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La stampa 3D a scuola: imparare creando giochi

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Con l’introduzione di una stampante 3D a scuola gli studenti acquisiscono conoscenze, capacità operative e strumentali nell’uso dei programmi di disegno CAD 3D e delle procedure di stampa.

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La stampa 3D a scuola: imparare creando giochi

  1. 1. La stampa 3D a scuola:La stampa 3D a scuola: imparare creando giochiimparare creando giochi Claudio Gasparini Formatore nei corsi PNSD - Lombardia www.cad-tutor.com/gasparini
  2. 2. Progettazione integrataProgettazione integrata Non ci sono piu' distinzioni fra disegno artistico, disegno tecnico, tavola costruita con i codici della Geometria descrittiva, disegno automatico, modello informatico e modello fisico. Sgabello Mezzadro, Achille e Pier Giacomo Castiglioni, 1957, prod. Zanotta (rendering C.Gasparini)
  3. 3. Diagramma della stampa 3DDiagramma della stampa 3D Elaborazione C: Gasparini
  4. 4. Diagramma della stampa 3DDiagramma della stampa 3D 1.1. Disegno e Modellazione 1.2 Scanner 1.3 Fotografia e fotogrammetria 2. Modifica, correzione e ottimizzazione 3. Presentazione e Stampa
  5. 5. Abilita’ e conoscenze per il 3DAbilita’ e conoscenze per il 3D 1. Abilità informatiche 2. Conoscenza di un sistema CAD 3. Conoscenza della geometria solida 4. Orientamento spaziale 5. Conoscenza di viste e sezioni 6. Sequenza di lavorazione Strutturare processi logici 1.1. Disegno e Modellazione 1.2 Scanner 1.3 Fotografia e fotogrammetria
  6. 6. Abilita’ e conoscenze per il 3DAbilita’ e conoscenze per il 3D Progettare una STORIA disegnando e realizzando i personaggi
  7. 7. Abilita’ e conoscenze per il 3DAbilita’ e conoscenze per il 3D Sistema di proiezioni ortogonali Bruno Munari, 16 animali, Danese, 1957
  8. 8. Didattica per le scuoleDidattica per le scuole
  9. 9. Abilita’ e conoscenze per il 3DAbilita’ e conoscenze per il 3D Sistema di proiezioni ortogonali
  10. 10. Abilita’ e conoscenze per il 3DAbilita’ e conoscenze per il 3D Norma UNI EN ISO 5456 sulle proiezioni ortogonali e relative direzioni di vista. Regola della mano destra
  11. 11. Abilita’e conoscenze per il 3DAbilita’e conoscenze per il 3D 1. Comprendere le istruzioni 2. Seguire le istruzioni 3. Individuare gli errori 4. Correzione degli errori 5. Rispettare i limiti e le potenzialità 6. Scegliere la soluzione ottimale o meno dispendiosa in termini di costi e di tempo Valutare e attuare soluzioni 2. Modifica, correzione e ottimizzazione
  12. 12. Abilità e conoscenze per il 3DAbilità e conoscenze per il 3D 1. Scegliere il materiale 2. Scegliere la tecnologia 3. Scegliere la precisione e la qualità 4. Scegliere e saper valutare i tempi Attuare scelte e valutare il prodotto 2. Modifica, correzione e ottimizzazione
  13. 13. Modellazione solida parametricaModellazione solida parametrica Uno dei principali vantaggi associati all’uso dei sistemi CAD è quello di poter costruire dei modelli con variabili (tipicamente dimensioni) che possono essere successivamente variate senza dover ricostruire l’intero modello
  14. 14. Modellazione NURBSModellazione NURBS La modellazione NURBS è una modellazione basata sulle curve che permette un controllo perfetto di quanto si va a creare. La tecnologia NURBS (Non Uniform Rational B-Splines - B-Spline razionali non uniformi) permette la creazione di curve e superfici definite accuratamente nella forma. SW: Rhino, Maya, Blender Pro: molto preciso, simulazioni e calcoli, prototipazione Applicazioni: settori del design, architettura, industria.
  15. 15. Modellazione PoligonaleModellazione Poligonale La modellazione poligonale genera superfici organizzate in maglie di facce poligonali con diversi livelli di dettaglio. Queste superfici di suddivisione possono solo approssimare l'oggetto finale se con un basso livello di poligoni (in questo caso caso l'oggetto viene detto Low Poly). SW: 3DS Max Pro: flessibile, adattabile Applicazioni: video giochi, Film e TV, video professionali, simulazione. Pixar, Lucas Film
  16. 16. Modellazione sculptingModellazione sculpting La modellazione sculpting si avvicina molto al procedimento della scultura con plastilina perché interattiva e graduale. SW: ZBrush, Blender, 123D Sculpt Pro: facile, plastico, approssimato. Non preciso Applicazioni: facce, corpi, sculture digitali
  17. 17. Modellazione proceduraleModellazione procedurale La modellazione procedurale genera superfici mesh di facce poligonali con livelli di dettaglio variabili. Queste superfici di suddivisione possono approssimare l'oggetto finale con un basso livello di poligoni (Low-Poly) o alto (High-Poly). Procedural texturing: texture calcolata, es. legno SW: Blender, Pro: automatica, semi automatica, algoritmica, variabile Applicazioni: casualità, autosimiliarità, ripetizione elementi, frattali, terreni, simulatori fluidodinamici, vegetazione, capelli
  18. 18. Scansione 3DScansione 3D La scansione tridimensionale mediante strumenti. • Fotogrammetria - è un sistema abbastanza semplice e economico,[36] che permette di acquisire forme a basso dettaglio. Si utilizzano delle fotografie del soggetto prese da varie angolature ed il software ricostruisce il modello. • Sonda 3D a contatto (Tastatore) Usa un braccio meccanico snodato che va a "tastare" il modello negli incroci di una griglia segnata sulla sua superficie. • Scansione Laser: il laser scanner 3D fornisce le coordinate spaziali di una nuvola di punti appartenenti all'oggetto del rilievo.
  19. 19. Principi di corretta modellazionePrincipi di corretta modellazione Quale software usare ? Sgabello per la mungitura, designer sconosciuto, autoproduzione Italia
  20. 20. Storia della stampa 3D
  21. 21. Nel 1983 Chuck Hull stava sperimentando dei rivestimenti per superfici a contatto con raggi ultravioletti Storia della stampa 3DStoria della stampa 3D Usando una classe di materiali definiti fotopolimeri riuscì a solidificare degli strati attraverso il processo di stereolitografia Ha brevettato il processo nel marzo 1986 con il titolo: “Apparatus for Production of Three-Dimensional Objects by Stereolithography” Chuck Hull inventore della stampa 3D e presidente di 3D Systems Intervista di Chuck Hull alla CNN nel 2014
  22. 22. Nel 2006 (20 anni dopo) è scaduto il brevetto di FDM – FFF Fused deposition modeling (Modellazione a deposizione fusa ) Nel febbraio 2014 è scaduto il brevetto della tecnica della sinterizzazione, (Selective Laser Sintering o SLS) Come successo con le stampanti FDM, ora c’è da aspettarsi un grande impulso nella produzione di stampanti SLS. Brevetti scadutiBrevetti scaduti “E’ la scadenza dei brevetti che fa muovere il mondo” Anonimo
  23. 23. A livello individuale penso ci sia una sorta di grande necessità repressa: nell'era del computer tutto è visibile solo su uno schermo o in rete e col tempo abbiamo perso il senso del risultato tangibile. La stampa 3D permette di convertire i modelli virtuali in oggetti fisici in un maniera molto semplice.” Chuck Hull inventore della stampa 3D Le sfide della stampa 3DLe sfide della stampa 3D “La grande sfida di questa tecnologia è stato quello di stimolare la creatività e trasformarla in progettazione e produzione. Intervista di Chuck Hull alla CNN nel 2014
  24. 24. Tecnologia della stampa 3DTecnologia della stampa 3D La Stampa 3D è una tecnologia additiva cioè aggiunge il materiale con procedimenti differenti , mentre la tecnologia sottrattiva è tipica delle macchine utensili. Storicamente definita anche prototipazione rapida è indirizzata alla creazione di prototipi cioè “primo elemento di una serie” Le funzioni di un prototipo possono essere: concettuali, funzionali, tecnici, preserie, valutativi, prestazionali, usabilità.
  25. 25.  Stereolitografia (SLA o fusione selettiva)  Selective Laser Sintering (SLS)  Direct Metal Laser Sintering (DMSL) e Direct Metal Printing (DMP) SLA: il materiale è un fotopolimero liquido SLS: il materiale è una resina in polvere. DMSL: il materiale di lavorazione è una polvere metallica http://bulatov.org/metal/index.html Tecnologie SLA, SLS, DMSLTecnologie SLA, SLS, DMSL Tecnologia Stereolitografia (SLA o fusione selettiva) Fonte Wikipedia, voce Stereolithography
  26. 26. Fused Deposition Modeling – FDM La Modellazione a deposizione fusa fu sviluppata da S. Scott Crump alla fine anni ‘80 e fu commercializzata da Stratasys fondata dallo stesso Crump. Fused Deposition Modeling - FDMFused Deposition Modeling - FDM Fonte Wikipedia, voce Fused deposition modeling
  27. 27. Tipi di stampantiTipi di stampanti www.sharebot.it
  28. 28. Tipi di stampantiTipi di stampanti www.sdm3d.it
  29. 29. Materiali di stampaMateriali di stampa Nella stampa FDM o FFF (Fused Deposition Modeling) si usa un materiale termoplastico estruso in filamento di 1.75 mm PLA L’acido polilattico o PLA è un termopolimero generato dalla fermentazione del mais, non è biodegradabile in condizioni naturali ma è idrosolubile a temperature superiori a 70-80C. E’ considerato una plastica più 'ecologica' rispetto all'ABS basato sul petrolio. Utilizzato principalmente in imballaggi per alimenti e contenitori, il PLA può essere compostato in impianti di compostaggio commerciali. Con un po' più di lavoro, il PLA può anche essere levigato e lavorato a macchina.
  30. 30. Materiali di stampaMateriali di stampa ABS è un polimero che può assumere molte forme e può essere progettato per avere molte proprietà. In generale, è una plastica robusta con maggior flessibilità rispetto al PLA. La flessibilità dell'ABS permette di creare pezzi ad incastro più facili da lavorare (i mattoncini LEGO sono realizzati in ABS). E' facilmente levigabile e lavorabile a macchina. In particolare, l'ABS è solubile in acetone permettendo di saldare parti con una goccia o due, o lisciarle creando una superficie lucida mediante spazzolatura o immergendo i pezzi completi in acetone.
  31. 31. Software per il 3D
  32. 32. Autodesk Fusion 360
  33. 33. Autodesk ReMake
  34. 34. Il modello CAD viene creato da un sistema CAD ed esportato nel formato STL (Standard Triangulation Language) che converte il modello in mesh (rete) triangolare di intensità variabile. Da solido a mesh. Il file STL può essere ottimizzato o corretto per la stampa 3D (approssimato). Dal modello CAD al modello STLDal modello CAD al modello STL
  35. 35. STL deve essere processato per generare i supporti e per essere ottimizzato rispetto anche della risoluzione della stampante. Slicing: sezionamento del file secondo la tipologia della stampante. Il modello viene scomposto layer-by-layer per passare le istruzioni alòla stampante. Dal modello CAD al modello STLDal modello CAD al modello STL
  36. 36. Il file STL generato da sistemi CAD può contenere degli errori che possono compromettere la realizzazione fisica. Inoltre il modello STL prima di essere processato deve contenere i supporti e una orientazione ottimale. Programmi per il controllo dei file STL: MiniMagics versione gratuita di Magics di Materialise Meshmixer app gratuita della suite 123D di Autodesk MeshLab programma OpenSource sviluppato dall’Università di Pisa CNR che utilizza il sistema di mesh processing per sviluppare e modificare modelli 3D, e quindi ottimizzare anche i file STL per la stampa. Netfabb utilizzato anche Microsoft 3D Model Repair service per la verifica di file STL Come correggere un STLCome correggere un STL
  37. 37. In Meshmixer di Autodesk la funzione Analysis / Inspector visualizza in un modello le mesh non chiuse e quelle interrotte oppure le superfici non-manifold. Permette quindi di fare una correzione automatica. Come correggere un STLCome correggere un STL
  38. 38. Ogni stampante utilizza un set di istruzioni per la realizzazione fisica del modello. In genere questo codice è proprietario e viene fornito con la stampante. Il formato G-code è stato sviluppato al MIT agli inizi degli anno ’50 ed è un linguaggio standard ISO 6983 e DIN. Nato per pilotare le macchine a controllo numerico CNC è stato implementato anche per le stampanti 3D Programmi che generano G-code: Slic3r: software nato per le stampanti RepRap e scritto da Alessamdro Ranellucci Skeinforge: scritto in Pyton per le RepRap Cura: distribuito dal produttore delle stampanti Ultimaker è molto utilizzato dai makers. Semplify3D: lo slicing più completo che fornisce un controllo elevato dei passaggi di stampa. E’ a pagamento . Come produrre un file di stampaCome produrre un file di stampa
  39. 39. Alcuni programmi, che possiamo definire aggregatori, offrono in un unico ambiente molte funzioni forniti da vari programmi di stampa. Citiamo i principali: PrintRun: è una collezione di strumenti che permettono di produrre il G- code generato da Slic3r e inviarlo alla stampante. E' stato il primo di questa categoria. ReplicatorG : viene fornito con le stampanti Makerbot ma viene utilizzato anche su altri tipi di stampanti. Repetier-Host: fornisce un’interfaccia molto intuitiva con una vasta gamma di opzioni di stampa. Ambienti e aggregatoriAmbienti e aggregatori
  40. 40. Esempio di codice G-Code ; intestazione e settaggi ; generated by Slic3r 1.0.1 on 2014-10-03 at 12:46:31; QUALITA' BASSA; layer_height = 0.3; perimeters = 3; top_solid_layers = 6; bottom_solid_layers = 3; fill_density = 0.1; perimeter_speed = 90; infill_speed = 90; travel_speed = 150; nozzle_diameter = 0.4; filament_diameter = 2.90; extrusion_multiplier = 0.90; perimeters extrusion width = 0.40mm; infill extrusion width = 0.42mm; solid infill extrusion width = 0.39mm; top infill extrusion width = 0.36mm; support material extrusion width = 0.40mm; first layer extrusion width = 0.45mmG21 ; set units to millimetersM107M190 S110 ; wait for bed temperature to be reachedM104 S230 ; set temperatureG28 ; posizione home su tutti gli assiG1 Z5 F5000 ; alza l'estrusore a 5mmM109 S230 ; wait for temperature to be reachedG90 ; use absolute coordinatesG92 E0M82 ; use absolute distances for extrusionG1 F1200.000 E-1.00000G92 E0G1 Z0.300 F9000.000G1 X46.041 Y61.418 F9000.000G1 E1.00000 F1200.000G1 X47.111 Y60.208 E1.02900 F1800G1 X48.721 Y58.578 E1.07014G1 X50.491 Y57.138 ; seguono le coordinate geometriche X,Y E1.11111G1 X51.851 Y56.188 E1.14090G1 X53.931 Y54.828 … Struttura del file G-codeStruttura del file G-code
  41. 41. Cerca di ottimizzare lo spazio. Il tempo non è tutto uguale. crea un corretto numero di poligoni Less is More cerca di risparmiare materiale e tempo Claudio Gasparini, Tazzine nubili Alcune regole per la stampa 3DAlcune regole per la stampa 3D • crea superfici con uno spessore maggiore di 0.5 mm • tutte le facce devono essere chiuse e le normali corrette •crea spigoli che non siano in condivisione con molti altri
  42. 42. Italian, unleash your creativityItalian, unleash your creativity Intervista a Bre Pettis CEO di Makerbot produttore di stampanti 3D http://youtu.be/V_SSktcb680
  43. 43. «Italian, unleash your creativity»«Italian, unleash your creativity» In che modo questa tecnologia può essere utile all’Italia? Gli artigiani e i designer sono una parte essenziale dell’identità italiana. Molti giovani talenti italiani realizzano qualcosa e cercano un’azienda che produca le loro idee. Ma non sarà questo il futuro. Bisogna creare un’azienda sulle proprie idee e oggi non è mai stato così facile, anche perché si può andare su un sito di crowdfunding per trovare le risorse. Nei prossimi anni sarà sempre più diffuso un nuovo modello: creare il proprio prodotto e andare direttamente sul mercato.
  44. 44. Italian, unleash your creativityItalian, unleash your creativity Gartne r's 20 1 3 Hype Cycle fo r Em e rg ing Te chno lo g ie s Maps
  45. 45. Una delle prime sperimentazioni di stampanti applicate al cibo è stata la stampa di oggetti di cioccolato con stampanti a fusione come la stampante 3Drag di ElettronicaIn. Stampare il ciboStampare il cibo Stampa di una tazzina di cioccolato con la 3Drag (foto C. Gasparini)
  46. 46. Progetto provocatorio di stampante 3D per stampare cibo in paesi del Terzo mondo. Le materie prime sono alla base del processo che si attiva con la scelta del tipo di utente: neonato, bambino, anziano e malato. Il cibo viene stampato nella forma tipica del luogo con i principi nutritivi corretti. Stampare il ciboStampare il cibo Stampante 3D ecosostenibile. Progetto di C.Gasparini
  47. 47. Il mio testo di AutoCAD e stampa 3D: http://goo.gl/HavsfP 47 Testo AutoCAD: modellazione, rendering e stampa 3DTesto AutoCAD: modellazione, rendering e stampa 3D
  48. 48. 48 SketchUp  è integrato in Google Earth  è un sistema intelligente di disegno (chiamato inference/inferenza)  ha un sistema parametrico per la definizione delle forme grafiche sia 2D che 3D  ha possibilità di studiare forme tridimensionali attraverso tecniche di estrusione molto intuitive  ha una immediata semplicità d'uso, orientata soprattutto al disegno tecnico http:// www.sketchup.com
  49. 49. 49 Tinkercad
  50. 50. Il mio testo di AutoCAD e stampa 3D: http://goo.gl/HavsfP 50 Cura: come creare un G-Code da un STL
  51. 51. Il mio testo di AutoCAD e stampa 3D: http://goo.gl/HavsfP 51 Cura: come creare un G-Code da un STL
  52. 52. Il mio testo di AutoCAD e stampa 3D: http://goo.gl/HavsfP 52 Cura: come creare un G-Code da un STL
  53. 53. Il mio testo di AutoCAD e stampa 3D: http://goo.gl/HavsfP 53 Cura: come creare un G-Code da un STL
  54. 54. Sitografia  https://projectignite.autodesk.com/  Il mio testo di AutoCAD e stampa 3D: http://goo.gl/HavsfP  https://blog.tinkercad.com/  https://www.thingiverse.com/  RIVISTE  http://www.designworldonline.com/  http://replicatore.it/  http://3dprintingindustry.com/  http://fabulous-fi.eu/ 54 SitografiaSitografia
  55. 55. All3DP: all3dp.com Thingiverse: www.thingiverse.com Pinshape pinshape.com Vitruvius areeweb.polito.it/didattica/vitruvius/?cat=16 Yeggi www.yeggi.com MyMiniFactory www.myminifactory.com 3DShookwww.3dshook.com/?aff=M3DLLC PARTcloud.net http://b2b.partcommunity.com/3d-cad-models/ Design World http://www.designworldonline.com/3d-cad-models/ Shapeways https://www.shapeways.com/3d_parts_database Tinkercad Gallery https://www.tinkercad.com/things/ 55 Repository di modelli 3DRepository di modelli 3D
  56. 56. Claudio GaspariniClaudio Gasparini claudio.gasparini@gmail.com CV: www.cad-tutor.com/gasparini TW: C_Gasparini FB: ClaudiusGasparini Padlet: ClaudioG Paper.li/C_Gasparini/1475152885 56 Grazie per l’attenzioneGrazie per l’attenzione Strumenti e strutture nel Piano Nazionale Scuola Digitale.Strumenti e strutture nel Piano Nazionale Scuola Digitale. Distribuito con Licenza Creative Commons Attribuzione 4.0 Internazionale.Distribuito con Licenza Creative Commons Attribuzione 4.0 Internazionale.

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