序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨(dú)特的藝術(shù)，我們?yōu)槟鷾?zhǔn)備了不同風(fēng)格的5篇3d打印技術(shù)與運(yùn)用，期待它們能激發(fā)您的靈感。

篇1

【關(guān)鍵詞】3d打印;高中地理;地理教具;地理模型;三維數(shù)據(jù)

3D打印即快速成型技術(shù)的一種，是一種基于數(shù)字模型文件，運(yùn)用可黏合的塑料或粉末狀金屬等材料，通過3D成型設(shè)備，以材料疊加的方式生成的實(shí)物模型。也就是說，3D打印機(jī)是能夠打印出真實(shí)物體的一種設(shè)備。因而，3D打印技術(shù)在地理教學(xué)中將發(fā)揮非常重要的作用。

一、打印3D地形圖

3D打印應(yīng)用于地理教學(xué)的關(guān)鍵之處，在于對地理模型三維數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)。要打印出精準(zhǔn)的地理模型，先要建設(shè)完善的地理模型數(shù)據(jù)庫。目前，獲得三維地理數(shù)據(jù)的主要途徑有三種，一是對實(shí)物進(jìn)行三維掃描;二是運(yùn)用MAX等三維軟件設(shè)計(jì)地理模型;三是直接從衛(wèi)星提供的3D影像數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出三維DEM（數(shù)字高程模型圖），或運(yùn)用GIS軟件導(dǎo)入3D打印機(jī)兼容的文件，直接打印模型，如果是大范圍的地理結(jié)構(gòu)圖，可采取分段分塊的方式，將地理模型逐塊打印，再拼接到一起。

二、制作地理教具

目前，地理教學(xué)常用的工具和儀器由專門的教學(xué)設(shè)備制作工廠制作發(fā)行。傳統(tǒng)地理教學(xué)模型制作過程中，多采用手工制作、模型加工或鑄模方法，其生產(chǎn)速度均很緩慢，成本較高昂，多媒體課件中展示的教學(xué)內(nèi)容也無法使學(xué)生直接接觸和觀察三維實(shí)體。3D打印地形圖僅需幾小時即可輸出高質(zhì)量的地理模型，如平原、城區(qū)和山地等，成本低廉。教師可通過有形的三維格式展示教科書中提取的二維信息，并可設(shè)計(jì)個性化的教學(xué)模型以適應(yīng)教學(xué)內(nèi)容的變化。

3D打印無須經(jīng)過機(jī)械加工或模具生產(chǎn)過程，就可從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任意形狀的物體，因此可廣泛使用于地理教學(xué)模具的制作。教師可根據(jù)課程需要，自己設(shè)計(jì)、打印教具。如制作增強(qiáng)型的立體教具、學(xué)具，制作等高線判讀模型、褶皺與斷層模型、火山模型、喀斯特地貌模型、海底地形模型等。

可視化教具對提高地理教學(xué)效率有顯著促進(jìn)作用。傳統(tǒng)教學(xué)場景下，教師多使用語言、圖片和視頻描述教學(xué)內(nèi)容，較少配備或無法定制形象直觀的立體教具，多數(shù)教師也都缺乏制作或設(shè)計(jì)教具的工具和能力。3D打印技術(shù)可提供更多的創(chuàng)造空間，教師可自行制作某些教具并在課堂上展示，學(xué)生也可觀察、觸摸和組裝這些教具，這種方式顯然要比傳統(tǒng)的教學(xué)效果更好。另外，將3D打印技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)時，只要共享所設(shè)計(jì)的文件，這些模型就可以在教師甚至是學(xué)生之間分享，充分發(fā)揮其作用。

如在學(xué)習(xí)高中地理（人教版?必修1）第四章“地表形態(tài)的塑造”這一內(nèi)容時，由于學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)有限，其對許多地形地貌都不了解，簡單依靠圖片無法形成完整的認(rèn)知。這時教師就可以利用3D打印技術(shù)，快速打印出上課所需地形地貌的微縮模型，如冰川、角峰、冰斗等。

又如，在學(xué)習(xí)背斜和向斜相關(guān)知識時，許多學(xué)生對于背斜巖層“中間老，兩翼新”、向斜巖層“中間新，兩翼老”理解不透徹。教師可利用3D打印機(jī)打印出背斜、向斜地形的縱剖面模型，并在剖面上刻出相間的槽痕，規(guī)定不同顏色代表不同地質(zhì)年代的巖層，讓學(xué)生根據(jù)巖層新老給剖面上的槽痕上色。由于3D打印機(jī)可快速成型，模型材料成本低，教師可打印出較多模型分發(fā)給學(xué)生。

再如，山地地形類型多樣，包括山谷、山脊、山麓、沖積扇等。這幾種地貌分布在山地的不同地段，各自特點(diǎn)和形成原因也不盡相同，學(xué)生容易混淆。采用3D打印技術(shù)打印出山地地形的模型，可幫助學(xué)生更近距離地直觀認(rèn)識這幾種地貌。

由于安全、時間等因素的限制，有些課外實(shí)踐活動學(xué)生無法實(shí)地進(jìn)行，這時教師就可運(yùn)用3D打印技術(shù)將原定實(shí)踐目的地打印出來，讓學(xué)生更直觀地感受并參與到活動中。三維立體實(shí)物相對于二維圖片或視頻而言，更具吸引力，也更能激發(fā)學(xué)生探索的興趣。

教師還可以帶領(lǐng)學(xué)生開展“3D打印三維校園地圖”“設(shè)計(jì)家園別墅”等活動，能大大激發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)的興趣;3D打印將學(xué)生的構(gòu)思轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸?shí)的立體彩色模型，把抽象的概念和設(shè)計(jì)帶入現(xiàn)實(shí)生活中，使學(xué)習(xí)活動更為生動，能有效激發(fā)學(xué)生實(shí)踐的積極性，提高學(xué)習(xí)熱情。這個過程需要學(xué)生的實(shí)踐操作，從設(shè)計(jì)到打印都由學(xué)生自主參與完成，有利于促進(jìn)其操作能力、觀察能力和制作能力的發(fā)展，進(jìn)而全面提高動手能力和參與能力。在實(shí)踐學(xué)習(xí)活動過程中，學(xué)生的動手能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力等得到全面發(fā)展和提高，這是推動學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才具有積極意義。

三、為教師教學(xué)效果及學(xué)生學(xué)習(xí)效果提供實(shí)時互評的依據(jù)

例如，在學(xué)生學(xué)習(xí)“中國黃土高原水土流失的治理”一課后，教師可讓學(xué)生設(shè)計(jì)水土流失的治理方案，并運(yùn)用3D打印技術(shù)將設(shè)計(jì)成果打印出來，進(jìn)行交流，教師評價(jià)后提出改進(jìn)建議。通過這種方式檢測教師教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)效果，并改進(jìn)教學(xué)方式。又如，通過讓學(xué)生聯(lián)系課堂知識，設(shè)計(jì)并動手打印“黃土高原特征”三維模型，可將抽象的知識變成有趣的動手實(shí)踐，幫助學(xué)生更好地掌握復(fù)雜抽象的知識。

目前，3D打印在我國地理教學(xué)中少有應(yīng)用，原因主要涉及設(shè)備造價(jià)較高，成型件多為樹脂類，剛度、強(qiáng)度、耐熱性有限;數(shù)字模型預(yù)處理軟件與驅(qū)動軟件運(yùn)算量大，軟件系統(tǒng)操作復(fù)雜，入門困難等諸多限制性條件，但筆者相信，隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，必將給高中地理教學(xué)帶來全新的面貌。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]楊陽.P3D數(shù)字模型課堂互動的創(chuàng)新教學(xué)模式[J].中國教育信息化，2013（04）

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關(guān)鍵詞：3D打印；動畫模塊；骨骼；產(chǎn)品開發(fā)；銷售

3D打印技術(shù)是基于材料堆積法的一種新型技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)已迅速傳遍全球，將成為全新的產(chǎn)業(yè)革命。3D打印技術(shù)發(fā)展迅猛，方便，快捷，此技術(shù)在很多制作中有著十分重要的作用。然而定格動畫的制作流程是十分復(fù)雜的，它的動作和形態(tài)需要動畫師逐幀擺動，并對其逐幀拍攝，再將圖片進(jìn)行摳像等后期處理，最后將拍攝的圖片連起來，就形成了定格動畫。所以使用3D打印技術(shù)在一定程度上可以簡化定格動畫的制作流程。

一、3D打印的概念

3D打?。?D printing）技術(shù)又稱三維打印技術(shù)，是一種以電腦數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材質(zhì)的材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)建出物體的技術(shù)。它無需機(jī)器進(jìn)行加工，也不需要任何形式的模具，就能直接從電腦圖形數(shù)據(jù)中生成任何你想要的形狀的物體，從而大大縮短產(chǎn)品的研發(fā)制作周期，提高了商品生產(chǎn)率并且有效的降低生產(chǎn)成本。臺燈、生物器官、首飾奢侈品、根據(jù)籃球運(yùn)動員的腳型定制的籃球鞋、汽車零件、運(yùn)動器械以及為個人量身定制的電腦、吉他等都可以用該技術(shù)制造出來。

3D打印技術(shù)的一個很大的魅力就在于它根本不需要專門去開設(shè)一間很大規(guī)模的工廠，在工廠中進(jìn)行操作，僅僅需要一個很小的，可以隨便放在桌子上面的打印機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)你想要任何形狀的物體。而機(jī)器零件、轎車底盤和車身、現(xiàn)代戰(zhàn)爭武器甚至飛機(jī)、坦克零件等更大的物品，便需要更大的3D打印機(jī)來打印，且需要更大的放置空間?，F(xiàn)如今，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)可以在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，人們用它來制造衣服鞋子、玩具、現(xiàn)代戰(zhàn)爭武器、藝術(shù)作品、仿生人體器官、裝飾品、電器、汽車零件等眾多物品。所以，我相信我們完全可以在動畫模塊成型的開發(fā)與銷售中巧妙的使用3D打印技術(shù)。

二、3D打印定格動畫偶角色骨骼的實(shí)驗(yàn)性與可行性

在現(xiàn)有的定格動畫骨骼制作模塊中，幾乎都是創(chuàng)作者用鋁絲、塑鋼泥等材料徒手制作出來，過程復(fù)雜，費(fèi)時費(fèi)力。即使在淘寶等購物平臺購買買到的偶動畫骨骼，但是模塊比例造型固定、單一，不能很好的為創(chuàng)作者提供幫助。因此，運(yùn)用3D打印技術(shù)來打印動畫模型的骨骼就顯得尤為必要。我們可以根據(jù)客戶提供的資料，為其“量身定制”出一套甚至多套比例、大小精準(zhǔn)度完全符合客戶需要的骨骼模塊。3D打印制作定格動畫偶動畫的技術(shù)，操作簡單、方便快捷、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、具有先進(jìn)的技術(shù)潛力。3D打印偶動畫骨骼技術(shù)不僅是改變了制作定格動畫的方式，同時優(yōu)化了制作的工藝，從骨骼的制作成型上產(chǎn)生了巨大變化。使得3D打印技術(shù)推動定格動畫朝著高科技英語的方向發(fā)展。

3D打印偶動畫骨骼，制作步驟具體如下：

（一）運(yùn)用3D掃描和3D打印技術(shù)制作骨骼的基礎(chǔ)三維模型

在偶動畫骨骼模型制作階段，應(yīng)根據(jù)定格動畫中對偶的設(shè)計(jì)不同，進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)與制作。首先，可以借助三維軟件如：3Dmax或Maya，來制作偶角色的局部關(guān)節(jié)。

其次，根據(jù)劇本對偶角色的動作設(shè)計(jì)，來確定偶骨骼球形關(guān)節(jié)的位置與形態(tài)。

再次，根據(jù)定位，在三維軟件中完成對偶角色骨骼進(jìn)行最終的關(guān)節(jié)制作。

（二）運(yùn)用3D打印機(jī)對設(shè)計(jì)的偶動畫骨骼進(jìn)行生成

通過，三維軟件完成對偶角色骨骼關(guān)節(jié)的制作，然后經(jīng)過模型的細(xì)節(jié)處理。將模型的三維文件，通過另存為的方式，存儲為3D打印機(jī)所需要的文件格式，進(jìn)行3D打印生成。

（三）配合打磨工具，進(jìn)行關(guān)節(jié)骨骼的光滑處理

3D打印生成的骨骼，由于打印過程中的凹凸痕跡，不能正常使用，因此需要光滑處理。

光滑處理的方式，一般是借助打磨工具、砂紙、銼刀等工具。光滑處理的過程，是一個復(fù)雜的過程，根據(jù)骨骼的結(jié)構(gòu)不同，運(yùn)用不同的工具進(jìn)行細(xì)節(jié)處理。

（四）進(jìn)行手工組裝，完成偶骨骼的最終成型

光滑處理后的角色骨骼，就可以進(jìn)行組裝成型。組裝的過程，要注意球形關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)原理，不能生硬組裝，以免對3D打印骨骼造成損傷。

3D打印偶動畫骨骼技術(shù)經(jīng)過四個重要的制作環(huán)節(jié)，完成了從三維虛擬到3D打印的完整過程。運(yùn)用3D打印技術(shù)來打印動畫模型，我們可以根據(jù)客戶提供的資料，為其“量身定制”出一套甚至多套比例、大小精準(zhǔn)度完全符合客戶需要的骨骼模塊。

三、3D打印定格動畫偶角色骨骼的宣傳與銷售

3D打印偶動畫骨骼技術(shù)，生產(chǎn)組裝出偶動畫角色骨骼后，接下來就要進(jìn)行市場宣傳和推廣。在宣傳推廣方面，應(yīng)該對不同的階段采取不同方式。

首先，讓大眾了解什么是3D打印技術(shù)，做相關(guān)介紹3D打印動畫模塊成型的宣傳海報(bào)，并且不同階段逐步深入，主體鮮明。結(jié)合功能，給其他的動畫模型制作人員宣傳用3D打印技術(shù)打印動畫模型的流程與優(yōu)勢。

其次，結(jié)合活動，展示實(shí)物。打印出動畫骨骼模型到動畫公司宣傳，并向潛在客戶耐心解釋、講解3D打印技術(shù)與優(yōu)勢，先后對比，把傳統(tǒng)制作動畫骨骼模型的時間、流程、精度、準(zhǔn)確度與運(yùn)用3D打印技術(shù)打印出的模型進(jìn)行對比。

再次，結(jié)合宣傳媒體，優(yōu)先宣傳網(wǎng)絡(luò)媒體，包括手機(jī)新浪網(wǎng)、騰訊網(wǎng)、中國3D打印網(wǎng)、太平洋3D打印網(wǎng)、世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟官方網(wǎng)站、納金網(wǎng)等各大門戶網(wǎng)站和其他與宣傳有關(guān)的網(wǎng)站。

在產(chǎn)品的銷售方面，我們已經(jīng)查閱淘寶、易趣、京東等各大網(wǎng)絡(luò)購物平臺，均沒有使用3D打印技術(shù)制作出的動畫模塊。所以，我們可以先從最為人們熟知的淘寶入手，并加大宣傳力度，在網(wǎng)絡(luò)廣告，打開市場，提升大眾對3D打印技術(shù)的認(rèn)知度，并對3D打印動畫模型有一定認(rèn)識，以達(dá)到最初預(yù)期的宣傳效果。

四、結(jié)語

3D打印技術(shù)被稱為第三次工業(yè)革命，如今的3D打印技術(shù)已經(jīng)在往越來越成熟上發(fā)展，人們將3D打印技術(shù)運(yùn)用到動畫模型模塊成型制作中去的呼聲也越來越高，不久的將來一定會成為主流制造方式，替代現(xiàn)有的傳統(tǒng)的制作方式。3D打印技術(shù)方便快捷，精準(zhǔn)精確，省時省力又省物，可以打印的材料也越來越多，將3D打印技術(shù)運(yùn)用到動畫模塊成型中去是動畫模型制作中的一種偉大的創(chuàng)新。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]李昀蕓，吳幫萍.3D掃描及3D打印技術(shù)在定格動畫中的新應(yīng)用[J].2014（12）.

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關(guān)鍵詞：3D打印 快速成型 工作原理 發(fā)展展望

中圖分類號：TP391.73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（c）-0001-03

3D打?。═hree Dimensional Printing，3DP），是根據(jù)數(shù)字模型，運(yùn)用塑料、金屬等粉末狀的可粘合材料，通過逐層構(gòu)造的方法來生成實(shí)體物品的一種成形技術(shù)。目前，3D打印被普遍關(guān)注，隨著大部分組織和個人對其的大力推進(jìn)， 3D打印技術(shù)在科學(xué)研究、航空航天、醫(yī)療等許多重要領(lǐng)域得到了應(yīng)用，并對上述行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了極其顯著的影響（見圖1）。[1]因此對3D打印的調(diào)研工作非常具有價(jià)值和時效性。

1 3D打印技術(shù)的分類及原理

1.1 3D打印技g的分類

3D打印技術(shù)從20世紀(jì)90年展到現(xiàn)在，已發(fā)展出多個分支，為了更直觀清楚并全面地表現(xiàn)3D打印技術(shù)的類別，故列出表1供讀者查閱。

1.2 FDM技術(shù)的原理

鑒于調(diào)研的時間和條件限制，該文在此只介紹熔融沉積型技術(shù)（FDM）的原理，此技術(shù)是該文在創(chuàng)新項(xiàng)目中主要依托的技術(shù)，也是近年來世界上使用最多，得到應(yīng)用最為普遍的3D打印技術(shù)，在3D打印中具有代表性。對FDM技術(shù)的開發(fā)開始于20世紀(jì)90年代，同時期電腦電子控制模塊也發(fā)展迅猛，對信息技術(shù)的依托使得3D打印的產(chǎn)品在制造精度和速度上得到了顯著提升，再加上塑料材料的便宜易得，使得FDM技術(shù)力壓群雄，在所有3D打印技術(shù)中發(fā)展最為迅速。該技術(shù)通俗地說類似于“搭積木”，其使用的硬件包括：送絲機(jī)構(gòu)、熱熔噴頭、動作控制機(jī)構(gòu)、成型室、工作平臺。FDM工作原理是將絲狀的塑料材料，通過送絲機(jī)構(gòu)擠進(jìn)已提前加熱的噴嘴中，材料在噴嘴中融化，從而具有流動性以供打印。動作控制裝置根據(jù)數(shù)字建模將噴頭送至指定位置，噴頭將熔融的塑料材料擠出凝固，此時動作控制系統(tǒng)根據(jù)先前設(shè)定好的路徑在二維平面上運(yùn)動，當(dāng)一層制作完成后，運(yùn)動控制系統(tǒng)上升一層，繼續(xù)按上述構(gòu)造平面，最后層層堆積形成了最終的產(chǎn)品。其系統(tǒng)組成和工作原理如圖2所示[5]。

2 3D打印技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)前3D打印技術(shù)應(yīng)用很是普遍，限于調(diào)研的時間限制，該文僅以FDM技術(shù)和EBSM技術(shù)為例介紹3D打印技術(shù)當(dāng)前的應(yīng)用。FDM技術(shù)以塑料、樹脂為原料，是目前為止所使用的3D打印技術(shù)中最為普及的。EBSM技術(shù)是目前主流的以金屬為原料的3D打印技術(shù)。以這兩種技術(shù)為例能夠充分體現(xiàn)目前3D打印技術(shù)所獲得的應(yīng)用。（如圖3）

2.1 FDM技術(shù)的應(yīng)用

FDM技術(shù)作為研發(fā)時間最長、應(yīng)用最為普遍、最為成熟的3D打印技術(shù)之一，在多個領(lǐng)域均得到很好的使用。在工業(yè)上，F(xiàn)DM技術(shù)使數(shù)字模型快速轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)體模型的設(shè)想變成了現(xiàn)實(shí)，相對于以零件切割、焊接技術(shù)為主的傳統(tǒng)加工方法。FDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對擁有復(fù)雜曲面、加工難度大的小型零件的快速精確制造，并且不需提前制造模具等輔助工具，使得生產(chǎn)成本顯著下降。在醫(yī)學(xué)上，利用FDM技術(shù)，能夠打印出一些組織與器官模型，為醫(yī)生進(jìn)一步了解患者病情、制定醫(yī)療方案提供便利。甚至可以直接打印出人的骨骼和器官，拯救無數(shù)人的生命；在食品加工行業(yè)，3D打印巨頭3D Systems公司與好時合作，正在全力研發(fā)可用于制造食品的3D打印機(jī)，將適合3D打印的巧克力等食材融化后，制造出個性化的食品。

2.2 EBSM技術(shù)的應(yīng)用

電子束選區(qū)熔化技術(shù)（EBSM）采用高能電子束作為加工熱源，掃描成形可以通過操縱磁偏轉(zhuǎn)線圈進(jìn)行，且電子束具有的真空環(huán)境，還可以避免金屬粉末在液相燒結(jié)或熔化過程中被氧化。近年來，世界上主要的大國都在加緊對EBSM技術(shù)的研發(fā)。目前看來，在醫(yī)學(xué)方面的研究已接近成熟，而在航空航天等領(lǐng)域的研究也在有條不紊地進(jìn)行著。美國波音機(jī)器人工廠及NASA Marshall 空間飛行器中心的研究方向，是飛行器及火箭發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)制造以及月球或空間站環(huán)境下的金屬直接成形制造。（如圖4）

3 3D打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

3D打印技術(shù)從20世紀(jì)90年代開始研發(fā)至今，已經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展與創(chuàng)新，目前技術(shù)較先前已有了飛躍式的發(fā)展，技術(shù)近乎成熟，最新的科研成果表明，現(xiàn)在的3D打印技術(shù)已能夠在10 μm厚度的平面上打印超過600 dpi的物體，并可實(shí)現(xiàn)24位色彩的彩色打印。

就當(dāng)前而言，在快速成型設(shè)備行業(yè)中，有代表性的設(shè)計(jì)制造商有美國的3D Systems、Stratasys以及英國的wiiboox、Reprap等。

3D Systems公司作為目前國際上最大的3D打印開發(fā)公司，在快速成型設(shè)備領(lǐng)域有著主導(dǎo)地位。目前，3D systems公司已制造出可實(shí)現(xiàn)600萬彩表現(xiàn)的全彩3D打印機(jī)。

4 3D打印技術(shù)當(dāng)前所遇到的攔阻

雖然經(jīng)歷了幾十年的創(chuàng)新探索并且如今在各個領(lǐng)域得到普遍的應(yīng)用，但3D打印技術(shù)仍然有許多缺陷有待解決，如支撐材料消耗量巨大、系統(tǒng)精度低、制造過程冗長以及支持的打印材料的局限性等。

缺陷一：支撐材料消耗量大，目前的3D打印不可避免地要使用支撐材料，不然模型是無法成型的，但當(dāng)需要制作一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜、表面不平整的物體時，3D打印機(jī)往往需要使用大量的支撐材料，使得制作成本大大提高，并且降低了制作效率。對此，該文建議可引入五軸加工技術(shù)，使得打印機(jī)可以不局限在一個平面里進(jìn)行打印，并綜合運(yùn)用車銑技術(shù)，使得支撐材料的使用量降低并在一定程度上加快3D打印的速度。

缺陷二：打印材料限制性較大。當(dāng)前3D打印可使用的材料存在許多限制。而能夠用于打印的材料也有一定的缺陷，如FDM技術(shù)所用的塑料、樹脂等材料易受潮，這將使材料在打印時無法完全熔融，并造成熱熔噴頭的堵塞，對物體的最終成型產(chǎn)生十分不利的影響。塑料在熔融到凝固的過程中，由于其擁有收縮性的特性，可能會導(dǎo)致在打印中物體的變形，導(dǎo)致加工精度下降，材料浪費(fèi)，該文在此提出的改進(jìn)辦法主要是選用收縮率低的材料、采用恒溫艙等。

5 3D打印技術(shù)的展望――無支撐化3D打印技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

3D打印技術(shù)發(fā)展至今，一直繞不開的一個話題便是支撐材料，支撐材料使得3D打印物體的種類和樣式得到了巨大的擴(kuò)展，但同時也帶來了使用成本的提升，如果可以實(shí)現(xiàn)無支撐化的3D打印，實(shí)現(xiàn)打印的零耗損，3D打印的材料和時間成本將大大降低。該文在此介紹兩種可能實(shí)現(xiàn)無支撐的3D打印技術(shù)。

5.1 懸浮3D打印技術(shù)

這是一項(xiàng)波音公司提出并主導(dǎo)的項(xiàng)目，該技術(shù)主要的目的是利用磁懸浮技術(shù)使得被打印物體可以懸浮于空中，若這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，那么在3D打印^程中物體將可以一直保持自己的結(jié)構(gòu)而不變形。并且噴頭可以從任意角度對物體進(jìn)行打印。當(dāng)前這項(xiàng)技術(shù)還處于理論層面，并沒有得到實(shí)際應(yīng)用，但是這項(xiàng)技術(shù)一旦成功，必將使3D打印乃至整個快速成型行業(yè)得到質(zhì)的飛躍。

5.2 HSS技術(shù)

高速激光燒結(jié)技術(shù)（High Speed Sintering，HSS）是目前謝菲爾德大學(xué)增材制造研究中心（The Centre for Advanced Additive Manufacturing （AdAM） at The University of Sheffield）重點(diǎn)研究的項(xiàng)目，并且已取得了一定的進(jìn)展。把熔融的粉末狀金屬在低溫?zé)Y(jié)成打印物體，從而擺脫3D打印對支撐材料的依賴。HSS技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要基于低共熔合金，這種合金由于熔點(diǎn)的差別，會在一個較低的溫度便急速冷卻凝固，在這個速度下，無論是擁有多么復(fù)雜曲面的幾何物體，都可以在沒有支撐結(jié)構(gòu)的情況下成形，從而實(shí)現(xiàn)無支撐打印。

6 大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目――3D打印平臺的制作與改進(jìn)

6.1 研究目的

3D打印是根據(jù)數(shù)字模型，運(yùn)用塑料、金屬等粉末狀的可粘合材料，通過逐層構(gòu)造的方法來生成實(shí)體物品的一種技術(shù)。目前，3D打印技術(shù)在各個領(lǐng)域都有著普遍的運(yùn)用，該小組希望通過細(xì)致并深入的調(diào)研，全面了解3D打印技術(shù)，并制造出有實(shí)用性的3D打印機(jī)。

6.2 項(xiàng)目簡介

該小組通過查閱國內(nèi)外多種期刊文獻(xiàn)，并通過實(shí)際使用3D打印機(jī)，觀察其打印過程，對3D打印技術(shù)的原理、現(xiàn)狀及今后的發(fā)展趨勢都有了一定的了解并產(chǎn)生了自己對此技術(shù)的見解。并基于前期深入的調(diào)查研究和Reprap公司的開源3D打印機(jī)Prusa I3，自行制造出可用的、穩(wěn)定的3D打印平臺。

6.3 預(yù)期效果

基于前期深入的調(diào)查研究，該小組將會基于Reprap公司的開源3D打印機(jī)Prusa I3，自行制造出可用的、穩(wěn)定的3D打印平臺。制作材料主要包括金屬、亞克力板、電路板及用3D打印技術(shù)制作出的零件，硬件構(gòu)建完成后，經(jīng)過一系列的軟件調(diào)試和精度調(diào)控后，做成可以制作合乎要求的3D打印成品的3D打印平臺。（如圖5）

6.4 項(xiàng)目特色與創(chuàng)新體現(xiàn)

（1）3D打印技術(shù)作為一種簡單快捷的快速成型技術(shù)，目前已在多個領(lǐng)域得到了普遍應(yīng)用，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和深入研究價(jià)值。

（2）該組將自行制造出完全可用，精度合乎要求的3D打印平臺。

（3）3D打印機(jī)的部分硬件由3D打印技術(shù)制造完成，充分體現(xiàn)3D打印技術(shù)的創(chuàng)新性和相較傳統(tǒng)制造業(yè)的優(yōu)勢制成的打印平臺將可以制造出各種模型及零件，節(jié)約時間及經(jīng)濟(jì)成本。

7 結(jié)語

3D打印技術(shù)現(xiàn)在還在發(fā)展的上升階段，雖然我們看到了現(xiàn)在還有很多技術(shù)難關(guān)，比如彩色打印和懸浮打印很難實(shí)現(xiàn)，這都是目前急需改進(jìn)和發(fā)展的東西。不過也有許多地方是目前就可以進(jìn)行改進(jìn)和發(fā)展的，可以像我們剛才提到的那樣從材料上進(jìn)行改進(jìn)，或?qū)庸に竭M(jìn)行改進(jìn)，比如用五軸加工進(jìn)行改進(jìn)，把五軸加工結(jié)合起來或者是通過對算法和控制系統(tǒng)的改進(jìn)，達(dá)到提高加工精度的目的。相信在不久的將來，3D打印技術(shù)能有更好的發(fā)展，能做到想打印什么就打印什么，當(dāng)然，這就需要我們大家共同的努力了。

參考文獻(xiàn)

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[2] How a new manufacturing technology will change the world[J].The Economist，2012（9）.

[3] 郭日陽.3D 打印技術(shù)及產(chǎn)業(yè)前景[J].自動化儀表，2015（3）：5-8.

篇4

【關(guān)鍵詞】3D打印 中學(xué) 創(chuàng)新教育

引言

3D打印技術(shù)是科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步與創(chuàng)新的產(chǎn)物，它是一種新型的科學(xué)技術(shù)，廣泛運(yùn)用于我國的各領(lǐng)域當(dāng)中。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，3D技術(shù)逐漸引起了教育領(lǐng)域研究學(xué)者的注意，一些國家和組織開始致力于3D打印技術(shù)教育應(yīng)用的研究。作為時展的主流，將3D打印技術(shù)運(yùn)用于中學(xué)教育當(dāng)中，不僅可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)理念、手段和領(lǐng)域的創(chuàng)新，還能夠?yàn)閷W(xué)生的成長和學(xué)習(xí)提供技術(shù)支持。

1、3D打印技術(shù)教育創(chuàng)新的局限性

1.1缺乏頂層設(shè)計(jì)

缺乏頂層設(shè)計(jì)與系統(tǒng)規(guī)劃，是目前制約我國3D打印技術(shù)發(fā)展的因素之一。3D技術(shù)教育應(yīng)用的發(fā)展離不開新的理念、思想、方法和途徑，必須依賴于STEM教育創(chuàng)新，并且將科學(xué)、工程、藝術(shù)等學(xué)科有效結(jié)合。不僅如此，3D打印技術(shù)的發(fā)展要求教師積極挖掘教育資源，靈活運(yùn)用工程情境解決生活實(shí)際問題。

1.2缺乏技術(shù)支持

3D技術(shù)的推廣與使用為產(chǎn)業(yè)升級和自主創(chuàng)新提供了源源不絕的動力，它象征著信息化時代的到來。雖然我國目前投入了大量的時間與精力在3D打印技術(shù)、顯示技術(shù)的研究上，但是對于3D技術(shù)的可視化表達(dá)、相應(yīng)的支持工具、展示工具以及播放平臺方面的研究尚未完善。只有給予3D打印技術(shù)必要的技術(shù)支持，才能保證3D打印技術(shù)的教育創(chuàng)新應(yīng)用能夠發(fā)揮自身的優(yōu)勢與職能[1]。

1.3缺乏教育資源

由于3D資源的開發(fā)周期長，因此對于制作公司的專業(yè)知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)方面要求嚴(yán)苛，需要消耗大量的人力、物力和財(cái)力。國外在3D資源開發(fā)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于我國，因此國外部分?jǐn)?shù)字內(nèi)容生產(chǎn)商所開發(fā)的3D資源已經(jīng)普遍應(yīng)用于校園當(dāng)中，但是目前而言我國對于3D資源十分匱乏，這是由于我國部分開發(fā)人員對于資源設(shè)計(jì)和開發(fā)流程不了解、不熟悉而造成的。

2、3D打印技術(shù)的教育創(chuàng)新應(yīng)用

2.1營造真實(shí)的問題情境

眾所周知，對于知識的學(xué)習(xí)離不開活動情境的創(chuàng)造，教學(xué)活動無法脫離情境創(chuàng)造而單獨(dú)存在。隨著教育體制改革的不斷深入，我國已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)教育向素質(zhì)教育的過渡和轉(zhuǎn)變。素質(zhì)教育強(qiáng)調(diào)教學(xué)活動緊密聯(lián)系生活實(shí)際，在學(xué)習(xí)過程中要將理論知識與生活實(shí)際、生活情境有機(jī)結(jié)合起來。由于工科學(xué)習(xí)自身的特殊性，學(xué)生只能借助電腦完成圖稿設(shè)計(jì)，并且通過科學(xué)技術(shù)進(jìn)行模擬演示而無法應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)和探究當(dāng)中[2]。然而，3D打印機(jī)的推廣和使用恰到好處地解決了這一問題，它能夠?qū)⒛Ｐ屯ㄟ^3D打印技術(shù)打印出來，幫助學(xué)生構(gòu)建真實(shí)的問題情境，以完成模型的制造、實(shí)驗(yàn)和探究。經(jīng)研究調(diào)查顯示，將3D打印技術(shù)應(yīng)用于教育創(chuàng)新當(dāng)中，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，還能夠有效降低科學(xué)研究的時間和成本。

2.2輔助教學(xué)

作為教學(xué)的輔助工具，3D打印技術(shù)服務(wù)于中學(xué)創(chuàng)新教育當(dāng)中，尤其是在培養(yǎng)學(xué)生視空間能力方面優(yōu)勢突出。視空間是人類智能結(jié)構(gòu)的核心部分，尤其是在學(xué)習(xí)物理、設(shè)計(jì)、藝術(shù)等抽象知識時，視空間能力發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，視覺空間能力的高低，在一定程度上影響了學(xué)生的成績。作為教學(xué)的輔助工具，3D打印技術(shù)能夠有效培養(yǎng)、提高學(xué)生的視空間能力。3D打印技術(shù)自身得天獨(dú)厚的優(yōu)勢使得其可以打破圖形的束縛，打印出任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)的教學(xué)模型，改變了傳統(tǒng)教育課堂上缺乏立體模具的局面。有了3D打印技術(shù)的干預(yù)和介入，枯燥、抽象的理論知識可以以生動、具體的形象展現(xiàn)在學(xué)生的面前，有助于學(xué)生的理解和記憶，是提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力的關(guān)鍵。

2.3評價(jià)教學(xué)效果

除了上述的幾點(diǎn)之外，3D打印機(jī)在中學(xué)創(chuàng)新教育的應(yīng)用前景上還包括教學(xué)評價(jià)方面。對于設(shè)計(jì)相關(guān)的師生而言，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)無疑給設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生帶來了史無前例的驚喜[3]。深受傳統(tǒng)教學(xué)觀念的制約，過去教師只能借助計(jì)算機(jī)觀看學(xué)生的模型制作和圖形設(shè)計(jì)，而無法體會和操控實(shí)際制作出來的模型，這在一定程度上影響了教學(xué)效果評價(jià)公正性與公平性。然而，3D打印機(jī)具有操作簡單、環(huán)境無限制的優(yōu)勢，能夠直接將模型進(jìn)行打印，并且通過后期的打磨、上色等，幫助學(xué)生的模型兼具外觀性和實(shí)用性。教師通過實(shí)際觀察、操作學(xué)生制作的模型，可以對學(xué)生進(jìn)行全方位綜合性的評價(jià)，并且及時指正學(xué)生在設(shè)計(jì)之中的不足與缺陷。

3、結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，3D打印技術(shù)與中學(xué)創(chuàng)新教育的有機(jī)結(jié)合將中學(xué)創(chuàng)新教育向智能化、便捷化的方向推進(jìn)，并且通過3D打印技術(shù)的運(yùn)用以體現(xiàn)和提升中學(xué)創(chuàng)新教育的價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

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篇5

3D打印技術(shù)就是這些新興技術(shù)中的一項(xiàng)?！督?jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志認(rèn)為3D打印技術(shù)將成為第三次工業(yè)革命的關(guān)鍵性技術(shù)，將改變大規(guī)模生產(chǎn)的方式。3D打印技術(shù)即快速成型技術(shù)的一種，它是以一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通常通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)?？焖俪尚图夹g(shù)是20世紀(jì)80年展起來的一種制造新技術(shù)。3D打印機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)從計(jì)算機(jī)的軟件設(shè)計(jì)虛擬三維模型到打印出實(shí)物的功能，具有打印精度高、易用性、個性化等特點(diǎn)。3D打印機(jī)所采用的材料基本是一些可以發(fā)生固化反應(yīng)的材料。如今，可以用作3D打印材料的原材料更加多樣化，包括陶瓷、金屬、樹脂、塑料、高纖維等，甚至包括人體細(xì)胞培養(yǎng)液。3D打印機(jī)的種類豐富，根據(jù)目前的應(yīng)用可分為兩大類：一類是粉劑3D打印機(jī)，另一類是噴塑3D打印機(jī)。

粉劑3D打印機(jī)是通過使用粉劑材料和添加劑來創(chuàng)建對象的連續(xù)層，并以疊加工藝的方式，一層一層地構(gòu)建實(shí)體。每一層的打印過程均分為兩步：先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身不大，且不易擴(kuò)散；然后噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水后會迅速固化黏結(jié)，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，打印成型。打印結(jié)束后只需掃除松散的粉末即可得到模型，而剩余粉末還可以循環(huán)利用。

噴塑3D打印機(jī)的工作原理采取逐層累積的方式。這種方式類似于制作奶油蛋糕的方式，逐步累加上來。但是，3D打印機(jī)需要預(yù)先知道如何進(jìn)行累加，累加成什么樣子。首先，需要在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)三維模型。而后，將三維模型的數(shù)據(jù)傳送到3D打印機(jī)，打印機(jī)將液態(tài)材料傳送至打印頭，利用打印頭在一個托盤上噴出超薄的液體層，并經(jīng)過紫外線照射進(jìn)而凝固。

3D打印運(yùn)用于教育教學(xué)中有多種方式。隨著近幾年3D打印技術(shù)的成熟，以及教育工作者的參與，國內(nèi)已經(jīng)有非常多的學(xué)校將3D打印技術(shù)納入到自己的課程體系中，或是出現(xiàn)在不同課程中作為工具使用。有的學(xué)校采取獨(dú)立開設(shè)3D打印設(shè)計(jì)的校本課程，供感興趣的學(xué)生選修學(xué)習(xí)。課程重點(diǎn)基本是掌握桌面級3D打印技術(shù)，并在生活中發(fā)現(xiàn)問題，用3D打印技術(shù)改造事物。也有的學(xué)校將課程重點(diǎn)放在了3D打印技術(shù)與各個學(xué)科的緊密結(jié)合上，開發(fā)出了不同的3D打印專題領(lǐng)域，包括藝術(shù)類、工程類、科學(xué)類等。還有的學(xué)校甚至將3D打印課程設(shè)置為全年級必修課，給全體學(xué)生更多接觸3D打印技術(shù)、運(yùn)用3D打印技術(shù)的機(jī)會。

無論以何種方式開展課程，3D打印課程對于學(xué)生來說重點(diǎn)培養(yǎng)的是他們在四方面的能力：空間思維能力、工程改造能力、科學(xué)探究能力和藝術(shù)表達(dá)能力。這四方面的能力并非3D打印課程必須涵蓋的，而是需要在課程深入實(shí)施過程中根據(jù)學(xué)生不同個性與需求去不斷激發(fā)的。

空間思維能力。學(xué)生在初步接觸三維軟件建模過程中，需要不斷嘗試、試錯、驗(yàn)證并尋找空間規(guī)律?？臻g立體思維是建立在真實(shí)三維的場景中的，但是在創(chuàng)建過程中還需要綜合考慮平面透視原理。學(xué)生需要巧妙地運(yùn)用各種切割、推拉、延展、分段、旋轉(zhuǎn)、跟蹤軌跡等工具的，創(chuàng)建不同的三維模型。學(xué)生對點(diǎn)線面有了更進(jìn)一步的認(rèn)識之后，對空間中點(diǎn)線面的關(guān)系才會有更多可操作性的體會。

工程改造能力。3D打印技術(shù)可以打印出各種各樣的物件，但是大部分物件需要符合最基本的工程力學(xué)原理、工程結(jié)構(gòu)原理等。通過對不同難度的物件創(chuàng)造，學(xué)生們能在動手實(shí)踐與模型設(shè)計(jì)修復(fù)中不斷提升自己的工程改造能力。

科學(xué)探究能力。學(xué)生們可以將科學(xué)原理運(yùn)用于具體的科學(xué)探究活動中，借助3D打印技術(shù)能夠更加深入地實(shí)現(xiàn)不同場景的驗(yàn)證過程。學(xué)生們通過設(shè)計(jì)模型投入實(shí)驗(yàn)場景，根據(jù)實(shí)驗(yàn)場景反饋數(shù)據(jù)改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，再到具體的實(shí)驗(yàn)場景。3D打印技術(shù)讓過去很多只能停留于紙面的公式驗(yàn)算，變成了可以“看得見，摸得著”的具體驗(yàn)證?；谠O(shè)計(jì)的科學(xué)探究有了進(jìn)一步的發(fā)展。