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1 3D 打印課程規(guī)劃 一 課程大綱 1 課程簡(jiǎn)介 3D 打印 3D printing 即快速成型技術(shù)的一種 它是一種以 3D 數(shù)字 模型為基礎(chǔ) 通過(guò)逐層打印可粘合的材料 包括塑料 金屬 生物材料等 方 式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù) 3D 打印已在科研 教育 制造等行業(yè)得到越來(lái)越多應(yīng) 用 近年來(lái)隨著桌面型 3D 打印機(jī)的軟件和耗材成本持續(xù)下降 3D 打印機(jī)正在 進(jìn)入中小學(xué)校 3D 打印機(jī)和 3D 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件結(jié)合可以有效培養(yǎng)青少年 的設(shè)計(jì)素養(yǎng)和創(chuàng)新潛質(zhì) 為將來(lái)進(jìn)入高校深造或從事創(chuàng)造性工作奠定基礎(chǔ) 本課程主要采用北京太爾時(shí)代科技有限公司的 UP Plus 3D 打印機(jī)作為課 程實(shí)驗(yàn)配套工具 并配合專門開發(fā)的教材和課件 采用基于項(xiàng)目教學(xué)形式 可 以作為獨(dú)立的校本必修或選修課程 也可以將設(shè)計(jì)項(xiàng)目融入通用技術(shù) 勞技課 數(shù)學(xué) 物理 生物 藝術(shù)等已有的課程 通過(guò)課程的學(xué)習(xí) 學(xué)生們可以掌握如 何應(yīng)用 3D 設(shè)計(jì)軟件來(lái)表達(dá)頭腦中的創(chuàng)意 并通過(guò)操作 3D 打印機(jī) 3D 掃描儀 等最新的數(shù)字化制作設(shè)備把自己豐富多彩的創(chuàng)意變成千奇百態(tài)的物品 2 教學(xué)對(duì)象 10 12 歲的小學(xué)高年級(jí)學(xué)生 需要具有一定的計(jì)算機(jī) 數(shù)學(xué) 物理基礎(chǔ) 3 建議學(xué)時(shí) 36 學(xué)時(shí) 每周 2 學(xué)時(shí)或 4 學(xué)時(shí) 4 授課方式 集中面授 含實(shí)驗(yàn) 在線學(xué)習(xí) 5 推薦教材 3D 設(shè)計(jì)與打印 預(yù)計(jì) 6 7 月份將由清華大學(xué)出版社全國(guó) 發(fā)行 6 教學(xué)內(nèi)容及課時(shí)安排 序號(hào) 教學(xué)內(nèi)容 學(xué)時(shí)分配 技術(shù)條件 1 3D 打印技術(shù)的原理 FDM 原理 打印機(jī)機(jī)電系統(tǒng)組成 打印材料 4 學(xué)時(shí) 多媒體教 室 2 打印軟件 CAD 軟件簡(jiǎn)介 CAD STL 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換 2 3DCAD 軟件應(yīng)用 草圖繪制 拉伸 放樣 掃描等特征建立 草 圖約束 4 學(xué)時(shí) CAD 機(jī) 房 在線 學(xué)習(xí) 3 曲面與實(shí)體混合建模 幾何變換 布爾運(yùn)算 曲面裁剪 過(guò)渡 裝配 8 學(xué)時(shí) CAD 機(jī) 房 在線 學(xué)習(xí) 4 設(shè)計(jì)結(jié)果的表達(dá) 三視圖 自動(dòng)生成三視圖 模型渲染設(shè)計(jì) 仿 真動(dòng)畫 4 學(xué)時(shí) CAD 機(jī) 房 在線 學(xué)習(xí) 5 設(shè)計(jì)作品遞交及檢查 要求提交個(gè)人或小組創(chuàng)意設(shè)計(jì)模型 由老師組 織評(píng)比及分析 為后面進(jìn)入 3D 打印階段準(zhǔn)備條 件 2 學(xué)時(shí) 多媒體教 室 6 打印數(shù)據(jù)的檢查與處理 STL 數(shù)據(jù)水密性 流行格式檢查 Netfabb Basic 軟件的自動(dòng)修復(fù)應(yīng)用 打印工藝優(yōu)化 支 撐 殼 填充方式的優(yōu)化 4 學(xué)時(shí) 3D 打印 實(shí)驗(yàn)室 7 逆向設(shè)計(jì)應(yīng)用 三維掃描原理 掃描儀操作 曲面重構(gòu) 打印 4 學(xué)時(shí) 3D 打印 實(shí)驗(yàn)室 3 數(shù)據(jù)處理 8 3D 打印作品的后處理 打印作品的上色 修磨 裝配 或丙酮熏蒸 4 學(xué)時(shí) 3D 打印 實(shí)驗(yàn)室 9 課程結(jié)業(yè) 可以采取集中展示作品 由師生共 同評(píng)價(jià)作品或者在 VX COM 網(wǎng)上展示作品 采 用開放式評(píng)價(jià)制度 不建議用考試方式給學(xué)生 評(píng)分 2 學(xué)時(shí) 二 3D 打印教學(xué)資源庫(kù) 北京太爾時(shí)代科技有限公司和北京航空航天大學(xué)正在聯(lián)合開發(fā)適合從小學(xué) 生到大學(xué)生學(xué)習(xí) 3D 打印技術(shù)的課件項(xiàng)目資源庫(kù) 我們參照當(dāng)前國(guó)際上技術(shù)教 育領(lǐng)域最先進(jìn)的美國(guó) STEM 課程標(biāo)準(zhǔn) 重點(diǎn)開發(fā) 有用 有趣 有意義 動(dòng)腦 動(dòng)手教學(xué)項(xiàng)目 同時(shí)開發(fā)建設(shè)課程配套網(wǎng)站 將來(lái)實(shí)現(xiàn)開放式的課程評(píng)價(jià)與學(xué) 生評(píng)價(jià)制度 項(xiàng)目資源庫(kù)采用動(dòng)態(tài)開發(fā)形式會(huì)持續(xù)不斷增加新內(nèi)容 下面摘錄 的部分項(xiàng)目?jī)?nèi)容將于 6 7 月左右由清華大學(xué)出版社正式出版 這些項(xiàng)目在教 學(xué)中是具有選擇性的 老師根據(jù)教學(xué)對(duì)象年齡段 本校技術(shù)條件等情況 可以 獨(dú)立開設(shè)或融入數(shù)學(xué) 物理 生物 通用技術(shù) 藝術(shù) 勞技 信息等課程 資 源庫(kù)的目的是集成應(yīng)用各科知識(shí) 重點(diǎn)是數(shù)學(xué) 物理 藝術(shù) 完成一個(gè)可以用 或者可以玩的產(chǎn)品制作 最大限度激發(fā)學(xué)習(xí)興趣并為學(xué)生留有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的空間 3D 設(shè)計(jì)與打印項(xiàng)目資源庫(kù) 部分摘錄 4 1 七巧板設(shè)計(jì) 技術(shù)條件 耗材數(shù)量 繪圖工具 3D CAD 3D 打 印機(jī)或者激光切割機(jī) ABS 30g 人 或三 合板 開發(fā)者 適用年齡 8 10 建議課時(shí) 4 學(xué)時(shí) 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí) 凸多邊形的組合 象形物體表達(dá) 技能 CAD 繪圖 計(jì)算機(jī)圖像渲染設(shè)計(jì) 數(shù)學(xué) 藝術(shù)用于產(chǎn)品外形設(shè)計(jì) 教學(xué)內(nèi)容 1 在一個(gè)正方形上進(jìn)行 7 巧板 5 巧板的分割 學(xué)習(xí) CAD 繪圖技巧 2 在 CAD 軟件中拉伸一個(gè)草圖構(gòu)成可打印的板塊 每名同 學(xué)打印一套積木 可用不同 ABS 顏色 但厚度要一致 3 想象力 看每名同學(xué)可組合多少種形狀 并留下不同組合 的照片供評(píng)分 評(píng)價(jià)方式 根據(jù)每位學(xué)生打印件的可拼接人 動(dòng)物的像形數(shù)量和拼裝時(shí)間 課件資源地 址 設(shè)計(jì)截圖 5 2 應(yīng)用幾何圖形變換設(shè)計(jì)一個(gè)創(chuàng)意燈罩 筆筒 iPhone 套 技術(shù)條件 耗材數(shù)量 手工繪圖工具 3D CAD 3D 打印機(jī) ABS PLA 100g 人 LED 光源及鈕扣電池 開發(fā)者 適用年齡 10 18 建議課時(shí) 8 學(xué)時(shí) 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí) 公式曲線或列表曲線的數(shù)學(xué)模型建立 圖形的幾何變換 方法 技能 CAD 繪圖 CAD 建模 計(jì)算機(jī)圖像渲染設(shè)計(jì) 教學(xué)內(nèi)容 1 公式曲線的 如螺旋線 星形線 玫瑰線 橢圓線 建立 及幾何變換 2 用規(guī)則圖案的陣列設(shè)計(jì)一個(gè) iphone5 的手機(jī)外殼 3 用 CAD 生成曲線圖形應(yīng)用于燈具的設(shè)計(jì) 并打印出燈罩 4 如果條件允許 可為燈罩配置 LED 光源和燈座 5 設(shè)計(jì)打印一個(gè)鏤空結(jié)構(gòu)的筆筒 6 利用已有的平面圖案設(shè)計(jì)一個(gè) iphone5 手機(jī)外套 評(píng)價(jià)方式 學(xué)生作品照片上網(wǎng)展示 獲取評(píng)分 6 設(shè)計(jì)截圖 3 孔明鎖的設(shè)計(jì) 技術(shù)條件 耗材數(shù)量 3D CAD 軟件 3D 打印機(jī) ABS 30g 人 開發(fā)者 適用年齡 10 18 建議課時(shí) 4 學(xué)時(shí) 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí) 中國(guó)古代卯榫結(jié)構(gòu)在家具 建筑設(shè)計(jì)用應(yīng)用 技能 在 CAD 軟件進(jìn)行設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)拼裝技巧 3D 打印支撐 設(shè)計(jì) 教學(xué)內(nèi)容 1 中國(guó)古代卯榫結(jié)構(gòu) 2 根據(jù)圖紙進(jìn)行建模 在 CAD 中先進(jìn)行拼裝 3 打印后要求能夠拼裝成不同結(jié)構(gòu) 評(píng)價(jià)方式 看誰(shuí)搭積時(shí)間最少 設(shè)計(jì)截圖 7 4 設(shè)計(jì)一個(gè)創(chuàng)意圓珠筆 技術(shù)條件 耗材數(shù)量 3D CAD 3D 打印機(jī) ABS 20g 人 圓珠 筆芯 開發(fā)者 適用年齡 10 12 建議課時(shí) 2 學(xué)時(shí) 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí) 中 英文字體的藝術(shù)設(shè)計(jì)風(fēng)格 技能 3 維軟件應(yīng)用 三維文字和基本幾何體的布爾運(yùn)算 教學(xué)內(nèi)容 1 3 維文字圖形設(shè)計(jì) 2 筆形的設(shè)計(jì) 可增加筆帽 3 打印出一支可實(shí)際使用的筆 評(píng)價(jià)方式 學(xué)生作品照片上網(wǎng)展示 獲取評(píng)分 課件資源地 址 8 設(shè)計(jì)截圖 5 多面體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 技術(shù)條件 耗材數(shù)量 3D CAD 3D 打印機(jī) ABS 30g 人 開發(fā)者 適用年齡 17 19 建議課時(shí) 4 學(xué)時(shí) 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí) 柏拉圖幾何體 阿基米德幾何體 正多面體的面 棱 線角度計(jì)算 技能 正多面體 CAD 造型 3D 打印與支撐結(jié)構(gòu)選擇 教學(xué)內(nèi)容 1 多面體幾何造型的數(shù)字原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系 2 多面體結(jié)構(gòu)應(yīng)用 3 如何在 CAD 軟件中進(jìn)行多面體造型及變異 4 設(shè)計(jì)并打印一個(gè)多面體結(jié)構(gòu)的吊燈 評(píng)價(jià)方式 師生投票評(píng)價(jià)最佳創(chuàng)意模型 課件資源地 9 址 設(shè)計(jì)截圖 6 三維掃描與三維打印技術(shù) 技術(shù)條件 耗材數(shù)量 3D 手持式掃描儀 3D 打 印機(jī) Netfabb 軟件 ABS 30g 人 掃描用顯 影噴劑 適用年齡 18 20 建議課時(shí) 4 學(xué)時(shí) 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí) 光的反射與干涉現(xiàn)象 機(jī)器視覺(jué)原理 立體相機(jī)原理 技能 3D 掃描儀的使用 STL 文件的數(shù)據(jù)處理 打印支撐設(shè) 計(jì) 教學(xué)內(nèi)容 1 介紹結(jié)構(gòu)光三維掃描的基本原理 2 使用三維掃描儀掃描一個(gè)卡通人物 3 在 Netfabb 中編輯掃描數(shù)據(jù) 保證數(shù)據(jù)可打印 4 打印模型 并使用丙烯酸顏料上色增加觀賞性 評(píng)價(jià)方式 根據(jù) 3D 掃描模型的打印質(zhì)量評(píng)分 10 設(shè)計(jì)截圖 7 樂(lè)高系列 7A 樂(lè)高玩具 Lego Duplo 設(shè)計(jì)與打印 技術(shù)條件 耗材數(shù)量 有一套 Lego Duplo4556 樣 品 測(cè)繪用 3D CAD 3D 打印機(jī) ABS 30g 人 開發(fā)者 適用年齡 13 15 建議課時(shí) 2 學(xué)時(shí) 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí) Lego 積木的數(shù)學(xué)原理 技能 lego 積木的造型 裝配建模 3D 打印零件的后處理 教學(xué)內(nèi)容 1 根據(jù) Lego 基礎(chǔ)模塊的幾何尺寸建立參數(shù)化驅(qū)動(dòng)模型 2 打印一個(gè)空間曲線造型的幾何模型 要考慮如何合理使用 支撐材料 11 3 裝配 lego 模型 評(píng)價(jià)方式 師生投票評(píng)價(jià)最佳積木模型 可在網(wǎng)上發(fā)布 課件資源 地址 設(shè)計(jì)截圖 7B 樂(lè)高玩具 Lego Man 的設(shè)計(jì)與打印 技術(shù)條件 耗材數(shù)量 有一套 Lego Duplo 樣品 3D CAD 3D 打印機(jī) ABS 30g 人 開發(fā)者 適用年齡 13 15 建議課時(shí) 2 學(xué)時(shí) 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí) Lego 積木的數(shù)學(xué)原理 技能 lego 積木的造型 裝配建模 3D 打印零件的后處理 教學(xué)內(nèi)容 1 Lego 基本塊的幾何尺寸 2 打印一個(gè)空間曲線造型的幾何模型 要考慮如何合理使用支 撐材料 3 打印 lego 小人 并建議涂裝顏色 評(píng)價(jià)方式 師生投票評(píng)價(jià)最佳積木模型 可在網(wǎng)上發(fā)布 12 課件資源 地址 設(shè)計(jì)截圖 7C Arduino Lego 機(jī)器人設(shè)計(jì)與打印 技術(shù)條件 耗材數(shù)量 Arduino 套件 3D 打印機(jī) 電子器件裝配工具 ABS 30g 人 電池 及導(dǎo)線 外購(gòu)直徑 30 的玩具車輪 適用年齡 18 21 建議課時(shí) 8 學(xué)時(shí) 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí) Arduino 電路設(shè)計(jì) 技能 lego 積木裝配 lego 零件 3D 打印 Arduino 圖形化編 程 教學(xué)內(nèi)容 1 利用前面已經(jīng)打印出來(lái)的 lego brick 進(jìn)行車模搭建 2 學(xué)習(xí) Arduino 圖形編程 3 測(cè)試程序 評(píng)價(jià)方式 測(cè)試車輛能否正常移動(dòng) 實(shí)現(xiàn)車輛功能 課件資源地 址 13 設(shè)計(jì)截圖 8 機(jī)器烏龜?shù)脑O(shè)計(jì)與打印 技術(shù)條件 耗材數(shù)量 3D CAD 3D 打印機(jī) ABS 100g 人 2mm 儀表 螺釘 5 號(hào)電池 1 5V 直流 電機(jī)含減速器 適用年齡 18 20 建議課時(shí) 8 學(xué)時(shí) 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí) 平面機(jī)構(gòu)的概念 曲柄存在數(shù)學(xué)條件 技能 簡(jiǎn)單 CAD 造型與裝配建模 機(jī)構(gòu)動(dòng)畫仿真 3D 打印 鉗工修配 教學(xué)內(nèi)容 1 如何實(shí)現(xiàn)烏龜?shù)囊苿?dòng) 4 腿如何協(xié)調(diào)動(dòng)作 2 事先發(fā)布零件的圖紙和參考尺寸 學(xué)生可以修改尺寸 自 己建模 3 打印及裝配 評(píng)價(jià)方式 設(shè)計(jì)和打印的模型是否實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能 14 課件資源地 址 設(shè)計(jì)截圖 9 機(jī)器跳兔的設(shè)計(jì)與打印 技術(shù)條件 耗材數(shù)量 3D CAD 3D 打印機(jī) ABS 80g 人 2X50 鋼軸 2mm 儀表螺釘 5 號(hào)電池 1 5V 直流電機(jī)含減速器 適用年齡 18 20 建議課時(shí) 8 學(xué)時(shí) 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí) 平面機(jī)構(gòu)的概念 曲柄存在數(shù)學(xué)條件 技能 CAD 裝配建模 機(jī)構(gòu)動(dòng)畫仿真 3D 打印 鉗工修配 教學(xué)內(nèi)容 1 如何前 2 腿 和后 2 腿的跳躍動(dòng)作 2 事先發(fā)布零件的圖紙和參考尺寸 學(xué)生可以修改尺寸 在課 上老師檢查學(xué)生的模型質(zhì)量 需要保證模型的可打印性 3 打印及裝配 評(píng)價(jià)方式 是否實(shí)現(xiàn)預(yù)定的機(jī)構(gòu)動(dòng)作及外觀設(shè)計(jì) 15 課件資源 地址 設(shè)計(jì)截圖 三 課程配套設(shè)施 型號(hào) 規(guī)格 建議采購(gòu)數(shù)量 用途 Up Plus2 桌面 3D 打印機(jī) 140 x140 x200 北京太爾時(shí)代科技有限公司生產(chǎn) 10 臺(tái) 供 45 人同 時(shí)上課 3D 打印 太爾時(shí)代 Inspire250 北京太爾時(shí)代科技有限公司生產(chǎn) 1 2 臺(tái) 校 用于打印 200mm 左右大件 及技能或 科技比賽 作品 Eagle eyes System 三維掃描儀 北京瑞謙廣源科技有限公司 1 臺(tái) 校 掃描人體 模型 中望 ZW3D 根據(jù)安裝點(diǎn)數(shù) 3D 建模 16 Autodesk Inventor2014 可以授權(quán)贈(zèng)送 3D 建模 各種手工工具 小型臺(tái)鉆 打磨機(jī) 萬(wàn)用臺(tái) 鉗 小型機(jī)床等 視具體情況而定