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淺析3D打印設備在教學中應用

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淺析3D打印設備在教學中應用

發布日期:2017-02-28 作者: 點擊:

  近年來,很多的高教專業在摸索著創新教學模式,把3D打印係統與教學體係相整合。一方麵3D打印機可以提高學生在掌握技術方麵的優勢,提高學生的科技素養。另一方麵利用3D打印設備打印出來的立體模型,顯著提高學生的設計創造能力。目前在教學中應用最普遍的是SLA和FDM兩種3D打印技術。

  SLA主要用於製作模型,在國外大學教學領域上用的比較廣泛。它的優勢有:光固化成型法成熟度高,由CAD數字模型直接製成原型,加工速度快,產品生產周期短,無需切削工具與模具,降低錯誤修複的成本。可以加工結構外形複雜或使用傳統手段難於成型的原型和模具,可聯機操作和遠程控製。存在的缺陷有:係統造價高昂,使用和維護成本過高,對工作環境要求苛刻。成型件多為樹脂類,強度,剛度,耐熱性有限,不利於長時間保存。預處理軟件與驅動軟件運算量大,軟件係統操作複雜,入門困難;立體光固化成型技術被單一公司所壟斷。

  FDM主要采用絲狀材料(石蠟、金屬、塑料、低熔點合金絲)作為原材料,目前市場上采用FDM技術較為普遍,有美國MakerBot的Replicator2,金華萬豪的Duplicator 3,這款相對比較便宜,一般在4000元到6000元之間。FDM的優勢有:操作環境幹淨、安全可以辦公室環境下進行。表麵質量較好,易於裝配,可以快遞構建瓶狀或中控零件。原材料以卷軸絲的形式提供,易於搬運和快速更換,材料費用低。可選用多種材料,如可染色的ABS和醫用的ABS、PC、PPSE等,材料利用率高。存在的技術缺陷有:精度較低,難以構建結構複雜的零件。做小件或者精細件時不如SLA技術,最高精度0.127mm。與截麵垂直的方向強度小。成形速度相對較慢,不適合構建大型零件。

3D打印設備

  隨著3D打印機逐步降低門檻及應用領域擴大,3D打印機已經進入國內基礎教育領域,以下就是3D打印機在國內教學上應用的方式:

  (1)數學係的學生可以將他們的“問題”打印出來,並在他們自己的學習空間中尋找答案,比如打印一個幾何體,讓他們更直觀的去了解幾何內部各元素之間的聯係。

  (2)工程設計係的學生可以用它打印出自己設計的原型產品進行測試,研究與探索。

  (3)建築係的學生可以用它簡便快速的打印出自己設計的建築實體模型。

  (4)曆史係的學生可以用它來複製有考古意義的物品,方便進一步的觀察。

  (5)平麵設計係的學生可以用它來製作3D版本的藝術品以及一些基本的模型。

  (6)地理係的學生可以用它來繪製真實的地勢圖,人口分布圖。

  (7)食品係的學生可以用它設計食物的產品造型。

  (8)車輛工程的學生可以打印各種各樣的實體汽車部件,便於測試。

  (9)化學係的學生可以把分子模型打印出來觀察。

  (10)生物係的學生可以打印出細胞、病毒、器官,和其他重要的生物樣本。

  在國外,3D打印機在歐美大學裏幾乎就是設計物理模型必不可少的工具,主要的應用有:

  (1)機械工程學院:3DSystems的3D打印機可以完整地將電腦中的數字影像轉換為實物模型,這樣學生可以很好地評估自己的設計成果。

  (2)建築工程學院:快速、經濟的模型建設使打印一棟建築物模型成為可能。3DSystems的3D打印機可以將一棟建築物模型分批打印,最後組裝成型。這樣就可以不單單將學生的設計模型平麵展示,而是可以以三維的方式呈現出來。

  (3)工業設計學院:3DSystems的3D打印機可以製造出任何複雜的模型,這些模型可以沙磨和噴塗處理做為工業模型使用。

  (4)美術專業學院:美術專業的學生可以用3DSystems的3D打印機將設計的美術模型打印出來並從人們的評論反饋中繼續提高自己的設計水平。

  (5)生物醫藥學院:3DSystems的3D打印機具有獨一無二的彩色打印功能!他可以打印出全色彩的三維模型,這樣研究者就可以根據彩色三維模型準確地判斷研究課題的方向。


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