Конструктор «Кулибин»

для обучения и творчества

• Что это такое?

• Что можно с ним делать?

• Что входит в набор?

• Что может программа?

• Какие у него технические характеристики?

• Чему с ним можно научиться?

Что это такое?

Из конструктора «Кулибин» можно не собрать модели различных станков, делающих под управлением компьютера работу, которую вручную делать долго, а то и невозможно. Вы можете также совершенствовать и наращивать конструктор производя с его помощью дополнительные для него детали.

В наборе - шесть линейных шаговых приводов, управляемых компьютером по USB, механика, простая программа на русском языке и множество примеров. Откройте картинку или 3D-модель и собранный Вашими руками станок сделает по ней материальный объект из дерева, пластика или другого материала!

Конструктор пригодится дома и в школе. Человек на нем учится не словом, а делом, что гораздо быстрее. А еще это занимательная развивающая игра для всех и каждого.

Набор универсален, прост, доступен. Занимает мало места и легко разбирается. Экономьте, покупая один конструктор, а не кучу специальных станков. А участие в конструировании гораздо важней умения нажимать кнопки.

Что можно с ним делать?

Работа станка с ЧПУ заключается в перемещении инструмента относительно изделия по компьютерной программе. Используя конструктор с разными инструментами и изделиями, вы можете осуществлять различные технологические операции. Качество обработки во многом зависит от жесткого и надежного крепления инструмента и изделия. Пожалуйста, уделите этому должное внимание.

Можно, например, собрать фрезерно-гравировальный станок. И получать детали разной формы из разных материалов прямо на рабочем столе.

Гравируйте зеркальное отражение рисунка на прозрачном оргстекле, а затем подсветите оргстекло с торца светодиодами. Рассеяние света создаст красивый эффект подсветки.

Тонкую гравировку можно наносить и без бормашины – просто царапая иглой по окрашенной или просто гладкой поверхности.

Если окрашенную и поцарапанную деталь подвергнуть химическому или электрохимическому травлению (о способах травления написано чуть дальше), то можно получать красивые и полезные вещи. После травления остатки краски смойте растворителем.

Приобретите в магазинах для ювелиров специальную трехгранную фрезу – и вы получите станок, делающий восковые модели для точного литья.

Можно задать программу не только рисунком, но и в координатах. Это удобно для сверления отверстий или вырезания прорезей в пластиковых корпусах для электронной аппаратуры. На фото слева «Кулибин» обрабатывает ходовые гайки, а на фото справа – корпуса контроллеров для своих копий.

Вместо бормашины «Кулибин» может помочь Вам в работе с самыми разными инструментами. Например, выжигательным аппаратом:

Натянутая нагревательная нить может резать пеноматериалы по Вашему рисунку. Это бывает полезно рекламщикам, дизайнерам и авиамоделистам, а также в создании болванок для получения сложных издейлий из стеклопластика.

Пенопластовые детали можно использовать и в других, самых разных целях: вырезать в них отверстие по форме детали и залить его эпоксидной смолой, гипсом или цементом, покрыть детали графитовым порошком и гальванически металлизировать, либо снять металлические копии. Можно намазать пенопластовые фигуры клеем и извалять в бисере, песке или любом другом сыпучем материале для придания им рекламно-декоративного вида. Иными словами, все зависит только от Вашей неограниченной фантазии.

Закрепив в качестве рабочего инструмента фломастер, мы получаем плоттер, перо которого свободно перемещается по трем координатам. Поэтому он способен рисовать не только на бумаге, но и на печатных платах, стекле и т.п. Такой плоттер поможет разметить заготовки из листового материала или поверхность детали.

Используя обезжиривание, химически стойкий маркер и последующее травление поверхности в агрессивных жидкостях или электролиз, можно получать декоративные таблички и несложные печатные платы.

Например, для травления незащищенной чернилами меди используйте хлорное железо (FeCl₃). Для травления алюминия хорошо подходит гидроксид натрия (NaOH) – именно так получена блестящая бабочка на матовой поверхности (фото слева внизу). Для травления большинства не благородных металлов подойдут практически любые кислоты. Сталь хорошо травится электролитически – в растворе обычной поваренной соли (NaCl). При этом плюс источника питания должен быть подсоединен к травимой поверхности, а минус – к противоположному электроду. Именно так получена поверхность стального штампа (фото посередине), который, прижимаясь к фанере передал ей рельефную текстуру дерева (справа).

Если взять тонкую пластинку металла, и надежно закрыть ее заднюю сторону краской или скотчем, можно протравить ее до дыр и получить ажурную металлическую деталь.

Вместо травления, можно и использовать наращивание металлов. Например, неокрашенное железо в растворе медного купороса сразу покроется тонким слоем меди. А с помощью электролиза можно наносить какие угодно другие металлические покрытия.

Можно собирать из конструктора и специальные устройства для решения сложных задач. Например, микроскоп, веб-камера и острый кусок фольги превратили «Кулибин» в микроманипулятор:

А может быть, вы хотите отдохнуть от мирской суеты и немного побыть настоящим изобретателем - просто «для души»? Как насчет фрезерованных вафель, уникальных игрушек и подарков для Ваших близких,

В общем, спектр возможных конструкций ограничен только вашей фантазией:

Что входит в набор?

Основа конструктора – 12 стальных уголков с отверстиями. Из них можно собрать самые разные конструкции. Каждый уголок можно использовать как запасную направляющую скольжения для линейного привода. Привод представляет собой уголок, по которому скользит прямоугольная каретка с ходовой гайкой, увлекаемая шпилькой. Каретка прижимается к направляющей четырьмя винтиками через фторопластовые прокладки. При помощи дополнительного, регулировочного, винта можно регулировать плотность прилегания гайки к шпильке, что позволяет избежать как чрезмерного трения, так и слишком свободного хода (люфта).

Можно отсоединить мотор и шпильку и использовать каретку на направляющей в качестве подвижного элемента штатива, при необходимости закрепляемого затягиванием винтиков. Можно установить несколько кареток на одной направляющей. Иногда каретки используются без направляющих – как подставки, винтовые зажимы для продолговатых деталей или просто монтажные элементы.

Муфты предназначены для закрепления чего-либо на валу двигателя. Это необязательно шпилька – можно закрепить на валу двигателя болт с гайкой и вращать какую-либо деталь, например заготовку будущей шестеренки или фланца. Малые уголки и прижимы позволяют закреплять детали под различными углами друг к другу. Несколько таких уголков напротив друг друга образуют винтовой зажим наподобие тисков. Несколько уголков, соединенных последовательно – штативчик. В общем, экспериментируйте. Хомутик обычно используется для крепления моторов к направляющим, но может также послужить для крепления инструмента или еще чего-нибудь. Болты, шайбы и гайки с резьбой М6 служат для соединения деталей конструктора.

Контроллер обеспечивает независимое управление с компьютера по USB порту тремя осями, на каждую из которых приходится по два шаговых двигателя.

Шаговый двигатель можно использовать как для вращения, так и (в составе линейного привода) для поступательного движения.

Инструменты, такие как бормашина, фрезы или нагревательная нить, не входят в набор – их Вам понадобится приобрести самостоятельно.

Что может программа?

Программа воспринимает стандартные G-коды

А также растровые изображения (BMP, JPG, GIF, PNG, TIF)

А также векторные изображения (из Corel Draw в формате PLT/HPGL)

А также 3D модели в формате STL.

Еще можно записать последовательность действий во время работы и потом воспроизводить ее нужное количество раз.

Можно перемещать инструмент в нужную точку:

Можно точно настроить параметры фрезы и машина учтет их:

При наведении на кнопку появляется подсказка

Какие у него технические характеристики?

Чему он может научить?

Обучение ребенка знаниям в отсутствие материальных предметов, к которым он может их применить, обрекает его на немалые трудности. Ни описание, ни фотографии, ни даже видеоматериалы не могут сравниться по силе обучающего воздействия с настоящим экспериментированием. Когда при изучении естественных и технических наук учителя ограничиваются теорией, это закономерно вызывает скуку и отторжение у учеников. И тот же самый ученик, который на досуге с удовольствием и интересом ремонтирует мотоцикл, будет зевать на лекции по теории внутреннего сгорания. Увидеть, потрогать, поэкспериментировать с физическими явлениями и различными процессами намного нагляднее, чем прочитать о них, как о чем-то далеком и абстрактном. Когда человек изобретает, конструирует и создает что-то на практике, абстрактные формулы и законы обретают для него живое, конкретное содержание.

Сегодня мало кто из нас может похвастать способностью самостоятельно изобрести и создать что-нибудь новое и полезное. Чтобы этому научиться, нужно не только хорошо знать законы природы, но и уметь применять их на практике, в создании машин и приборов. Умение решать исследовательские, изобретательские, конструкторские задачи расширяет горизонты, помогает увидеть знакомые предметы в новом свете, раскрывает незнакомые их стороны. Конструктор «Кулибин» позволяет учить не только словами, но и делами, что гораздо эффективнее. Произведенные учениками при помощи конструктора изделия могут использоваться для оформления кабинета, как наглядные пособия, как экспонаты для школьной выставки или просто как подарки детей своим родителям.

Еще древние греки считали, что дети «должны изучать то, что они будут делать, когда станут взрослыми». Многие из современных направлений человеческой деятельности требуют от человека умения творчески мыслить, уверенно принимать решения и активно осуществлять их на практике. По настоящему достойный путь обучения – не бессмысленная зубрежка, а практическое умение самому вникнуть в проблему любой сложности и быстро и грамотно решить имеющиеся там противоречия.

Традиционно учебные задачи имеют сильный теоретический уклон, а экспериментальной, конструкторской и изобретательской деятельности обучаемых уделялось мало внимания. Не в последнюю очередь по причине отсутствия недорогого и функционального технологического оснащения. Реализуя полученное решение задачи «в металле» человек играет с самой природой и тут не может быть самообмана - либо результат достигнут, либо нет. Такая тренировка практического ума поможет не только в учебном заведении, но и в самых различных жизненных ситуациях. Игра в «Кулибин» учит достижению результата.

Превращение занятий в «путешествие», в ряд открытий, сделанных самим учащимся – это единственное, что действительно может сделать научную истину живой, пережитой и осознанной для ребенка. Процесс творческого, эвристического мышления опирается на эксперимент, на трудовые (в том числе чисто физические) усилия. При этом учащийся непосредственно приобщается к опыту великих исследователей и изобретателей, к особенностям использования известных методов познания и творчества.

Конструктор «Кулибин» объединяет в себе универсальность, простоту в использовании широкие образовательные возможности и ценовую доступность, легко разбирается и компактно хранится. Для его эксплуатации достаточно обычной розетки и обычного компьютера. Конструктор хорош и в плане техники безопасности - низкое напряжение, малые мощности, отсутствие опасных и острых частей. Обучаемый взаимодействует с напряжением не более 12 вольт.

Наиболее эффективными занятия с применением конструктора можно сделать, если придерживаться следующих современных принципов педагогической техники, сформулированных А.А. Гином (www.trizway.com):

Принцип свободы выбора. В любом обучающем или управляющем действии, где только возможно, необходимо предоставлять ученику право выбора. С одним важным условием — право выбора всегда уравновешивается осознанной ответственностью за свой выбор!

Принцип открытости. Важно не только давать знания, но еще и показывать их границы: сталкивать ученика с проблемами, решения которых лежат за пределами изучаемого курса, использовать в обучении открытые задачи. Какие задачи обычно решают в школе? Так называемые «закрытые», имеющие точное условие (из пункта А в пункт Б...), строгий алгоритм решения, единственно верный ответ. А жизнь ставит перед человеком открытые задачи, имеющие достаточно размытое, допускающее варианты условие (как найти себе работу? спутника жизни? как увеличить прибыль предприятия? уменьшить вероятность аварии?), разные пути решения, набор вероятных ответов. Решение открытой задачи предполагает исследование — чем более она открыта, тем больше в ее решении исследовательская часть. Учебная открытая задача может требовать для своего решения как реальных экспериментов или исследований, так и мысленных или компьютерных, необходимых для построения модели рассматриваемого в задаче явления или процесса. Успешное решение открытой задачи предполагает не только выдвижение гипотез, но и проверку их экспериментом.

Принцип деятельности. Освоение учениками знаний, умений, навыков, смыслов организуются преимущественно в форме деятельности. Действительно, чтобы знание становилось инструментом, а не залежами ненужного старья на задворках интеллекта, ученик должен с ним работать. «Напичканный знаниями, но не умеющий их использовать ученик напоминает фаршированную рыбу, которая не может плавать», — говорил академик Александр Львович Минц. А Бернард Шоу утверждал: «Единственный путь, ведущий к знанию,- это деятельность».

Принцип обратной связи. Регулярный контроль процесса обучения с помощью развитой системы приемов обратной связи.

Принцип идеальности (высокого КПД). Максимальное использование возможностей, знаний, интересов самих учащихся с целью повышения результативности и уменьшения затрат в процессе образования. Чем больше активность, самоорганизация учеников, тем выше идеальность обучающего или управляющего действия. Если мы грамотно согласуем содержание и формы обучения с интересами школьников, то они тогда сами будут стремиться узнать: а что же дальше? Согласуем темп, ритм и сложность обучения с возможностями учеников — и они почувствуют свою успешность и сами захотят ее подкрепить. Кроме того, принцип предполагает активное вовлечение учеников в управление своим коллективом, и тогда они сами обучают друг друга.

Обучение с использованием конструктора всесторонне развивает человека и формирует следующие качества:

• Физические. При работе с конструктором развивается моторика, ловкость, аккуратность, координация движений. Опыт обработки, соединения, сборки различных деталей помогают рукам «почувствовать» материал, приобрести навыки работы с инструментом. Более того, так как неоптимальное решение задачи реализуется трудно и долго, неудобство сборки конструкции и мозоли подействуют лучше всяких оценок.

• Интеллектуальные. Решение открытых задач развивает в человеке сильное мышление. Человек получает универсальные исследовательские, изобретательские и конструкторские навыки, которые сразу же может успешно применять не только в школе, но и в жизни.

• Психологические. Человек привыкает к решению задач, с первого взгляда кажущихся невозможными. Преодоление возникающих при этом препятствий, борьба с собственным невежеством и неуверенностью тренируют волю, настойчивость и закаляют силу духа. Решение реальных задач, особенно в коллективной и соревновательной форме, развивает организаторские способности, умение эффективно работать в команде, уверенно действовать в конкурентной среде.