3D-принтер власноруч – запросто, або Як у СНУ працюють із новітніми технологіями

Ще кілька десятків років тому 3D-технології, або, як їх ще називають, адитивні технології, вважалися чимсь із галузі фантастики. Нині ж їх застосовують у різноманітних сферах – виробництва ювелірних виробів, взуття, промислового дизайну, архітектури, проєктування та будівництва в атомній, автомобільній, аерокосмічній, стоматологічній та інших галузях. Із ними вправляються студенти й навіть школярі. Головне – аби поряд був наставник, який просто й доступно зуміє навчити того, що на перший погляд видається надскладним.

Саме таким є Олександр Семенович Мартинюк – доктор педагогічних наук, професор кафедри експериментальної фізики та інформаційно-вимірювальних технологій Східноєвропейського національного університету імені Лесі Українки, керівник секції електроніки та приладобудування Волинської обласної Малої академії наук.У лабораторії автоматики та електронно-обчислювальної техніки кафедри експериментальної фізики та інформаційно-вимірювальних технологій, де він працює зі своїми аспірантами, студентами та учнями, – безліч апаратури, приладів, серед яких – спроєктоване та виготовлене власноруч обладнання. А ще – 3D-принтери: один промисловий (його придбали колегиза зароблені кошти від бюджетної теми), а один – виготовлений власноруч!

Олександр Семенович не без гордості зазначає, що їхнє зі студентами та учнями творіння за технічними характеристиками нічим не поступається промисловому зразку, хіба що потребує більше місця. «Зараз акцент робимо на тривимірні технології, – зазначає він. – Ми намагаємося долучатися до розробки, впровадження, тестування технічних новинок. Донедавна трендом були безпілотні літальні апарати. Ми досягнули певних результатів, навчилися будувати й використовувати безпілотники. Але, як то кажуть, тим натішилися й захотілося чогось нового».«3D-технології і стали предметом нашої цікавості, – провадить професор. – Захотілося у цій галузі поекспериментувати. Кілька років тому, коли це все тільки почало розвиватися, купити промисловий 3D-принтер і на ньому вчитись та працювати можливості не було, тому вирішили виготовити його власноруч. Три роки тому ми розробили перший такий принтер з підручних матеріалів, на його основі роздрукували складові частини інших, досконаліших принтерів. Оцей, що зараз стоїть у лабораторії, – це вже четвертий наш зразок. Уже його залишу собі, адже фактично сам розробляв структуру, концепцію, вклав власні кошти. Попередні системи учні та студенти виготовляли із комплектувальних, які самі придбали, тому ці принтери тепер використовують у власних комерційних цілях».Олександр Мартинюк читає студентам ще й курс «Комп’ютерна графіка та дизайн». «Ті студенти, які розробляють 3D-моделі програмно, зараз мають можливість роздрукувати їх на принтерах і бачити кінцевий результат своєї роботи», – розповідає він.

Олександр Семенович зізнається: 3D-принтер – задоволення не з дешевих. Однак використовувати те обладнання, що є в лабораторіях, а воно з 60-70-х років минулого століття, – не варіант. «Це обладнання надійне та якісне, прикладні задачі ми на ньому розв’язуємо, та без новітніх технологій – нікуди, – усміхається професор. – Процес виготовлення сучасних автоматизованих систем цікавий тим, що від студентів та учнів він вимагає набуття багатьох практичних умінь і навичок. Треба знати фізику, механіку, електро-, радіотехніку, вміти працювати зі слюсарним обладнанням – дрилем, лобзиком, фрезами, використовувати уміння програмувати мікроконтролерні системи, працювати з комп’ютером, програмувати в 3D. Для того щоб навчити фахівця працювати в сфері сучасних цифрових технологій, треба, щоб він умів не тільки користуватися сучасними технологічними засобами, а й міг власноруч проєктувати та виготовляти системи на кшталт безпілотників чи роботизованих комлексів. Мета – навчити дітей працювати і головою, і руками».Олександр Семенович відмічає, що студенти-фізики не мають проблем із працевлаштуванням. Окрім педагогічної кар’єри, вони затребувані на великих підприємствах – «Модерн-Експо», СКФ, «Мотор», «Кромберг енд Шуберт» тощо. «Маючи достатню практичну основу роботи з тривимірними технологіями, автоматизованими системами збору та обробки даних на основі мікроконтролерів, вони успішно працюють на промислових роботизованих платформах», – каже викладач.Доки розмовляємо, професор вмикає диво-техніку, аби показати її в дії. На комп’ютері – спроєктована деталь. Кілька натискань на кнопки – і через екструдер пластмаса (до того вона намотана на котушку), яка розігрівається, тоненьким струменем лягає на платформу, що рухається і вибудовує конструкцію. Трохи більш як за годину це буде готова пластмасова деталь. Тим часом пан Олександр демонструє вже готову детальку, роздруковану напередодні – це частинка робота-гексапода.

«А ось ці штативи й обладнання для навчального експерименту з фізики ми роздрукували для своїх лабораторій. На ринку такий комплект коштує близько 2500-3500 гривень. Вартість кілограма пластмаси для друку на 3D-принтері складає близько 500-800 гривень. Тож умовно на один штатив ми витратили приблизно 20-30 гривень, – пояснює науковець. – Крім того, на 3D-принтері надрукуємо запчастини до пральних машин, кавомашин, інших побутових апаратів. Тобто можна вдихнути в них друге життя, замінивши зношені деталі, а не викидати дороговартісну техніку. Так само проєктуємо та виготовляємо деталі до автомобілів, і власнику немає потреби купувати весь комплект, якщо можна роздрукувати й замінити тільки ту деталь, яка вийшла з ладу. У сусідній лабораторії в нас стоїть мультиекструдерний широкоформатний принтер, його розміри – півтора на півтора метра, столик для друку – 75 на 75 сантиметрів. Він спроєктований для друку шоколадом і глиною. Це наш такий експеримент – побудувати принтер для органічних матеріалів».«До речі, принтер, який тут бачите, зібрано з деталей, роздрукованих на попередньо виготовлених принтерах, та частково з підручних матеріалів – карнизної труби, меблевої фурнітури, фанери, листового металу тощо, – каже Олександр Семенович. – До того ж, концепція промислових 3D-принтерів і та, яку пропонуємо ми, суттєво відрізняються. Промисловий вимагає термоізоляційного захисного бокса, а наш відкритий. У нашому значно більша площа друку, а швидкість друку в них однакова».Окрім того, разом із вихованцями Олександр Мартинюк розробив безпілотну систему для проведення теплоаудиту – квадрокоптер, на борту якого закріплено бюджетний тепловізор. Дрон облітає висотний будинок чи інший об’єкт і формує теплограму, на якій видно, де відбувається втрата тепла. «Промисловий тепловізор для такої діагностики коштує від трьох до чотирьох тисяч євро, наша ж система в рази дешевша, а кінцевий результат ще кращий, оскільки квадрокоптером можна облетіти і зняти теплограму у важкодоступних місцях. Крім того, ми можемо формувати 3D-теплограму об’єкта», – каже професор.А ще в доробку винахідників – «Автоматизована система для озвучування туристично-інформаційних таблиць», із якою вони стали фіналістами IV Всеукраїнського фестивалю інновацій.

«У нас є туристичні місця, де вивішено інформаційні таблиці з описом пам’яток. Зазвичай вони розташовані так, що прочитати текст важко. А якщо в людини поганий зір, то й поготів. Ідея полягає ось у чому: озвучити інформацію, тобто коли людина зупиниться у зазначеному місці перед таблицею, з гучномовця звучить текст зі змістом про конкретний об’єкт, – пояснює Олександр Мартинюк. – Можна обирати українську чи англійську мову, система вмикається, наприклад, о шостій ранку й вимикається о 23:00. Вона не реагує на випадкові рухи (наприклад, пробігла собака чи пролетіла пташка). Також запропоновано помістити QR-код, який можна завантажити на смартфон та в разі потреби отримати детальну інформацію, яка цікавить туриста. Крім того, розроблено антивандальний корпус, система комплектована сонячною панеллю, що забезпечує повне автономне енергопостачання. Для туристичної привабливості міста то була б гарна цікавинка».Ще одна з останніх робіт – спроєктована та виготовлена безпілотна платформа для відбору ґрунтів для проведення їх аналізу та автономної оцінки стану.

Для підвищення врожайності сільськогосподарських культур застосовують сучасну агротехніку, систематично вносять мінеральні та органічні добрива, вапнують підзолисті ґрунти, гіпсують солончаки. Проте цих заходів не можна застосовувати доти, доки не буде вивчено ґрунтових особливостей кожного поля.

Отже, перш ніж застосовувати добрива, треба провести агрохімічні дослідження ґрунтів. Щоб зібрати зразки ґрунтів із великих площ, розроблено мобільну платформу, яка за заданим алгоритмом рухається полем. У заданому місці занурює зонд на певну глибину, завантажує потрібну для аналізу його кількість та проводить у цьому місці поточні вимірювання температури, вологості й кислотності, зберігає цю інформацію і рухається до наступної точки, де виконує такі ж дії.

Протягом усього часу руху полем камера, що встановлена на платформі, фіксує зовнішній вигляд рослин для візуальної оцінки їх стану. Платформою може керувати оператор, або ж вона працює абсолютно автономно, рухаючись за маршрутом, сформованим у програмі MissionPlanner. Насправді цікава і корисна система для аграріїв.Вихованці Олександра Семеновича неодноразово ставали переможцями та призерами обласного та Всеукраїнського конкурсів-захистів науково-дослідницьких робіт (51 переможець обласних, 21 переможець Всеукраїнських конкурсів-захистів науково-дослідницьких робіт слухачів МАН).

Серед його вихованців – переможець Міжнародного фестивалю інженерії та техніки. Зокрема (лише за останні роки) – Максим Нікітін у 2012 році був учасником третього засідання українсько-американської робочої групи з питань науки і технологій Комітету зі стратегічного партнерства та Ноти посольства США в Україні, де презентував свій творчий доробок, а Олександр Мартинюк у 2011 році був удостоєний Президентської стипендії. Микола Свереда у 2017 році представляв Україну на Міжнародній виставці молодіжних наукових проєктів Expo-ScienctsInternational у Бразилії, а в 2018 році здобув срібну медаль за захист свого проєкту на Міжнародному фестивалі інженерії та техніки в Тунісі. А в 2020 році Назар Грабець виборов перше місце в очному етапі Всеукраїнського конкурсу «Еко-Техно Україна 2020» – це національний етап міжнародного конкурсу науково-технічної творчості учнів InternationalScienceandEngineeringFair 2020.

Одне слово, каже професор, є ким пишатися та заради кого працювати. Але з ноткою гіркоти додає, що участь наукових керівників у високих досягненнях учнів, окрім них самих, ніхто не помічає, а тим більше, не оцінює.

Оксана ГОЛОВІЙ

Фото Олександра ДУРМАНЕНКА

---

Підписуйтесь на наш Telegram-канал, аби першими дізнаватись найактуальніші новини Волині, України та світу

---