3D打印课程规划

1 3D 打印课程规划 一 课程大纲 1 课程简介 3D 打印 3D printing 即快速成型技术的一种 它是一种以 3D 数字 模型为基础 通过逐层打印可粘合的材料 包括塑料 金属 生物材料等 方 式来构造物体的技术 3D 打印已在科研 教育 制造等行业得到越来越多应 用 近年来随着桌面型 3D 打印机的软件和耗材成本持续下降 3D 打印机正在 进入中小学校 3D 打印机和 3D 计算机辅助设计软件结合可以有效培养青少年 的设计素养和创新潜质 为将来进入高校深造或从事创造性工作奠定基础 本课程主要采用北京太尔时代科技有限公司的 UP Plus 3D 打印机作为课 程实验配套工具 并配合专门开发的教材和课件 采用基于项目教学形式 可 以作为独立的校本必修或选修课程 也可以将设计项目融入通用技术 劳技课 数学 物理 生物 艺术等已有的课程 通过课程的学习 学生们可以掌握如 何应用 3D 设计软件来表达头脑中的创意 并通过操作 3D 打印机 3D 扫描仪 等最新的数字化制作设备把自己丰富多彩的创意变成千奇百态的物品 2 教学对象 10 12 岁的小学高年级学生 需要具有一定的计算机 数学 物理基础 3 建议学时 36 学时 每周 2 学时或 4 学时 4 授课方式 集中面授 含实验 在线学习 5 推荐教材 3D 设计与打印 预计 6 7 月份将由清华大学出版社全国 发行 6 教学内容及课时安排 序号 教学内容 学时分配 技术条件 1 3D 打印技术的原理 FDM 原理 打印机机电系统组成 打印材料 4 学时 多媒体教 室 2 打印软件 CAD 软件简介 CAD STL 数据转 换 2 3DCAD 软件应用 草图绘制 拉伸 放样 扫描等特征建立 草 图约束 4 学时 CAD 机 房 在线 学习 3 曲面与实体混合建模 几何变换 布尔运算 曲面裁剪 过渡 装配 8 学时 CAD 机 房 在线 学习 4 设计结果的表达 三视图 自动生成三视图 模型渲染设计 仿 真动画 4 学时 CAD 机 房 在线 学习 5 设计作品递交及检查 要求提交个人或小组创意设计模型 由老师组 织评比及分析 为后面进入 3D 打印阶段准备条 件 2 学时 多媒体教 室 6 打印数据的检查与处理 STL 数据水密性 流行格式检查 Netfabb Basic 软件的自动修复应用 打印工艺优化 支 撑 壳 填充方式的优化 4 学时 3D 打印 实验室 7 逆向设计应用 三维扫描原理 扫描仪操作 曲面重构 打印 4 学时 3D 打印 实验室 3 数据处理 8 3D 打印作品的后处理 打印作品的上色 修磨 装配 或丙酮熏蒸 4 学时 3D 打印 实验室 9 课程结业 可以采取集中展示作品 由师生共 同评价作品或者在 VX COM 网上展示作品 采 用开放式评价制度 不建议用考试方式给学生 评分 2 学时 二 3D 打印教学资源库 北京太尔时代科技有限公司和北京航空航天大学正在联合开发适合从小学 生到大学生学习 3D 打印技术的课件项目资源库 我们参照当前国际上技术教 育领域最先进的美国 STEM 课程标准 重点开发 有用 有趣 有意义 动脑 动手教学项目 同时开发建设课程配套网站 将来实现开放式的课程评价与学 生评价制度 项目资源库采用动态开发形式会持续不断增加新内容 下面摘录 的部分项目内容将于 6 7 月左右由清华大学出版社正式出版 这些项目在教 学中是具有选择性的 老师根据教学对象年龄段 本校技术条件等情况 可以 独立开设或融入数学 物理 生物 通用技术 艺术 劳技 信息等课程 资 源库的目的是集成应用各科知识 重点是数学 物理 艺术 完成一个可以用 或者可以玩的产品制作 最大限度激发学习兴趣并为学生留有发现问题的空间 3D 设计与打印项目资源库 部分摘录 4 1 七巧板设计 技术条件 耗材数量 绘图工具 3D CAD 3D 打 印机或者激光切割机 ABS 30g 人 或三 合板 开发者 适用年龄 8 10 建议课时 4 学时 教学目标 知识 凸多边形的组合 象形物体表达 技能 CAD 绘图 计算机图像渲染设计 数学 艺术用于产品外形设计 教学内容 1 在一个正方形上进行 7 巧板 5 巧板的分割 学习 CAD 绘图技巧 2 在 CAD 软件中拉伸一个草图构成可打印的板块 每名同 学打印一套积木 可用不同 ABS 颜色 但厚度要一致 3 想象力 看每名同学可组合多少种形状 并留下不同组合 的照片供评分 评价方式 根据每位学生打印件的可拼接人 动物的像形数量和拼装时间 课件资源地 址 设计截图 5 2 应用几何图形变换设计一个创意灯罩 笔筒 iPhone 套 技术条件 耗材数量 手工绘图工具 3D CAD 3D 打印机 ABS PLA 100g 人 LED 光源及钮扣电池 开发者 适用年龄 10 18 建议课时 8 学时 教学目标 知识 公式曲线或列表曲线的数学模型建立 图形的几何变换 方法 技能 CAD 绘图 CAD 建模 计算机图像渲染设计 教学内容 1 公式曲线的 如螺旋线 星形线 玫瑰线 椭圆线 建立 及几何变换 2 用规则图案的阵列设计一个 iphone5 的手机外壳 3 用 CAD 生成曲线图形应用于灯具的设计 并打印出灯罩 4 如果条件允许 可为灯罩配置 LED 光源和灯座 5 设计打印一个镂空结构的笔筒 6 利用已有的平面图案设计一个 iphone5 手机外套 评价方式 学生作品照片上网展示 获取评分 6 设计截图 3 孔明锁的设计 技术条件 耗材数量 3D CAD 软件 3D 打印机 ABS 30g 人 开发者 适用年龄 10 18 建议课时 4 学时 教学目标 知识 中国古代卯榫结构在家具 建筑设计用应用 技能 在 CAD 软件进行设计 结构拼装技巧 3D 打印支撑 设计 教学内容 1 中国古代卯榫结构 2 根据图纸进行建模 在 CAD 中先进行拼装 3 打印后要求能够拼装成不同结构 评价方式 看谁搭积时间最少 设计截图 7 4 设计一个创意圆珠笔 技术条件 耗材数量 3D CAD 3D 打印机 ABS 20g 人 圆珠 笔芯 开发者 适用年龄 10 12 建议课时 2 学时 教学目标 知识 中 英文字体的艺术设计风格 技能 3 维软件应用 三维文字和基本几何体的布尔运算 教学内容 1 3 维文字图形设计 2 笔形的设计 可增加笔帽 3 打印出一支可实际使用的笔 评价方式 学生作品照片上网展示 获取评分 课件资源地 址 8 设计截图 5 多面体结构设计 技术条件 耗材数量 3D CAD 3D 打印机 ABS 30g 人 开发者 适用年龄 17 19 建议课时 4 学时 教学目标 知识 柏拉图几何体 阿基米德几何体 正多面体的面 棱 线角度计算 技能 正多面体 CAD 造型 3D 打印与支撑结构选择 教学内容 1 多面体几何造型的数字原理与结构设计关系 2 多面体结构应用 3 如何在 CAD 软件中进行多面体造型及变异 4 设计并打印一个多面体结构的吊灯 评价方式 师生投票评价最佳创意模型 课件资源地 9 址 设计截图 6 三维扫描与三维打印技术 技术条件 耗材数量 3D 手持式扫描仪 3D 打 印机 Netfabb 软件 ABS 30g 人 扫描用显 影喷剂 适用年龄 18 20 建议课时 4 学时 教学目标 知识 光的反射与干涉现象 机器视觉原理 立体相机原理 技能 3D 扫描仪的使用 STL 文件的数据处理 打印支撑设 计 教学内容 1 介绍结构光三维扫描的基本原理 2 使用三维扫描仪扫描一个卡通人物 3 在 Netfabb 中编辑扫描数据 保证数据可打印 4 打印模型 并使用丙烯酸颜料上色增加观赏性 评价方式 根据 3D 扫描模型的打印质量评分 10 设计截图 7 乐高系列 7A 乐高玩具 Lego Duplo 设计与打印 技术条件 耗材数量 有一套 Lego Duplo4556 样 品 测绘用 3D CAD 3D 打印机 ABS 30g 人 开发者 适用年龄 13 15 建议课时 2 学时 教学目标 知识 Lego 积木的数学原理 技能 lego 积木的造型 装配建模 3D 打印零件的后处理 教学内容 1 根据 Lego 基础模块的几何尺寸建立参数化驱动模型 2 打印一个空间曲线造型的几何模型 要考虑如何合理使用 支撑材料 11 3 装配 lego 模型 评价方式 师生投票评价最佳积木模型 可在网上发布 课件资源 地址 设计截图 7B 乐高玩具 Lego Man 的设计与打印 技术条件 耗材数量 有一套 Lego Duplo 样品 3D CAD 3D 打印机 ABS 30g 人 开发者 适用年龄 13 15 建议课时 2 学时 教学目标 知识 Lego 积木的数学原理 技能 lego 积木的造型 装配建模 3D 打印零件的后处理 教学内容 1 Lego 基本块的几何尺寸 2 打印一个空间曲线造型的几何模型 要考虑如何合理使用支 撑材料 3 打印 lego 小人 并建议涂装颜色 评价方式 师生投票评价最佳积木模型 可在网上发布 12 课件资源 地址 设计截图 7C Arduino Lego 机器人设计与打印 技术条件 耗材数量 Arduino 套件 3D 打印机 电子器件装配工具 ABS 30g 人 电池 及导线 外购直径 30 的玩具车轮 适用年龄 18 21 建议课时 8 学时 教学目标 知识 Arduino 电路设计 技能 lego 积木装配 lego 零件 3D 打印 Arduino 图形化编 程 教学内容 1 利用前面已经打印出来的 lego brick 进行车模搭建 2 学习 Arduino 图形编程 3 测试程序 评价方式 测试车辆能否正常移动 实现车辆功能 课件资源地 址 13 设计截图 8 机器乌龟的设计与打印 技术条件 耗材数量 3D CAD 3D 打印机 ABS 100g 人 2mm 仪表 螺钉 5 号电池 1 5V 直流 电机含减速器 适用年龄 18 20 建议课时 8 学时 教学目标 知识 平面机构的概念 曲柄存在数学条件 技能 简单 CAD 造型与装配建模 机构动画仿真 3D 打印 钳工修配 教学内容 1 如何实现乌龟的移动 4 腿如何协调动作 2 事先发布零件的图纸和参考尺寸 学生可以修改尺寸 自 己建模 3 打印及装配 评价方式 设计和打印的模型是否实现预定功能 14 课件资源地 址 设计截图 9 机器跳兔的设计与打印 技术条件 耗材数量 3D CAD 3D 打印机 ABS 80g 人 2X50 钢轴 2mm 仪表螺钉 5 号电池 1 5V 直流电机含减速器 适用年龄 18 20 建议课时 8 学时 教学目标 知识 平面机构的概念 曲柄存在数学条件 技能 CAD 装配建模 机构动画仿真 3D 打印 钳工修配 教学内容 1 如何前 2 腿 和后 2 腿的跳跃动作 2 事先发布零件的图纸和参考尺寸 学生可以修改尺寸 在课 上老师检查学生的模型质量 需要保证模型的可打印性 3 打印及装配 评价方式 是否实现预定的机构动作及外观设计 15 课件资源 地址 设计截图 三 课程配套设施 型号 规格 建议采购数量 用途 Up Plus2 桌面 3D 打印机 140 x140 x200 北京太尔时代科技有限公司生产 10 台 供 45 人同 时上课 3D 打印 太尔时代 Inspire250 北京太尔时代科技有限公司生产 1 2 台 校 用于打印 200mm 左右大件 及技能或 科技比赛 作品 Eagle eyes System 三维扫描仪 北京瑞谦广源科技有限公司 1 台 校 扫描人体 模型 中望 ZW3D 根据安装点数 3D 建模 16 Autodesk Inventor2014 可以授权赠送 3D 建模 各种手工工具 小型台钻 打磨机 万用台 钳 小型机床等 视具体情况而定