюсь от цитирования персонажа Футурамы). Хотя, честно, полностью рациональным такое решение назвать нельзя, и по большей части оно объясняется диагнозом руки чесались.

Для разнообразия я решил в кои-то веки сделать проект, который не выглядит слишком колхозно, которым реально можно пользоваться, и может быть даже не слишком прячась от коллег по работе. Хотя это и не первый раз, когда я делаю какую-то электронику, до сих пор я в основном возился с DIP-корпусами, макетками и синей изолентой, а тут сам бог велел сделать что-то посовременнее. Соответственно, я получил море новых впечатлений, разбираясь с многими вещами с нуля (программирование для ARM, пайка SMD, разработка в KiCAD и OpenSCAD, 3D-печать). Готовьтесь, сейчас я ими здесь поделюсь. Вдруг кому-то поможет, или кто из более опытных посоветует что-нибудь дельное.

Код, как и вся, с позволения сказать, документация выложены на GitHub. Да, код ужасен. Да, постараюсь исправиться :)

Концепция

Итак, будем делать научный, непрограммируемый, калькулятор, в который при желании можно добавлять новые функции. Как бывший член экипажа лунолёта Кон-Тики, я, конечно, обязан был сделать калькулятор с обратной бесскобочной (она же польская, она же RPN) логикой. Благо, её и программировать легче.Ещё одним преимуществом RPN поделился со мной пользователь с сайта Hackaday: такой калькулятор у вас вряд ли кто попросит попользоваться на время.

Итак, что хотелось мне иметь в идеале в своей машинке:

• Стандартный набор научных функций (тригонометрия, корни, степени, логарифмы, преобразование углов, систем координат и т.д.). Не уверен, чтобы я когда-то на трезвую голову пользовался гиперболическими функциями, поэтому шинусы и кошинусы идут лесом. Туда же отправляем и углы в градах градусов и радиан будет достаточно.

• Из того, что редко попадается в коммерческих калькуляторах некоторые функции для работы со случайными распределениями: erf(x) (бывает частенько, но обычно с доступом через меню) и обратная к ней erf^-1(x) (никогда не встречал), интеграл от распределения хи-квадрат для данного числа степеней свободы, распределение Пуассона. При этом мне не нужен статистический режим как таковой с вводом больших массивов данных для тяжёлой обработки данных у меня всё равно есть компьютер.

• Режим вычислений с ошибками (точнее, неопределённостями), хотя бы без учета корреляций. Такой режим есть в нескольких калькуляторах на Android, но в железных, насколько я знаю, такого нигде нет, а жаль.

• Некоторые очень специфические функции, в основном связанные с релятивистской кинематикой.

• Стандартные режимы отображения SCI (с мантиссой и порядком) и ENG (с порядком, кратным трём) и изменяемым количеством значащих цифр мантиссы (3-10). В режиме ENG, к тому же, можно для удобства сделать показ префиксов единиц СИ (m, k, M и т. д.).Диапазона double будет более чем достаточно. SwissMicros делает калькуляторы c quarduple precision (что ещё ждать от швейцарской-то фирмы?), но в нашей немудрёной науке, если в вычислении используется больше шести-семи значащих цифр с вычислением что-то не так.

• Обратная бесскобочная логика со стеком из 4 элементов (X,Y,Z,T) плюс регистр предыдущего результата (LASTx или X1) как у HP или Б3-34. Есть ещё вариант сделать бесконечный стек, как у старших моделей HP, но пока я ограничился более простым вариантом.

• Что бы самодельщик ни делал, получаются либо часы, либо погодная станция, поэтому я решил отказаться от любых функций, которые не относятся непосредственно к калькулятору. Часы у меня и на руке есть, а погодную станцию я уже собрал на Raspberry Pi. Единственный датчик, который есть в проекте напряжение питания батареи.

Электроника

В нашей машинке всё должно быть прекрасно, и экран, и клавиатура, и процессор. Вспомнив про SwissMicros, можно посмотреть, какие детали используют они, и попытаться сделать как минимум не хуже (благо любители их калькуляторы уже расковыряли).

С экраном вопросов нет это будет монохромный ЖКИ дисплей Sharp Memory LCD, как у SwissMicros DM42. Судя по многим отзывам, это практически идеальный дисплей с хорошей контрастностью, очень малой потребляемой мощностью, и управляется по последовательной шине SPI. В нашем случае это будет модуль LS027B7DH01размером 2.7 (размер изображения 60x40 мм) и разрешением 400x240 точек. С таким разрешением можно показывать все 4 регистра стека одновременно, да и для режима вычислений с ошибками это будет полезно.Модуль потребляет всего около 20 мкА от 5В в режиме показываю, но ничего не делаю.

Процессор, недолго думая, я тоже взял из DM42: STM32L476, правда, в корпусе LQFP64 (модификация STM32L476RG). В DM42 стоит тот же процессор в корпусе LQFP100 (100 пинов), но нам не нужны ни внешний Flash, ни SD-карта, так что 64 пина хватит за глаза. Процессор может работать на частоте до 80 МГц, есть 128 кБ оперативки и 1 МБ программного флеша ought to be enough for anybody. Ну и ещё много всяческого добра, которым мы по большей части не будем пользоваться.

С клавиатурой вопросов больше. Многие обозреватели жалуются, что у SwissMicros слишком жёсткая клавиатура, быстро кнопки нажимать неудобно, и вообще ничто не может сравниться с классикой HP. Попробуем найти что-то получше, чем купольные кнопки на DM42. Первые попавшиеся тактовые кнопки с AliExpress мне показались слишком тугими. Порывшись по каталогам, я нашёл самые мягкие и достаточно плоские из тех, которые можно заказать, не особо напрягаясь Panasonic EVQQ2B01W с усилием нажатия 50 г (при том, что обычные кнопки, которые продаются на каждом углу, обычно требуют усилие в 150-200 г).

Схема всего девайса элементарная и показана на рисунке выше. Собственно, кроме STM32 в стандартном подключении, клавиатурной матрицы и пары разъемов (один для ЖКИ, другой для программатора) там есть только преобразователь напряжения 3В в 5В для питания ЖКИ на очень экономном чипе TPS61222. STM запитан непосредственно от литиевой батарейки. Не знаю, хорошая ли это идея, или лучше было поставить стабилизированный преобразователь. Кварц для тактирования процессора решил не ставить (можно и встроенным RC генератором обойтись), но на всякий случай поставил часовой кварц.

Кстати, по поводу питания ЖКИ. То, что нарисовано сейчас на схеме, хоть и работает, но не совсем правильно. Как оказалось уже после того, как я развел и заказал плату, преобразователь TPS61222 не полностью отключает выходную цепь от питания при низком уровне сигнала 5V_EN, а только выключает сам преобразователь, оставляя на выходе 3В вместо пяти. Надо внимательнее читать даташиты! Попутно оказалось, что и от трех вольт ЖКИ прекрасно работает, и даже контрастность не страдает. Может быть, в следующей версии платы преобразователь можно просто выкинуть?

Рисовал схему и разводил плату в KiCAD. Почти все элементы там нашлись в стандартной библиотеке, кроме 10-пинового разъёма Molex с шагом 0.5 мм для ЖКИ, его пришлось нарисовать самому по образцу какого-то другого с другим шагом.

С лазерным утюгом я не дружу, поэтому плату заказал на одном из специализированных сайтов (в плате нет никаких тонкостей, так что любой дешёвый PCB-сервис должен с ней справиться). Дисплей Sharp и разная мелочь продаётся на AliExpress, а вот с покупкой процессора STM я, похоже, пал жертвой дефицита чипов. Три китайских продавца меня кинули (причём один сделал вид, что всё выслал, тянул две недели, после чего уверял, что посылку задержала таможня, а сам поднял цену на тот же чип раза в три). К счастью, в один прекрасный момент несколько сотен нужных чипов выбросили на сайте Mouser, из которых я и отхватил несколько штук. На том же Маузере я заказал и кнопки Panasonic, т.к. на Али практически все кнопки noname с непонятно какими характеристиками.

Несмотря на мой изначальный страх, пайка SMD пошла на удивление легко, даже разъём LCD и сам STM32 с ножками с шагом в 0.5 мм паяются без проблем. Оказалось, пора уже было забыть про натуральную сосновую канифоль и перейти на современную бездушную паяльную пасту. Немного больше тренировки потребовала пайка разной мелочи типоразмера 0603 (резисторы, конденсаторы).

Прошивка STM32

Как оказалось, найти информацию для того, чтобы начать программирование на STM32 с нуля, не так-то просто, похоже, из-за того, что альтернативных инструментов очень много, они быстро появляются и устаревают. Наверное, в конце концов лучше учиться писать на голом gcc, но для начала я хотел взять какой-нибудь IDE в стиле для чайников с визуальным конфигурированием процессора. В результате я использовал STM32Cube IDE. Я так и не смог добиться, чтобы он работал в Ubuntu, поэтому пришлось ставить ради него целую виртуальную машину с Windows 10.

Несколько слов о том, как работает прошивка. STM большую часть своего времени проводит в режиме STOP, в котором сохраняется вся память контроллера, разрешены внешние прерывания и прерывания по таймеру, но тактовый генератор остановлен. При этом все колонки клавиатурной матрицы установлены в ноль, а строки подтянуты к плюсу питания и сконфигурированы на внешнее прерывание по спаду сигнала. Когда одна из кнопок нажата, контроллер просыпается и начинает сканировать клавиатуру.

Функции для работы с дисплеем Sharp я писал сам по даташиту, и там всё оказалось очень просто. Система команд дисплея состоит, практически, из 2-х команд. Первая это очистка экрана. Вторая передача массива информации, который состоит из номера строки и 50 байт данных строки.Одна тонкость работы с дисплеем когда он включен, ему нужен постоянный внешний сигнал около 1 Гц для периодического изменения полярности электрического поля на ЖК-матрице. Этот сигнал генерируется по прерыванию от внутреннего таймера STM. При выключенном ЖКИ этот сигнал надо также выключать.

Собственно саму реализацию алгоритма работы калькулятора я сперва отладил на большом компьютере, написав заглушки для функций работы с клавиатурой и дисплеем. STM32L476 поддерживает полную математическую библиотеку gcc, более того, вычисления с плавающей точкой там реализованы в железе, так что всё работает очень быстро. Я понизил частоту работы процессора до 8 МГц, чтобы ограничить максимальный потребляемый ток (который тогда получается около 4 мА при полной нагрузке), при этом никаких видимых задержек при вычислениях не появляется. При меньшей частоте начинает заметно тормозить вывод на экран.

Для прошивки я купил один из китайских клонов программатора/отладчика ST-Link v2, которые продают где угодно за копейки. С ним вышла небольшая проблема: судя по всему, мой экземпляр не умеет делать connect under reset, из-за чего STM в состоянии спячки я программировать не могу. Пришлось предусмотреть в прошивке волшебное сочетание кнопок (Shift+RESET), при котором контроллер не уходит в STOP, а ждёт соединения с программатором. Неприятно, но не смертельно.

Вся прошивка занимает примерно 120 кБ программной памяти. При этом большую часть объёма составляют растровые экранные шрифты (размером от 6x8 до 24x40).

Корпус и клавиатура

Первоначальная наивная задумка была сделать корпус, фрезерованный из алюминия, так, чтоб на века. Но фрезерного станка у меня нет, а после изучения расценок на штучные детали на сайтах типа 3DHubs и Xometry планы пришлось подкорректировать и смотреть в сторону 3D-печати из пластика.Поскольку до этого я ничего, кроме кошечек по готовым чертежам, на своём 3D-принтере не печатал, заодно пришлось разобраться с софтом для 3D-дизайна.

Промаявшись несколько вечеров с глючным FreeCADом (не покупать же программы Autodesk за бешеные деньги), я понял, что гораздо легче написать программу, которая описывает геометрию детали, чем ползать мышкой по меню, поэтому перешёл на OpenSCAD. Хотя у него есть свои ограничения: например, в отличие от FreeCAD, в нём сложно делать фаски и скругления граней.На OpenSCAD дело пошло гораздо веселее.

Корпус состоит из двух частей, скрепляющихся простыми защёлками, без единого болта. Клавиатура представляет собой единую деталь в виде тонкой решётки, к которой за нижнее ребро прикреплены клавиши. После первой попытки изготовления клавиатуры оказалось, что клавиши с такой конструкцией срабатывают очень ненадёжно, в зависимости от того, на какую их часть нажать пальцем. Пришлось делать дополнительную деталь с толкателями, которые передают усилие с клавиши на шток кнопки. Возможно, если бы я заказал кнопки с более длинными штоками (в моих он выступает над поверхностью всего на 0.2 мм), такой проблемы бы не возникло.

Корпус получился не очень тонким (полная толщина 12.5 мм), хотя внутри он по большей части пустой. Всё из-за того, что гнездо для батарейки CR2032 довольно высокое (5.5 мм) и с этим сложно что-либо поделать. Для следующей версии надо будет изучить вопрос, существуют ли более тонкие держатели для CR2032, которые к тому же можно установить в вырез на печатной плате. Таким образом можно было бы сэкономить как минимум пару-тройку миллиметров толщины.

Не буду здесь долго описывать сагу про печать корпуса скажу только, что он получился лишь с четвёртой или пятой попытки, при этом пришлось тонко настраивать геометрию моего Ender 3 (перпендикулярность осей X и Y), иначе корпус вело винтом после соединения двух половин. Печатал пластиком PETG.

Надписи на кнопках и на корпусе я напечатал на тонкой матовой клеящейся плёнке для лазерных принтеров (чего только не существует в мире канцелярских товаров!). Кажется, эту идею я нашёл на каком-то форуме любителей самостоятельно делать наклейки для русификации клавиатур (да, такое тоже бывает). Сам PDF-файл с надписями и линиями отреза генерируется питоновским скриптом с использованием библиотеки matplotlib. А что ещё можно использовать для графики с обилием математических символов?Напечатанный текст держится на стикерах намертво, их можно даже мыть. Тот стикер, который на корпусе, за счёт большой площади прилип надёжно. К сожалению, стикеры на кнопках не очень прочно прилипают и неосторожным движением их можно отодрать. Впоследствии, возможно, их лучше будет покрыть сверху лаком, но пока надписи на клавиатуре не устаканились, и так сойдет. Минус такой технологии наклейки будут хорошо видны только на белом корпусе.

Результат

Калькулятор в его сегодняшнем состоянии показан на картинке. Большая часть кнопок пояснений не требует. Вот список тех, которые могут быть неочевидными:

• F, G клавиши shift. Пока в основном задействована только F. G нужна только для обратного направления преобразований (), (), а дальше будет использоваться для новых функций, если таковые появятся.

• Mode изменение режима отображения чисел (FIX, SCI, ENG).

• Uncr включение/выключение режима вычислений с неопределённостями (UNCERT).

• Prec переключение количества значащих цифр мантиссы (от 10 до 3 циклически, с F в обратную сторону).

• Drop, X<>Y, Rot работа со стеком. LASTx вызов результата предыдущей операции.

• DR переключение измерения углов между градусами и радианами, D<>R то же с преобразованием значения угла в регистре X.

• RP, PR перевод между декартовыми и полярными координатами.

• N(x), N(x-y) работают только в режиме неопределённостей, и выполняют, соответственно, вычисление стат. значимости значения в регистре X (значение, деленное на неопредёленность) и значимости разности значений в регистрах X и Y.

• (), (), p(zxy) те самые специфические функции, которые мало кому нужны: вычисление псевдобыстроты (pseudorapidity), релятивистского гамма-фактора, вычисление импульса в центре масс двухчастичного распада.

• /-/ обычное изменение знака числа в регистре X, а переключение между вводом значения и ошибки в режиме UNCERT.

Планы на будущее

В принципе, машинка уже сейчас вполне функциональная, но всегда можно что-то улучшить:

• Есть ещё резервы в плане уменьшения энергопотребления. Сейчас калькулятор расходует около 50 мкА в режиме со включенным дисплеем, и 40 мкА с выключенным. Как я уже говорил, полностью питание с дисплея сейчас не снимается, хотя надо бы это пофиксить. Кроме того, можно улучшить алгоритм опроса клавиатуры: сейчас, когда калькулятор включен и работает дисплей, процессор не засыпает, пока нажатая кнопка не отпущена, и потребляет при этом около 4 мА. Надо бы здесь тоже задействовать внешние прерывания и режим STOP.

• Функция сканирования клавиатуры понимает только одну нажатую кнопку за раз. Хотелось бы сделать режим two-key rollover, когда регистрируется кнопка, нажатая до того, как отпущена предыдущая, чтобы кнопки надёжнее срабатывали при быстром наборе.

• Как я уже писал выше, можно было бы сделать более тонкий корпус за счёт другого держателя батареи.

• Клавиатуре всё ещё далеко до HP и даже до Citizen. Кнопки нажимаются легко, но глубина нажатия всего 0.2 мм это не очень комфортно. Не знаю, можно ли сделать что-то сильно лучше в домашних условиях, не заказывая кастомную мембранную клавиатуру.

• Что хотелось бы из нового функционала. Более удобное отображение значений с неопределённостью, когда есть ненулевой порядок, в виде (10.1)e-10 вместо теперешнего 1e-10 1e-11. Больше регистров памяти (пока только один). Целочисленный режим с булевыми функциями и переводом между двоичной, десятичной и шестнадцатеричной системами. Новые функции по мере надобности (вычисление распределений Пуассона и хи-квадрат пока не сделал, но это дело техники).

По мере работы над проектом, я выкладываю новости в блог Hackaday.io.

P.S. Спасибо @Boomburumза приглашение и советы.

На объединение данных понятий мне потребовалось 5 лет и миллион рублей.

Я запустил производство флейт Пана Arra Lazur и продолжаю его развивать по настоящее время (2021г), при этом являюсь C++ разработчиком, преимущественно в области 3d моделирования для CAD/САПР (систем автоматизированного проектирования) и геометрических ядер.

Мне удалось достигнуть определенных успехов в этом деле и в этой статье я хотел бы поделиться ими, а также результатами проделанных экспериментов.

О панфлейте

Что же такое флейта Пана? Это музыкальный духовой инструмент. Является набором скрепленных между собой трубок различной длины. Музыкант дует на срез (лабиум) с одной стороны, а с другой трубки заткнуты пробками. Полученный внутренний объем трубки (игровой канал) определяет ее ноту.

Качественное звучание обеспечивается известными техническими аспектами [12], например:

• Диаметры трубок меняются логарифмически, постепенно от большего к меньшему. Это дает плавность изменения тембра на всем диапазоне звучания.

• Внутренние поверхности трубок должны быть гладкими, отполированными в зеркало. Это дает легкость звукоизвлечения и чистоту звука.

• Расстояние между игровыми каналами должно быть минимально. Это дает минимальную ширину инструмента и как следствие, увеличивает максимальную скорость игры.

• Пробки должны иметь вогнутую поверхность. Чем короче трубка, тем больше степень вогнутости. Это дает мягкость звучания высоких нот.

• Форма игровых каналов должна быть конусной (сужаться к верху). Это дает отзывчивость инструменту и снижает потребление воздуха музыкантом.

Методы производства

В большинстве своем такие флейты делаются из бамбука или тростника, поскольку этот природный материал уже имеет необходимую форму трубки. Главная проблема в нестабильности - невозможности иметь прогнозируемый, повторяемый результат.

Более современный подход это вытачивание трубок на токарных станках. Тут основная проблема это очень высокая трудоемкость.

Массовый и очень дешевый вариант производства это литье пластмасс под давлением [6]. Тут главная проблема это невозможность менять параметры индивидуально под клиента, а также требуется реализация больших партий для амортизации оборудования/пресс-форм.

Хочется же получить технологию/алгоритм действий, исключающий недостатки вышеописанных подходов, выполнив которые, можно получить флейту высокого качества.

Также хочется иметь гибкость при производстве. Например, индивидуально менять степень изгиба флейты, в зависимости от биомеханики шеи/головы играющего.

Автоматизация

Начал свой путь с написания программы автоматического генератора 3д моделей панфлейт, поскольку подавляющее большинство оборудования, с функцией автоматического изготовления чего-либо, использует эти самые 3д модели.

Так достаточно лишь запустить приложение (.ехе) с новыми параметрами, и получить сразу готовую 3д модель для преобразования в траекторию движения режущего инструмента станка с ЧПУ (числовым программным управлением).

Саму флейту описывают порядка 50ти параметров: диаметры, толщины стенок, высота обвязки и т.д. Легкость перегенерации моделей поощряет эксперименты с этими параметрами и позволяет мне, например, измерив длину челюсти/рук и т.д., оптимизировать габариты/изгиб флейты под музыканта.

Далее я начал пробовать различные способы изготовления:

1) Вырезал плоские половинки флейт на фрезерном ЧПУ станке (фрезерование), а затем изгибал их, по известной технологии, при помощи водяного пара [7] (под воздействием влаги и высокой температуры дерево становится пластичным). Написал программу оптимальной расстановки деталей с целью экономии материала [8] и автоматическим запуском расчета управляющей программы для станка.

На деле оказался невозможным изгиб, потому что во время пропаривания флейта начинает расслаиваться по клеевым швам.

2) Тогда я решил попробовать фрезеровать сразу изогнутые флейты, где весь инструмент распиливается на отдельные трубки, а каждая трубка на две половинки.

Подход оказался неудачным из-за необходимости фрезеровать детали с очень высокой точностью, которая недостижима при работе с натуральными материалами (деревом) и ограничениями такого типа оборудования [9].

3) А что если попробовать нарезать флейту поперек и затем склеивать полученные куски?
Для этого пришлось дописать функциональность по расчету пересечений 3д объектов и плоскости. Также заиграла новыми красками уже готовая авто-расстановка.

При таком подходе оказалось сложно получить точную и аккуратную стыковку слоев между собой. Критичным оказалось еще и отсутствие прочности (древесина легко раскалывается вдоль волокон).

4) Далее решил попробовать наматывать композитные угле- или стеклопластиковые трубки [10], а фрезеровать только деревянную обвязку. На деревянной обвязке с самых краев не лишним будет дополнительный материал, для защиты от разрушения крайних трубок при падении флейты углами на твердые поверхности.

Суть формовки трубок заключается в намотке стекло-/углеткани на полированные стальные стержни, которые затем напитываются отверждаемым жидким пластиком в вакуумном пакете (метод вакуумной инфузии [11]). Трубки получаются сразу с гладкой внутренней поверхностью, легкие и прочные.

Фрезеровка плоской части обвязки не отличается от предыдущего способа, но вот фрезеровка изогнутой проблематична. Написал модуль, который нарезает эту часть на кучу небольших деталей, каждая из которых не имеет нависающих частей и может быть отфрезерована за один проход. Теперь уже требуется не просто расставить оптимально в заготовке, но и помнить, где какой кусок, чтобы правильно собрать воедино, так как деталей много и все они похожи друг на друга. Хороший такой пазл получился (:

Проблемой при таком подходе является высокая вероятность собрать неправильно нижнюю часть обвязки. Тонкие части деревянных кусков легко скалываются. Да и вся флейта получается хрупкой.

5) Следующий этап это печать трубок на 3d принтере и возврат к изгибу деревянных частей флейты с помощью водяного пара.

При печати возможно придать трубкам сложную, конусную форму с выступами, которая недостижима при формовке на стальных стержнях из-за неизбежного разрушения трубок во время снятия со стержней (так называемый замок).

Для корректного изгибания деревянной обвязки требуется умение предсказывать, какую деталь нужно отфрезеровать, чтобы при изгибе она приобрела задуманную форму (ближняя и дальняя половинки обвязки имеют разную длину и требуются разные алгоритмы их генерации). Для этого пришлось реализовать дополнительный модуль в программе, моделирующий физический изгиб деревянной, тонкой пластины.

Детали по размерам небольшие и их удается фрезеровать целиком из одной доски и впоследствии успешно изгибать с пропариванием, без расслоений и поломок. Таким образом это рабочая технология сборки флейт, но приходится вручную заниматься шлифованием места стыка трубок и обвязки на торцах.

6) Пока итоговый вариант это 3d печать флейты целиком с использованием композитных пластиков, дерево-наполненным пластиком для обвязки, угле-наполненным пластиком для трубок и фотополимерным пластиком для вставок с торцов (лабиум).

Потребовались очередные корректировки генератора моделей. При этом для изготовления всех отдельных составляющих достаточно нажать на одну кнопку. А сборка напоминает конструктор лего, где все детали без усилий стыкуются друг с другом. Основной минус в ограниченном наборе возможных материалов.

7) Так же хочется отдельно отметить изготовление пробок. Каждая пробка в зависимости от того, для какой ноты она предназначается, имеет свою степень вогнутости дна. Чем меньше длина трубки (чем выше нота), тем сильнее должна быть выпуклость.

В целом все относительно просто. Изготавливается форма под литье силикона (фрезеровка, печать) и она заполняется силиконом.

Планы, перспективы, потенциал

• Будет очень удобно, если в пробки будут встроены петли, за которые специальным крюком их можно будет двигать для подстройки нот.

• Наматывать карбоновые трубки на отполированные стержни с использованием технологии препрегов (проще, чем вакуумная инфузия), а не печатать их из угле-наполненного пластика [3]. Тогда получиться делать зеркальный внутренний канал.

• Фрезеровать обвязку из ценных пород древесины по уже отработанной технологии с изгибом [4], что просто эстетически красиво и прочнее, чем напечатанный пластик.

• Отливка из латуни лабиума (вставок с торцов) по технологии выжигаемых моделей [5], для долговечного ими удержания заточки.

Таким образом рендер 3d модели идеальной флейты Пана может выглядеть как-то так:

Итого

Удалось получить достаточно автоматизированную технологию изготовления флейт Пана, в которой без дополнительных накладных расходов могут вноситься изменения хоть в каждую выпускаемую единицу товара.

Но не все еще идеально. Есть аспекты, требующие улучшений, в связи с чем планирую продолжать работу над проектом.

P.S.
Фото отчет: https://www.instagram.com/arra.lazur/
Видео материалы: https://www.youtube.com/channel/UCVlFogcnEd2hL9x5DVbyb8Q

Использованные источники:

[0] https://vplate.ru/flejta/pana/

[1] https://sites.google.com/site/radu63353/panflute-shop

[2] https://www.youtube.com/watch?v=CNRBoFL0U28&feature=emb_logo&ab_channel=BradWhite

[3] https://carbonkevlarsupply.com/products/carbon-fiber-tubing-10mm-x-8mm-x-500mm-3k-roll-wrapped-100-carbon-fiber-tube-glos

[4] https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=k4uVozxt6vY&ab_channel=mtmwood

[5] https://lk-casting.ru/izgotovlenie-juvelirnyh-izdelij/

[6] https://3dvision.su/services/lite-plastmass/v-press-formy/

[7] https://woodjig.net/parovaja-gibka/

[8] https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B0_%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BA%D1%80%D0%BE%D1%8F

[9] https://prototechasia.com/en/plastic-cnc-machining/questions-cnc-machining

[10] https://www.youtube.com/watch?v=wMJ3b2QhFkk&ab_channel=World4Carp

[11] https://zakbus.ru/vakuumnaya-infuziya/

[12] Флейта Пана: инструмент и техника игры. Денис Климов. Стр 39.

Существуют сотни различных бесплатных программных инструментов для 3D-моделирования для новичков, желающих создать свои собственные 3D-модели. Пользователи могут экспортировать свои модели и либо напечатать их на 3D-принтере, либо разместить в интернете, чтобы другие могли загрузить их бесплатно или за деньги.

Эти программы варьируются от простых в использовании для новичков до профессиональных, на изучение которых могут уйти годы. Поэтому мы создали свой список лучших бесплатных программ для 3D-моделирования, чтобы помочь вам сделать выбор.

Некоторые бесплатные онлайн-программы работают полностью в браузере, другие нужно загрузить. Но все они, по крайней мере в краткосрочной перспективе, бесплатны.

Список лучших бесплатных программ для 3D-моделирования в 2021 году:

1. TinkerCAD лучшая программа для начинающих

2. 3D Slash простая программа для начинающих

3. FreeCAD бесплатная программа с открытым исходным кодом

4. SketchUp

5. Blender расширенная бесплатная программа

6. MeshMixer

7. Fusion 360

8. Vectary

9. SelfCAD

10. BlocksCAD

11. OpenSCAD

12. Wings 3D

Критерии, которые использовались для оценки:

• Простота использования. Бесплатными программами часто пользуются новички, поэтому это важно.

• Наличие хорошо проработанного набора инструментов для создания профессиональных 3D-моделей.

• Наличие новых инструментов, которые дают возможность использовать совершенно новый подход к созданию 3D-дизайнов.

1. TinkerCAD лучшая бесплатная программа для начинающих

Страна разработчика - США. Доступна к работе в браузере.

Это одна из многих программ 3D CAD-гиганта Autodesk, TinkerCAD. Инструмент обманчиво выглядит примитивным, прост в использовании, но снова и снова попадает в топ лучших бесплатных программ.

TinkerCAD позволяет создавать детализированные 3D-модели, используя базовые формы, соединяя их вместе. Процесс обучения намного проще, чем в других программах. Она идеально подходит для новичков и детей, для обучения детей 3D-печати. Ее чаще других используют в школах и классах по всему миру. Можете начать работу за считанные минуты в браузере без загрузки. Более того, можно скачать приложение TinkerCAD и поиграть с моделями на смартфоне или планшете!

Autodesk производит множество программ для различных отраслей. TinkerCAD идеально подходит для начинающих в 3D-дизайне, позволяет сделать что-то классное. Вы можете экспортировать модель в STL и любом другом формате и отправить на печать на 3D-принтере. Как только вы приобретете необходимый опыт, вам может понадобиться более сложная программа, например AutoCAD. Но при этом TinkerCAD остается отличной программой для начала вашей карьеры 3D-дизайнера.

2. 3D Slash простая бесплатная программа для начинающих

Основная версия бесплатная, премиум версия требует оплату $2 в месяц.

Идеально подходит для новичков. 3D Slash не похожа на обычную программу, больше похожа на дружественный, интерактивный 3D-мир, где вы можете создавать, что угодно. Команда разработчиков четко продумала, как сделать пользовательский интерфейс максимально естественным, понятным не дизайнерам, без сложного процесса обучения. Функционал интуитивно понятен и удобен.

В то же время вы не ограничены только базовыми формами. Можете создавать впечатляющие и более сложные объекты. Стандартная версия бесплатная, премиум - с небольшой ежемесячной оплатой. Также доступны школьные и профессиональные тарифные планы.

3. FreeCAD бесплатная программа с открытым исходным кодом

FreeCAD была выпущена еще в 2002 году, и несмотря на то, что все еще находится в стадии бета-тестирования, ее разработка значительно продвинулась. Она предназначена для того, чтобы сделать процесс создания 3D-версий реальных объектов максимально эффективным и простым.

Очень полезная функция - возможность начать со статического 2D-эскиза, из которого затем можно построить конечную 3D-модель. FreeCAD хорошо работает в Windows и Mac, можно легко экспортировать модель в виде файлов STL, OBJ или даже DXF, например, для ЧПУ.

Хотя FreeCAD была разработана в основном для станков, ее можно использовать и для 3D-печати. Более того, FreeCAD - программа с открытым исходным кодом, поэтому можно работать с Python.

FreeCAD идеально подходит для пользователей с некоторым опытом проектирования, так как часть инструментов может оказаться сложной для начинающих. Но в целом это очень мощный бесплатный инструмент для 3D-моделирования.

4. SketchUp

Основная версия бесплатная, версия Pro стоит $299 в год. Страна разработчика США.

Программа - ветеран индустрии программного обеспечения для 3D-моделирования, была создана в 2000 году компанией Lastsoftware. В 2006 году ее выкупил Google, чтобы внедрить этот универсальный и мощный инструмент в свои сервисы. С тех пор она была продана Trimble Inc., которая и предложила бесплатную версию. SketchUp - отличный выбор для начинающих дизайнеров. Ее, как и TinkerCAD, освоить легче, чем большинство других 3D-программ. Содержит практически все инструменты, которые могут понадобиться.

Несмотря на то, что SketchUp пользуются в основном архитекторы, она приобретает все большую популярность в 3D-печати. Инструменты удивительно хорошо подходят создателям 3D-CAD-файлов. Вы можете загрузить расширение SketchUp STL, чтобы создавать файлы в STL.

SketchUp имеет простой интерфейс, не перегруженный информацией. Вы можете легко разобраться в нем за несколько часов и в первый же день создать очень реалистичную 3D-модель.

5. Blender расширенная бесплатная программа

Страна разработчика Нидерланды.

Возможно, это самое популярное программное обеспечение для 3D-дизайна. Blender имеет огромное активное сообщество, которое делится своими STL-файлами и 3D-моделями, а также информацией в интернете. Быстрый поиск Google и YouTube выдаст тысячи ссылок, где пользователи демонстрируют свои 3D-проекты и обмениваются опытом работы в Blender 3D. Такая популярность обусловлена прежде всего тем, что программа на 100% бесплатная и с открытым исходным кодом. В ней можно создать практически все, что угодно. Выбор инструментов огромен.

Процесс обучения более сложный, чем у предыдущих программ. Однако благодаря своему набору инструментов Blender универсальная программа для 3D-моделирования. Она используется в различных областях, начиная от создания VFX для фильмов, видеоигр, дизайна 3D-моделей, заканчивая 3D-печатью. Кроме того, Blender поставляется с интегрированным игровым движком, а также детализированными инструментами для моделирования и возможностью редактирования видео. Это невероятное бесплатное программное обеспечение идеально подходит для разработчиков игр и опытных 3D-моделистов.

6. MeshMixer

Страна разработчика США.

Meshmixer уникальная программа, не вписывающаяся ни в одну конкретную категорию. Еще одна разработка Autodesk, Meshmixer выгодно отличается от конкурентов тем, что позволяет редактировать существующие модели с помощью различных инструментов, включая анимацию, выгибание/заполнение, восстановление. Meshmixer хорошо подходит для модификации конструкций и обеспечения качества. Полезна как для начинающих, так и для экспертов. Позволяет улучшать и готовить свои модели к 3D-печати.

Еще одно важное преимущество программы возможность ее использования в топологической оптимизации. Благодаря простым инструментам, детали можно сделать легче и экономичнее. Это особенно полезно для последующей 3D-печати в таких отраслях, как аэрокосмическая и автомобильная промышленность, где очень важен вес модели.

В целом, Meshmixer - универсальный вариант для тех, кому нужно улучшить 3D-модель. Новички могут изменять свои модели, эксперты - оптимизировать промышленные проекты.

7. Fusion 360

Программа бесплатна для личного пользования в течение года, Pro версия стоит около $500 в год.

Страна разработчика США.

Очередная разработка Autodesk для школ и академических институтов. Это, несомненно, инструмент для экспертов, однако достаточно удобный в использовании для образованного новичка. Fusion 360 - программа для совместного использования, позволяет обмениваться файлами STL через облако для совместного редактирования и оптимизации моделей.

Обладает мощными инструментами для работы практически над любым промышленным 3D-дизайном. Имеет встроенные функции для оценки нагрузки, с которой столкнутся компоненты 3D-модели. Это позволяет дизайнерам находить потенциально слабые места перед печатью. После создания можно легко экспортировать модель в STL-файл или любой другой формат. Программа недавно стала бесплатной для студентов, стартапов и многих других. Если у вас есть некоторый опыт, или вы хотите повысить свои навыки в 3D-дизайне, это 3D-программное обеспечение идеально подойдет.

8. Vectary

Бесплатная программа с премиальными функциями за $12 в месяц.

Vectary появилась в 2014 году и называет себя самой доступной платформой 3D- и AR-дизайна. Это бесплатная веб-программа для 3D-моделирования. Vectary предлагает шаблоны с предварительно отрисованными и освещенными экранами, перед которыми вы можете разместить свои 3D-модели для съемки продукта и других художественных целей. Простой рабочий интерфейс с необходимым набором инструментов делает работу с освещением и моделированием легкой. Вы можете легко экспортировать готовый дизайн или сцену в виде AR-модели.

Бесплатный пакет включает в себя доступ к Vectary Studio для создания и проектирования моделей, а также возможность экспортировать ваши творения в форматы OBJ или STL. Для других форматов вам потребуется обновление. Бесплатно можно создать до 25 проектов, а также получить доступ к библиотеке 3D-активов, материалов и иконок Vectary. Платное обновление дает доступ к инструментам предварительного просмотра AR, а также к функциям совместного использования проектов и командам для лучшей и быстрой обратной связи между несколькими людьми.

9. SelfCAD

Бесплатная программа для сферы образования. Для остальных стоит $4,99 в месяц.

Страна разработчика США.

SelfCAD фокусируется на том, чтобы быть лучшей браузерной бесплатной программой для 3D-моделирования для студентов по всему миру, которую не надо скачивать. Она популярна в американских школах, обучающих студентов 3D-дизайну. Простая и удобная в использовании, требующая короткий период обучения, SelfCAD имеет все необходимые инструменты для создания моделей. Также в ней есть инструменты нарезки для подготовки файлов STL или G-кода к 3D-печати.

SelfCAD - простая программа для 3D-дизайна с очень понятным интерфейсом, подходит новичкам.

10. BlocksCAD

Программа предоставляется бесплатно. Есть платные учебные версии для школ.

Страна разработчика США.

BlocksCAD ориентирована на обучение и была создана для учащихся по модели STEM с 3-го по 8-й классы. Это облачное бесплатное программное обеспечение для 3D-моделирования, которое способствует изучению математики, вычислительного мышления, концепций кодирования и проектирования моделей для 3D-печати.

В свободной галерее имеется широкий выбор проектов, которые можно использовать в личных и классных работах, начиная от снеговиков, ювелирных колец, рыб и даже печально известного кафетерия. Отлично взаимодействует с OpenSCAD, предназначена для простой, веселой и удобной работы для детей. 3D-модели можно создавать с помощью красочных, простых в управлении блоков, и экспортировать либо в виде STL-файлов, либо в виде файлов для открытия и редактирования в OpenSCAD. Для новичков BlocksCAD предлагает обширные учебные пособия по основам 3D-моделирования и использованию 3D-программного обеспечения.

11. OpenSCAD

OpenSCAD бесплатная загружаемая программа. Выглядит устрашающе, поскольку окутывает кодами и скриптами. Это мощный инструмент. Но имейте в виду, что он для тех, кто привык к кодированию. Программа была создана еще в 2010 году Мариусом Кинтелем и Клиффордом Вольфом. Регулярно выходят новые обновления и патчи. OpenSCAD любят 3D-дизайнеры, которые предпочитают скриптовый, а не художественный метод проектирования. Стоит также отметить, что 3D-деталь в OpenSCAD можно создать использую лишь мышь, но это не единственная фишка программы.

В целом, мы впечатлены OpenSCAD: она предлагает что-то новое и бесплатно. Однако необходимо, по крайней мере, промежуточное знание языков сценариев. В противном случае лучше использовать один из других вариантов из нашего списка.

12. Wings 3D

Wings 3D - полностью открытое и бесплатное программное обеспечение для 3D-моделирования, которое активно разрабатывается и совершенствуется с 2001 года. Программа не такая современная и удобная в использовании, как Vectary или TinkerCAD, но очень хорошо работает с персонажами, настольными моделями и другими проектами по созданию 3D моделей. Довольно легко работать с функциями по настройке моделей, например, лепкой, соединением, резкой, сгибанием - просто даже для начинающих.

Каждый пункт меню контекстный, поэтому, когда вы щелкаете правой кнопкой мыши, появляются различные опции в зависимости от того, что вам может понадобиться. Этот продвинутый инструмент экономит время и делает программу отличным инструментом для 3D-моделирования для начинающих и экспертов.

Перевод с сайта 3DSourced https://www.3dsourced.com/rankings/best-free-3d-software/

В этой статье я бы хотел рассказать о последних трендах на рынке 3D-оборудования, какие продукты стали более востребованными, а какие, наоборот, постепенно уходят со сцены.

2020 год стал для всех серьезным испытанием, но, как ни странно, пандемия, как лакмусовая бумажка, проявила самые важные достоинства 3D-печати. Когда нарушились цепочки поставок, эта технология пришла на помощь больницам, испытывающим трудности с масками, клапанами для аппаратов ИВЛ, назальными палочками для взятия ПЦР-тестов и многим другим. Оказалось, что всё это можно печатать в кротчайшие сроки на любых 3D-принтерах от самых простых домашних моделей до промышленных аппаратов. Это решение спасло жизни людей и привлекло огромное внимание к 3D-печати, как к технологии, которая может прийти на помощь в любом месте, в самой сложной ситуации.

Фотополимерная 3D-печать

С точки зрения инноваций, 2020 год стал прорывным для фотополимерной 3D-печати. Я бы сравнил это с 2013 годом, когда компания MakerBot выпустила на рынок первый доступный 3D-принтер для домашнего и офисного использования - MakerBot Replicator 2. В результате многолетних усилий сообщества энтузиастов на свет явились модели, доступные рядовому пользователю. До этого они стоили сотни тысяч долларов и были доступны крупным компаниям. Технологи 21 века бросили вызов инженерам старой школы, и это полностью изменило правила игры.

Сегодня примерно тоже самое можно сказать про фотополимерную 3D-печать по технологии LCD, т.е. создание моделей с помощью засветки смолы LED-лампой через LCD-матрицу. Эта технология не была новой, но она смогла выйти на совершенно новый уровень в связи с внедрением современных моно дисплеев с разрешением 4K. Это одновременно дало возможность увеличить скорость печати, улучшить качество и точность готовых изделий, увеличить максимальный размер изготовляемых моделей, а также снизить цены на принтеры в несколько раз, учитывая, что эти моно дисплеи имеют значительно больший срок службы. Это ли не мечта любого покупателя? Часто ли мы встречаемся с такими чудесами? Все уже привыкли, что каждый новый iPhone слегка лучше предыдущего, но при этом сильно дороже, а тут случилась прямо противоположная ситуация. Возможно, это обусловило взрывной спрос на подобное оборудование, ведь покупатели по всему миру стали в длинные виртуальные очереди в ожидании своих заказов, а социальные сети наполнились восторженными постами о новеньких игрушках (3D-принтерах).

Вторым важнейшим фактором роста рынка стало существенное снижение цен на фотополимерные смолы для 3D-печати и оборудование для постобработки моделей. Цена на смолы упала примерно в два раза за последние 1,5 года, и при этом сильно увеличилось их разнообразие, что, в свою очередь, расширило ассортимент конечных изделий и снизило их себестоимость. Снизилось время печати. На российском рынке литр фотополимера сейчас стоит в среднем 4500 рублей. Здесь стоит обратить внимание на то, что 3D-модели, напечатанные из смолы, также требуют постобработки (промывают в спирте или воде, засвечивают в специальной УФ-камере и т.п.). Высокая стоимость такого дополнительного оборудования также являлась сдерживающим фактором для спроса на принтеры, но в прошлом году появились бюджетные устройства по типу два в одном, которые решают и эту проблему. Цена подобных устройств сейчас не превышает 15000 рублей. Все это вместе дало огромный рост интереса к фотополимерной 3D-печати в разных областях, но прежде всего в стоматологии и производстве ювелирных изделий по индивидуальному заказу (на фото устройства два в одном).

Главной звездой рынка стала малоизвестная тайваньская компания Phrozen. Она первой выпустила модель с разрешением 4K Shuffle 4K, а также бюджетный вариант с моно дисплеем Sonic Mini, и, наконец, первый принтер с моно дисплеем 4K - Sonic 4K. Параллельным курсом с Phrozen двигалась китайская компания из Пекина UNIZ, которая хоть и представила свои разработки чуть раньше, но не смогла сделать свои принтеры достаточно простыми и дешевыми для массового покупателя.

Вдогонку за Phrozen кинулись другие китайские производители, такие как Anycubic, Elegoo, Creality, Wanhao, Flashforge, EPAX, Peopoly и некоторые другие, но пока их модельный ряд не может в полной мере конкурировать с Phrozen. И тем не менее, рынок пережил огромный рост, а результатом роста продаж оборудования закономерно стал рост использования этого оборудования в самых разных отраслях. Ну а собственно зачем вообще нужны такие 3D-принтеры?

Я уже упомянул о применении их в стоматологии и создании ювелирных изделий по индивидуальному заказу, подробнее об этом можно прочитать в наших обзорах (ссылка на обзоры), но это узкоспециальное использование. Что же касается более массового сегмента, то свершившаяся революция больше всего пришлась на руку мейкерам, любителям моделизма, косплеерам, создателям миниатюр, любителям воссоздания сражений в миниатюре и т.п. увлечений.

Многие люди живут своими хобби, и для них возможность получить такой универсальный инструмент, как недорогой, но при этом очень функциональный 3D-принтер для воплощения в жизнь идей, стала настоящим подарком. Особенно во времена пандемии, когда надо было оставаться дома и чем-то себя занять. Два события сошлись в одной точке, и это привело к тому, что в сегменте настольных 3D-принтеров доля фотополимерных моделей составила порядка 30% против не более 10% годом ранее, и тенденция роста этого сегмента продолжается. Сейчас на рынке доступны модели принтеров по цене от 12900 рублей до 135000 рублей, и даже самый бюджетный из них легко справится с любыми задачами вроде печати фигурок из игр или художественных моделей.

Конвейерная 3D-печать

Первой по распространённости стала технология 3D-печати FDM/FFF. Она работает по принципу плавления пластиковой нити и послойному формированию 3D-модели и за последний год не претерпела никаких инноваций. Все ведущие мировые производители впали в своеобразную спячку и, в отсутствии выставок, конференций и других значимых событий, не предъявили рынку никаких значимых новинок. Пожалуй, единственным заметным событием стал анонс появления 3D-принтеров ленточного типа с условно бесконечным размером модели по оси Z. Первым такую модель показал мировой лидер в производстве настольных 3D-принтеров компания Creality, которая в содружестве с известным блогером Наоми Ву (Naomi Sexy Cyborg Wu) представила принтер 3DPrintMill CR-30. А в след за ними свою версию этого решения анонсировал молодой стартап из Германия iFactory3D. В этом году мы увидим битву между этими компаниями за лидерство в этом новом сегменте 3D-печати.

Хотя сама идея использования ленты не новая, она уже довольно давно была представлена принтерами американской компании BlackBelt 3D. До этого она не находила широкого распространения в силу высокой стоимости. Новые же игроки предлагают свои модели в ценовой категории до 100 тысяч рублей, и поэтому их привлекательность будет существенно выше для покупателей. Такое бюджетное решение позволит легко организовать мелкосерийное производство необходимых деталей практически без участия человека, необходимо будет только вовремя устанавливать новые катушки с нитью. Это важный шаг для начала использования 3D-принтеров не только как оборудования для прототипирования, но и как производственного оборудования, что открывает для 3D-печати огромные перспективы.

Ну а пока это только планы на будущее, основные усилия производителей 3D-принтеров направлены на фейс-лифтинг и рестайлинг своих моделей, когда обновленные модели дополняются цветным тачскрин дисплеем, Wi-Fi, веб-камерой и прочим функционалом, напрямую не влияющим на качество и скорость печати. Это в целом улучшает пользовательский опыт и упрощает возможность начала работы с принтером новых пользователей, особенно, из поколения, выросшего в эпоху гаджетов. Однако, это никак не решает основных проблем 3D-печати низкую скорость и недостаточно хорошее качество конечных изделий. Вывод из всего этого можно сделать следующий: возможно, будущее 3D-печати лежит в области новых материалов, и технология FDM/FFF уже достигла своего пика. У нее по-прежнему есть масса преимуществ: прежде всего, низкая стоимость сырья, универсальность (на одном принтере можно создавать абсолютно разные модели), легкость в постобработке, простота использования, что отлично подходит для школьников и студентов, для которых 3D-печать, наряду с 3D-моделированием открывает массу возможностей для будущей профессиональной реализации.

Лидеры рынка 2021

Если говорить об итогах года с коммерческой точки зрения, то, как и ранее, среди производителей в штуках лидирует китайская компания Creality со своим огромным модельным рядом из почти 40 моделей во главе с абсолютным бестселлером - принтером Ender-3. В денежном выражении лидером рынка также остается голландский производитель Ultimaker, принтеры которого считаются эталонными по качеству печати и простоте использования. В России последние годы лидером является компания Picaso 3D, которая в прошлом году начала поставки долгожданной новинки принтера Designer XL Pro. Этот принтер отличает большая область печати и наличие двух экструдеров. Модель сразу стала пользоваться повышенным спросом. Вторым игроком на рынке, как в мире, так и в России, стала в прошлом китайская, а ныне глобальная компания Raise3D, которая выпустила в продажу модель 3D-принтера с двумя независимыми экструдерами Raise3D E2. Система IDEX дает возможность пользователю, с одной стороны, увеличить производительность своего 3D-принтера в два раза за счет наличия двух независимых экструдеров, а, с другой стороны, воспользоваться вторым экструдером для печати растворимых поддержек при создании сложных моделей (подробнее об этой технологии можно почитать в нашем обзоре).

Среди производителей фотополимерных 3D-принтеров в штуках лидирует Phrozen, а вплотную к нему идут Elegoo и Anycubic. Такая ситуация характерна и для России, хотя место не очень известной у нас марки Elegoo занимает исторически популярный брэнд Wanhao. По финансовым показателям лидером остается американская компания FormLabs, принтеры которой работают по технологии SLA (используя лазер для засветки материала), но ее закрытая экосистема с очень дорогими материалами вызывает все больше вопросов у пользователей, тем более что, с точки зрения качества печати, конкуренты из бюджетного сегмента уже нечем не уступают ее моделям. Подробнее о разнице в технологиях можно почитать в нашем обзоре.

3D-печать на Марсе

Ну и наконец пару слов о полетах на Марс. В 2018 году NASA провел конкурс на тему того, как наиболее эффективно можно будет создавать жилые модели для первой человеческой колонии на Марсе. Победителем стала команда из Арканзаса, которая предложила печатать дома на строительном 3D-принтере из имеющихся на планете материалов - смеси из базальтового волокна, добываемого из марсианских пород, и полимолочной кислоты, полученной из растений, выращенных на Марсе.

Красивая история, но вроде бы очень далекая от реальности. В прошлом году на мировой рынок вышел стартап с российскими корнями Mighty Buildings, который уже в этом году начинает производство и поставку домов покупателям в Калифорнии, созданных на строительном 3D-принтере. Получается, что Марсианские хроники обрастают необходимым опытом. Буквально на днях стало известно, что компания закрыла еще один раунд по привлечению инвестиций в размере 40 млн. долларов и планирует расширять производственную базу и увеличивать ассортимент предлагаемых построек.

Итог

Подводя итог, можно сказать, 3D-печать активно развивается в разных направлениях и весь потенциал этой технологии пока не раскрыт. Мы видим, что ее применение развивается в различных отраслях, это и медицина (стоматология, ортопедия, протезирование, трансплантология), и пищевая 3D-печать (шоколад, тесто, желе), строительство (дома, мосты), печать кроссовок, скульптур, лодок, частей двигателей, беспилотников и многого другого. Наверное, потребуются еще сотни патентов, миллиарды долларов инвестиций, появление новых материалов и оборудования для того, чтобы 3D-печать заняла свою нишу в производстве различных товаров, сооружений и устройств, но уже сейчас идет активное внедрение этой технологии в нашу жизнь. Мы уже сейчас летаем на самолетах, в которых есть 3D-печатные детали, ездим на машинах с 3D-печатными компонентами, едим в ресторане напечатанный на 3D-принтере десерт, бегаем в кроссовках с 3D-печатными стельками, играем на 3D-печатной гитаре, созданной специально для вас в единственном экземпляре с учетом всех ваших анатомических и музыкальных особенностей и это все уже сегодня! А что будет завтра, даже сложно предположить. Возможностей безграничный океан Первое, что выдает подсознание, - терминатор. И придет он не из будущего, а из 3D-принтера. Звучит это пока амбициозно и фантастично, но, кажется, ждать осталось недолго.

Александр Корнвейц

Основатель и генеральный директор компании Цветной мир

Какой же успешный бизнес можно открыть с использованием 3D-принтеров? Оговорюсь сразу, что пока таких примеров немного. Расскажу о некоторых из них.

Студия 3D-печати

Первое, что приходит на ум, создание студии 3D-печати. Ее бизнес-модель строится на моделировании и печати моделей по заказу клиента. Главный фактор успеха обеспечение стабильно высокого уровня загрузки оборудования. Для подобного проекта важнее ориентироваться на массовое тиражирование, нежели на печать единичных экземпляров, пусть даже в больших объемах. Стоимость печати небольшой модели должна быть невысокой, а трудозатраты большие. Основные процессы производства заключаются в качественной разработке технологии печати под каждую конкретную деталь или проект, подбор нужного материала. Модель клиента проверяется на ошибки, выбирается и материал, и принтер. Остается согласовать цену и, собственно, напечатать модель. Необходимо утвердить ее у заказчика, а при необходимости, и доработать.

Строить такую студию можно практически с любым уровнем инвестиций: начинать с одного-двух принтеров, постепенно увеличивая парк оборудования или сразу инвестировать в парк 3D-принтеров. Можно также закупить промышленное оборудование для создания функциональных прототипов и мелкосерийного производства. Но в любом случае, самое важное это правильно выстроить бизнес-модель предприятия.

Мелкосерийное производство

Вторая по популярности бизнес-идея студия, ориентированная на мелкосерийное производство. В данном случае основная задача: не найти клиента, а понять, какой продукт будет пользоваться спросом. Примеров таких студий много, и их успех, прежде всего, зависит от качества и оригинальности предлагаемых продуктов. Для наглядности рассмотрим производство форм для изготовления кондитерских изделий. Их легко моделировать, кастомизировать, печатать и продавать. Целевая аудитория этого продукта понятна и устойчива, продукт легко продвигается в соцсетях, себестоимость низкая, и для производства подойдут самые бюджетные 3D-принтеры. Главное тут - оптимальное соотношение количества аппаратов с объёмами производства. Другой популярный пример: аксессуары для геймеров. Игровое оружие, маски, элементы костюмов из компьютерных игр для косплееров. Продукт не настолько массовый, но стабильно спросовый, и ценовая ниша его существенно выше. Больше времени уйдет на моделирование и печать, но взамен вы получаете рынки всего мира, так как студия не ограничена локацией вашего региона.

3D-печать медицинских изделий

Третий вариант студии 3D-печати медицинский. Сегодня он очень востребованный. Протезы, ортезы, ортопедические стельки, слуховые аппараты, временные коронки, элайнеры, оправы очков сложны в обычном производстве, но наши технологии кратно упрощают этот процесс. Оборудование здесь подбирается исходя из конкретной задачи. Обычно одна компания сосредоточена на печати конкретной линейки моделей. Накапливаемый опыт позволяет создавать продукт с уникальными свойствами максимально эффективно. В данном направлении бизнес идет в тандеме с наукой. Успех предприятия напрямую зависит от новаторских подходов в ортопедии и медицине в целом.

3D-печать арт-объектов

Четверное место отдадим искусству. 3D-печать скульптур еще один способ заработать на этой технологии. Создание арт-объекта большого размера задача не из легких, и уж точно не из дешевых. Тем не менее, многие интерьеры или общественные пространства нуждаются в эстетическом апгрейде. Современные скульпторы стали использовать новую технологию в своей работе именно для создания конечных изделий, а не прототипов или макетов, как можно было бы подумать. Для реализации подобной цели нужны крупноформатные принтеры, работающие по технологии FDM (модель формируется из расплавленного пластика). Обычно компьютерная модель делится на части и печатается на нескольких 3D-принтерах, после чего склеивается, шлифуется, грунтуется и красится в нужные цвета, иногда с добавлением фактуры. Это делает скульптуру практически неотличимой от выполненной из природных материалов.

Другим вариантом является демонстрация модели в натуральную величину, без постобработки, что дает возможность зрителям увидеть 3D-печатную модель на разных этапах ее создания.

Сложно вместить в короткую статью всё многообразие возможностей, которое предлагает 3D-печать энтузиастам этой технологии, но мы видим, что с каждым днем появляется все больше новых интересных историй ее применения. Она дает импульс для развития новых технологий и привносит инновации в, казалось бы, такие устоявшиеся сферы, как создание скульптур или пряников. Как сказал американский изобретатель Чак Халл, запатентовавший первый 3D-принтер: У меня нет хрустального шара, который расскажет мне, что должно произойти в будущем, но одно я знаю точно: когда умные люди работают над какой-то конкретной задачей, они постепенно продвигаются вперед.

Александр Корнвейц

Основатель и генеральный директор компании Цветной мир

Тайваньская компания Phrozen была основана в 2016 году энтузиастами 3D-печати и до недавних пор была неизвестна широкому кругу покупателей, пока в 2019 году не провела очень успешную краудфандинговую кампанию по сбору средств на выпуск новой модели принтера -Phrozen Transform. В ходе этой кампании было собрано более полумиллиона долларов от 139 мейкеров по всему миру и, несмотря на некоторые задержки, уже в марте 2020 года все покупатели получили долгожданные принтеры.

По цене меньше 2000$ пользователи получили настольный принтер с огромной областью построения. Это стало прорывом в бизнесе Phrozen. Параллельно компания Phrozen первой представила на рынок принтер с LCD дисплеем с разрешением 4K, что также стало трендом в фотополимерной 3D-печати.

Сегодня Phrozen лидирует на рынке бюджетных фотополимерных 3D-принтеров прежде всего за счет более высокого уровня R&D и активного внедрения инновации. И уже очевидно, что из-за нехватки производственных мощностей она не в состоянии обеспечить ажиотажный спрос на свою продукцию. Тем не менее, даже несмотря на многочисленные задержки и высокую стоимость доставки с Тайваня, покупатели по всему миру готовы ждать именно оборудование Phrozen. Ведь покупая именно его, они могут получить уникальный продукт, не представленный в линейке других производителей. Здесь, как в рекламном штампе: При всем богатстве выбора другой альтернативы нет.

Модельный ряд

Ну а теперь давайте подробно рассмотрим продуктовый портфель Phrozen, который условно можно разделить на 3 линейки. В первую мы включили принтеры Sonic Mini 4K и Sonic Mighty 4K. Кому подойдут эти модели? В первую очередь, для создателей миниатюр, аниматоров, моделистов, косплееров и прочих увлеченных своими хобби людей. Конструктивно эти аппараты отличаются только размером рабочей камеры, в Mini используется дисплей 6, а в Mighty 9,3. Но при этом у модели Mini 4K разрешение по XY 35 микрон, а у Mighty 4K 52 микрон, и качество печати детализированных элементов соответственно на Mini 4K лучше. А вот максимальный размер модели или максимальное количество одновременно печатающихся моделей существенно больше в Mighty 4K. Тем не менее, оба принтера отлично справляются с разнообразными задачами.

Вторую линейку можно назвать профессиональной. Здесь представлены модели Sonic 4K и Sonic XL 4K. Эти принтеры, прежде всего, нашли свое применение в стоматологии и создании ювелирных изделий. Чем же они отличаются от начальной линейки принтеров Phrozen? В этих моделях все направлено на увеличение надежности, а, соответственно, и производительности. Металлический корпус с крышкой на петлях, улучшенные направляющие по оси Z с более плавным подъемом платформы, алюминиевые ванночки для печати и другие отличия позволяют пользователям использовать эти принтеры в режиме нон-стоп. Отличаются модели также только размером. Sonic 4K использует матрицу 6.1, а его старший брат - 8,9. Это значит, что разрешение в Sonic 4K ниже 35 микрон, и качество детализированных моделей выше. Зато Sonic XL 4K берет своими размерами, которые пригодятся для печати больших моделей или их большого количества.

Ну и последняя линейка состоит из одной модели Phrozen Transform, которая поставляется в двух вариантах Standard и Fast. Внешне они ничем не отличаются. В версии Standard установлен LCD дисплей 4K, а в версии Fast - LCD дисплей Mono 4K, который позволяет существенно ускорить процесс печати, что особенно важно для моделей большого размера, например, архитектурных. Печать может занимать дни, и возможность ускорить получение результата высоко ценится многими клиентами. Также эти принтеры используются для массовой печати небольших изделий, но надо учитывать, что с учетом большого размера матрицы, разрешение по XY в них составит 76 микрон. Этого может не хватить для обработки мелких детализированных моделей (вероятны проявления эффекта замыливания мелких элементов).

Применение

Теперь рассмотрим самые популярные задачи для фотополимерных 3D-принтеров Phrozen.

• Создание миниатюр по собственным оригинальным рисункам для продажи фанатам игр, сериалов, комиксов, фильмов и аниме

• Создание эксклюзивных моделей кораблей, самолетов, поездов и автомобилей

• Создание исторических миниатюр по оригинальным рисункам или с помощью сканирования существующих образцов

• Создание оружия, аксессуаров и масок для косплееров

• Создание архитектурных макетов

• Создание выставочных макетов

• Прототипирование в различных областях

• Стоматология в разных ее аспектах

• Ювелирное дело

Для получения максимально качественного результата фотополимерной 3D-печати необходимо обратить особое внимание на постобработки моделей и использование качественных фотополимерных смол. Напечатанные модели необходимо промывать в спирте или в воде (в зависимости от типа смолы) и потом дозасвечивать в ультрафиолетовой камере. Для этих целей компания Phrozen выпускает УФ-камеры 3 видов, которые отличаются размером. Выбирать камеру следует исходя из размера вашего 3D-принтера. На сегодняшний день доступно 3 модели: Cure V2, Luna и XL.

Cмолы Phrozen подходят для большинства фотополимерных 3D- принтеров, печатающих на волне 405 нм. В линейке представлены стандартные смолы, гибкие, усиленные, 4Kи многие другиеинтересные по своим характеристикам и назначению. Подробнее о фотополимерах Phrozen можнопрочитать тут.

Выводы

Подводя итоги, отметим, что экосистема Phrozen, состоящая из принтеров, материалов, оборудования для постобработки и программного обеспечения, позволяет пользователям эффективно использовать 3D-печать. Линейка Phrozen полностью закрывает существующий спрос на фотополимерные 3D-принтеры и предлагает модели под разные задачи в приемлемых ценовых категориях.

Сравнительная таблица характеристик3D-принтеров Phrozen

Александр Корнвейц

Основатель и генеральный директор компании Цветной мир