面向学校的 3D 打印项目：教学建议

3D 打印（也称为增材制造 （AM））的兴起已不再是科幻小说中的内容。它也不是发明家或技术领导者在社会上的保留权利。这要归功于 3D 打印技术的进步及其成本的下降。换句话说，现在每个人都可以使用这项惊人的技术。它不仅有趣，而且有用、有教育意义、创新和进步。出于学习目的，您可以设计各种有趣的物品，从玩具到用于家庭和学校的独特实用物品。

本指南适用于谁？

本指南是对 3D 打印和学校打印项目的介绍。它适用于想要更多地了解 3D 打印以及如何将其整合到课程计划的教师。这对于教育目的很重要，因为这项技术即将改变我们所知道的世界。任何学校都不应在这门开创性、快速发展的科学中落后。的确，一位名叫 Charles （Chuck） Hull 的美国工程师早在 1980 年代后期就推出了第一台 3D 打印机。尽管如此，这项技术现在才刚刚成熟。这是由于最近在 3D 打印更新、更具开创性的好处方面的许多发现。根据世界上最具创新精神的科学家的说法，前方还有一条令人兴奋的道路。

在本指南结束时，您将对 3D 技术及其为何如此重要有一个很好的基本了解。您将可以访问可以帮助您更好地规划课程的网站和资源。一旦您知道 3D 文件（模型）到底是什么，以及如何创建和打印 3D 文件（模型），您就可以将这些知识传授给您的学生。

有两种方法可以将这些计算机生成的文件放入课堂：

1. 直接从 Internet 下载它们
2. 设计您自己的（稍后会详细介绍）

教师将发现如何使课堂更有趣和更具互动性。这可以通过将 3D 打印或 3D 打印对象合并到类中来实现。对于更高级的课程，始终有 3D 扫描。扫描是一个令人兴奋的过程，用于对物理对象进行逆向工程。只有想象力才能限制这项技术如何适应课堂体验。

3D 打印简介

3D 打印过程的开始类似于 2D 打印（想想复印机和打印的文本文档等）。您可以从计算机打印，也可以使用任何一种技术进行网络打印流程。这两种方法都需要一个数字文件作为打印说明。与 3D 打印不同，2D 工艺使用不同的打印材料，即墨水和碳粉。传统的 2D 打印机将其微量的材料喷射到精确的位置以形成单层。相似之处到此为止。

3D 打印与 2D 打印在以下方面不同：它使用不同类型的数字文件格式作为其指令。这就是我们所说的 3D 数字模型。与 2D 打印不同，3D 工艺创建物理的 3D 对象。它通过放置构建最终件所需的尽可能多的薄层材料来实现这一点。在科学中，3D 对象是具有高度、宽度和深度的任何东西。换句话说，它是现实世界中存在的任何项目。例如，它可以是一本书、您的手机、咖啡杯或乐器。

3D 打印中使用的材料

3D 打印使用特殊的打印材料。打印机将这些材料加热到半液态，以便喷嘴可以将它们挤出到表面上。它们必须快速设置硬，以便在下一个打印周期到来时它们已经稳定下来，以添加新图层。3D 打印中使用了各种材料，具体取决于创作。科学家们目前正在试验许多较新的材料。

学校和家庭使用的三种材料包括：

1. 塑料：通常为尼龙或聚酰胺
2. 金属：最常见的是钴衍生物和铝
3. 陶瓷：各种

总结 3D 打印：最简单的形式是 3D 打印是使用 3D 数字模型（计算机生成的文件）制作真实物理对象的过程。打印机通过读取 3D 模型来添加所选材料的精确层，直到对象形成。

为什么 3D 打印很重要

事实证明，3D 打印是一项对许多行业都很有用甚至非常宝贵的技术。其中一些包括医疗、航空航天、能源和军事领域的实际应用。任何人都可以学习如何使用 3D 打印机进行打印，但不仅仅是按下计算机上的“打印”按钮。事实上，它将通过教授和培训学生熟悉其所有卓越的应用和未来潜力来彻底改变教育。

全球高薪技术工作已经有所增加。学生对新技术了解得越多，他们就越能参与竞争。根据美国劳工统计局的数据，未来十年内，计算机相关领域的工作岗位将增长 12% 左右。从某种程度上讲，这将在目前的职位空缺之上增加近五十万个新工作岗位。届时将有复杂 3D 建模、新应用探索和使用新材料的研究的空缺。这将包括导电墨水、镍合金、碳纤维和生物物质等。

以下是 3D 打印项目目前使学校和学习者受益的几种方式：

• 它为教师提供 3D 视觉辅助工具来说明困难的概念
• 它使教师更容易抓住学生的兴趣
• 它总体上创造了更高效、互动性和有趣的学习体验
• 它通过实践而不仅仅是阅读来增强实践学习
• 学生可以设计和制作自己的 3D 模型
• 它对工程、建筑、医学和多媒体艺术等职业非常有用
• 3D 打印的身体部位有助于更好地理解生物课程

这个列表可以继续下去，但你明白了。

好了，这就是 3D 打印技术的介绍，以及为什么它对年轻学习者很重要。下一节将向您介绍一些有关如何创建课程计划以教授 3D 打印基础知识的想法。如果您的学校还没有 3D 打印机，请不要因此而气馁。有关不使用打印机进行 3D 打印的更多信息，请参阅本指南的末尾。

3D 打印机的概念课程计划

您的 3D 课程计划可以由您选择简单或复杂。只有您才能知道学生的水平和他们目前的能力。任何课程计划的基础知识可能看起来像下面的模型。随意以您喜欢的任何方式对其进行修改：

• 第 1 步：学生设计 3D 对象或从 Internet 下载 3D 模型
• 第 2 步：他们在屏幕上测量模型的尺寸
• 第 3 步：对第 2 步感到满意后，他们将 3D 模型打印到纸上按比例显示
• 第 4 步：学生使用 3D 打印机打印 3D 对象

一旦您介绍了 3D 打印的概念，这就是任何课程计划的基本原则。您决定什么将取决于您班级的年龄水平和能力。关键是要为新学习者保持新计划的简单性，然后在需要时随时调整它们。当任何级别的学生都能看到他们的设计栩栩如生时，你的设计将是他们最喜欢的课程之一。您可以在此文件的末尾查看 3D 教学计划的示例。

3D 数字模型

在他们拥有 3D 模型（计算机生成的文件）之前，没有人可以打印任何东西。为了让学生全面掌握 3D 打印，他们应该首先熟悉数字文件格式。请记住，对于 3D 模型，您有两种选择：免费下载或从头开始设计。

免费数字下载

如前所述，学生可以设计自己的 3D 模型或从互联网上下载一些东西。如果班级完全是绿色的，如果你在学校有一台 3D 打印机，你可能想从免费文件开始。您可以自由选择。有很多网站提供免费的文件下载。在 bing 上搜索并为一些提供您所需内容的网站添加书签。两个不错的入门工具是 Grabcad 和 Thingiverse，但还有很多其他的。

设计 3D 模型

学生可能热衷于创建自己的 3D 模型。这听起来可能很技术性，但这个过程比看起来要容易得多。这一切都归功于免费的、基于浏览器的在线 3D 设计程序。作为老师，您显然希望在将这些工具介绍给班级之前熟悉这些工具。在撰写本文时，最受欢迎的网站之一是一个名为 Tinkercad 的基于浏览器的 3D 设计和建模网站。

Tinkercad 是解释其功能的最佳人选，因此我们不会在这里详细介绍。他们的口号是：“适合所有人的易于使用的 3D CAD 设计工具”，而这正是它的本质。该网站还提供了一些很棒的教程和入门方法视频。网站上甚至还有一个“TEACH”部分，专门用于帮助导师计划他们的课程。您可以在线找到其他 3D 设计程序，但 Tinkercad 是学校的绝佳选择。在不知不觉中，您的班级将创建他们自己的 3D 打印固体对象。他们会觉得这很酷——在任何年龄。

注意事项：学生在将他们的 3D 数字模型发送到 3D 打印机之前，他们的文件需要切片。确保您熟悉此内容，并确保将其添加到课程计划中。如果您在口头解释此过程时遇到困难，请向学生推荐 Tinkercad 易于遵循的教程。您可以在 Tinkercad 网站和 Bilibi 上找到这些视频，因此请准备好链接。演示者以学习者可以轻松掌握的有趣和有趣的方式演示切片。

课程计划 – 入门

这是初级水平的一般指南，但不侧重于任何特定年龄段。因此，给出具体的课程计划是不合适的。不过，我们将为您提供一个广泛的模板。您可以按所需的任何方式添加、删除或修改此模板。记住要保持简单。这样做，你会有一个有趣的班级，在铃声响起后不想离开。

学校的 3D 建模和打印基础知识

以下是我们为没有或有限的 3D 设计和打印经验的学生准备的课程计划模板：

这节课适合谁？

本课程适合以前对 3D 设计技术经验很少或没有经验的学生。介绍基于 Web 的 3D 设计软件 Tinkercad。向全班解释他们要创建自己的 3D 对象，以便他们稍后可以将其发送到 3D 打印机。教师还必须熟悉 Tinkercad、3D 打印过程以及课堂上使用的 3D 打印机模型。

提示：如果您的学校没有自己的 3D 打印机，请在当地社区找到有 3D 打印机的人或机构。学生还可以将他们完成的设计发送到提供 3D 打印服务的网站。模型家 是全国最大的3D打印联盟，在全国有50家打印工厂，在中国基本所有的省都有自己的3D打印工厂，可以以最便捷、最快速、最精确的方式提供给用户3D打印产品服务。

更改上述任何部分以满足您自己的标准。

学习目标

在课程结束时，学生将很好地掌握以下内容：

• 3D 打印机工作原理的基础知识和 3D 技术的局限性
• 了解如何使用 Tinkercad 处理和操作简单的形状
• 了解如何将 3D 模型上传到打印机并成功打印对象

材料和资源

• 笔记本电脑和可靠的互联网接入
• Tinkercad 帐户为每个学生或学生组

注意：在课堂上使用 3D 打印机是可取的，但不是必需的（见上文）。如果您的教室里有打印机，请确保您拥有所有随附的部件，以便课程顺利进行。

打印机部件通常包括：

• 剪丝的东西
• 特殊油漆胶带
• 电源线长度足以放置打印机
• 备用灯丝以防万一
• 从构建板上刮下打印件的工具
• 计算机鼠标（操作 3D 空间更快、更容易）
• 投影仪和大小合适的屏幕。

课程的估计预算：

打印机费用（5000人民币），如果只需要3D打印服务，价格约在1000元就可以满足整个学期的3D打印教学。

房间设置（示例）：

• 列出所需的笔记本数量（全部面向教师）
• 确保所有笔记本电脑都已充满电或靠近电源插座
• 在课程开始前打印所有项目卡
• 确保为会话设置了多个 Tinkercad 帐户
• 准备好所有 Tinkercad 登录详细信息
• 删除 Tinkercad 中已完成的所有旧模型

课程概要

你如何提前计划取决于你的教学风格和你拥有的时间。不要试图匆忙上课，特别是如果这是你的第一次和一个新的小组。一旦您更加熟悉您的基本课程计划，您就可以调整课程大纲。还要记住，学习所需的时间会有所不同，具体取决于学生的年龄和他们的技术知识。

核心计划大纲供您在进行过程中填写。在你的课程开始之前，不可能知道这是什么样子，但你肯定可以得到一个很好的基本大纲。这里最重要的是让学生保持娱乐，让课程变得有趣，并且方法简单。您可能希望将教学分散到两节课中，而不是将其塞进一节课中。

本节中可能需要注意的其他事项可能包括：

打印机

• 如果您使用的是 3D 打印机，请在上课前设置 3D 打印机
• 准备介绍 3D 打印机并回答任何问题
• 让学生亲身体验使用打印机

• 介绍 Tinkercad 工作区，并引导学生访问相关的教程和视频
• 鼓励学生制作大小合适的物体，但在打印前将它们缩小
• 允许他们创建任何他们想要的、不过分复杂的日常物品

以上项目是备课时要考虑的注意事项。您制定的第一个计划可能看起来与未来的计划大不相同。重点是把一些东西记下来，并随着你的进步而修改。

教师笔记

良好的准备对于成功的结果至关重要。或者正如本杰明·富兰克林 （Benjamin Franklin） 曾经说过的那样：“没有做好准备，你就在准备失败。熟悉您需要了解的有关 Tinkercad 3D 设计和建模工具的所有信息。同样的规则也适用于 3D 打印机。