3D打印技术演示教学案例[五篇范例]

第一篇：3D打印技术演示教学案例

《3D打印技术演示》教学案例

——活动项目：科技类活动项目教学组织与设计

一、背景和意义

3D打印（3D-printing），它是一种以以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的，目前，3D打印已在教育行业得到越来越多应用，它迎合了学生多元课程融合学习和核心素养教育需要。3D打印技术不仅可以激发学生们的兴趣，提高他们的专注力，还可以通过探索解决方案让学生们学会应用和验证书面知识获得新的理念和认知。

二、活动目标

通过以项目为基础、已经解决的方案为向导的3D设计的学习，培养学生积极参与和深度学习。在设计思维学习中学生通过探索，建模和测试的过程中发现相互学习的相关性，并对知识获得更加深入的了解。由探索解决方案让学生学会应用和验证书面知识获得新的理念和认知。同时培养学生合作探讨和团队精神。

三、活动要求

1、掌握3D打印技术基本流程，建模-切片-格式转换-打印

2、培养学生的动手能力、团结合作能力、表达和创新能力

3、在实践中感受最新科学技术在生活中的应用。

四、活动步骤

本次教学活动按照导入、建模操作和使用的步骤进行。活动对象 主要是8-13岁年龄阶段在校学生，他们对新鲜事物认知兴趣强烈，善于探索和发现问题，用于创新，同时也具备了一定的自主学习能力。

1、导入设问：

A：同学们知道打印机吗？打印机出来的东西有什么变化？3D打印机和普通打印机区别在哪里？

B：教师分别对比2D打印机和3D打印机的成品。吸引学生的兴趣和对新事物的发现和认知。

C：教师解释3D打印的构造以及3D打印机的机身特点。学生可以围观3D打印机讨论和2D打印机的不同特点。

2、建模、示范性操作：

A：教师拿出3D打印出来的眼镜框让学生思考是如何做出来的？此时将学生分为6人一组进行讨论，围绕如何制作眼镜框这一问题激发学生的想象力以及6人之间的团队协作能力，在讨论的过程中提倡学生可以设计不同的眼镜框架形状和不同款式镜框，思考如何制作美观又舒适。

B：教师演示如何建立自己设计的眼镜框模型，教师先示范进行软件操作。操作完成后学生掌握操作方法，再将原来6人组分为2人的小组。一个人操作一个人进行指导，在建模过程在思考模型尺寸大小是否合适，长度、宽度是否适合佩戴使用。在2人以小组过程中锻炼学生动手能力、思维能力和团队协作能力。每个学生都掌握其方法。

3、切片软件使用、导入3D打印机：

A：教师再次提问，同学们模型做好了，但是如何将模型变成我 们想要的眼镜框呢？能直接导入3D打印机吗？此时学生回答不知道，教师导入切片软件。

B：切片软件将3D模型切成一片片后保存3D打印机适合的打印格式，用SD卡导入打印机进行打印。

C：示范操作如何使用切片软件并解释软件其作用，小组交替进行切片软件操作。

D：将正确的打印格式导入SD卡，指导打印机的使用方法，增强学生动手能力和团队协作能力。

五、活动创新点

通过3D打印的理论和实践结合的学习，同学们可以设计自己想要的作品来进行打印。在眼镜框制作的过程中引导学生发挥自己的想象思维来制作不同款式、不同形状、不同颜色大小的眼镜框。鼓励学生创新和发挥想象能力。在这样的过程中学生们分小组讨论锻炼学生们想象能力，协调和合作的精神，最重要的是提高了同学们的创新和思维发散能力。打印成品的出现也大大的提高了学生的动手能力，提高学生的自信，想象空间得到进一步的提升。在教学方法上整个活动使用了演示法，讨论法和实验法三种教学方法，使学员发挥自身特长，引导其独立思考和创新的想法。

六、活动准备工作

检查室内电源开关确保无误；用于对比的2D打印成品；3D打印成品；塑料打印材料。

七、安全预案 3D打印机的打印速度较慢，花费的时间更长，具有严格的自控性，在3D打印过程中打印机长时间操作容易发热。因此在打印操作中注意打印发热部位，避免烫伤。在打印前接电源的过程中注意检查电源线是否安全无故障，确保电路通畅安全。

八、活动反思

本次课程对于3D打印的教学我采用提供学生素材的方式，在学生还没有接触过此软件时就直接教授，选取两个工具讲解。在本节课开始之前，我将几个3D打印的实物呈现在学生面前时，一定程度上激发了学生学习兴趣，激发学生们的学习动机。课堂中，我利用小徽章，对表现优秀的学生进行表扬和奖励，调动了优秀学生的积极性和主观能动性，但是忽视了其他学生的培养，这点有待提高和改善。

九、活动评价

讨论和交流贯穿于整个教学活动，因此，大部分同学能够举手发言参与。各小组成员在合作中积极相互参与，能吸收和接纳小组成员给的建议。学生创新意识强烈，在建模的过程中可以体现。学生对于新的事物有强烈的求知欲望，遇到问题通过小组成员间开展探究，各成员发挥自身的特长解决问题，引导学生独立思考、实践创新想法，这对于学生的成长有很好的积极作用。

第二篇：3D打印技术教学总结

2014-2015学第一学期《3D打印技术》工作总结

专业部：专业一部 专业：计算机 负责人：张建勋 二〇一五年一月

在这一学期来的教学过程中，我认识在总结成绩的同时，要不断反思教学，以科研促课改，以创新求发展,不断地将公开课上的精华延伸运用于日常教学实践，努力处理好数学教学与现实生活的联系，努力处理好应用意识与解决问题的重要性，重视培养学生应用数学的意识和能力。重视培养学生的探究意识和创新能力。常思考，常研究，常总结，以科研促课改，以创新求发展, 进一步转变教育观念，坚持“以人为本，促进学生全面发展，打好基础，培养学生创新能力”，以“自主——创新”课堂教学模式的研究与运用为重点，努力实现教学高质量，课堂高效率。具体说来真正做到以下几点：

一、认真备课，不但备学生而且备教材备教法，根据教材内容及学生的实际，设计课的类型，拟定采用的教学方法，并对教学过程的程序及时间安排都作了详细的记录，认真写好教案。每一课都做到“有备而来”，每堂课都在课前做好充分的准备，并制作各种利于吸引学生注意力的有趣教具，课后及时对该课作出总结，写好教学后记，并认真按搜集每课书的知识要点，归纳成集。

二、增强上课技能，提高教学质量，使讲解清晰化，条理化，准确化，条理化，准确化，情感化，生动化，做到线索清晰，层次分明，言简意赅，深入浅出。在课堂上特别注意调动学生的积极性，加强师生交流，充分体现学生的主作用，让学生学得容易，学得轻松，学得愉快；注意精讲精练，在课堂上老师讲得尽量少，学生动口动手动脑尽量多；同时在每一堂课上都充分考虑每一个层次的学生学习需求和学习能力，让各个层次的学生都得到提高。现在学生普遍反映喜欢上数学课，就连以前极讨厌上数学的学生都乐于上课了。

三、虚心请教其他老师。在教学上，有疑必问。在各个章节的学习上都积极征求其他老师的意见，学习他们的方法，同时，多听老师的课，做到边听边讲，学习别人的优点，克服自己的不足，并常常邀请其他老师来听课，征求他们的意见，改进工作。

四、认真批改作业：布置作业做到精讲精练。有针对性，有层次性。为了做到这点，我常常到各大书店去搜集资料，对各种辅助资料进行筛选，力求每一次练习都起到最大的效果。同时对学生的作业批改及时、认真，分析并记录学生的作业情况，将他们在作业过程出现的问题作出分类总结，进行透切的评讲，并针对有关情况及时改进教学方法，做到有的放矢。

五、做好课后辅导工作，注意分层教学。在课后，为不同层次的学生进行相应的辅导，以满足不同层次的学生的需求，避免了一刀切的弊端，同时加大了后进生的辅导力度。对后进生的辅导，并不限于学习知识性的 辅导，更重要的是学习思想的辅导，要提高后进生的成绩，首先要解决他们心结，让他们意识到学习的重要性和必要性，使之对学习萌发兴趣。要通过各种途径激发他们的求知欲和上进心，让他们意识到学习并不是一项任务，也不是一件痛苦的事情。而是充满乐趣的。从而自觉的把身心投放到学习中去。这样，后进生的转化，就由原来的简单粗暴、强制学习转化到自觉的求知上来。使学习成为他们自我意识力度一部分。在此基础上，再教给他们学习的方法，提高他们的技能。并认真细致地做好查漏补缺工作。后进生通常存在很多知识断层，这些都是后进生转化过程中的拌脚石，在做好后进生的转化工作时，要特别注意给他们补课，把他们以前学习的知识断层补充完整，这样，他们就会学得轻松，进步也快，兴趣和求知欲也会随之增加。

六、积极推进素质教育。目前的考试模式仍然比较传统，这决定了教师的教学模式要停留在应试教育的层次上，为此，我在教学工作中注意了学生能力的培养，把传受知识、技能和发展智力、能力结合起来，在知识层面上注入了思想情感教育的因素，发挥学生的创新意识和创新能力。让学生的各种素质都得到有效的发展和培养。

七、通过这一学期来的教学，我认识到我的教学还存在很一些问题：

一、教学设计、课堂组织能力尚显得不够成熟。缺乏总体调控能力，主要是因为阅历尚浅，经验不足，这一点还须向其他老师学习。

二、对于学生的学习能力还没有充分的了解。一部分学生对于知识的理解能力相对于其他学生来说会比较商一点，这样就出现了一部分学生反映快，一部分学生反映慢，很难达到同时掌握知识。

第三篇：3D打印技术

3D打印技术

基本概念

3D打印机出现在上世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。这打印技术称为3D立体打印技术。

原理

3D打印是添加剂制造技术的一种形式，在添加剂制造技术中三维对象是通过连续的物理层创建出来的。3D打印机相对于其他的添加剂制造技术而言，具有速度快，价格便宜，高易用性等优点。

3D打印机就是可以“打印”出真实3D物体的一种设备，功能上与激光成型技术一样，采用分层加工、迭加成形，即通过逐层增加材料来生成3D实体，与传统的去除材料加工技术完全不同。称之为“打印机”是参照了其技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。随着这项技术的不断进步，我们已经能够生产出与原型的外观、感觉和功能极为接近的3D模型。说的简单一点，3D打印是断层扫描的逆过程，断层扫描是把某个东西“切“成无数叠加的片，3D打印就是一片一片的打印，然后叠加到一起，成为一个立体物体。

应用领域

汽车制造业,医疗

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“3D打印”火了 闽企跃跃欲试

一股“3D打印热”从美国股市传至国内A股市场，“3D打印技术”受到资本追捧；福建已有企业涉足该领域

国外艺术家用3D打印机“打印”出了一个小型3D城市，里面的建筑物非常精致（资料图）

东南网-海峡都市报8月31日讯（记者 林可 周锡银 文/图）将一项产品设计转化为3D数据，录入3D打印机，添加合适的“墨水”后，就能直接打印出实物——近日，一股“3D打印热”从美国股市传至国内A股市场，不少涉及3D打印领域的企业股价连创新高。

3D打印技术为何受到热捧？3D打印机如何使用，主要应用于哪些领域？普通居民现在能买到3D打印机吗？福建制造企业有没有掌握这一技术？带着这些问题，本报记者多方调查，为您揭开“3D打印”的面纱。

市场动向

有望改变制造业“3D打印”成资本宠儿 美国两家3D打印机生产商8月股价大幅上扬，这股“3D打印热”烧到国内A股市场，涉及3D打印领域的企业股价连创新高。由于3D打印需运用到激光技术，我省一些生产激光晶体元器件的上市企业，股价业有不小涨幅。

“3D打印”为何成为资本宠儿？据业内人士介绍，3D打印受到热捧，是因为该技术有望改变制造业形态。

据介绍，“激光3D打印”，又叫选择性激光烧结（SLS），即快速成型技术，其原理是将一项产品设计转化为3D数据，然后将这些数据录入3D打印机，使用合适的添加剂进行逐层打印，然后叠加到一起，成为实物。由于3D技术可自动、快速、直接、准确地将产品设计直接转化为实物，因此将有效缩短产品研发周期、提高产品质量并缩减生产成本。3D打印技术在美国已经产业化，在国内也已起步。

受益“3D打印热”一闽企股票大涨

受益这轮“3D打印热”，福建上市公司——福晶科技的股价也有不小涨幅。前日，该公司股价涨停。据了解，公司主营业务属于光电子产业，是全球领先的非线性光学晶体与激光晶体元器件制造商。由于3D打印需要运用到激光技术，因此该公司股价上涨。

昨日，记者从南京、深圳等地3D打印机制造商处了解到，购买3D打印机的福建买家现在还不多。许多经销商表示，他们对3D打印的前景保持乐观态度。他们认为，由于掌握“3D打印”后，制造企业可有效缩短产品研发周期、提高产品质量并缩减生产成本，作为制造业大省，福建加工制造类企业也需要掌握3D打印技术。

输入数据就可打印出实物

昨日，记者电话采访了国内一家3D打印机制造商——南京紫金立德公司。该公司销售代表介绍，他们公司的3D打印技术是以色列的，目前国内自主掌握3D打印技术的企业较少，能批量生产全套设备的大厂家也只有几个。蔡先生说，3D打印机是按照所使用的添加剂划分的，有塑胶的，也有金属的，而他们公司制造的3D打印机，使用的是pvc膜。据介绍，紫金立德制造的3D打印机，可将按照电脑里的3D数据，将pvc膜进行切割、叠置，然后烧结成实物。打印出的产品坚固耐用，可以在上面打孔、抛光。

据介绍，除“打印”茶壶等不太复杂的生活用品外，3D打印机还能“打印”齿轮、螺丝钉、涡轮增压零件等工业用品。

蔡先生告诉记者，目前，3D打印机主要用于工业设计、制造等领域。传统的制造技术，需要专门“开模”，时间周期长，单价高，而3D打印机的特点是，只要你提供产品设计及数据，过两三个小时，就能拿到实物，省时省力。

3D打印用的是“固态墨水”

据了解，3D打印机与普通打印机，最大的区别是“墨水”，3D打印机的“墨水”，也就是添加剂，从液态转成固态，如塑胶、硅、金属粉等。

目前的3D打印机，分堆叠法打印与烧结法打印，原理基本都是多层分片打印，而堆叠、烧结只是成型

技术的区别。堆叠法只能成型塑胶、硅之类的添加剂，对固化反应速度有要求，而烧结可以用激光的高温对金属添加剂进行处理加工。

“我们的打印机，主要通过打印喷头，按照3D图片，进行堆叠。”昨日，浙江一家3D企业市场部有关负责人陈女士告诉记者，3D打印首先要有一个设计图片，然后将文件录入，准备好打印需要的添加剂，就能够开始直接打印了，3D打印机通过打印喷嘴开始从打印底盘一层层堆叠，过不了几分钟，就能打印出实物成品。

便宜的3D打印机只要三千多元

3D打印机哪里有售？记者发现，福州市面上还并没有3D打印机专卖店，但3D打印机在部分购物网站有售，价钱在几千到几万元不等，最便宜当数个人打印机，定价在3000多元。

据了解，国内的3D打印机，按照打印机的喷头数量定价，比如，单喷头的3D打印机，要近4000元，双喷头的打印机则要7000多元。单喷头与多喷头的区别主要在于，在打印中，双喷头可以打印两个颜色的实物，而单喷头只能打印一个颜色的实物。

深圳一家3D打印机厂商的负责人刘先生表示，他们的打印机出口较多。陈女士也表示，他们公司的产品主要都是销往美国、澳大利亚等国家，国内需求还不够旺盛，主要是因为国内对3D打印机的认知、普及还不够高。

许小曙

湖南华曙高科技有限责任公司 总经理

许小曙，1990年毕业于美国科罗拉多矿业大学，获得博士学位。

早在1996年，就曾因在CH-46直升机相关研究项目中“史无前例的杰出工作”，荣获了被誉为“应用科学的诺贝尔奖”的“美国科学技术创新奖（R&D 100）”。该奖项用于奖励每年在世界范围内评选100个最杰出的科技成就，是世界应用科学中的最高奖项。

自1997年以来，在美国DTM公司和3D Systems公司工作12年，先后担任先进制造主管，软件开发总监及高级顾问等职务，是SLS SinterStation 2500+, Vanguard, HiQ and Pro 系列设备实现产业化过程的原创者之一。2011年4月，许博士被国际分层制造行业权威协会AMUG-Additive Manufacturing Users Group授予终身成就奖（“Dinosaur Award” ——恐龙奖）。该奖项用以表彰在SLS和SLA领域做出长期卓越贡献以及具有领导力的人士，全世界仅十余人获此殊荣。他在业内被认为是目前世界上最了解该技术的人，有“SLS之父”之美誉。

许小曙博士2010年回到中国，成立湖南华曙高科技有限责任公司，研发和推广拥有中国自有知识产权的SLS设备，材料及相关服务。

王运赣

上海富奇凡机电科技有限公司 董事长、教授

王运赣，华中科技大学教授、博士生导师，上海富奇凡机电科技有限公司董事长，20世纪90年代初开始致力于快速成形技术的研发，主编出版了11本有关快速成形/3D打印技术的专著，拥有12项中国专利，所在公司已批量生产和销售具有自主知识产权的7种快速成形设备。

入门级开源3D打印机项目技术简介

更多内容前往：个人3D打印机小站

简介

三维立体打印的技术。三维立体打印机，也被称为快速成型打印机。它是利用普通打印机的原理，将打印机和计算机连接起来，把原料装入机身，通过计算机的控制，用激光注射器将原料一层一层累积起来，最后将计算机上的蓝图变成实物。

3D打印机在90年代中期就出现了。在过去十年里，它已经被设计师、工程师以及科学家用来制造一次性的机械产品以及模型。他们通过一层一层堆积的液体和粉末来生产物体。助听器生产部门利用3D打印机扫描患者的耳朵轮廓后复制出合适的助听器；汽车定制公司也在利用这套设备为汽车爱好者提供专门的汽车部件；消费电子产品厂商用它来完成对产品功能的设计，以避免在大规模生产后修改设计；医生用它来制造实习模型；博物馆用它复制真品，以避免参观者损毁真品。

但是，这套机器价格不菲，每套大约需要10万美元。最近几年，价格下降到约1.5万美元。如此昂贵的费用也只有大型公司才能负担。

本项目的目标是为了制造出价格在1000美元之内的桌面3D打印机，方便设计师，工程师，科技人员甚至是普通爱好者的使用。

市场前景

三维打印机不仅使立体物品的造价降低，且激发了人们的想象力。未来三维打印机的应用将会更加广泛。

3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具,就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件,从而极大地缩短产品的研制周期,提高生产率和降低生产成本。这项技术目前正迅猛发展,已越来越引起人们的广泛重视。

3D打印机在哪些领域使用有何用处3D打印技术作为一种高科技技术，综合应用了CAD/CAM技术、激光技术,光化学以及材料科学等绪多方面的技术和知识，让产品设计、建筑设计、工业设计、医疗用品设计等领域的设计者，第一时间方便轻松的获得全彩色实物模型，便于重新修定CAD设计模型,从而节省了为错误设计制造工艺装备的费用,并节省了研制时间。

随着技术的进步，现在3D打印机在电影动漫、气象、教育、外科医疗等领域都能发挥独特的作用。在教育领域，3D打印机能够将抽象概念带入现实世界，将学生的构思转变为他们可以捧在手中的真实立体彩色模型，令教学更为生动；在建筑领域，3D打印机能够为曲面异形建筑的重要精密构件快速制作精确模型，实现传统建筑模型制作无法达到的工艺水平；在工业生产领域，3D打印机可以为金属铸件直接打印模型、模型插件和图案；在地理空间领域，3D打印机可以轻松将GIS数据转化为三维地形及城市景观模型或沙盘；而在娱乐艺术领域，3D打印机还可根据电子游戏、三维动画以及其他创作产生的三维数据轻松制作自定义头像和雕像。

但如果要将3D打印机像电脑一样应用到我们普通消费者的生活中，还存在一些具体的问题：首先是购买成本问题，不同三维打印机的报价相差很大，但依旧徘徊在几万到几十万人民币，这个数字对家庭用户来说，不如去买套房子；其次是打印材料问题，3D打印机的成型材料多是采用化学聚合物，在这里，我们不仅仅是担心它的后期使用成本问题，而且如果要让它融入我们的家庭生活，那么这种材料是否安全将是一个很重要的参考因素。

不过我们还是期待，随着技术的不断进步，这些我们担心的问题都会迎刃而解，3D打印机会在未来像照相机、扫描仪一样进入千家万户，为我们的生活增添无穷乐趣。优势

我们拥有一套完整的实现低成本3D打印机的系统方案，该方案设计制造的3D打印机可以满足设计师，工程师，爱好者们的基本需要，并且在价格上大大低于昂贵的快速成型系统。能够实现每位设计师，爱好者或者是个人都能够拥有一台3D打印机的梦想。

技术规格

使用技术 FFF(熔融纤维制造)/热塑挤压

尺寸 500 mm(W)x 400 mm(D)x 360 mm(H)重量 7.0 kg 打印范围 200 mm(W)x 200 mm(D)x 140 mm(H)打印耗材原料 PLA,、HDPE、ABS等，使用3mm直径细丝 耗材价格 PLA:195元/kg，HDPE:97元/kg，ABS:150元/kg 打印速度 每小时构建实心物体为15.0 cm3(使用PLA测试, 其他材料都差不多)精度 喷嘴直径0.5毫米，最小打印2毫米的物体，定位精度0.1毫米，每层厚度0.3毫米

硬件部分 控制芯片

主板芯片 Arduino

上图所示的主板是整个系统的核心控制部件。其核心是一片Sanguino，它是一块Arduino兼容的主板由一块ATMEGA644P芯片驱动。

Arduino是源自意大利的一个开放源代码的硬件项目，该平台包括一片具备简单I/O功效的电路板以及一套程序开发环境。Arduino可以用来开发可独立运作、并具互动性的电子用品，或者也可以开发出与PC相连的周边装置，同时能在运作时与PC上的软件进行沟通。Arduino平台由两部分组成：硬件（包括微控制器、电路板等）和软件（编程接口和语言）。平台的两个部分都是开源的。如果需要，您可以下载 Arduino 的图表、购买需要的所有独立部件、切割电路板并从头开始制作一个电路板。

同样地，Arduino 旨在提供一个简单的界面和一个将所有功能集于一身的包，同时尝试提供其他优点： 低成本

可以从头开始构建便宜的 Arduino 板，并且预组装的组件十分便宜。Arduino Diecimila 花费大约 35 美元。跨平台软件

获得适用于 Microsoft Windows、Mac OS X 和 Linux 的 Arduino 软件。简单的语言

Arduino 开发人员尝试使语言可以被初学者轻松掌握，但是对于高级用户足够灵活。开放源码

Arduino 从上到下完全是开源的。如果需要构建或修改软件，您可以随意执行。此外，Arduino 的官方 Web 站点包含丰富的维基，其中的代码样例和示例都是免费共享的。

Arduino成本低功能强大的特点，满足了低成本3d打印机项目的需求，是理想选择。

该主板连接了所有的周边扩展，用来驱动整个3d打印机，其中包含了3个步进电机接口，还有四个RJ45接口用于连接挤压控制电路板，该电路板用于控制打印头，此外主板上还配备一个SD卡插槽及ATX电源接口。以下为该主板最新版本的电路原理图：

步进电机控制板

该电路板用于控制步进电机，通过两个极限开关来获得输入。基于Allegro A3982 步进电机驱动。此步进控制芯片价格和性能上都有相对的优势，满足3D打印机低成本和功能充足的特性。

以下为该电机驱动板最新版本的电路原理图：

打印头控制板

该电路板由PWM驱动板，DC电机驱动板，温度传感板，RS485接口和一块Arduino组合而成。该板用于控制在打印过程中的材料输出。以下为该打印头驱动板最新版本的电路原理图：

机械结构

整个设计结构包含了多种材料，以下为罗列的部件名称： 部件名称 备注

长棒 8mm直径，镀锌表面铁棒 轴承 皮带

挤压部件(打印头)螺丝、螺帽、五金、DIY扣件 轨道扣件 步进电机 NEMA 17 或 NEMA 14 PCB/集成电路

装配部件 3D打印制作，使用设计的3D数据

厚、薄钢板 4mm-6mm 厚，至少 42cm x 40cm 螺柱 轨道扣件

构造组件

使用3D设计软件将3D打印机上的各个部件进行设计，并使用快速成型技术来制作这些部件。部件罗列见下图：

由 3D打印服务 提供打印制作。

软件部分 控制系统固件 控制主板和打印头控制板为整个3D打印机系统的核心部分，两个控制芯片都采用开源Arduino硬件。可以通过Arduino平台方便的进行控制固件的编程和安装。

打印机软件

打印程序用于将设计好的STL格式文件转换成打印机可以读取的格式，并将该格式文件的数据信息传给打印机。打印机固件识别此格式3d数据信息，通过控制芯片来，进行打印输出。

我们使用一套通用的3D打印机程序与打印机固件进行交互通信，输入的文件格式现在仅支持STL，绝对多数的3D设计软件支持此格式的输出，因为设计师可以不需要使用额外的软件来输出需要制作的3D模型。

该打印机软件使用Java，可以用于Windows, Mac, Linux 多平台。

打印机软件界面截图：

原料耗材 材料选择

材料 单价 规格

PLA 195元/kg 3mm细丝 HDPE 97元/kg 3mm细丝 ABS 150元/kg 3mm细丝

打印案例

下图为3D数据与打印结果的展示图：

Magicfirm MBot 3D打印机

耗材决定能力边界—3D打印技术原理

3D打印技术在原理上并不复杂。与传统制造业在材料上做减法不同，它奉行的是加法守则。要打印一个东西，你首先要有一张3D立体图，配套的软件会把这张图上的物体进行一系列数字切片，并将切片信息传送到打印机，打印喷头立刻启动，根据切片信息，一层层极薄地堆叠出立体物件。

在这一核心“秘笈”指导下，不同打印机有不同的流派打法，而使用的“墨水”则是其中的关键。

在北京北五环外永丰科技园的北京计算中心，一台售价160万元人民币的Objet3D打印机，已经在这里服务一年有余。这台双缸洗衣机大小的银灰色打印机，使用光敏树脂耗材，这是一种遇紫外线照射会立刻变硬的特殊材料，另外一种支撑材料也必不可少。在电脑的三维数据图像的控制下，打印机的六个喷头以16微米的厚度，一层层喷出液态材料，物体的部分使用光敏树脂，其余部分则喷出填充材料，每喷一层，就进行一次紫外线照射，液态材料随即变硬。

打印完成后，最初从打印机肚子里拿出的是一个立方体，需要再给它洗个澡，冲去填充材料，打印的东西就“水落石出”了。

Stratasys公司使用的则是一种叫做“熔积成型”的技术，整个流程是将一根粗的塑料绳，在喷头内熔化液体，一层层沉积塑料纤维成型。还有一些系统使用粉末微粒作为打印介质，最常用的是石膏粉，粉末微粒被喷撒在铸模托盘上形成一层极薄的粉末层，然后由喷头喷出的液态粘合剂进行固化，或者用“激光烧结”，熔铸成指定形状。耗材的扩展，决定了3D打印机的能力边界。

受到耗材的限制，3D打印最初的应用主要局限在样品制作。汽车零部件制造商或齿科医生在完成一个产品设计时，往往需要用一台3D打印机在几个小时内打印出其设计的产品，反复修改后再投入到规模化的生产线制造，这种样品制作方式相比传统的模型制作极大地节约了时间和材料成本。

随着可供打印使用的耗材的不断拓展，3D打印也逐渐具备了制作成品的可能。这是3D打印技术一个质的飞跃，这种变化在最近两年才逐步发生。2011年，钛合金和不锈钢材料的使用，使波音公司开始用这种技术直接打印飞机机翼，当然这种打印机的体型和价格都在另一个层级上。

目前，仅Objet一家公司已经可以使用14种基本材料并在此基础上混搭出107种材料，两种材料的混搭使用、上色也已经是现实。这些材料的价格便宜的几百块（人民币）一公斤，最贵的要4万元左右。

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3D打印颠覆了人们创造东西的能力，让人们将自己的想法转化成电脑上的虚拟模型，将产品制造这项专利从企业领域交还到个人手中。设计癖网站带我们一起回顾过去一年中曾报道过的3D打印产品： 1、3D打印手枪

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7、voxeljet连续3D打印机

8、可打印建筑物的“喷石”3D打印机 9、3D打印砖

10、XEOS概念3D打印机

第四篇：3D打印技术

3D打印技术

3D打印技术，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印是一种“自下而上”分层添加材料实现快速产品制造的技术，具有制造成本低、生产周期短等明显优势，被誉为“第三次工业革命最具标志性的生产工具”。

一、3D打印基本概念

传统的切割加工是利用刀具进行材料的切削去除，是一种“自上而下”的加工方式。这种加工方式是从已有的零件毛坯开始，逐渐去除材料实现成型，因此受到刀具能够达到的空间限制，一般很难制造出复杂的三维空间结构。

3D打印技术的成型原理与上述传统方法截然不同，采用材料逐层累加的方法制造实体零件，相对于传统切割加工技术，该方法是一种“自下而上”的制造方法，3D打印的实质是增量制造：“通过增材制造，从零件的电子、数字化描述直接到最终产品的过程”。因此3D打印技术具备两个本质特征：一是数字化模型直接驱动，将产品的数字化模型输入3D打印机，就能直接“输出”最终产品，实现快速制造，不需要制模或铸造；二是基于离散-堆积成型原理的逐层材料添加方式，可成型任意复杂空间结构，具有很高的柔性。

二、3D打印技术的优缺点。

优点：①不需要机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率；②通过摒弃传统的生产线，有效降低生产成本，大幅减少材料浪费；③可以制造出传统生产技术无法制造出的外形，让产品设计更加随心所欲；④可以简化生产制造过程，快速有效又廉价地生产出单个物品，与机器制造出的零件相比，打印出来的产品的重量要轻60%，并且同样坚固。

缺点：可打印的原材料少、打印精度低、速度较慢、打印成本高。

(3D打印原材料：工程塑料、光敏树脂、橡胶、金属、陶瓷等)

三、3D打印军事应用现状

（1）2012年，美国Sciaky公司的新型电子束3D打印技术取得重要突破，具备大型金属部件加工能力，美国国防部和洛克希德•马丁公司准备将其用于生产F-35战斗机的钛、钽、铬镍铁合金等高价值材料的高品质零部件，前期检测全部达到要求。

（2）3D Systems公司的激光熔融技术取得重要进展，美国空军将在此基础上开发用于打印F-35战斗机和其他武器系统的3D打印机。

（3）美国太空制造公司的太空3D打印技术的成熟度达到6级，具备在太空中的模型或样机演示能力，2012年11月获得NASA的第二阶段合同，进一步将技术成熟度提升到8级，完成实际系-2-统并通过试验和验证，最终具备应用于太空站维修、升级和延寿，载荷升级改进，硬件太空制造等方面的能力，2014年向国际空间站运送首台3D打印机。

（4）早在2002年，美国就开始将激光成型钛合金零件装上战机试验。但由于无法解决制造过程中钛合金变形、断裂等技术难题，美国始终只能生产小尺寸钛合金部件和对钛合金零件表面进行修复。近年，美国积极开展3D打印技术生产大型钛合金部件的研究。美国军方和军工企业正与3D Systems和Sciaky等3D打印技术公司合作，推进大尺寸钛合金3D打印技术在战斗机制造上的应用。

（5）2013年，美国开始使用3D打印技术批量生产喷气发动的燃料喷嘴。在3D打印技术应用于轻型物质制造方面，2013年，美国“固体概念”公司成功制造出世界上首支3D打印金属手枪，能够连续发射50发子弹并保持完好。

（6）维修方面，美国已开始部署基于3D打印技术的维修保障装备。2012年7月和2013年1月，美军部署了两个移动远征实验室，用于装备维修保障。此移动远征实验室是一个20英尺长的标准集装箱，可通过卡车或直升机运送至任何地点，利用3D打印机和计算机数字控制设备将铝、塑料和钢材等原材料加工成所需零部件。此举可以在战场快速生成需要的零部件，甚至快速设计和生产急需的装备，实现及时精确保障。此外，美国陆军开发了一种轻质便宜的3D打印机，可以放到背包中，用于在

-3-战场中快速、便宜地制造替换零件。

（7）我国的激光快速成型3D打印技术已达到世界领先水平。北京航空航天大学已掌握使用激光快速成型技术制造超过12平方米的复杂钛合金构件的技术，并成功应用于武器装备研制，相关成果“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成型技术”获2012国家技术发明奖一等奖。西北工业大学掌握了一次打印超过5米长的钛金属飞机部件的3D打印技术。

（8）我国是世界上唯一掌握钛合金大型主承力构件激光快速成型制造技术并工程应用的国家。北京航空航天大学和西北大学的3D打印技术已成功应用于多个国产航空项目的原型机制造。我国自主研发的大型客机C919的主风挡窗框、大中央翼根肋，正在设计的新型战斗机的钛合金主体结构均采用激光快速成型技术制造。

（9）据报道，歼-10飞机研发用了近10年时间，而运用3D打印技术后，我国在3年时间内就推出了舰载机歼-15，直接跨入第三代舰载战斗机方阵。在我国国防科技装备领域，目前，3D打印技术已被全面应用于歼-20隐形战斗机和歼-31第五代战斗机的研发中。有外媒惊呼，3D打印机正在制造空军发展的“中国速度”。

加快3D打印技术的发展与应用是弥补我国当前武器装备设计、制造与维修保障能力的不足，提升研发效率，降低制造成本，提高维修保障时效性与精度的有效途径。我国3D打印技术在钛-4-合金大型复杂整体构件激光成型等方向居于世界领先地位，但整体水平仍有很大的提升空间。应着眼武器装备长远发展，统筹规划，汇聚各方面力量推动3D打印技术的发展与应用，为实现“能打仗、打胜仗”的目标提供技术支撑。一是将3D打印技术作为我国制造业升级的关键，军民融合、整合资源，集全国之力进行发展；二是针对当前存在的问题，加强材料技术3D打印核心关键技术研究，改变我国核心关键设备受制于人的状况；三是积极探索3D打印技术在武器装备建设中的应用，以应用牵引技术发展方向与重点。

四、3D打印技术的实际应用

（一）开源3D打印枪支的例子

美国得克萨斯大学法律系的大二学生和一群自称分布式防御组织成员的朋友发起了一个项目，称为“维基武器项目”：设计出全球第一款可从网络下载蓝图的枪械，并能够完全利用RepRap这样的开源3D打印机制造出来，然后将之与世界共享。2012年7月，利用3D打印机制造的下机匣组装在一把实用的AR-15步枪上，试射了200发子弹，而下机匣部件未见任何磨损。下机匣尤其引起争议，因为法律上认定它是枪械的主体部件，其销售及分销是受到管制的。有了通过3D打印机制造的下机匣，枪械爱好者将能购买其他不受法律管制的部件并进行组装。2012年12月，对3D打印机出产的AR-15步枪进行了测试，在刚开始的测试射击中没有任何质量问题，但在第六次射击时，枪支三处

-5-涌现分裂。

美国得克萨斯州奥斯汀，科迪﹒威尔逊（法律系25岁学生）演示一支3D打印手枪，可发射一枚子弹。除击针为金属，枪支全部部件为塑料。开源打印枪支使得恐怖主义和社会安全问题变得更为复杂，可能导致枪支泛滥，在政界和民间引发忧虑，因此美国国会众议员史蒂夫﹒伊期雷尔近来呼吁禁止制造3D打印枪。

此外，美国得州“固体概念”3D打印公司设计制造的世界第一把3D打印金属手枪，有30个零件，已经成功射出了50发子弹。该公司打印手枪的目的不是真的为制造手枪，而是要显示3D打印技术在强度和精度方面的技术进步。

（二）3D打印无人飞行器的例子

3D打印技术以其快速成型的特点在产品开发与优化方面具有明显优势。英国南安普顿大学设计和试飞了世界上第一架打印的飞机，采用EOSINTP730尼龙激光烧结打印机。由英国利兹大学学生设计的翼展1.5m的无人机在航展亮相，通过3D打印技术优化结构和空气动力学性能，而用其他方法就很难并且代价昂贵。美国空军也正在应用3D打印机制造无人飞行器。

（三）3D打印隐身斗蓬的例子

DARPA资助的麻省理工学院的3D打印项目之一是梯度折射率透镜（石英）的3D打印。梯度折射率的光学折射率呈梯度变化，其中折射率沿轴向变化的梯度折射率透镜用于消像差；折射-6-率沿径向变化的梯度折射率光纤能够减少色散，用于提高传输信号的速率或通信容量。梯度折射率光学已经成为光学的新分支。隐身斗篷就是采用梯度折射率材料实现的，使入射光线在物体周围偏转并绕开实现隐身目的，是目前光学领域的一个热点，在国际光学权威期刊上多次相关论文。实现负折射率的唯一可能是通过超材料----一种人工材料，之所以具有特殊光或声波性能，不是因为其成分，而是因为其特殊结构，可用3D打印。

（四）3D打印弹头的例子

洛克希德马丁申请的打印弹头的专利，通过逐层添加熔融材料制造弹头结构，高能密度技术可以是激光、电子束、等离子体等，与高冷却速率结合制作均匀微结构，给料可以是丝状或粉末，添加过程中可变材料类型。

（五）3D扫描士兵制作修复假肢的例子

这也是美军计划的一个项目，在士兵投入战场之前对其进行三维扫描，用于3D打印符合士兵个人特性的修复假肢，以备服役期间伤残治疗之需。

（六）3D打印飞机零件的例子

飞机框架传统造工艺需要万吨级重型锻造装备、系列大型锻造模具等。传统制造工艺的材料加工量大，利用率低，加工周期长，成本高。

（七）医学辅助快速原型制造

例如，某患者颅底肿瘤位臵深，肿瘤与颈内动脉、视神经、-7-垂体柄等周边重要结构关系复杂，手术难度十分大。

湘雅医院神经外科，依据患者的CT和MRI（核磁共振）图像建立实际模型，用3D技术打印颅内复杂肿瘤原型，让医生在手术前充分了解脑内肿瘤部位周围组织的毗邻关系，在完整切除肿瘤的同时最大限度地保护肿瘤周围正常组织，降低了并发症和后遗症的发生率。2014年1月4日，手术成功。

（八）人体骨骼快速制造

2012年，生物打印技术的发明者之一，曼彻斯特大学教授Brian Derby在《科学》杂志上发表了综述，阐述了用打印技术生产细胞和组织结构的新进展，以及该技术用于再生医学的前景。Derby教授介绍了利用3D生物打印实验，制造多孔结构骨骼“脚手架”用于生长细胞，之后植入人体。这种“脚手架”包含数千微孔，其中注入造骨细胞。造骨细胞培育生长的同时，“脚手架”生物分解消失。目前世界各地都在对这一技术进行临床试验。

另一种成功的应用是制造钛合金骨骼支架，如3D打印下颚，又如瑞典的一个女孩通过3D打印髋骨移植，摆脱了轮椅。

（九）生物活体器官重造

生物打印(Bioprinting)是用计算机辅助转移工艺制造和装配活性与非活性材料成为给定的二维或三维组织，以生成生物工程结构，可用于再生药物、药理学和基本的细胞生物学研究。

3Ｄ生物打印技术利用类似喷墨打印机的技术，直接生成三-8-维生物组织，3D生物打印机有两个打印头，一个放臵最多达8万个人体细胞，被称为“生物墨”，另一个可打印“生物纸”所谓生物纸其实主要成分为水的凝胶，可用作细胞生物的支架3D生物打印机使用来自患者自己身体的细胞，所以不会产生排异反应。生物打印机与普通3D打印机的不同之处在于，它不是利用一层层的塑料，而是利用一层层的生物构造块，去制造真正的活体组织。

五、部分领域3D打印发展趋势

（一）工业3D打印

1、在生产流程和生产工艺环节对传统传统制造业的全面渗透和覆盖，特别是在铸造、模具行业广泛应用。

2、稳定性、精密度将会大幅提高，材料可以全面突破，成本大幅降低、打印速度将显著提高。

（二）生物3D打印

1、将不再局限打印牙齿、骨骼修复等方面，打印部分人器官将成为常态。

2、整体应用推广将取决于各个国家的政策支持程度。

3、复杂的细胞组织和器官打印还有很多技术难题需要突破。

（三）军事3D打印

1、将实现武器装备半成品制造、现场塑造和部署，根据周围环境和作战目标，优化调整设计参数，实现环境自适应，大大提高武器装备的环境适应能力、伪装效果和作战效能。

2、小批量制造成本低、速度快，显著降低武器装备特别是复杂武器装备的制造风险、缩短研发周期。

3、具备快速制造不同零部件的能力，可有效提升武器装备维修保障的实时性、精确性。

六、3D打印世界之最

世界最大3D打印机：图中这套巨无霸设备名为“big delta”，它高达12米，是专门为进行大型物体3D打印而建造的大型3D打印机。

世界最小3D打印机：这款全球最小的3D打印机名为XEOS，由德国工业设计师Stefan Reichert打造，它的长、宽、高分别为47cm、25cm、43cm，是目前世界上体积最小的3D打印机。

世界首款3D打印跑车：来自美国旧金山的Divergent Microfactories(DM)公司推出了世界上首款3D打印超级跑车“刀锋(Blade)”。整车质量仅为1400磅(约合0.64吨)，从静止加速到每小时60英里(96公里)仅用时两秒，轻松跻身顶尖超跑行列。

世界首架3D打印飞机：“SULSA”是一架使用3D打印机制造的小型无人驾驶飞机，翼展2米，最高时速可达100英里，还配备有微型自动驾驶系统，可用于巡航。这是世界上第一架“3D打印”飞机，日前已试飞成功。-12-

世界最小3D打印魔方：这款微型3D打印魔方来自俄罗斯的艺术家格里高列夫之手，堪称世界上最小的魔方，这个魔方的边长只有1厘米，打破了原为1.2厘米的世界纪录。

世界首款3D打印汽车：Urbee 2是世界上首款完全使用3D打印技术制造的汽车，该车配备三个车轮，动力为7马力（5kW），采用后轮驱动，电力驱动模式下Urbee 2的行驶里程可以达到64公里。

全球首座3D打印桥梁：由MX3D公司负责开发和设计、由Heijmans完成的全球首座3D打印桥梁坐落在在荷兰阿姆斯特丹运河上，这座桥梁将通过3D打印机器人来完成，并且由运河的一端慢慢向另一端完成，而并不像传统建桥方式那样两端同时进行。

世界首座3D打印办公楼：据俄罗斯今日电台网站6月30日报道，迪拜宣布将建造世界上首座3D打印办公楼。计划建造的3D打印办公楼为单层建筑，占地面积约为2000平方英尺(约185平方米)。它将被20英尺(约合6米)高的打印机层层打印出来，办公楼内部也是由3D打印而成。

世界首辆3D打印摩托车：在今年的加州RAPID 2015展会上，出现了全球首辆全功能的3D打印摩托车。除了发动机、各种电子器件、传送带、制动系统及一些螺栓之外，这辆摩托车的其它部分全部都是用ABS塑料打印而成的，而且它可以承载两位成人骑手的重量。

世界最小的3D打印电钻：来自新西兰的技术宅Lance Abernethy做了一个全世界最小的电钻，关键是这个电钻是能用的。整个电钻的内部结构工作原理和普通电钻一模一样，唯一不同的是这个电钻的钻孔是毫米级的。

世界最大3D打印建筑结构：2015北京国际设计周，来自北京市侨福芳草地展区中庭空间的VULCAN，成为世界最大的建筑学意义上的三维打印构筑物，获吉尼斯世界纪录。

世界首台3D打印空调：近日，海尔集团在上海举办的世界家电博览会上展示了一款3D打印出来的空调。海尔宣称，这是世界上首款3D打印空调机。这款空调采用了可定制的3D打印部件，可以让消费者实现功能和装饰上的完美协调。该产品售价6395美元，至于产品的上市日期和定价等细节，海尔暂时还没有透露。

全球首款3D打印金属手枪：美国一家公司制造了全球首款3D金属手枪，而且已经成功发射了50发子弹，手枪的设计出自经典的1911式手枪，这是全球首支利用3D技术打印出来的金属枪。

世界首支3D打印步枪：枪械发烧友“HaveBlue”于2015年在其博客中公布了其3D打印步枪(A.22 步枪)的文档说明书（通过 AR15 论坛），文档中详细说明了打印经历和测试结果，成为首个成功打印出3D步枪并试枪成功的例子。

全球首个3打印酒店：菲律宾一家名为Lewis Grand Hotel（刘易斯大酒店）的四星级酒店宣称要3D打印世界上第一个商业建筑——别墅式酒店。里面的管道、家具、卫浴等生活设施也都是3D打印的，据说这是世界上首个3D打印酒店式别墅。目前这个项目没有完工，其3D打印机仍处于工作状态。

世界首枚3D打印火箭：新西兰一家名为Rocket Lab的私人航天公司开发出了世界上第一个3D打印的电池动力火箭Electron！堪称人类火箭技术发展史上的一大进步，其搭乘的Rutherford发动机的主要部件几乎都是3D打印制造的。

第五篇：演示连通器实验的教学案例

教学案例：

演示连通器实验的教学方法

初中二年级物理下册，讲《液体的压强》时，有一个演示连通器实验。至于什么叫连通器，只要同学们观察连通器的实物就知道：上端开口，下端连通的容器叫连通器。关于连通器的特点，处二物理课本上是通过实验的演示直接得到的，要演示这个实验并不难，但不一定能收到好的教学效果。学生看过老师演示之后，往往只留下一个的粗略印象，尤其对实验所显示现象的条件不甚清楚，他们会往往错误的认为：只要连通器里装有同一种液体，在不流动的情况下，液面一定保持相平。为此，我们按下列情形分别进行演示，收到了好的教学效果。

一、连通器的三个管都敞开，从粗管中倒入同一种液体（染成蓝色的水），可以看到，在水不流动的时候，三个管内的水面是相平的。二、三个管都敞开，从从粗管中先后倒入蓝色的水和用碘染成染成红色的煤油。结果，在液体不流动的时，三个管内的液面并不是都相平。

三、连通器三个管的其中一个管用胶塞塞紧，在再从一个管中倒入同种液体（蓝色的水），这时看到三个管中液面并不相平，封口的管中液面要低些。四、三个管都从粗管中倒入同一种液体（染成蓝色的水），从粗管中倒入同一种液体（蓝色的水），然后握住连通器在水平方向作越来越快的运动（加速运动），则见三管内液面也不相平，粗管最低。

学生看了四次演示之后发现，只有第一种情况下连通器内液面才保持相平。因此他们就会清楚地说明了，连通器内的液面总保持相平必须同时具备三个条件：（1）须是同一种液体，且液体不流动；（2）各个管都要敞通大气（确保液面上用同样的压强）；（3）连通器在水平方向上静止或匀速运动（无加速度）。这里三个条件对初中学生可以不作说明，或者只作介绍，不作任何解释。

通过连通器演示实验，了解连通器的工作特点弄清楚之后，对生活中常见的连通器，如水壶的壶身与壶嘴组成连通器，排水管的形“反水弯”连通器，茶炉和外面的水位计组成的连通器，三峡船闸是世界上最大的人造连通器等，它们个有什么功能？，它们是如何利用连通器特点来实现自己的功能的？学生自然就明白其中的道理。