3D puzzle s motivem hradu Švihov

Základní škola a Mateřská škola Švihov
Žáci využijí motiv lokální historické památky ke zpracování 3D modelu ze 2D obrázku. Vzniklý model upraví do podoby 3D puzzle.
Medium
Short-term
10–14 yrs
Verified by Prusa Team
Suitable printers: Prusa MINI / MINI+
0
3
0
220
updated August 29, 2022

Summary

PDF
Žáci využijí motiv lokální historické památky ke zpracování 3D modelu ze 2D obrázku. Vzniklý model upraví do podoby 3D puzzle.

Necessary knowledge and skills

Předpokladem je základní znalost práce s vektorovou grafikou. Konkrétně je třeba motiv převést z rastrové do vektorové podoby, např. v programu Inkscape. Dále upravit křivky tak, aby byly tvary pokud možno vytisknutelné – tedy motiv co nejvíce zjednodušit, odstranit příliš malé části, které by se slily v jednotnou plochu, nebo se vůbec nevytiskly.

Dále je nutná základní znalost práce s modelovacím softwarem, konkrétně import vytvořené vektorové grafiky např. do aplikace Tinkercad a jeho další zpracování. V našem případě vytvoření podložky pro motiv hradu, přizpůsobení rozměrů tisknutelné oblasti, volba výšky (tloušťky) celého tvaru (může zahrnovat práci se šuplerou, pokud vyučující považuje za vhodné ji zařadit). Model je třeba exportovat ve vhodném formátu (.stl) z modelovacího softwaru do PC, konkrétně do slicovacího softwaru.

Samostatná práce se softwarem pro tvorbu vykrajovátka – toto je náročnější část procesu tvorby puzzle. Lze postupovat přesně podle návodu na blogu Prusa Research, je však nutná jistá úroveň znalostí práce s aplikacemi (stažení instalátoru, instalace programu, stažení skriptu, otevření skriptu v programu). Mladší žáci jistě budou potřebovat asistenci vyučujícího. Starší žáci mohou postupovat podle návodu, je však potřeba zdůraznit, že se musí přesně držet jednotlivých instrukcí. U volby proměnných je prostor pro jejich vlastní iniciativu – vhodné pro starší žáky. Ti mohou vyzkoušet různé proměnné a diskutovat o tom, jak se změny projevily na výsledném modelu.

Předpokládá se také středně pokročilá znalost práce se slicovacím softwarem, např. PrusaSlicer, do kterého žáci naimportují jimi vytvořený model. Dále je potřeba do modelu přidat vykrajovátko. Tento proces vyžaduje využití pokročilejších funkcí aplikace, je však také přesně popsán v návodu. Mladší žáci zde opět využijí asistenci vyučujícího. 

Posledním krokem je export G-code ze slicovací aplikace a jeho přenesení do 3D tiskárny, např. na flashdisku. Následuje tisk celého modelu puzzle.

Project objectives

Výsledek celého projektu:

Žáci získají jednoduchou skládačku zobrazující známou lokální historickou památku. Skládačka bude určena jako upomínkový předmět pro učitelský sbor partnerské školy v německém Wiltingu.

Jednotlivé výukové cíle projektu:

  • Žáci pracují s motivem turistického razítka lokální historické památky, kterou důvěrně znají. Prohloubí si své znalosti o místní nejznámější kulturní památce, zároveň získají znalosti o účelu turistických razítek, případně známek.
  • Žáci si procvičí převádění 2D vektorové grafiky na 3D model. Dokážou posoudit vhodnost vybraného motivu. Upraví 2D vektorovou grafiku tak, aby byl motiv vyhovující pro tvorbu 3D modelu. Uvědomí si limity tohoto převodu. 
  • Žáci posoudí, nakolik 3D model odpovídá jejich představám o výsledném výtisku. Upraví jeho parametry tak, aby výsledný výtisk byl proveditelný a zároveň použitelný pro daný účel.
  • Žáci využijí připravený skript pro vykreslení křivek 3D puzzle. Vytvoří vhodné tvary vykrajovátka tím, že budou pozměňovat různé proměnné ve výpočtu skriptu. Vhodnost vytvořených tvarů ověří ve slicovacím nástroji.
  • Žáci ověří, zda je tisk jejich 3D modelu uskutečnitelný. Uvědomí si limity 3D tiskárny dané vlastnostmi modelu, ale i různými nastaveními tisku.
  • Žáci porovnají výsledný výtisk s modelem, konfrontují jej se svými představami. V diskuzi zhodnotí celý proces výroby, navrhnou případná zlepšení nebo zjednodušení.

Required equipment

Hardware, nástroje, součástky:

  • Při práci s razítkem – razítko, papír, fotoaparát (mobilní telefon, tablet). Flashdisk pro přenos G-code do tiskárny. 3D tiskárna (Original Pusa MINI+). Pro případné dočištění výtisku jemný brusný papír (není nutné). Připraveny byly papírové krabičky pro hotové puzzle (vyrobili žáci v hodinách Výtvarné výchovy). 

Software:

  • Inkscape, webový prohlížeč (práce v Tinkercad, instalace OpenSCAD), PrusaSlicer.

Project time schedule

Přípravné práce před zadáním žákům:

  • není potřeba zvláštní příprava, pokud budeme pracovat s již dostupným rastrovým obrázkem
  • v případě práce s razítkem – zajistit razítko

Časový odhad práce na projektu:

Práce s razítkem – 20 min. – otisk razítka, fotografie, přenos do PC

Práce v Inkscape a Tinkercad – 2 vyuč. hod. 

  • převod rastru do vektoru v Inkscape, úprava křivek, export
  • import do Tinkercad, posouzení vhodnosti k tisku, případný návrat do Inkscape a úprava křivek, vytvoření podložky pro motiv hradu, úprava rozměrů celého modelu (možnost práce se šuplerou), export .stl

Tvorba vykrajovátka – min. 0,5 hod. (velmi závisí na PC, na slabších zařízeních poběží skript dlouho)

  • instalace programu, načtení skriptu, zadání proměnných, výpočet – většinou několikrát

Práce v PrusaSlicer – 15 min.

  • import modelu, načtení vykrajovátka, ověření proveditelnosti tisku, export G-code

Orientační čas tisku:

  • velikost modelu 13 x 13 x 0,5 cm, tiskárna Original Pusa MINI+, filament Prusament PLA, 0.15 mm SPEED, výplň 15 % – odhadovaná délka tisku 5 hod. 14 min.

Workflow

1. Práce s předlohou – razítkem

                Žáci otisknou turistické razítko na čistý papír. Snaží se o co nejkvalitnější otisk.

                Otisknutý motiv razítka žáci vyfotí fotoaparátem, mobilem, nebo tabletem. Snaží se o co nejkvalitnější fotografii (dobré světelné podmínky, vysoký kontrast razítka). Fotografie přenesou do svých PC.

                Prostor pro rozhovor o turistických razítcích a známkách, o významu místní kulturní památky.

2. Práce v Inkscape

                Žáci otevřou rastrový obrázek v Inkscape. Převedou ho na vektor. Spolu s vyučujícím zhodnotí, zda se převod povedl, do jaké míry bude třeba vektor upravovat. 

Žáci upravují křivky tak, aby byl motiv vytisknutelný – především odstraní příliš malé detaily, zarovnají křivky, kde je to potřeba. Starší žáci na úpravách pracují samostatně, mladším pomůže vyučující – vysvětlí, co je ještě vytisknutelné a co už ne.

Žáci exportují vektor do Tinkercadu.

3. Práce v Tinkercad

                Žáci importují model z Inkscape a zhodnotí spolu s vyučujícím, zda je takto vytisknutelný. Pokud je model příliš členitý, nebo se křivky slily, je potřeba vrátit se do Inkscape a křivky poupravit. 

                Žáci vymodelují vhodnou podložku pro umístění motivu razítka – např. čtverec se zaoblenými hranami. Umístí motiv razítka na připravenou podložku, dbají na zarovnání.

                Rychlejší žáci mohou pracovat se šuplerou, měřit tloušťky různých předmětů a vybrat nejvhodnější tloušťku (výšku) pro svůj model. Mladším žákům může určit rozměry vyučující – v našem případě byly rozměry celého modelu 14 x 14 x 0,5 cm.

                Žáci exportují model ve formátu vhodném pro 3D tisk – v našem případě .stl.

4. Tvorba vykrajovátka

                Vyučující nasdílí všem žákům odkaz na blog Prusa Research, kde je návod pro tvorbu puzzle. Společně se žáky projde jednotlivé kroky návodu a ujistí se, že jim žáci rozumí. Starší žáci mohou dále pracovat sami. Mladším žákům bude pomáhat vyučující. 

                Žáci si z odkazů v návodu stáhnou instalátor OpenSCAD a program nainstalují do svých PC. Stáhnou si skript pro tvorbu vykrajovátka a otevřou ho v uvedeném programu. Zadají proměnné podle návodu a spustí skript.

Doba trvání skriptu velmi závisí na vybavenosti PC, je tedy možné přistoupit na variantu, kdy na jednom PC běží delší dobu skript vzniklý tvar vykrajovátka pak použijí všichni žáci shodný) a na ostatních PC se žáci věnují jiné práci (např. plní předchozí bod postupu). Pokud jsou PC dostatečně výkonná, není toto potřeba a každý žák si může vytvořit vlastní vykrajovátko. 

                Rychlejší žáci mohou ve skriptu měnit proměnné a zkoumat účinek této změny na výsledný tvar vykrajovátka. 

Některé vzniklé tvary nejsou použitelné (křivky se překrývají, dílky jsou příliš úzké a zlomily by se atd.). Vyučující může na toto žáky předem připravit (vhodné u mladších žáků), nebo je naopak nechat vzniklé tvary samostatně vyhodnotit. 

Žáci exportují vzniklý tvar vykrajovátka jako .stl.

5. Práce v PrusaSlicer

                Žáci importují do PrusaSliceru model vytvořený v TinkerCAD. Postupují dále podle návodu z blogu – přepnou prostředí do pokročilého módu a přidají modifikátor – připravené .stl s vykrajovátkem. Nastaví vlastnosti tisku – zde je možná diskuze s vyučujícím, jaké vlastnosti by měl celý výtisk mít (kolik % výplně je potřeba, zda preferovat kvalitu před rychlostí apod.). 

Žáci model naslicují a zkontrolují v horních vrstvách podobu výsledného výtisku – především to, jak jsou nebo nejsou vytisknutelné detaily vytvořeného modelu. Opět je zde prostor pro diskuzi o limitech tisku, praktičnosti vytvořené skládačky (zda se motiv neodlomí při rozdělení dílků puzzle apod.).

Žáci vyexportují G-code a uloží ho na flashdisk k přenosu do 3D tiskárny. Následuje tisk modelu. Hotový výtisk mohou případně žáci začistit jemným brusným papírem.

Po vytisknutí modelu žáci zhodnotí výslednou podobu výtisku. Především porovnají své původní představy o konečné podobně puzzle s vytvořenou skládačkou. Vyučující může vést diskuzi o praktické využitelnosti skládačky – jsou dílky přiměřeně velké, neodlomily se části motivu spolu s dílky puzzle? Je materiál vhodný pro časté použití? Co byste udělali jinak, jak byste výtisk změnili, kdybyste skládačku tvořili příště? 

Vytvořené 3D puzzle žáci v rozloženém stavu uloží do připravených krabiček (vytvořeny v hodinách Výtvarné výchovy). Skládačky poslouží jako upomínkový předmět.

Authors

Mgr. Vendula Bauerová, žáci 9. roč. ZŠ Švihov 2021/22, využito motivu turistického razítka Státního hradu Švihov. Pro řez puzzle byl využit postup popsaný Ondřejem Stříteským na blogu PRUSA RESEARCH.

Tags



Model origin

The author hasn't provided the model origin yet.

License