3D打印机在教育领域的运用

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第一篇:3D打印机在教育领域的运用

3D打印在学校教育领域的运用

近年来关于3D打印技术在教育领域运用的新闻越来越多。随着智能制造的进一步发展成熟,新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用到制造领域,3D?打印技术也将被推向更高的层面。3D?打印技术的发展将体现出精密化、智能化、通用化以及便捷化等趋势。“任何技术都倾向于创造一个新的人类环境”,3D?打印技术也将在教育领域发挥积极的作用。特别是2015年,3D打印走进教育行业成为一种常态。

3D打印将颠覆传统教育方式

事实证明,一些在传统教育中表现不好的学生,主要是因为所学的课程理论性太强,没有兴趣,死记抽象概念让学生通过了考试,但考试过后就很快忘记了,3D打印机可以让枯燥的课程变得生动起来,它是一种同时拥有视觉和触觉的学习方式,具有很强的诱惑力,在触觉学习中,学生不是在黑板或显示器上简单地看文字或图形,而是通过他们的触觉抓住核心概念的三维模型,这样能够吸收和消化知识,使学生不再遗忘所学的课程。英国著名教师戴夫怀特曾经说过:如果你能抓住学生的想象力,你就能抓住他们的注意力。

国内教育行业开始普及3D打印

教育只有与时俱进,才能有所突破。近两三年,国内也越来越多的学校,甚至国家单位开始探索新兴技术在教育领域中的应用,3D打印技术首当其冲。

近年来,很多学校摸索着创新教学模式,把3D打印系统与教学体系相整合。一方面3D打印机可以提高学生在掌握技术方面的优势,提高学生的科技素养。另一方面利用3D打印机打印出来的立体模型,显著提高学生的设计创造能力。目前在教学中应用最普遍的是SLA和FDM两种3D打印技术。

3D打印技术运用到教育领域中的需要解决的问题,如何充分发挥新技术的特点和优势,如何通过技术在教育中的应用体现和提升其价值?

1.3D打印的普及与推广

当前,大多数3D打印机价格还相对昂贵,虽然已经有一些项目积极地推进3D打印机的教育应用,但在整体上,3D打印机在学校的普及还需要一个过程。同时,我国在3D打印技术的培训与推广方面,与其他国家相比还有差距,需要进一步推动新技术的学习,这需要教育行政部门、企业和学校共同努力。2.对教师的要求

教师在3D打印的教育应用中起着重要作用。一方面,教师自身是3D打印的使用者,可以通过3D打印制作个性化的教学模型;另一方面,教师要进行3D打印课程应用的教学设计,帮助和引导学生展开学习活动。因此,这将对教师提出较高的要求,教师需要从技术和教学设计等层面进行学习和提高,做好领路人的角色。

3.教育与教学改革

当前,全球教育领域正在发生着革命性变化,3D打印、大规模在线学习课程等的发展将对教育产生持续的深刻影响。因此,我们需要关注并参与到最新的工业革命和教育变革中,加强创新型人才培养,这是我们未来能够在世界竞争中保持先进地位的根本保证。

3D打印运用到教学课堂上,学生获得的主体体验更加真实、直观。他们切实地参与到教学的各个环节,既是问题的提出者,也是问题的解决者。而老师更像是他们的合作者,跟学生在探究的过程中一起成长。可以想象,这样的教育不正好能培养学生的创新精神、提高学生的实践能力吗?看来,随着科技和经济的发展,3D打印机走进课堂也必定是大势所趋。

未来,3D打印技术将继续在教育行业大展身手

学生创新思维强,接受新事物的能力快的优势,学校开设集设计和3D打印于一体的“边学边做”的课程,把课堂中的许多抽象概念通过让学生动手设计一些由3D打印组件组成的小电路和小装置,变成有趣的课程,3D打印机将激发新一代学生投身科学,数学,工程和设计的热情,造就一批学生工程师。

3D打印机进课堂,能让学生在创新能力和动手实践能力上得到训练,将学生的创意、想象变为现实,将极大发展学生动手和动脑的能力,从而实现学校培养方式的变革。学生可以在电脑面前完成设计,然后通过3D打印机完成制作,让虚拟世界的创作与现实世界的制作实现无缝连接。相信未来,越来越多的学校都会引进3D打印机,帮助学生学习和创新。

第二篇:大数据在教育领域的运用

大数据在教育领域的运用

(贵阳护理职业学院 550081)

摘 要:近些年来大数据被多次提起,2016年2月,贵州获批国内首个大数据综合试验区。省委市委高度重视大数据发展,把大数据作为弯道取直的重要机会。目前大数据已经在诸多领域实现了很多成功应用,但在教育中的应用仍处于探索阶段。本文对大数据发展、数据可靠性、学生管理的痛点、教育大数据的应用进行了梳理。以期在一定程度上带来一些新的思考。最后,本文也指出利用教育大数据的机遇与挑战。

关键词:教育大数据;数据可靠性;大数据运用

(一)什么是大数据

2012年3月,美国奥巴马政府宣布投资 2 亿美元启动 “大数据研究和发展计划”,将“大数据研究”上升为国家意志。同年,联合国全球脉动(UN Global Pulse)组织发布《大数据促发展:机遇与挑战》一文,指出大数据时代已经来临【1】。说到大数据,首先要探讨数据从哪里来,大数据解决了什么?大数据科学的兴起是信息时代的产物。计算机的出现和逐步的普及,信息对整个社会的影响逐步提高到一种绝对重要的地位。信息量,信息传播的速度,信息处理的速度以及应用信息的程度等都以几何级数的方式在增长。这些数据的增长带来了大数据的基础。那么信息时代的成功又靠什么呢?是解决信息的不对称。比如说,马云解决了商家和买家之间的不对称,他让信息变得透明,我们购买到便宜又好的商品,并且还不用跑商场,摸摸手机屏幕就能解决问题。美团、饿了么,同样解决我们?c商家的信息不对称,然而这些都是通过信息技术为载体的,在这些过程中就产生了数据。大数据解决了什么呢?大数据解决了政府数据的不对称,政府握着大量的数据,林林总总包罗万象,里面蕴含着巨大的价值,把各个领域单一并且封闭的条数据整合成一个物理空间或行政区域形成涉及人,物事的各类数据总和的块数据【2】首先可以提高政府的办事效率,其次经过整合的块数据进行分析提炼的数据可以对任意一个行业有指导性的作用。这就是大数据可以解决的事情。

(二)什么样的数据才可靠

上面是大数据的概念,那么我们怎么提取到有用的数据呢?电子科技大学互联网科学中心主任周涛博士向我们提供了如何提取有用数据的方法方式。周涛博士提到,数据分为两种,一种为可控数据,(controllable data)和另外一种行为数据(behavior data)。而可控的数据都是不靠的,因为有人为因素夹杂在里面,真正可靠的是人们的行为数据,行为数据是关于机体的行为和行为发生时环境的观察报告。最早成功的使用行为数据的例子之一是亚马逊,怎么理解行为数据?亚马逊是怎么使用这些数据的呢?简单地说,就是用户在网站上发生的所有行为,如搜索、浏览、打分、点评、加入购物筐、取出购物筐、加入期待列表(Wish List)、购买、使用减价券和退货等。亚马逊通过对这些行为信息的分析和理解,制定对客户的贴心服务及个性化推荐。这就是行为数据所带来价值。并且行为数据不会骗人,通过对行为数据大量采集,并分析,政府可以更好的制定政策来宏观调控市场。不止只在商业方面,行为数据在各个领域都有着很多有价值的方式等着去开发和利用。

(三)教育大数据

教育界说的大数据,多属名词滥用。收集的数据,往往不能和政府人口统计数据那样,涉及成千上万人和多个采集维度。更准确地说,学习数据属分析数据,或者说是“小数据”甚至是数量不大,范围狭窄的“微数据”数据是“大”还是“小”,其实关系不大,关键是我们要用大数据的思维方式去处理这些所获得到的数据,把我们自己手头拿到的微小的条数据整合为可以使用的块数据,通过这些块数据来给学生带来帮助。在教育管理过程中,高校出于自身管理方便和成本的节约而忽视学生正当权益的事情时有发生;部分教职员工的服务意识淡薄,服务能力和水平较低,把较多的精力和时间投入到科研中,对学生缺乏应有的关爱和引导;再者由于学生教育管工作面广量大,与学生利益相关的管理部门众多,因此在解决学生实际问题过程中,出于部门利益的考虑,部门之间经常相互推诿,管理效率低下。因此,高校应积极构建和完善大学生成长成才的服务机制,完善与学生利益的相关政策规章的制定和实施程序,明确和提高教育管理组织的服务职能,培养和提高广大教职员工的服务意识,帮助解决学生在个体发展阶段必然或者可能面临的实际困难,为学生的成长成才创造条件和平台【3】。

例如:大数据思维方式可以预警学生失学风险。高风险学生,是指濒临辍学,转学,退学风险的学生。首先我们要掌握一些信息来判断哪些学生是高风险的学生,具体的信息包括:

1.学生学习情况:如成绩滑坡、出勤、作业、考试、焦虑、学习压力过大等;

2.身体状况,如疾病、缺少睡眠、遭遇虐待或无法完成相关任务;

3.精神问题、如有自杀倾向、情绪低落、失恋、抑郁、压力、焦虑等;

4.生活问题,如家里出现了危机、家人去世朋友去世、经济困难等;

5.专业和职业选择问题,如无法确定专业不适合目前专业等;

6.行为问题,如行为不当、行为对他人造成干扰、语言骚扰、肢体骚扰;

7.退学风险、如考虑转学、因为经济困难无法继续;

想要得到切实可靠的准确信息往往非常的困难,传统的方式往往是发放问卷或者主动询问,首先学生不会认真的去填写,经常避重就轻,人是群居性的生物,往往不会承认自己是异类,所以都会选择看起是“正常人”的选项和回答,这是典型的不可靠的可控数据。其次,拿到的数据还要花时间进行分析,得到结果需要一定的时间,我们无法知道哪些学生是有可能的高危学生。往往不能做到防范于未然,并不能有效的解决问题。所以我们必须通过行为数据来分析问题,然而有些信息我们是可以通过大数据的方法方式来获取的。比如分析刷饭卡的行为数据这一项就可以分析出很多的信息,例如每月饭卡的消费金额,可以判断学生目前经济是否相对宽裕。分析一个时间段的消费次数,可以判断该学生是否有帮他/她的好朋友刷卡,可以作为该学生是否孤独的一个参考项。还有刷卡的成群出现,通常好朋友们都会相约去食堂,所以饭卡号在系统中都是成组,成群出现的。如果总是一个人去吃饭,该学生的饭卡号不出现在任何的好友小组中,基本证明他是孤独的。这样的学生就是高危学生。然而这只是个条数据的基本应用。通过收集这些可靠的数据,建立健全贫困生资助信息数据库,并对数据库中的各项信息不断更新完善,以便动态管理贫困生,实现按需资助【4】。

(五)总结

大数据技术的应用,使得高校可以对其数据资源采取完全数据筛选的方式来分析、挖掘隐藏在数据背后的规律,从而能够让我们更真实、更全面地了解学生,促进学生的发展。然而,由于当前人们对大数据的认识尚处于探索阶段,大数据在教育领域的研究才刚刚开始,而且大数据提供的也只是参考答案而非最终答案。因此,要真正的将大数据完美地应用于教育,造福于教育,仍然有很长的路要走,但是只要我们能够开放心态、锐意创新、实事求是,就一定能抓住历史机遇,更好地为打造中国经济升级、全面建成小康社会提供坚强有力的人才支撑和智力支持。

参考文献:

[1]PULSE U G.Big data for development: Challenges & opportunities[M/OL].New York: UN Global Pulse,2012[2016-11-22].http://

[3]蒋远喜,等.新媒体环境下高校学生教育管理的应对机制研究[J].吉林教育学院学报,2011,(9)

[4]刘晶,等.高校贫困生资助政策的效果研究[J].现代教育管理,2013,

第三篇:3D数字机放电影流程

3D数字机器开机放映流程

1.打开C厅机器排风闸; 2.打开C厅灯箱闸;

3.打开C厅服务器闸,打开功放闸空气开关,用钥匙打开功放电源,打开电脑显示器;

4.观察3D机器的灯箱显示屏是否是“STANDBY”(待机)状态,“POWER”指示灯橙色常亮,机器风机是否正常运转,服务器是否正常;

5.一切正常,打开灯箱电源“ON/STANDBY”(长安3-5秒直到显示屏出现变化),否则检查灯箱电源线路,如果出现嗡鸣声(灯箱背后STATUS指示灯橙色常亮),检查灯泡电源断路器(灯整流)是否打开(断路器通常不关闭);

6.打开电源等待显示屏出现开机显示,看好影片类型是3D还是2D; 7.选择画幅;安同时按对应数字键<1>至<8>(3秒)① JEPG2K 239

③空

⑤MEPG2K 239

⑦3D 239 ② JEPG2K 185

④空

⑥MEPG2K 185

⑧3D 185;

8.点灯,按住的同时按(3秒),观察显示屏变化;

9.功放选择Digital 1,调整好声音大小;

10.观察DFC100(3D四轮控制器),如果放2D影片按键(升起四轮),放3D影片按键(降下四轮);

11.选择模式按DSP100上方向键选择“☼”菜单中的Playback Mode按选择要播放的模式,如放2D影片选择2D然后选择OK,放3D影片选择Dolby 3D再选择OK;

12.选择要播放的影片按DSP100方向键选择“∷”菜单下的Select content中的Clips,用方向键选择影片(3D影片前有3D字符标识)按等待读取完毕;

13.播放影片按DSP100上的“▶/‖”键播放影片,观察灯箱显示屏上灯泡功率(2K影片70%,3D影片100%); 14.关闭壁灯。

放映结束关机

1.DFC100四轮升起(2K模式);

2.关灯按同时按(3秒)等待显示屏变化; 3.关灯箱按同时按(3秒)等待显

示屏变化,观察出现Cooling…300-sec(内设保护冷却时间); 4.等内设保护冷却时间结束,等15分钟后依次关闭灯箱闸,服务器闸,功放闸,风机闸。

拷、删影片和上传密钥

1.正常开机(不点灯);

2.DSP100上用方向键选择“∷”目录下的Load Content按键,等待拷贝结束(观看进度条);

3.放映前上传密钥,同样“∷”目录下的Load Licenses按键; 4.删除影片或节目“∷”目录下的Delete Content方向键选择要删除的影片或节目按键。

第四篇:在教学教育领域

在教学教育领域,资源共享、教学网络化、办公自动化无疑是大势所趋,为了让师生之间、教工之间达成互联互通,很多中小学校、大学都需要急需建立校园网,然而在校园局域网建设方面,由于各学校的情况不同,应用方向也有差异,导致在建设方案上有一定的区别,但归根结底,校园局域网的基本方案都相似,因此在部署校园局域网时,很多学校部署校园网方案时都会遇到类似的问题,为了校园内外“班班通”、“室室通”、“校校通”的目的,我们需要掌握校园的的施工、联网、使用与调式等知识,并对不同方案的部署情况进行详细思考,根据学校对信息点的安排和网络应用的需求,制定合理的校园网总体建设规划和实施方案,甚至需要解决一些部署后的实际问题,以满足目前校园局域网的实际应用需求。

一、用什么“线”联网?

在组建校园局域网时,很多用户对交换机、路由器、网卡等设备加以重视,这不可否认是正确的,但有时他们却忽视了一个不起眼的问题,那就是网线,在校园局域网中,一般布线系统有六个子系统组成:建筑群间子系统,设备间子系统,管理区子系统,垂直(主干)子系统,水平子系统,工作区子系统,不同的子系统,设备之间使用的网线也不同,这在很大程度上让用户感到迷茫。一般而言,局域网所使用的连线具有双绞线、同轴电缆、光缆三种,在校园局域网中,需要根据实际情况,选择对应的布线线缆比如对于校园内楼宇间的连接线缆,由于是暴露在室外,常年受到日晒雨林的影响和雷电的干扰,此时使用光缆作传输介质最为适宜。因为光缆具有高带宽,传输距离远,抗干扰能力强、安全性好、抗老化和高寿命等显著特点,此外,就目前大多数校园网的应用情况而言,校园网上承载的传输信息中,多媒体信息的传输量将会越来越大,如多媒体教学,电子阅览、视屏点播等应用,主干网传输介质必须具有承载千兆速率的能力,此时只有光缆才能满足户外主干网的布线需求。对于同轴电缆,由于货源难觅,其成本已超过光缆,比较适合短距离的核心设备连接,比如交换机与路由器的连接线缆。

校园网为园区网,楼群间子系统采用光缆连接,可提供千兆位的带宽,有充分的扩展余地,如果选择双绞线,由于没有屏蔽层,在室外很容易感应雷电而产生干扰,甚至损坏设备。双绞线因受室外恶劣环景的影响,容易老化,寿命短。而且双绞线不容许超过100米,它不适合作连接楼与楼之间的主干电缆。不过对于校园室内的布线介质,由于需要管理区子系统并入设备间子系统,集中管理,所以线缆的长度比较大,由于光缆价格昂贵,选择双绞线是比较实际的,而且目前的屏蔽双绞铜线(STP)的抗干扰和传输距离比较好,不仅可支持一般的学校信息管理应用对网络传输带宽的要求,而且完全支持MPEG-2等格式的多媒体信息传输。在校园网局域网中,常用的网络协议有NetBEUI、IPX/SPX和TCP/IP三种,在实际组网时,到底选择哪种网络协议,需要根据校园网的实际规模、网络应用需求、网络平台兼容性和网络管理等情况而定。其中NetBEUI协议是为中小局域网设计,它是用Single-Partnames定义网络节点,不支持多网段网络(不可路由),但具有安装非常简单、不需要进行配置、占用内存少等特点,因而对于中小学校的局域网而言,由于机器性能比较低,往往只安装了比老的Windows 95/98/NT系统,只是为了简单的文件和设备共享,并且暂时没有对外连接的需要,此时建议选择NetBEUI协议进行组网。

对于大学校园局域网而言,由于存在多个网段或要通过路由器与外部相连,加之学校配备的电脑性能比较好,此时NetBEUI协议就无法满足组网需求,建议选择IPX/SPX或TCP/IP协议组网,其中IPX/SPX 协议在复杂环境下具有很强的适应性,具有强大的路由功能,适合于大型网络使用,不过它局限于使用在NetWare网络环境中,在Windows网络环境中无法直接使用IPX/SPX通信协议。不过为了实现与NetWare平台的互联,Windows 系统提供了两个IPX/SPX兼容协议:NWLink SPX/SPX和NWLink NetBIOS,前者只能作为客户端的协议实现对NetWare服务器访问,而后者可在NetWare平台与Windows平台之间传递信息,也能够作为Windows系统之间的通信协议。尽管如此,大多数学生、教师依然习惯使用Windows平台,此时校园网选择TCP/IP协议是必然趋势,无论在局域网、广域网还是Internet,无论是Unix系统或Windows平台,TCP/IP协议都可以实现校园网的组网需要,TCP/IP是一种可路由协议,它采用一种分级的命名规则,通过给每个网络节点配置一个IP地址、一个子网掩码、一个网关和一个主机名,使得它容易确定网络和子网段之间的关系,获得很好的网络适应性、可管理性和较高的网络带宽使用效率。不过TCP/IP协议的配置和管理比NetBEUI 和IPX/SPX 更复杂,并且占用系统资源更多,所以对于机器性能不高或维护知识不够的中小学校,TCP/IP协议在校园网中存在一定的使用门槛。很多中小学校、大学分校依然存在着多个局域网没有互联的情况,此时如果重新进行校园网布局,不仅增加了建设成本,而且对于维护也带来一定麻烦。为此,学校应该使用适当的网络设备,实现多个局域网的互联,让学生、教师、办公人员可以进行资源共享、网络互通的目的。比如某中学希望将校园网和教师楼LAN连接起来,而校园网和教师楼LAN之间距离为500米,此时可以使用廉价的10base5方法互联,互联时使用直径10mm的50欧姆粗同轴电缆,每个网段允许有100个站点,每个网段最大允许距离为500m,可以由5个500m长的网段和4个中继器组成,不过这种互联方案存在一定的局限性,只适合校园内部的局域网互联,因而无法满足大学分校局域网互连的需要。

如果是大学校园网,由于有多个分校,希望将每个分校的局域网进行互联,此时采用无线路由器或无线AP进行互联,不过无线设备投入成本高,传输速率损失严重,而且安全性也没有保障,此时建议采用更为廉价的VPN方案,它可以通过特殊的加密通讯协议,在连接在Internet上的位于不同地方的两个或多个校园内部网之间建立一条专有的通讯线路,就好比是架设了一条专线一样,但是它并不需要真正的去铺设光缆之类的物理线路,这就好比去电信局申请专线,但不用给铺设线路的费用,也不用购买路由器等硬件设备,而且网络之间的数据交换非常安全,只需选择支持VPN功能的交换机,防火墙设备,就可以实现多校园网局域网之间的互联。

在很多大学校园网中,学生寝室、教师宿舍都与主干网互联,在上网高峰阶段,一些用户进行BT下载或玩网络游戏,使得局域网资源大量占用,造成校园网出口带宽严重不足,速度极慢,给正常的工作带来了严重的影响,甚至会造成校园网瘫痪的尴尬局面,为此,校方可以通过在主服务器上安装流量控制软件,让他们不要使用在线播放音视频或在线游戏,如发现者,则封IP 断网24小时,如果觉得占用系统资源,也可以使用具有网管功能的交换机,通过交换机内置的控制程序,对局域网内的所有机器进行流量权限限制使用。

在校园局域网中,远程控制可能是最常见的教学应用,它可以提高工作效率,充分发挥校内电教设备的利用率,以及加强校园内电教设备的管理。比如校园广播系统,可以播放出操、升旗音乐,上下课音乐铃声,课间背景音乐,进行德育教育和外语教学、自办节目等,比如大型活动、临时通知等,往往需要电教员跑到广播室放音,而且由于放音人员离现声较远,很难看清现场的动态,有时会出现错误,带来不必要损失。远程控制就解决了问题,只须现场有一根网线就可以在现场控制远在广播室的电脑放音。如果现场没有连接到广播室的话筒线,还可以通过网络上的语音软件与广播室的电脑进行对话,达到话筒的功能,声音同样能在广播中听到。

为了实现所有设备的远程控制,要给每台电脑都装网卡,接入校园局域网。内部网络布线到每个教室和办公室,教师每人一台笔记本电脑,局域网内部建议使用一台远程控制服务器,可以让兼职的网管教师在自己的办公室或者学校的其它电脑上完成各项管理工作。实际组网时,主控电脑连接校园广播自动播放系统(一个由一台电脑通过端口命令管理系统电源开关的单片机。),然后在服务器、广播主控电脑、电视编辑机上装好被控端软件,添加一个用户和密码。安装语音通话软件(如MSN、局域网会议系统、企业QQ、NETMEETING等),在其它电脑上安装主控端软件,语音通话软件。如果有通知或者讲话,只要在此同时打开两台电脑的语音软件就可以了。在校园网局域网中,经常遇到一些使用和维护上的问题,比如网卡在重启时正常检测,但不能同其他机器互联。这主要是由于子网掩码或IP地址配置错误、网线不通、网络协议不对、路由不对等几种情况。解决方法是首先ping本网卡的回送地址(127.0.0.1),若通,则说明本机TCP/IP工作正常;若不通,则需重新配置并重新启动电脑。有些网卡缺省设置其速率为100M,也会导致网络不通,需要根据所连交换机的速率,将其速率设置为10M、100M或设成自适应网线速率。

第五篇:3D打印技术在建筑工程领域的应用前景

3D打印技术在建筑工程领域的应用前景

科技改变生活,科技提高效率,科技创造价值。随着科技进步,如今越来越多的新技术、新工艺、新材料被应用到建筑工程领域,极大地提高了工程建设的质量和效率。3D打印技术正是科技发展的产物,自打其研制诞生以来,就不断地吸引人们的眼球,受到各行各业的广泛关注,打印食物、打印机械零件甚至打印手枪等不一而足。3D打印技术先后进入了牙医、珠宝、医疗行业,人们希望利用3D打印等先进制造技术快速制产品,借此提升执行任务的速度并降低成本,3D打印技术未来应用的范围会越来越广。如今也有建筑工程人员将这项技术应用到建筑领域,并取得了一定成效。

一、3D打印技术

(一)3D打印技术的概念。我们都知道文字图片打印机,它们是平面的二维打印,3D打印就是在普通的二维打印的基础上再加一维。与普通打印机工作原理基本相同,区别在于只是打印材料有些不同,普通打印机的打印材料是墨水和纸张,而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂以及尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、镀银、镀金、橡胶类材料等不同的“打印材料”,是实实在在的原材料。3D打印机工作时先像普通打印一样,在一个平面上将塑料、金属等粉末状材料打印出一层,然后再将这些可黏合的打印一层一层的粘起来。通过每一层不同的“图形”的累积,最后就形成了一个三维物体。就像搭积木一样,一层一层的累积起来后,就完成了一个设计好的立体的样子。3D打印技术就是快速成形技术的一种,它运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过一层又一层的多层打印方式,来构造零物件。模具制造、工业设计常将此技术用于建造模型,现在正向产品制造的方向发展,形成直接数字化制造。

(二)3D打印技术的现实意义。首先,大幅度提高工作效率。根据模型的尺寸以及复杂程度,传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天,而用三维打印的技术则可以将时间缩短为数个小时,开辟了快速成型的新途径。其次,降低成本。传统的制造技术如注塑法可以降低成本大量制造聚合物产品,而三维打印技术则可以以更快、更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。再次,打印的物品逼真。因为3D打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够,并且是三维的,所以打印出发产品例如模型十分逼真。今天的3D打印能复制出与原物一模一样的实物出来。最后,给设计者带来更多的想象空间。

二、3D打印技术在建筑领域的应用

(一)建筑设计领域应用

3D打印实际就是快速成型技术的应用,快速成型技术是特种加工技术中具有代表性的一种,它是集数控、机械CAD/CAM技术、激光加工、新材料科学等多种新型技术为一体的新技术。由于3D打印成品的可塑性非常强,从二维到三维,3D打印可以精确到600dpi,每层0.01毫米的厚度,几乎任何复杂的结构

都可以轻松打印出来,于是许多建筑设计师将该技术用于建筑与市政布局模型、工业设计的快速成型。

以往建筑设计师制作模型和3D效果图都是手勾草图,现在,3D打印提供了一种与传统的3D效果图、建筑模型等建筑造型表现方式不同的、全新的操作模式,它将让模型作为建筑师矫正设计的手段这一初衷获得新生。整个建筑模型制造过程分为三个阶段:拍照、建模、打印。这种操作方式比用软件画图、按照图纸仿形雕刻更精确、更快捷。

(二)建筑市场开发应用

1.建设方案初始设计阶段。我们知道通过看2D图想象3D空间确实比较困难,需要有丰富的空间想象力。3D打印模型在这一点不仅非常有用,而且还可以有效传达想法,根据各方讨论意见随时改变。例如在做城市综合体、交通综合体等这种大体量建筑群开发初始阶段,就需要研究这些综合体建成后会对周围的建筑和城市空间有何影响。最好的、最有效的做法就是给出模型,用以直观真实的展现建成后的情景,3D打印机具有这方面的极大优势。

2.建设提交方案成果阶段。建筑工程每个设计阶段的任务终将形成一个连贯一致的设计,包括方案、成本、准则等所需要求。如果用3D模型完成空间、环境设计,就相当一个缩微版的建筑与环境原型再现,必然会得到建设方和公众的接受,也可避免因为设计者的疏忽造成的失败建筑。

3.项目技术设计和营造阶段。随着建筑项目的开展,3D打印模型的辅助设计功能也随着改变,转向项目的技术设计和细部处理、风格展现,比如内饰、外饰的材料、风格、空间内部的陈设和装饰物品,使之更加深化细致。

4.建设项目成果展示。3D打印模型不仅是设计过程和项目施工过程中所用的工具,也可作最终展示。设想在一间设计公司的展厅内,陈列着这家公司完成的许多项目缩微模型,他们就是窗外真实城市景观的真实再现,这些模型就能赢得潜在客户的信任,给设计者带来新的收益机会。

(三)在建筑构件方面的应用。如今有一些建筑师将3D打印技术应用于建筑构件。起初,建筑师采用SLS(选择性激光烧结)3D打印技术按照设计的尺寸分段打印各个节点,然后将其组装起来。SLS3D打印技术能够满足建筑所需要的美学和结构方面的需求。

(四)在制造实体建筑方面的应用。也就是用3D打印技术来盖房子。采用的方法是分段打印组装方式,即建筑模块化,在工厂里每块打印好,最后一起现场组装。与建设传统房屋一样,打印房子之前首先需要打下地基;接着,打印机根据图纸打印墙体结构,同时预留“梁”与“柱”浇筑的空间;最后,在预留空间置入钢筋、灌注混凝土,在墙体的中空部分填充保温材料。这种打印实体建筑在我国也有案例,肉眼观察,这些3D打印房与普通房屋有着明显的区别:它们的墙体有着类似雕饰的纹路,或横向或纵向,而整体效果宛如制作奶油蛋糕时挤出的奶油被一层一层堆叠起来。

三、3D打印技术在建筑工程领域的应用前景分析

3D打印技术在建筑工程领域的应用还有较长的路要走,特别是在实体建筑打印方面还面临诸多挑战。

首先,打印材料的限制。3D打印机使用的是真实的金属、陶瓷、塑料、尼龙玻纤等材料,虽然可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印,但打印的材料都是比较昂贵和稀缺的。另外,打印机也还没有达到成熟的水平,无法支持日常生活中所接触到的各种各样的材料。虽然研究者们在一些打印材料上已经取得了一定的进展,但除非这些进展达到成熟并有效,否则材料依然会是3D打印的一大障碍。

其次,打印机器的限制。3D打印技术在重建物体的几何形状和机能上已经获得了一定的水平,几乎任何静态的形状都可以被打印出来,但是那些运动的物体和它们的清晰度就难以实现了。但最基本的困难在于尺寸。2维打印大家都常用,一个最根本的常识就是,输出尺寸越大,打印机本身就越大,那么打印机的喷头活动范围要能够覆盖全幅的输出尺寸,那么必然会大一圈。在3维打印领域,这意味着:如果打印住宅则打印机需要比你的住宅大一圈。机器越大越难制造,更重要的是机器越大,打印精度和打印速度就会越差。所以现阶段解决3d打印房屋的一些基本问题:材料,控制,精度等。

再次,3D打印建筑的安全问题。一方面,3D打印技术能否把房屋的梁体、墙体和柱体做到和传统行业一样坚固,还有待检验。另一方面,建筑的抗震性。现在一般使用超轻的全新材料,打印的房子自重会小于传统房屋,抗震性也就更好,但如果打印房的自重大于普通房屋,抗震性的问题就值得考虑了。再一方面,建筑的耐撞击性,不管怎样由于材料的关系,打印的建筑的耐撞击性可能不如传统房屋。国家尚未对3D打印建筑出台相关标准,这使得3D打印房的安全性、抗震性等性能无法得到检验。

因此,短期内,3D打印技术不可能完全替代传统建筑方式。一种较大的可能是新技术与传统工艺互为补充,在钢筋混凝土结构的基础上结合3D打印技术,建造一些科幻建筑、概念建筑等。但在设计体系、模型制作、钢筋混凝土很难塑造的个性的效果方面,3D打印却能发挥不可替代的作用。

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