基于三维建模的打印技术在教学中的应用
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刘静 李永盼 张道更
【摘 要】创新，是一种能力的培养，提高当代大学生的创新、创业能力已成为一种趋势。为了培养大学生的创新创业意识，深化高校创新创业教育改革，要求教师在在开展教学过程中，将创新创业精神融入到教学中去。本文以三维建模的教学为例详细的阐述一下如何在教学中体现创新创业精神。
【关键词】创新；培养；提高
一、三维建模
随着电脑硬件和CAD软件的发展，传统的平面图设计模式正在被新的模式所取代。传统的二维图纸承担着产品从设计到成品全过程的标准的作用，但众所周知，特别当产品结构比较复杂时，二维图纸在很多时候不能完全描述清楚，甚而有时会有理解差异，这样在产品流程中传递时，可能最后产品与设计有差异。
三维建模方式是在设计时以三维模型作为产品全过程的标准，这样保证了最后产品与设计初衷的吻合性，当然整个过程二维图也是必不可少的。因此三维建模在机械行业正在被越来越广泛地应用，而且也是发展方向。
三维软件是用于三维设计（3D设计）的软件，三维设计是建立在平面和二维设计的基础的一种更立体化，更形象化的设计方法。最常见的三维制图软件有CAD、3DMAX、PRO/E、Solidworks，但每款三维软件的应用行业有所区别，如CAD是建筑机械制图，3dmax主要用于三维动画渲染和制作，PRO/E主要用于三维建模等，Solidworks则是最早的三维软件广泛应用于各个设计行业[1]。
本文以PRO/E三维软件为例，一套由设计至生产的机械自动化软件，广泛应用于汽车、航空航天、消费电子、模具、玩具、工业设计和机械制造等行业[2]。
二、3D打印技术
3D打印技术，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等＂打印材料＂，与电脑连接后，通过电脑控制把＂打印材料＂一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。
本文以创想三维3D打印机为例，详细阐述一下如何由三维模型到模型实体的实现。
Dreality 3D（创想三维切片软件）是由深圳创想三维科技公司推出的一款Cxsw3d创想三维机器专用程序，支持FDM机器打印。可进行3D切片操作，根据不同的打印机和物品进行设置和调整，打印出来的模型作品效果非常逼真，且支持单个或者多个同时打印。如图1所示为该软件的主界面。
准备工作：
（1）进料和退料
进料
1.等待喷头温度加热至进丝温度，将打印丝开头用剪钳斜45度剪去一小段打印丝；
2. 向下按压进料扳手，顺应挤出轮将打印丝线推入进丝口的底部；
3. 松开进料扳手，用手向上扯动打印丝，可以明显感觉到打印丝已被喷头卡紧，完成进丝！
退料
等待打印喷头加热到退料温度，向下按压进料扳手，将残余的打印丝向下挤出喷嘴 2-3 厘米（避免打印完成后的余丝残留在喷嘴内部），再快速向上将打印丝拔出进丝口，注意不要触碰喷头，以防烫伤。不要将余丝残留在喷头上，这样会影响下次打印的效果。
关机时将U盘插入位于机器控制器上的插槽，然后开机：
1）在操作界面点击打印，然后选择U盘。
2）选择想要打印物体的文件，点击即可。
具体步骤如下：
第一步，将PRO/E所建的以.stl格式保存模型导入到创想三维切片软件中，以齿轮为例导入后的模型如图2所示。通过该界面能够看到打印该模型所需时间和耗材。
第二步，设置参数。如图2左侧所示，操作者可设置层高、壁厚、打印速度等参数。
第三步，变换模型。在该软件中，可对模型进行旋转，镜像，缩放等操作。操作者可通过变换模型，从界面显示中得到最优的打印时间。
第四步，导出模型。将该模型以.gcode格式导出，存在可移动磁盘中，注意不要以中文拟名，否则打印机将不识别。
第五步，将模型导入打印机。将可移动磁盘插入到打印机中。操作者可选择准备、控制、语言、存储卡打印等按钮进行参数调节。
第五步，设置打印参数，包括喷床温度、热床温度、风扇速度等。设置完毕后即可打印。打印界面中会显示打印进度，工作时的喷床温度、热床温度、喷床的实时坐标等信息。打印温度：200℃-220℃之间即可；层高：可调节范围为 100μm-300μm（即 0.1mm-0.3mm），常用為 200μm，如果需要打印精度更高，可设置为 100μm；填充间距：即内部填充之间的距离，常用设置为 3200μm；打印实体设置为 400 微米即可；4.支撑层：选择支撑可以为悬空物体提供可移除支撑；打印底座：选择底座可以帮助你防止打印物体翘边一般的，喷床温度
第六步，打印完成。打印完成界面可获得本次打印时间，耗材损耗等信息。能够掌握打印信息，做到有据可依，为下次打印做好充分的准备和计划。
三、总结
传统的三维软件教学中，学生们学习完课程后只能在软件中模拟该模型，而无法直观的认识所建模型。
以机械专业为例，需要设计某一特定运动的机构。此时，学生通过三维软件建立所需三维模型，由3D打印机加工出来，组装零件以完成既定运动的机构。本文通过将3D打印机和三维软件结合进行教学，一方面不仅深化课堂学习的理论知识，同时激发了学生学习的积极性，使学生多多参与科技创新活动中；另一方面，学生打印的作品可以作为课堂学习的教具，配合课堂教学，又可减少教学开支。最重要的是，陪养了学生创新创业能力，全面提高学生的综合素质，使学生的专业素养和能力在科技创新活动中得到全面提升，引导学生将科技创新活动中的认识、创意，整理成论文、专利，通过发表论文和申报专利，将学生科技创新成果多元化、最大化。
【参考文献】
[1]https：//baike.so.com/doc/6708965-6922982.html3D建模
[2]钟日铭等.编著《Pro/ENGINEER Wildfire5.0》[机械工业出版社].北京：机械工业出版社，2010.