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如何正確有效的學(xué)習(xí)3d打印技術(shù)

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如何正確有效的學(xué)習(xí)3d打印技術(shù)

  近年來,3D打印成為人們關(guān)注的熱點(diǎn),并逐步走進(jìn)教育領(lǐng)域。因此很多人想要學(xué)習(xí)3D打印,但是不知道怎么學(xué)起。為此,以下是學(xué)習(xí)啦小編分享給大家的學(xué)習(xí)3D打印的好處的資料,希望可以幫到你!

  學(xué)習(xí)3D打印的好處

  一:提高學(xué)生特長的差異化產(chǎn)生亮點(diǎn)。

  現(xiàn)在很多中小學(xué),招生的時(shí)候都可能會詢問孩子有什么特長。假如說會鋼琴、會書法、會繪畫,可能排在后面的同學(xué)幾十個(gè)都會。那么假如說我會3D打印,會通過3D打印做一些文具、機(jī)器人、日常生活小工具,相信只有極少數(shù)的同學(xué)會甚至沒有。這就是3D打印的亮點(diǎn)。

  “3D打印與傳統(tǒng)的興趣提高班比較”

  二:提高想象力:

  人類的進(jìn)步來自對現(xiàn)狀的不滿,3D打印是培養(yǎng)孩子發(fā)現(xiàn)和改變生活的有效工具。想要?jiǎng)?chuàng)造出實(shí)用、漂亮的發(fā)明,需要永無止境的想象力,想象力是發(fā)明創(chuàng)新的源泉。您發(fā)現(xiàn)了嗎?孩子們的想象力很多時(shí)候比家長大得多。不給孩子們一個(gè)實(shí)驗(yàn)想象力的工具,孩子們的想象力會過早減退。

  “自己打印出來的眼睛框還可以這樣”

  “可愛又好玩的筆筒”

  “孩子們打印出來的作品”

  三:集創(chuàng)意設(shè)計(jì)、家庭玩具DIY、高科技學(xué)習(xí)于親子活動之中:

  豐富課余活動,一家人共同完成一個(gè)作品。與之日常的商場所買的機(jī)器人相對比,3D打印技術(shù)可以讓設(shè)計(jì)、制造零件到組裝,一步一步去完成。小朋友負(fù)責(zé)設(shè)計(jì),媽媽負(fù)責(zé)打印零件出來,爸爸負(fù)責(zé)組裝。從0到1,讓孩子們一步一步去體驗(yàn)生活上每一樣物品的制作過程。從而激發(fā)孩子們的動手能力之余,一家人更加是其樂融融。

  “這是一個(gè)非常好玩的機(jī)器人”

  “自己設(shè)計(jì)-打印零件-組裝“

  四:通過藝術(shù)與科技的結(jié)合的方法,提高學(xué)生的創(chuàng)意創(chuàng)新能力:

  通過自己的想象力與智慧,把一些藝術(shù)家的名作,用3D打印技術(shù)復(fù)原。孩子們可以通過這樣的一個(gè)方式,去還原一個(gè)畫作,甚至從中學(xué)到藝術(shù)家的精髓。這樣做可以很大程度提高智商。

  “梵高名畫--《臥室》的還原”

  “只屬于我自己的皇冠”

  五:預(yù)防沉迷于電子游戲

  3D打印即可以學(xué)習(xí),又好玩。通過IPAD,電腦去設(shè)計(jì),從而讓孩子們減少對電子游戲的依賴。3D打印與生活上的息息相關(guān),我們可以通過觀察生活上的一些不方便的地方進(jìn)而改造,去發(fā)明可以幫助別人的物品等等…

  3D 打印的發(fā)展史

  1.1 第一代:立體光固化成型打印機(jī)

  立體光固化成型SLA(stereo lithography appearance),即用特定波長與強(qiáng)度的激光聚焦到液態(tài)的光固化材料表面,使之由點(diǎn)到線,由線到面的順序凝固,完成一個(gè)層面的繪圖作業(yè)。然后再移動光波至另一個(gè)層面,層層疊加構(gòu)成一個(gè)三維實(shí)體。

  1986 年,該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)明人創(chuàng)立3D Systems公司,并推出了第一臺SLA 商用3D 打印機(jī)。

  1.2 第二代:熔融沉積成型打印機(jī)

  熔融沉積成型FDM (Fused Deposition Modeling) 工藝是通過將絲狀材料,如熱塑性塑料、蠟或金屬的熔絲從加熱的噴嘴擠出,按照零件每一層的預(yù)定軌跡,以固定的速率進(jìn)行熔體沉積。每完成一層,工作臺下降一個(gè)層厚進(jìn)行迭加沉積新的一層,如此反復(fù)最終實(shí)現(xiàn)零件的沉積成型。FDM 工藝的關(guān)鍵是保持半流動成型材料的溫度剛好在熔點(diǎn)之上( 比熔點(diǎn)高1˚C 左右)。其每一層片的厚度由擠出絲的直徑?jīng)Q定,通常是0.25~0.50mm。

  FDM 技術(shù)由Stratasys 公司的創(chuàng)始人與1989年發(fā)明,它的優(yōu)點(diǎn)是材料利用率高,材料成本低,可選材料種類多,工藝簡潔。缺點(diǎn)是精度低,復(fù)雜構(gòu)件不易制造,懸臂件需加支撐,表面質(zhì)量差。該工藝適合于產(chǎn)品的概念建模及形狀和功能測試,中等復(fù)雜程度的中小原型,不適合制造大型零件。

  1.3 選擇性激光燒結(jié)打印機(jī)

  選擇性激光燒結(jié)法SLS(Se1ected Laser Sintering),采用紅外激光器作能源,使用的造型材料多為粉末材料。加工時(shí),首先將粉末預(yù)熱到稍低于其熔點(diǎn)的溫度,然后在刮平棍子的作用下將粉末鋪平;激光束在計(jì)算機(jī)控制下根據(jù)分層截面信息進(jìn)行有選擇地?zé)Y(jié),一層完成后再進(jìn)行下一層燒結(jié),全部燒結(jié)完后去掉多余的粉末,則就可以得到一燒結(jié)好的零件[2]。

  至1992 年,DTM 公司售出第一臺SLS 打印機(jī)以來,該項(xiàng)技術(shù)并沒有占領(lǐng)太大的市場,主要由于SLS 有很多缺陷,比如在成型的過程中因?yàn)槭前逊勰Y(jié),所以工作中會有很多的粉狀物體污染辦公空間。另外,產(chǎn)品存儲時(shí)間過長后會因?yàn)閮?nèi)應(yīng)力釋放而變形。對容易發(fā)生變形的地方設(shè)計(jì)支撐,表面質(zhì)量一般。生產(chǎn)效率較高,運(yùn)營成本較高,設(shè)備費(fèi)用較貴,能耗通常在8000瓦以上。

  1.4 三維噴墨打印

  三維噴墨打印是通過將液態(tài)連結(jié)體鋪放在粉末薄層上, 以打印橫截面數(shù)據(jù)的方式逐層創(chuàng)建各部件,創(chuàng)建三維實(shí)體模型。采用這種技術(shù)打印成型的樣品模型與實(shí)際產(chǎn)品具有同樣的色彩,還可以將彩色分析結(jié)果直接描繪在模型上,模型樣品所傳遞的信息較大。 三維噴墨打印的材料主要是一些高性能復(fù)合材料(高強(qiáng)打印粉)。

  1993 年,麻省理工學(xué)院開發(fā)了在三維空間里的噴墨打印技術(shù),開創(chuàng)了三維噴墨的新時(shí)代。獲得MIT 獨(dú)家授權(quán)的Z.corp. 公司在95 年開發(fā)了第一臺高清彩色噴墨三維打印機(jī)。至2012 年,由Stratasys 公司開發(fā)的世界上最大的3D 噴墨打印機(jī)已經(jīng)可以打印1×0.8×0.5m 大小的物體。

  目前,三維噴墨打印機(jī)是市場上精度最高,成型效果最好的高端打印設(shè)備。

  3D 打印在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

  3D 打印在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在醫(yī)學(xué)模型快速建造、組織器官代替品制作、臉部修飾與美容等三方面。

  2.1 醫(yī)學(xué)模型快速建造

  醫(yī)學(xué)道具、模型、用品等材料可通過3D 打印獲得[3,4]。利用3D 打印技術(shù),可將計(jì)算機(jī)影像數(shù)據(jù)信息形成實(shí)體結(jié)構(gòu),用于醫(yī)學(xué)教學(xué)和手術(shù)模擬。

  傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教學(xué)模型制作方法時(shí)間長, 且搬運(yùn)過程容易損壞, 使用3D 打印技術(shù), 可有效減少制作時(shí)間,根據(jù)需要隨時(shí)制作,并降低搬運(yùn)損壞的風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)報(bào)道, 美國某醫(yī)院在所實(shí)施的頭顱分離手術(shù)前,先使用3D 打印機(jī)造出了嬰兒連體頭顱模型,并對手術(shù)方案進(jìn)行充分的研究分析。他們將往常同類型手術(shù)72 小時(shí)縮短到了22 小時(shí)。

  目前,3D 打印醫(yī)學(xué)模型已獲得較好的技術(shù)支持,具備一定的打印速度,能使用多種材質(zhì)進(jìn)行打印,應(yīng)用程度高,有著很好的應(yīng)用前景。

  2.2 組織器官代替品制作

  人體組織器官代替物的材料要求很高,實(shí)現(xiàn)難度大。但目前已有一些成功案例,比如復(fù)制人體骨骼, 制作義肢等[5]。比如,人體某塊骨骼缺失或損壞需要置換,首先可掃描對稱的骨骼,形成計(jì)算機(jī)圖形并做對稱變換,再打印制作出相應(yīng)骨骼。與傳統(tǒng)方法相比,該技術(shù)不需要先制作模具,可直接打印,建造速度較快。

  這項(xiàng)技術(shù)可應(yīng)用于牙種植、骨骼移植等[6,7]。與此同時(shí),微型人體肝臟也已被成功制造。德國研究人員利用3D 打印機(jī)等相關(guān)技術(shù),制作出柔韌的人造血管,并能使血管與人體融合,并同時(shí)解決了血管免遭人體排斥的問題。

  該技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的深人將有助于解決當(dāng)前和今后人造器官短缺所面臨的困難。

  2.3 臉部修飾與美容

  利用3D 打印技術(shù)制作臉部損傷組織,如耳、鼻、皮膚、牙齒等[8,9],可以得到與患者精確匹配的相應(yīng)組織,為患者重新塑造頭部完整形象,達(dá)到美觀效果。首先掃描臉部建立起3D 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù);醫(yī)生可以制作出患者所缺少的部位,重現(xiàn)原來面貌。比起傳統(tǒng)技術(shù),該方法更精確,材質(zhì)選擇更加多樣化。據(jù)報(bào)道,一位左半邊臉上長著腫瘤的患者,在做了切除手術(shù)后臉上留下了一個(gè)大洞。醫(yī)生利用3D 打印技術(shù)為患者制作了一張假臉。制作中,首先全面掃描患者頭骨及面部,根據(jù)所得的結(jié)果分析并建立起原來的面部三維圖像,再打印輸出實(shí)物,通過使用特殊的材質(zhì),再打印制作出與面部完美貼合并且栩栩如生的假臉。

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