3d打印技术在教育中应用探究

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1、3D打印技术在教育中应用探究摘要：目前，3D打印技术在国内外的发展势不可挡,但在教学中的应用仍处于探索阶段。本文在分析3D打印技术原理的基础上，深入剖析了3D打印技术在教育中的作用，并构建了基于3D打印技术的教学应用模式，以期为进一步研究3D打印技术在教学中的应用提供参考。关键词：3D打印；教育应用；模式构建中图分类号:G434文献标识码：A文章编号:1671-7503(2014)11-0016-043D打印技术是一种以数字形式从三维立体模型快速构造物理对象的新型快速成型技术。该技术在医疗行业、骨骼打印、文物打印、工业设计、汽车零件制造、航天和国防、教育、地理信息系统等领域都有所应用。众

2、多研究者认为这项技术将引领制造业发展的新趋势，甚至被誉为2012年10大发明之一。随着3D打印技术的发展，3D打印技术逐渐与各个领域深度交融，成为各个领域未来发展的有力助推器。那么，3D打印技术与教育领域的深度融合又将给教育界带来哪些革命性的变化呢？新媒体联盟(NewMediaConsortium,NMC)在2013年地平线报告中首次将3D打印技术列为教育领域未来4-5年内待普及应用的创新型技术。鉴于3D打印技术在教育改革与创新层面的无限潜力，本文将从介绍3D打印原理切入，深入分析3D打印技术在教育中的作用，并构建基于3D打印技术的教学应用模式。一、3D打印的原理3D打印是快速成型工业形

3、式的桌面级替代方案。围绕3D打印机的很多讨论源于制造者文化，即由设计者、程序员及其他对科学和工程尝试使用DIY（自己动手做）方法的人群形成的兴趣共同体。其独特之处在于无需机械加工和模具作为辅助，只需设计者根据用户的个性化需求，通过3D建模软件进行模型设计与构建，然后打印机读取模型数据进行打印输出即可。3D打印技术与传统打印技术的区别主要有两个方面：其一，3D打印首先需要进行数字化三维模型构建，传统打印技术并不需要构建数字化三维模型；其二，传统打印使用墨水进行打印，而3D打印利用实实在在的原材料制作实物模型。以制作过程为视角，3D打印需要经历物理对象的设计与构建、打印输出、后期处理三个主要

4、阶段。具体打印流程如图1所示。［计算机辅助设计］［三维建模］［计算机辅助断层扫描］［三维扫描］［数据传输］［模型分切］［剖面信息读取］［打印介质］［支撑物］［材料匹配］［切片粘合］［切片打印］［固化处理］［剥离］［修整］［上色］［表面打磨］［物理对象的设计与构建］［成品］［打印输出］［后期处理］图13D打印基本流程（一）物理对象的设计与构建物理对象的设计与构建阶段涉及两个方面：三维建模和三维扫描。3D打印的关键阶段是模型设计与构建，这直接决定作品比例是否协调，设计是否残缺，结构是否合理，亦或是否符合心中期望。三维建模和可视化对物理实体的最终打印效果也有重要影响，可以使用与计算机辅助设计或

5、计算机动画建模相关的三维建模软件来设计和构建欲打印的物理实体的三维模型，例如:AutoCAD.3DMax、SketchUp等。也可利用计算机辅助断层扫描通过对物体空间外形和结构进行扫描以获取物体空间坐标继而转换为数字信号，直接生成三维模型，亦或直接使用或是修改已有的模型作品（二）打印输出在打印输出阶段经历的步骤有：数据传输、模型分切、剖面信息读取、材料匹配、切片打印以及切片粘合。首先将三维模型数据传输到3D打印机，然后，通过打印机配备的专业软件将模型薄片化，形成多个剖面。每层切片的厚度则由模型形状、打印介质和打印机规格决定。其次，选择与成品匹配的液体状、粉状、片状等的打印介质和易于祛除的

6、支撑物。最后，采集所有切片的剖面数据，构建每一层三维模型切片，逐层将这些切片打印出来，然后，将所有切片堆叠起来，以各种方式粘合成一个完整的物理实体。（三）后期处理由于3D打印机规格、打印材质、打印精度的不同，可能出现成品截面粗糙或有毛刺的现象，这时就需要对打印出来的模型进行简单的后期处理，如：表面打磨、剥离、上色、固化处理等。二、3D打印技术在教育中的作用3D打印技术对于教育的重要价值之一，在于它能够创造对事物更真实可靠的探索机会，而这样的机会对于学生来说可能非常难得。同时，对3D打印技术从设计到生产过程的探索以及实物教学和参与性学习的发展需要，为学习活动的开展提供了新的可能。下文分别从

7、教师和学习者视角分析3D打印技术在教育中的助推器作用。（一）促进教学效果的效能工具教师在教学过程中利用3D打印制作的教学用具，可以扩展学习者的感觉和知觉，增强触觉体验，弥补常态课堂直接经验不足的劣势。同时，教师也将隐性知识和认知结构显性化，使学习资料由抽象化转变成为具体化，具体化转变成为形象化，视觉复杂化转变成为认知简单化。由此增强学习者的思路清晰度，提高学习者的逻辑思维能力和理解能力，改善教师教学效果，提高学习者学习效率。（二）促