Недорогой учебный поляриметр на 3D принтере
На занятиях по наукам и технологиям, особенно на университетском уровне, часто требуется специальное оборудование, которое может быть не по карману студентам. В решении этого вопроса может помочь 3D печать, как недорогой способ производства компонентов и технических средств обучения. Павел Бернард из Ягеллонского Университета и Джеймс Мендес из Университета Индианы продемонстрировали свой опыт в статье, где подробно описывается дизайн и конструкция поляриметра, напечатанного на 3D принтере для уроков химии.
3D печать недорогого поляриметра
Поляриметр используется для определения угла вращения поляризованного света, после того, как он прошел через оптически или химически активное вещество. Обычно прибор состоит из камеры для образца, в которой находится вещество, источника света и двух поляризационных фильтров - один перед образцом, другой после него. Второй фильтр можно поворачивать, что позволяет регулировать его под углом после того, как луч света будет пропущен сквозь образец. Разница между входным и выходным углом - это степень поворота света в результате прохождения через оптически активное вещество.
В напечатанном на 3D принтере поляриметре использовался базовый светодиодный источник света и детектор, которые помещались в напечатанный корпус. Корпус изготавливается из PLA нити за короткий срок, а стоимость расходных материалов и электроники не высока. Дизайн прибора интуитивно понятен, поэтому сборка поляриметра не вызывает трудностей. Для удержания химического образца можно использовать пробирку, а яркость света можно измерить на глаз или с помощью фотодиода с низкой чувствительностью к ИК-излучению.
Тестирование устройства
Исследователи протестировали свой поляриметр на 65 школьниках-химиках. Работая в небольших группах студенты проводили световые измерения чистых жидкостей и водных растворов с помощью прибора, напечатанного на 3D принтере. По общему мнению поляриметр был простым в эксплуатации и быстрым, с возможностью замены образцов в течение минуты. Единственный нюанс, на который обратили внимание исследователи - необходимость вращать фильтр в одном направлении, так как прибор дает одинаковые показатели яркости как при 90⁰, так и при 270⁰.
Во втором испытании исследователи попросили 16 студентов, работающих в паре, собрать поляриметр с нуля. У студентов не было опыта сборки измерительных устройств, но им были выданы подробные инструкции. Используя полный комплект деталей, ученикам удалось создать поляриметры менее чем за час, что подтвердило доступность конструкции для использования в учебных заведениях. Свои исследования Павел Бернард и Джеймс Мендес представили в отдельной статье.
3D печать безусловно находит свое применение в учебном процессе и поляриметр - не единственный прибор, который можно создать с помощью 3D оборудования. Инженеры исследовательской группы New Dexterity из Оклендского университета недавно опубликовали академический доклад, в котором описывается конструкция частично созданного на 3D принтере роботизированного дирижабля. Недорогой проект с открытым исходным кодом предназначен для использования внутри помещений в образовательных и исследовательских целях. Еще один проект CREATE Education Project из Великобритании в партнерстве с Rolls-Royce также работает над внедрением 3D печати в образовательный процесс.