制作3D个性印章Word文档格式.docx
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那里栩栩如生的名人蜡像常常给人留下深刻的印象。
你想知道蜡像是怎么制作的吗?
利用3D打印技术,不仅可以制作结构复杂或材料特殊的蜡像,还可以制作汽车零部件,甚至是人体器官等等,3D打印让我们对未来充满想象。
二、教师提出本项目的驱动性问题:
本次任务将设计并打印一枚3D个性化印章。
首先需要用3D建模软件设计一个数字化印章模型,再完成格式转换、文件上传等环节,然后按下打印按钮,这时就可以看到3D打印机如何用一种材料一层一层地把你所设计的3D模型给制作出来。
让我们一起完成这个任务,体验3D打印的神奇力量吧。
任务实施一
体验3D造物奇迹
一、教师提出本任务要求,引发学生进行问题探究,
任务要求:
3D打印技术也被称作增材制造技术,这是因为被打印物是从无到有制造出来的。
查阅资料,在体验3D打印的奇妙世界之余,了解3D打印的发展历程,分析3D打印与传统打印的异同。
问题探究:
人们对3D打印已不再陌生。
该技术的神奇之处在于通过高科技的数字化手段,使得客观世界中存在的实体能够在虚拟世界中高精度重建(3D扫描)、智能化编辑(3D设计)、高清显示(3D显示)、甚至重返客观世界(3D打印)。
请回答:
1.3D打印是什么时期产生的?
它的发展经历了哪几个阶段?
2.3D打印与传统打印有什么区别?
3.3D打印机缩短了一个想法到一件真实产品之间的距离,将虚拟世界的数字内容与物理世界的实体物品连接了起来,你怎么理解3D打印机对传统制造业带来的冲击?
4.3D打印机和普通打印机有什么不同?
二、学生根据课前准备,结合相关知识点,利用网络资源、探究,完成任务。
、知识点加油站
1.3D打印简介
3D(3dimensions)意味着空间有三个维度,3D物体拥有长度、宽度和高度。
3D打印机可以打印出实物,这些实物可以是工具、简单零件、工艺品模型、玩具,甚至是食品、人体器官等。
3D打印是快速成型技术的一种,是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
2.增材制造法
增材制造法(AM,additivemanufacturing)通过切片技术将3D物体转化为2D截面的组合,不必采用传统的加工机床和工具、模具,而是依据计算机软件设计模型,在计算机控制的增材制造设备上直接形成3D物体。
增材制造法在机械制造业引起了巨大的反响,被誉为制造业的一场革命。
3.3D打印发展史
早在1984年,查尔斯·
赫尔(CharlesHull)便发明了将数字资源打印成3D立体模型的技术。
1986年,他又发明了立体光刻工艺。
1988年,他创立的3DSystems公司生产了世界上第一台3D打印机SLA-250。
三、学生展示任务完成成果,老师指导点评。
任务实施二
认识3D制作软件
一、教师提出本任务要求、引导学生进行问题探究
要实现3D打印,首先得完成3D建模,用于3D建模的软件有很多,应用领域也各不相同。
请查阅资料,选择一款3D建模软件,并学会该软件的基本操作。
1.请列举你所了解的3D建模软件。
2.除了使用3D软件完成建模,3D扫描也能完成建模,3D扫描软件与传统扫描软件有什么区别和联系?
3.你选择什么软件制作3D印章?
为什么选择该软件?
二、学生根据课前准备,结合相关知识点、利用网络资源,按要求完成任务
知识点加油站
1.3D模型
3D模型是物体的多边形表示,通常用计算机或者其他视频设备进行显示。
显示的物体可以是现实世界的实体,也可以是虚拟的物体。
任何自然界存在的东西都可以用3D模型表示。
3D模型可以用3D建模工具生成,也可以用3D扫描等其他方法生成。
2.3D扫描
3D扫描类似于用日常的照相机对视野内的物体进行照相,与照相机不同之处在于,3D扫描获得的是物体的三维信息,而照相机获得的是物体的二维信息。
3.3D数字模型
使用计算机3D建模软件,将由工程或产品的设计方案、正图(原图)、草图和技术性说明及其他技术图样所表达的形体,构造成可用于设计和后续处理的3D数字模型。
技能点加油站
1.认识3D制作软件。
3D制作软件的界面一般由标题栏、命令工具栏、工作区、视图导航器、浮动工具栏、本地网络资源库、创意模型库等几个部分组成,如图3-4-1所示。
(1)菜单栏主要包括文件的打开、保存、导入、导出以及操作的撤销和恢复等功能,标题栏显示当前编辑模型的名称。
(2)命令工具栏内包含制作模型的各种命令;
命令包括基本实体、草图绘制、草图编辑、特征造型等多种类型,点击功能按钮将自动弹出所属的下级功能。
(3)工作区中带有网格线,建模时可以作为尺寸参考;
如果需要对工作区里的模型进行缩放查看,可以利用下方的放大镜或鼠标滚轮进行操作。
(4)视图导航器用于调节模型的观察角度,可以点击前、后、上、下、左、右标识选择指定的观察方向,也可以拖放鼠标右键手动调整观察模型的角度,点击导航器左侧的标记可以回到默认的观察状态。
(5)辅助工具栏包含显示模式的选择等功能;
图中所示的为着色模式,也可以选择线框模式来观察模型的内部结构。
(6)本地网络资源库或创意模型库提供本地或网络的模型预览及下载。
2.认识3D扫描仪。
3D扫描仪(3Dscanner)是一种科学仪器。
它和一般的扫描仪不同,它是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术仪器,主要用来扫描物体空间外形和结构,以获得物体表面的空间坐标,扫描完成后可以通过3D打印机直接进行打印,如图3-4-2所示。
任务实施三
制作3D印章
对3D建模软件和3D扫描技术有一个直观的印象后,下面让我们自己动手来制作一枚个性印章吧。
1.印章有何作用?
你想将印章设计成什么形状?
2.3D印章的制作可以分成哪几个步骤?
3.请将你想要绘制的印章草图画出来。
1.实体
实体就是用3D软件精确设计出实际对象或者是创意对象的数字化模型。
实体的创建主要涉及两个环节,即绘制草图和特征造型。
2.特征造型
特征造型是以2D草图作为截面轮廓或路径等特征因素,通过拉伸、旋转、圆角、倒角、放样、扫掠等手段来生成3D实体的设计过程。
3.草图
绘制草图是创建3D造型的基础,草图多是2D的平面图,所以在创建2D草图时,必须先确定草图所依附的平面,即草图坐标系确定的坐标面。
4.正视图
正视图是指从物体的正面观察,物体的影像投影在背后的投影面上,这种投影影像称为正视图。
类似的还可以从物体的上、下、前、后、左、右等角度进行观察,对应的投影影像分别称为上视图、下视图、前视图、后视图、左视图、右视图等。
5.透视图
透视图是从非正面的角度观察物体,作出的物体在画面上的中心投影(而非平行投影)。
用这种方法可以在平面上得到相对稳定的立体特征的画面空间,这就是“透视图”。
6.镜像
镜像包括2D和3D镜像,是对该对象基于某个镜像线或镜像平面进行左右翻转的操作过程。
7.STL
STL(stereolithography,立体光刻)是由3DSystems软件公司创立、原本用于立体光刻计算机辅助设计软件的文件格式,目前市场上大部分3D打印均支持此格式。
印章制作流程:
绘制剖面草图→绘制印章主体→美化印章主体→绘制印章凹槽→绘制印章文字→绘制五角星→设置印章颜色。
(1)利用多线段工具绘制印章主体的剖面草图:
点击左下角的六视图导航按钮选择“上视图”作为草图绘制平面,在左侧工具栏中选择并点击第二个“二维图形绘制”,并选择第七个“多线段”绘制工具,从坐标原点(0,0)开始,后续各点的坐标依次为(50,0)、(50,10)、(10,20)、(10,40)、(20,80)、(20,90)、(10,100)、(0,100)、(0,0),最后点击多线段绘制工具窗口中的“√”进行确认,完成印章剖面轮廓线的精确绘制,如图3-4-3所示。
(2)利用旋转工具和剖面草图生成印章主体:
在步骤
(1)的草图绘制界面点击上方的“√”完成并退出草图绘制,在左侧工具栏中选择并点击第四个“三维图形绘制”,并选择第二个“旋转”工具,选择剖面轮廓作为旋转对象,再选择剖面轮廓的左侧竖线作为旋转轴,最后点击旋转工具窗口的“√”进行确认,完成印章的主体绘制,如图3-4-4所示。
(3)利用圆角工具对印章主体进行美化:
在左侧工具栏中选择并点击第四个“三维图形绘制”,并选择第五个“圆角”工具,点击选择三维主体的上面三条线作为对象,边长值设置为8.1,并点击圆角工具窗口的“√”进行确认,重复圆角操作,并将边长值设置为12.4,完成印章主体的平滑处理,如图3-4-5所示。
(4)利用圆形和拉伸工具绘制印章的凹槽:
点击左下角的六视图导航按钮选择“前视图”作为草图绘制平面,在左侧工具栏中选择并点击第二个“二维图形绘制”,并选择第二个“圆形”绘制工具,以(0,0)为圆心,以46为半径,最后点击圆形工具窗口的“√”进行确认,完成圆形绘制。
退出草图,在左侧工具栏中选择并点击第四个“三维图形绘制”,并选择第一个“拉伸”工具,选择前面绘制的圆形作为拉伸对象,拉伸类型为减运算,拉伸方向选择向内拉伸,长度为1,最后点击拉伸工具窗口的“√”进行确认,完成印章的凹槽绘制,如图3-4-6所示。
(5)利用圆形和直线工具等完成印章文字的参考线设计:
选择前视图作为草图绘制平面,利用圆形工具和直线工具来绘制印章文字的辅助弧线,有关参数为:
圆心(0,0)、半径(30)、点1(0,0)、点2(-30,-30)、点3(0,0)、点4(30,-30)。
最后利用修剪工具(左侧工具栏的第三个工具类型下的第三个工具按钮)去掉辅助弧线的多余部分,保存并退出草图,如图3-4-7所示。
(6)利用文字工具和镜像工具绘制印章文字:
选择前视图,在左侧工具栏中选择并点击第二个“二维图形绘制”,并选择第九个“文字”绘制工具,在工具窗口中“文字”栏输入字体内容,“字体”设置为“楷体”,“样式”设置为“加粗”,“大小”设置为“10”,选取上一步绘制的辅助弧线左下角设置为原点,最后点击文字工具窗口的“√”进行确认,退出草图。
再进入前视图,利用直线工具绘制一条镜像辅助线,参考坐标为(0,20)、(0,-20),退出草图。
再进入前视图,利用镜像工具(左侧工具栏第六个工具类型下的第四个工具按钮),以文字为对象,以镜像辅助线为对称轴,完成字体的左右镜像并退出草图,最后点选并按Del键来删除多余的辅助弧线、镜像辅助线以及原始文字,如图3-4-8所示。
(7)利用正多边形工具和多线段工具绘制五角星:
选择前视图作为草图绘制平面,选取左侧工具栏下的多边形绘制工具(第二个工具类型下的第四个工具按钮),以(0,0)为中心,以5为边数,以90为旋转角度,以20为外接圆半径,绘制出正五边形,再利用多线段工具连接正五边形各顶点,绘制出五角星,最后利用修剪工具清除多余线段,如图3-4-9所示。
(8)利用颜色工具设置印章各组成实体的颜色:
如步骤4,分别将前两步绘制的印章字体和五角星拉伸为实体。
点击左侧工具栏最下面的颜色工具按钮,在窗口中分别选择各组成实体,并在下方调色板选择适当的颜色,完成颜色设置,最终效果如图3-4-10所示。
任务实施四
打印3D印章
一、教师提出本任务要求,引导学生进行问题探究
经过一番努力,我们的个性印章制作完成了。
下一步就是选择合适的打印材料及3D打印机,将我们精心制作的3D印章打印出来。
1.查阅资料,了解哪些材料可以用于3D打印,然后完成下面的连线题。
2.采用什么材料打印印章比较合适?
为什么?
3.从3D模型到3D打印,你认为要经过哪些步骤?
1.3D打印材料
3D打印材料主要包括聚合物材料(工程塑料和生物塑料)、金属材料、陶瓷材料和复合材料等。
常见的3D打印材料有:
(1)ABS:
应用最广泛的工塑料,力学性能好、抗冲击强度高、价格便宜。
(2)弹性塑料:
即EP,紧固且具有较强弹力,可以打印鞋子、衣物、手机壳等。
(3)PA:
尼龙,具有很强的韧度,轻便,可以打印汽车配件、雕塑和玩具等。
(4)光敏树脂:
即PEEK,是一种遇紫外线照射会立刻变硬的特殊材料,色泽美观,可用于打印假牙等。
(5)金属材料:
包括不锈钢、钛合金、镁铝合金等,主要用在汽车制造、航空航天等领域。
2.打印切片软件
3D打印模型在打印前需要先进行切片分析,对于有些建模的失误之处,切片软件可以进行自动修复,从而一次性就能打印出完美的模型部件。
3D打印机一般自带切片软件,无须另外下载。
3.GcodeGcode是3D打印机固件所能理解的命令,它是3D打印机和电脑之间最重要的命令交互界面,Gcode代码由打印机切片软件生成。
4.主流3D打印技术主流
3D打印技术包括SLA、FDM、SLS、3DP、LOM等。
比如,FDM是把塑料熔化成半融状态拉成丝,用线来构建面,一层一层堆起来,目前市场上大部分桌面级3D打印机多采取这种工艺。
而光固化SLA是把本来液态的光敏树脂,用紫外激光照射,照到的光敏树脂部分就从液态变成固态。
SLS和SLA理论上是一样的,不同的是SLS是用激光去烧结粉末,如尼龙粉、金属粉等。
5.3D打印的优势
(1)缩短新产品研发及实现周期。
(2)可高效形成更为复杂的结构。
(3)实现一体化、轻量化设计。
(4)材料利用率较高。
(5)人工成本低。
3D打印的一般流程为:
1.3D模型质量分析与修复。
对模型进行检查修复,提高3D打印模型的质量。
(1)模型须具有水密性。
(2)模型壁厚不能为零。
(3)模型曲面法线方向正确。
(4)模型必须是流形。
2.模型切片。
选择合适的切片软件,调整模型大小、密度等,生成Gcode打印代码。
3.执行3D打印。
选择合适的3D打印机和打印材料,将输出的Gcode代码以在线传输的联机打印方式,或以程序存储到SD卡的脱机打印方式输送到打印机进行打印。
市面上常见的桌面型3D打印机如图3-4-12所示。
4.获取打印件。
打印完毕后执行回到原点命令,便可以从打印平台上拆卸打印件。
5.打印件的精细处理。
有些模型需要对表面粗糙度等进行精细处理。
打印件的精细处理完毕后,打印流程才算结束。
三、学生展示任务完成成果,老师指导点评并激发头脑风暴
经过大家的共同努力,我们圆满完成了3D印章的制作。
其实,3D打印对我们的工作和生活已经产生了巨大的影响,我们能穿上、坐上、吃到3D打印的产品,请畅想3D打印的未来。
1.3D打印的未来由谁主宰?
2.3D打印技术能与智能手机联动吗?
3.3D打印机能在家庭普及吗?
4.3D打印在生物医疗方面会有什么作为?
5.3D打印在绿色经济方面会有什么作为?
四、学生讨论并完成相关问题,各组展示结果,老师点评。
评价反思
一、学习评价
根据学习任务的完成情况,对照下表中“观察点”列举的内容进行自评或互评,并在对应的表情符号下打“√”。
“观察点”内容可视实际情况在教师引导下拓展。
二、学习反思
教师引导学生依据学习反思表对本项目的学习进行反思
课后作业
一、知识巩固题
1.选择题(单选或多选)
(1)3D打印文件的格式是 。
A.SALB.STLC.SAED.RAT
(2)各种各样的3D打印机中,精度最高、效率最高、售价也相对高的是。
A.工业级3D打印机B.个人级3D打印机
C.桌面级3D打印机D.专业级3D打印机
(3)熔融沉积技术存在的危险环节是 。
A.高温B.激光C.高压D.高加工速度
(4)下列对3D打印特点的描述,不恰当的是 。
A.对复杂性无敏感度,只要有合适的3D模型均可以打印
B.对材料无敏感度,任何材料均能打印
C.适合制作少量的个性化定制物品,对于批量生产优势不明显
D.虽然技术在不断改善,但强度与精度与部分传统工艺相比仍有差距
2.填空题
(1)在制造业,一般存在、和等材制造三种制造方法,其中应用最广泛的是。
(2)3D模型完成后,必须使用切片软件对3D模型进行切片,并转换成代码,之后才能交给3D打印机进行打印。
3.判断题(在括号内打“√”或“×
”)
(1)3D打印机可以自由移动,并制造出比自身体积还要庞大的物品。
()
(2)3D打印技术是增材制造的一种。
二、实践拓展题
3D打印虽然能完成小到玩具,大至飞机零部件的制作,但与传统的制造业技术相比,仍存在很多不足,请从打印技术、打印材料、版权和伦理等方面探讨3D打印存在的问题,并提出解决对策。
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