如何正確有效的學(xué)習(xí)3d打印技術(shù)
如何正確有效的學(xué)習(xí)3d打印技術(shù)
近年來(lái)，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(zhǎng)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(huì)詢(xún)問(wèn)孩子有什么特長(zhǎng)。假如說(shuō)會(huì)鋼琴、會(huì)書(shū)法、會(huì)繪畫(huà)，可能排在后面的同學(xué)幾十個(gè)都會(huì)。那么假如說(shuō)我會(huì)3D打印，會(huì)通過(guò)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(huì)甚至沒(méi)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(lèi)的進(jìn)步來(lái)自對(duì)現(xiàn)狀的不滿(mǎn)，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(wú)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(zhǎng)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(huì)過(guò)早減退。
“自己打印出來(lái)的眼睛框還可以這樣”
“可愛(ài)又好玩的筆筒”
“孩子們打印出來(lái)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(dòng)之中：
豐富課余活動(dòng)，一家人共同完成一個(gè)作品。與之日常的商場(chǎng)所買(mǎi)的機(jī)器人相對(duì)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(lái)，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(guò)程。從而激發(fā)孩子們的動(dòng)手能力之余，一家人更加是其樂(lè)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(guò)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(guò)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(guò)這樣的一個(gè)方式，去還原一個(gè)畫(huà)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(huà)--《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(guò)IPAD，電腦去設(shè)計(jì)，從而讓孩子們減少對(duì)電子游戲的依賴(lài)。3D打印與生活上的息息相關(guān)，我們可以通過(guò)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(zhǎng)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(xiàn)，由線(xiàn)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(dòng)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(tái)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(guò)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(tái)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(dòng)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(lèi)多，工藝簡(jiǎn)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(cè)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(tái)SLS 打印機(jī)以來(lái)，該項(xiàng)技術(shù)并沒(méi)有占領(lǐng)太大的市場(chǎng)，主要由于SLS 有很多缺陷，比如在成型的過(guò)程中因?yàn)槭前逊勰Y(jié)，所以工作中會(huì)有很多的粉狀物體污染辦公空間。另外，產(chǎn)品存儲(chǔ)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)后會(huì)因?yàn)閮?nèi)應(yīng)力釋放而變形。對(duì)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(yíng)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(guò)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(kāi)發(fā)了在三維空間里的噴墨打印技術(shù)，開(kāi)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(kāi)發(fā)了第一臺(tái)高清彩色噴墨三維打印機(jī)。至2012 年，由Stratasys 公司開(kāi)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(chǎng)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(guò)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(zhǎng), 且搬運(yùn)過(guò)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(guó)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(duì)手術(shù)方案進(jìn)行充分的研究分析。他們將往常同類(lèi)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(duì)稱(chēng)的骨骼，形成計(jì)算機(jī)圖形并做對(duì)稱(chēng)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(guó)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(wèn)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(lái)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(zhǎng)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(lái)的面部三維圖像，再打印輸出實(shí)物，通過(guò)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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