學校創客空間：3D打印如何與各學科融合
（編者注：岳尊龍老師是淄博創客空間的專業從事人員，淄博創客空間一直致力于青少年的創客文化推廣，而“為孩子種下一顆創新的種子”是岳老師的宗旨，岳老師也歡迎大家與他進行各種創客教育方面問題的交流。）
隨著3D打印技術的快速發展，人性化、生活化、智能化的3D打印技術已經漸漸融入到我們的日常生活，走進我們的家庭，成為我們動手制作、創意成型的得力助手。以前教學生使用3DMAX、草圖大師等軟件，對于小學生來說，這些軟件過于專業，操作難度較大，學生很難在短時間內掌握。當我第一次接觸3DOne的時候，突然發現這款軟件就是專門為孩子們設計的，這才是真正適合中小學生學習3D建模的利器，再加上3DOne社區豐富的課程資源和激勵機制，更是實現了讓孩子們在“學中玩，玩中學”。以下是我在教學設計中的幾個小實例，僅供大家參考。
一、制作scratch小車
任務是為我們的智能硬件興趣社團scratch智能藍牙小車設計漂亮的外觀和底盤。讓學生通過測量arduino板的長寬、孔距，然后使用3DOne設計打印出小車底盤，然后再設計一個漂亮的外殼和其他配件。在課程設計上我們進行了如下嘗試：
1. 小車外形設計。現實生活中的車輛一般都采用車身和底盤的形式，我們在設計的時候也可以參照這種設計方法，采用車身和底盤分離的方式，這樣可以讓智能小車更具有拓展性。車身決定小車的外觀，可以用3DOne進行設計，設計方法可以參照社區中老師和同學們設計的消防車、救護車、警車等模型。下圖是我們的創客導師安仁中學的李海倫老師的作品，萌萌的樣子是孩子們的最愛。
底盤主要是用于承載Arduino控制板、超聲波傳感器、電池盒、舵機、車輪等器材，對強度和精度都有一定要求。后期需要在底盤上設計好放置器材的位置，在合適的地方開孔，方便將來用螺絲把器材固定到底盤上，這就需要使用游標卡尺等工具進行精確的數據測量和采集，然后結合3DOne的測量功能確定好器材的安放位置。
大興一中dike為我們提供的作品
這種基于動手實做的學習可以讓學生很好的理解物理學科中的測量、誤差等概念，以及誤差和測量工具有關，因為如果用他們自己的普通刻度尺誤差很大，然后使用3Done設計出來的器件，很可能安裝不到小車底盤上。
二、3DOne建模體驗數學的魅力
通過3DOne建模學習，讓學生建立立體幾何的概念有著天然的優勢。在課程設計中通過拉伸、變形、扭曲、彎折等操作，可以讓學生很容易理解點、線、面、體等概念。進行了如下課程設計：
1．什么是3D？
我們要設計3D的物體，你有沒有想過，什么是3D？D是英文單詞dimension的縮寫，在這里可以翻譯成為維度，3D也就是我們說的三維，是指在平面二維系中又加入了一個方向向量構成的空間系。三維既是坐標軸的三個軸，即x軸、y軸、z軸，其中x表示左右空間，y表示上下空間，z表示前后空間，這樣就形成了人的視覺立體感。簡單說三維物體就是具有長、寬、高三個維度信息的物體，它能使我們產生立體的視覺。
仔細觀察下面的圖片，你發現二維和三維的區別了嗎？
仔細想想我們生活的世界，是不是到處充滿了幾何圖形的影子？
看完這些圖片你建立一個3D物體有什么想法？
一個復雜的3D模型其實可以分解為各種基本的幾何體，而這些基本的幾何體又是通過基本的幾何圖形旋轉或推拉而成。接下來，我們就從基本開始，今天的任務是制作一個立方體。
2．制作立方體
從今天開始，我們要采用一款使用簡單，但是功能卻很強大的軟件來學習制3D模型文件，這款軟件叫做3DOne，是一款直接面向對象的直觀、靈活、易于使用的設計工具。接下來我們就采用3DOne來繪制一個立方體……
簡單設計之后，再通過3D打印機打印出來，學生真實的體驗可以增強他們對知識的理解，后期可以加入各種幾何體組合讓學生設計“櫥子”、“跳棋”、“雪花”……。
北京隊長的雪花
三、通過真實問題的情景引入增加對工程課程理解
3D技術的最終價值是它的工具性價值，做為工具就要體現它的實用性。所以我們在課程設計中應該用真實生活中實例導入，讓學生認識到3D打印機就如常見的普通打印機一樣，只是我們生活中用到的一種工具，有了這樣一種思想，就會很自然的把他應用到日常生活中。
現代的工業制造，為了降低成本，抹殺了我們個性化需求，而以3D技術為代表的桌面加工業卻可以實現我們的個性化需求。我們經常會遇到這樣一些“小麻煩”：家中的某些物品因為丟失或者損壞了一個小部件而不能正常工作；與孩子一起動手制作玩具時，需要一些異形的小零件卻無處購買；晚上家里的某個設施出現了小故障，破損的零件暫時找不到替代品；想把自己的創意和設計變成實物，卻無法實現……，這些小麻煩可以用工業化方式解決，如果你掌握了3D打印技術，也可以用3D打印的方式解決。
情景設置：
一是獲取水龍頭配件關鍵部位的相關數據。建議使用游標卡尺測量，如果沒有游標卡尺，也可以使用普通的米尺替代，不過使用游標卡尺測得數據比較準確，可以大大降低將來打印實物的廢品率。如上圖，我們要打印一個圓形的水龍頭把手，得到的相關數據如下：
二是使用3DOne開始設計。打開設計軟件后，經過平面畫圓、平面畫矩形、推拉成體這樣簡單的三個操作，3D版的簡易水龍頭把手就這樣在3分鐘內搞定。3D效果如下圖。
三是要對stl文件進行切片，常用的開源軟件有RepetierHost中的Cura進行切片，切片前可以先設置好打印速度、打印精度、打印溫度、填充率等相關的打印參數，然后進行切片。這時候我們設計的3D模型將被轉換為打印機可以識別的G代碼，形成一個gcode文件。建議打印時最好先打印一個試用品。試用品的填充率可以調至10%左右，這樣可以大大縮減打印時間和打印成本。
(責任編輯：admin)
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