打印机教学设计范文

打印机教学设计范文第1篇

Abstract： With the increasingly mature of 3D printing technology， as well as its application in various industries， how to popularize 3D printing and cultivate professional 3D printing talents for the society is an important task of the current school education. This paper analyzes 3D printing audience characteristics in different stages of teaching， sums up different teaching goals and teaching methods respectively for college， middle school and primary school， and puts forward a whole process of 3D printing teaching system and cultivation guidelines. Through the specific case， this paper points out that 3D printing could be included in the mainstream curriculum teaching practice to serve and enhance the level of existing teaching. Finally， this paper summarizes the problems and solutions of 3D printing teaching practice， provides theoretical guidance and practical advice for effectively carrying out 3D printing in every stage of the teaching.

关键词：3D打印;技术创新;教学方法;人才培养

Key words： 3D printing;technological innovation;teaching methods;cultivation of talents

中图分类号：G40-057 文献标识码：A 文章编号：1006-4311(2015)32-0178-04

0 引言

发达国家已经开始探索3D打印技术对教育的影响，并成立了相关的项目用以促进3D打印技术与教育的融合，从而培养出适应现代设计、制造潮流的人才，从而提高自身的竞争力。新媒体联盟(New Media Consortium，NMC)在2013年地平线报告中提出，3D打印是未来四到五年内值得关注的新技术，它将带来教学、学习和研究领域的创新[1]。英国教育部已经选取多所小学作为试点学校，设立相关的基金，为学校购买3D打印机，并对教师进行相关培训，此外，还开设3D打印的相关课程作为学生的手工课。学生可以通过电脑建模，打印自己所喜欢的模型[2]。欧洲的一些国家也进行了3D打印的相关教学调研，如“未来教育与学习”(LIFE)项目，对欧洲7国的师生进行调研，以获得3D教学对学生课堂的专心度和学习成绩的影响[3]。希腊在两所高校开始初步试验将3D打印作为学习手段的教学方法[4]。美国STEM教育中的STARBASE Minnesota是对学生提供STEM训练的教育项目。该项目通过引入3D打印的支持，使学生能通过CAD软件自行设计相应课程的模型，并进行实际的测试和分析。该课程项目能极大地调动学生的积极性，使枯燥的数学分析亦能激发学生的兴趣[1]。此外，还有一些职业学校的项目，如PlayMaker。该项目围绕着3D打印技术这一核心的课程，学生可以设计、打印和验证模型的物理理论。

较之国外而言，国内3D打印的普及和教育仍处于起步的阶段。国家当前十分重视3D打印技术和应用的发展，例如我国科技部已将3D打印技术纳入国家863计划，各地学校也开始进行有关3D打印课程的试点。

1 3D打印发展现状以及学校教育的可行性

目前3D打印机的成本及其打印材料、质量、时间等都是制约3D 打印在学校教育中普及的因素。解决好这些瓶颈能更好地促进教学和研究的发展，为探索教学新方向提供有效的方法。

1.1 3D打印机成本 3D打印机的成本一直是制约3D打印发展的瓶颈。3D打印机的售价从几千元到几十万元不等。为了降低3D打印机的成本，许多公司已经着手相对廉价的3D打印机的研发。据报道，有些公司已经开始抢占教育行业的市场，推销千元以下的3D打印机。随着3D打印机的成本进一步降低，其普及将不再是难题。

1.2 3D打印的材料 另一个制约3D打印普及的瓶颈是耗材。目前的3D打印可以支持多种打印材料，如热塑性塑料、尼龙、合金、金属粉末、石膏、陶瓷、可食用材料、光敏树脂等。虽然3D打印支持多种类型的材料，但不同的材料需要相应打印设备的支持，此外打印材料的价格也并不便宜。目前的教学研究中使用较为普遍的是PLA(生物降解塑料聚乳酸，Polylactic Acid)材料和ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，Acrylonitrile Butadiene Styrene Acrylonitrile Butadiene Styrene)。一千克的PLA或ABS耗材的市场价格为60元左右。随着材料的进一步改进和研发，生产技术的发展和生产厂商的增加，普通耗材的价格将慢慢降至教学可接受的范围内。

1.3 3D打印的质量 在打印模型的过程中，有时会由于机器本身或环境的问题，导致打印的质量并不理想，成品率一般在30%-50%左右，甚至更低。其中廉价的3D打印机也是使成品率降低的原因。种种原因将不利于教学实践和教学研究的使用。随着3D打印技术将不断改良和创新，打印质量会随之而提高。

1.4 打印时间 打印时间长也是一个亟待解决的问题，现在的3D打印时间普遍偏长，阻碍了教学实践以及教学研究的发展。据报道，现下最新研究的3D打印技术CLIP(Continuous Liquid Interface Production)的打印速度是旧式打印的几十倍以上，其打印出的物体表面也十分光滑，完整。这项技术若能普及，将弥补3D打印时间长的缺点。

2 3D打印在不同教育群体中的教学分析与探讨

在3D打印的教学上，学校应该在3D打印的课程进行细致、深入地规划，推行多方向、多环节的主题学习。学生通过探索、想象、实践等环节的学习后，将激发想象力以及提高学习效率与兴趣。结合不同时期学生的学习方向，学生在各阶段的进程和方向上都有所侧重，进程如图1所示。

2.1 小学教学 以“感性认识”与“培养想象力”作为小学教学的方向。这一阶段的学生，发散思维力强，想象力丰富，活泼好动，接受新鲜事物的能力强。

结合以上的特点，每个小学单位至少配备一台以上的3D打印机。设置的3D打印课程应该“浅入浅出”。所谓的“浅入”，就是用生动活泼、浅显易懂的语言对3D打印的原理和3D打印机进行简单的介绍，让学生在感性上对3D打印有初步的认识，对打印原理、设备以及应用范围有个大致的了解。“浅出”就是通过做些有趣味性、引发联想、充分结合课程的简单小实验、小制作来加深学生对3D打印的认识和理解。此外，学校不能一味地使用强制性的考试、规范化的实验对学生进行应试教育，而应使用更自由、轻松的教学方式以提高学生的兴趣，使学生产生成就感，形成教学的良性循环[5]。3D打印课程的目的是将3D打印作为学生通往兴趣爱好的一座“桥梁”，而非仅作为一门来自于课堂又终结于课堂的课程。

在教学上，可以根据学校自身的特点、专家的研究等设计小实验、小制作。课程的核心必须是以拓展学生的思维、引导想象力为主，目的是要激发学生的想象力和兴趣、培养其思维能力。

2.2 中学教学 以“想象力和实践相结合”作为中学教学的方向。这一阶段的学生，发散性思维的能力与接受新鲜事物的能力依然很强，有一定的知识基础和逻辑思维能力。在小学阶段，学生有异想天开、天马行空的想法，在中学阶段，开设的3D打印课程应该有意识地引导学生的想象力，将想象力与实践结合。在数学、地理、生物等科目可以结合3D打印课程进行科目的交叉与融合。应该让学生在已有的认识基础上，加深对三维空间的理解，并且能简单地掌握建模软件如Auto CAD的操作，能进行简单或者相对复杂的建模。

在中学教学中，学生已经学习到地理、物理、生物、化学等学科。在现阶段的中学教学中，教学道具仍然匮乏，尤其在经济不发达的地区，更是如此。教师基本无法使用道具进行演示，只能利用课件、播动画和视频来替代。学习知识不应该和活动情景分离而独立抽象存在[5]，在情境中学习，与社会实践活动结合起来的学习将有利于学习的横向拓展和纵向深入。3D打印不受图形限制，可以打印出结构复杂的教学模型，教师将内部认知结构可视化，化抽象为具体，化复杂为简单[6]。理工科的课程中，实体化、可拆卸与装配、可运动的教学道具更能激发学生的兴趣和想象力。在制作个性化、非大批量的教学道具中，可以很好地利用3D打印的打印能力。

2.2.1 3D打印在地理课程中的应用 在地理课程的学习中，应用到大量的实体模型。实体模型能培养学生视空间能力，如教师可以打印出可运动的太阳系模型(其中包含可拆卸的太阳、水星、金星和地球等模型)，在不同节气改变地球的位置;可以打印出不同时间段物体或现象的标志性状态的模型;也可以打印出可拆卸的房屋模型，用以演示地震对房屋的破坏;或者打印天气现象的运动模型，用以表现气旋、冷锋、暖锋等天气现象的运动;再比如使用模型层层分离的展示方式，展示不同地带的地形地貌、山岳的形状等。

通过打印图2的恒星系统，如太阳系(组件均来自3D打印)。教师可以结合课本介绍太阳系，并且移动地球等行星，以及对节气等知识点进行介绍。还可以从系统中拆卸地球模型，取出内部的每一层结构进行细致地讲解，让学生从宏观到局部系统地了解太阳系的结构。通过实物化的可运动太阳系系统，可以使知识生动形象，加深学生的认识。

2.2.2 3D打印在物理课程的应用 在物理的课程学习中，物理的许多电路、定律皆可由3D打印模型演示。如对自由落体、胡可、弹性碰撞等定律进行验证，或是合力的箭头模型、同步卫星模型、地球模型、实验电路模型的演示以及电阻、电容、电感等模型的类比演示等。同时，制作的3D模型可以与电子电路相结合，使模型能够完成相应的演示功能，如模型的LED发光、自行水平移动、垂直移动和旋转等。

通过打印如图3设备(含打印的无盖盒子、机械结构、排液管等，除了电压表、电源以及导线外，其他结构均由3D打印而成)的零件，可以引导学生在宏观上对电容有一个深刻的认识。在盒子里倒入导电液体，与电源、电压表连成闭合电路后，旋转可移动间距的旋钮，调整盒子的间距，或者调整排液旋钮，排出一定量液体，观察电压表的电压示数变化。随后教师可以通过联系所学知识，解释实验现象。学生能调整盒子间距、导电液体的量、以及更换“电容”介质等进一步加深对电容的重要公式及相关知识的理解。3D打印类似的实验装置可以很好地应用于教学，不仅可以验证理论的正确性，还能培养学生的动手能力，激发他们的想象力和兴趣。只要有3D模型就能随时打印并组装，快捷且方便。

2.2.3 3D打印在生物课程中的应用

在生物课程的学习中，能应用到大量的实体模型。使用3D打印的技术，可以打印出可拆卸的细胞、细菌、病毒的结构模型、可拆卸的多肽链、多糖、蛋白质、核酸等大分子的化学球形结构模型或者可运动的细胞膜的结构模型。打印理解难度较大的细胞有丝和无丝分裂等模型可以很好地解决学生的理解问题。

通过打印出细胞模型，如图4所示的半截面的植物细胞模型。3D打印出层1(细胞壁)、层2(细胞液)外壳以及各种不同的细胞器(使用不同颜色材料的打印，以增加细胞器的区分度)后，再组合起来。因为打印的难度不大，整体耗材少，所以可以打印出整班的数量。教师进行相关知识的讲解前，可以把打印好的模型分发给所有的学生。学生除了能在课堂上结合老师的讲解和课本的介绍，利用细胞的立体模型对植物细胞的知识进行深入了解外，课下还可以用模型做进一步的对照复习。通过拆卸细胞模型，可充分调动学生的视觉、触觉等感官，加深其对知识的理解。

在中学阶段，除了在课堂教学上使用结合3D打印的教学用具外，可以适度举行涉及3D打印的竞赛，竞赛可以采用外观设计、组合结构、教学用具创新等形式。考虑到中学生的3D设计能力并没有良好的基础，因此学校或比赛举办方可以提供相关的模型给学生参考。如在机器人DIY竞赛中，比赛举办方提供种类繁多的3D模型包，学生可以自行设计机器人的结构图，并从模型包中取出相应的3D模型并打印，最后根据结构图组装起来。

2.3 大学教学 在目前的大学教学中，3D打印技术使用比较广泛。涉及到实物的外观、结构、机械、电路等的课程，皆可使用3D打印技术。除了在高等数学、大学物理、机械原理与设计、材料力学等基础课或专业课程的教学中使用3D打印的教学模型外，也能在实验、课程设计中使用3D打印。

随着各专业学科的交叉与融合，以及3D打印技术的日益成熟，它与各相关学科的结合会越加紧密，其作为“桥梁”性质的实现方式会越来越重要。各高校的专业设置虽涉及到3D打印，但并没有开设3D打印技术的相关课程，因此学生建模水平不高，设计出的成品与实际需求相距甚远。

3D打印本科专业建设的核心是“创新、设计、建模”。由于3D打印的接口面广，因此专业课设置要在不同方向上有所侧重。要学习的课程分为公共基础课、专业基础课、专业课以及课程设计。公共基础课包括高等数学、大学英语、大学物理、工程制图、线性代数、机械原理及设计、电工电子技术等。鉴于目前缺少适用于大学教学的3D打印教材，在此仅提供基础专业课的教学课程有：3D打印导论、3D打印原理、常规3D打印机的结构及组装、3D打印基础设计、3D建模基础与提高(使用目前流行的3DMAX、MAYA、Rhino等软件进行学习与应用)等。

学生自行选择不同行业方向的专业课，如动漫、机械、建筑、汽车、首饰等。以首饰专业课为例，它涉及到首饰设计、加工工艺、创意设计以及结构美学等课程。在选择相应的方向后，应增加该行业的相关知识的课程，以提高学生的基础。公共基础课、专业基础课作为学习基础，专业课则作为所学知识的综合运用。课程由浅至深，逐层递进和深入，最终促使学生掌握创新、应用的技能。教师在教授专业课时应注重引导学生的创新思维能力、发散思维能力，在实验、课程设计上应设计弹性大的题目。

至此，可以通过表1总结出小、中、大学不同学习阶段学生特点、教学基础、教学目标和教学内容。

3 教学实践中的问题与建议

3D打印在本质上是多媒体技术的延伸，是虚拟现实技术的延伸，它拓展了人的感觉和知觉，促进了人的思维能力的进一步发展，它与教学的融合势在必行[7]。

目前，3D打印在教学实践中存在诸多问题或空白，拓宽教学实践的各环节将促使3D打印与教学实践进一步的融合与发展。以下提出相关的建议。

3.1 学校安装相关配套的3D打印机 目前大多数学校没有配备相关配套的3D打印机，而3D打印机是进行教学、研究的基础设备。如果教学条件允许，还可以配备相关的外围设备，如3D Camega、KinectDIY等专业3D扫描仪。此外政府可以出台相关的政策，为大中小学配备3D打印机及相关设备。据了解，我国政府计划将在两年内为全国四十万所小学安装3D打印机，用于学校的教学和研究。未来可能会在大、中学推行进一步的相关政策。

3.2 编撰规范化的教材 3D打印技术虽然不是一门新兴的技术，发展的时间也相应的比较长，但目前的教学中仍然缺少内容丰富、案例经典的教材作为教学的参考。因此可编写适合大中小学使用的3D打印技术的书籍作为教学的材料。但不强制要求各学校必须采用，学校也可以自行编写符合自身教学要求的教材。规范化教材编写的主要出发点是用于规范化的教学。

3.3 对教师进行培训 3D打印教师应该在技术和教学设计等层面进行学习和提高，做好领路人的角色。课程设计应该围绕“切合实际、拓展思维和激发想象力”的目的。在中小学教师的培训上，培训人员除了教授相应的3D打印原理、机械结构、耗材等知识外，应该将重点放在培训教师对学生的思维与想象力进行引导的方法和技巧上。培训大学和职校教师，应该使其“各习所长”，即在他们的专业方面，针对性地教授不同专业的结构、建模、耗材、支撑等方面的知识和经验，辅以典例为佳。

3.4 相关竞赛设计 在各类大中小学竞赛中，学生往往只能使用举办方所提供的配套组件进行组装和二次开发，这在很大的程度上阻碍和限制了学生想法的表达，不利于学生在实践中自由发挥和拓展。3D打印能很好地提供解决方案，学生可以根据自己的想法设计并打印出相应的模型，并组装在自己的参赛作品中。此外，为了使3D打印能更好地与教学、实践等融合，可以举行不同主题的比赛。竞技类型，如机器人足球、机器人篮球、机器人搏击比赛、竞速、花样飞行、抢夺比赛等;解决任务型，如智能辅助;开拓思维型，如组合联动结构。也可以举行开拓参赛团队思维的比赛，设计并打印出新颖、独特、具有创造性的机器人零部件、外壳、骨架等。鼓励比赛优秀的作品进行进一步的研发。这样的比赛除了能促进3D打印的技术更新和发展外，还能拓展学生对控制芯片的编程、机械结构、模拟电路的认识。

3.5 成立相关委员会 目前的3D打印并没有很好地纳入规范化的组织和管理中，成立相关的委员会是行之有效的方法。通过成立相关委员会，创立评选制度，可以支持大中小学的学生对感兴趣的方向进行创新。可以通过评选项目提供必要的资金，并配给相应的指导老师。再者，如果学生能够靠自身的能力切实改进了3D打印的技术，并有相应的展示方式，通过委员会的审核后，可报销其费用，并给予相应的奖励。

3.6 其他 授课老师引领学生发挥想象力，记录下他们对3D打印的想法(学习方法、技术的改进)等，将想法在大中小学校的网络共享平台上进行汇总，让不同的想法互相“碰撞”。也可以邀请相关方面的专家来校演讲，或是组织学生到政府、公司等开设的3D打印展区进行参观，使学生能接触到3D打印行业的新方向，了解3D打印的最新进展。

4 总结

重视3D打印，就是要发挥一切积极的因素，使3D打印的课程和实践在学校教学中进行交叉与融合，不断循环发展。在3D打印教学的创新中，可以结合现在的在线教育、大数据等新技术，不断挖掘3D打印在课程教学的潜能和优势。在建设3D打印课程的体系中，需要多方协调和政策的支持，才能形成良好的教学和研究的氛围。

未来3D打印在教学、研究、设计、制造等方向的应用和实践将会进一步的深入和发展，它将以其独特的方式影响着人们生活的方方面面。

参考文献：

[1]王萍.3D打印及其教育应用初探[J].中国远程教育(综合版)，2013(8).

[2]刘翠.3D打印技术及其在职业教育领域中的应用[J].电子制作，2014(6).

[3]王娟.3D技术教育应用创新透视[J].现代远程教育研究， 2015(1).

[4]Vasilis Kostakis. Open source 3D printing as a means of learning： An educational experiment in two high schools in Greece [J]. Telematics and Informatics， 2015(32).

[5]黄敏.3D打印向基础教育走来――访南京市秦淮区校园3D研究社团[J].中小学信息技术教育，2014(10).

[6]杨洁.3D打印在教育中的创新应用[J].中国医学教育技术，2014(1).

打印机教学设计范文第2篇

[关键词]3D打印技术 教育应用 应用模式

中图分类号：D170 文献标识码：A 文章编号：1009-914X(2017)11-0382-01

1、3D打印的原理

对于大多数人来说，提到“打印”，首先想到的是能打印文稿或照片等平面内容的普通打印机，事实上二维的喷墨打印和某些类型的3D打印在技术表现上确实比较相似，3D打印使用特制的设备将材料一层层地喷涂或熔结到三维空间中，从而让打印的数字虚拟对象实现三维实体化。3D打印机的精确度相当高，可以打印出模型的大量细节，而且它比起铸造、冲压、蚀刻等传统方法能更快速地创建原型，特别是传统方法难以制作的特殊结构模型。一般来说，通过3D打印获得一件成品需要经历建模、分层、打印和后期处理四个主要阶段：

(1)三维建模

通过GoScan之类的专业3D扫描仪或是Kinect之类的DIY扫描设备获取对象的三维数据，并且以数字化方式生成三维模型。也可以使用3ds Max、Blender、AutoCAD、SketchUp等三维建模软件从零开始建立三维数字化模型，或是直接使用已做好的3D模型。

(2)分层切割

由于描述方式的差异，3D打印机并不能直接操作3D模型。当3D模型输入到计算机以后，需要通过打印机配备的专业软件来进一步处理。即将模型切分成一层层的薄片模块，每个模块的厚度由喷涂材料的属性和打印机的规格决定。

(3)打印喷涂

由打印机将打印材料逐层喷涂或熔结到打印台的三维空间中，根据工作原理的不同，有多种流程方式。较常规的是先喷一层胶水，然后在上面撒一层粉末。如此反复;或是通过高能激光融化合金材料，一层层地熔结成模型。整个过程根据模型大小、复杂程度、打印材质和工艺流程耗时几分钟到数天不等。

(4)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必要的加工处理，如：表面打磨、剥离、上色、固化处理等。

2、3D打印技术在教学中的作用

2.1 提高学生主动学习的积极性

3D打印是以计算机软件生成或通过实体扫描获得的数字模型文件为基础，运用粉末状的金属或塑料等具有粘合性的材料，通过“积层造型法”逐层打印出实物的技术。该技术应用于课堂上能够激发学生浓厚的兴趣。通过3D打印，课本上的二维知识能够快速转化为三维的实物，3D打印本身的功能特性和新颖性以及对教学过程的辅助作用都能够激发学生的好奇心和学习兴趣，提高学生的积极性与主动性。通过将3D打印技术引入课堂，学生可以将自己的想法与构思实体呈现出来，不仅培养了学生的动手能力，还加深了对知识的理解与记忆，激发学生深入学习的热情，积极地投入到再学习中，形成良性循环。

2.2 培养学生的创新思维能力

3D打印技术为学生提供了一个自由发挥想象力的平台，学生可以通过3D打印将许多课本中看不见摸不着的内容变为实物，能够使学生捕捉知识要点并实体定格。在3D打印技术的支持下，学生可以将更多的时间与精力投入到设计与创新环节，通过自身的理解与想象，结合课本上的知识举一反三，将记忆理论概念转化为实物创作，在体验实践中融会贯通进而创新。可以说3D打印技术引入学校教学中，极大地促进了学生思维能力和创新能力的提高，学生可以参与创新设计，尽情发挥自己的想象力和创造力，将创新思维能力培养贯穿于学习活动之中，通过打印出具有个人特色的实体作品，体验课本外的知识实践应用。

2.3 帮助教师探索新的教学方法

在传统的教学中，教师只能通过口头讲述的方式来为学生讲解知识，即使是多媒体技术和设备非常发达的今天，教师也只能通过音视频使得教学相对生动真实，由于大量学科仍是非实物化的教学方式，加上学生的阅历有限，理解能力不足，使得他们对知识掌握的程度仍未教师理想。有了3D打印技术的支持后，教师就能够将全新的“体验式教育”实施到课堂之中，将课本上以前那些难以触摸，或是难以在课堂上具现化的内容打印成三维实物，让学生通过自己的亲身触碰和体验来加强学习理解。以学生为主导的教学方式，教师将学习的主动权交给学生，帮助学生去感受最真实最具体的内容，结合着理论概念与知识点，让学生更容易理解其中的内涵与意义。

3、3D打印技术在教学实践中应用模式探究

3.1 3D打印技?g用于课堂情境教与学

以莱夫为代表的情境学习理论认为，知识寓于情境之中，学习者通过具体活动能更好地获得知识，强调知与行的交互性。而我国教师在教学中普遍实施的是灌输式教学法，教学模式僵化。3D打印技术对于教师和学习者的重要价值体现在：它能够更加真实形象地呈现特定事物，并让学习者获得深刻的感知体验。利用3D打印机可将大多数有益于教学的模型实物打印出来并呈现在课堂上，借助实物教具教师可以更容易将抽象问题进行深刻解析，学习者也可通过其帮助对知识加深理解，实现教学双方所共同期望的交互教学模式。

在桌面3D打印机巨头MakerBot举办的数学工具模型大赛上，爱好者制作了各类创意教具，并用3D打印机将创意立体化为三维实物，大大提高了学习者的学习兴趣。大量实践证明，教学中采用生动的、符合情境的教具，课堂氛围更热烈，教学过程更轻松，学习效果更显著。(图1)为教师自行设计并打印的球齿轮教学模型，3D打印教具的使用可促使学习者将已有知识经验与实际问题进行联系，深化知识和内涵;使教师从知识权威转变为学习者研学的促进者，有利于引导学习者应用所学知识来解决“现实”问题。

3.2 3D打印技术用于课外创新实践活动

创新是一个民族进步的灵魂，提高自主创新能力、建设创新型国家必须依靠创新型人才，而我国教育工作者针对如何培养人才创新能力难题一直在努力探索。许多学校创建了学生社团以鼓励创新，但往往一些创意思想都囿于现实而被迫终止。例如在模具设计中学生试图将创意付诸实践时发现，即使标准零部件仍需去市场上逐一甄选，过程繁杂，而非标准件则必须找代工厂进行单件生产，加工周期长且价格昂贵，这些困扰在很大程度上消减了学生创新的积极性。

3D打印的出现彻底改变了?@一现状，任何创意设计都不再局限于传统加工能力的局限，3D打印机可以快速打印出学生DIY过程所需的零件，学生几乎可以足不出户就能将创意变成成品。3D打印可激发学生对某些科学过程或现象进行可视化展现，便于进行科技发明或创新制作，为实现设计提供一种更加高效的途径。

3.3 3D打印技术用于培养大学生的综合技能

当今社会对人才的知识体系要求发生剧烈变化，从传统的单一知识形式转变为多领域知识融合形式。3D打印对于中小学生可简单定位为一种科普教育，而在高等教育理工学科中则应是一种技能教育。因此，3D打印机对于大学生不仅仅是一种模型制作设备，更应该通过对打印设备的系统学习，深入掌握所涉及的各种技术知识。

如前所述，3D打印技术是一种集多领域知识于一体的技术形式，它要求学生综合学习机械设计、计算机技术、控制技术、光学技术、材料科学等多种专业技术，这就必然促使大学生加强多领域知识的学习与融合，契合当今社会对综合型人才的需求。

3.4 3D打印技术用于提高大学生就业竞争力

近年来我国大学生就业问题日益突出，其根源在于人才培养与社会需求脱节，存在“两张皮”现象。部分专业的课程设置和课程内容不能与时俱进，与社会岗位对专业人才的要求不相符合。2014年9月，人力资源咨询机构WANTED Analytics发布报告表示，近四年来市场上对具备3D打印与增材制造相关技能的人员需求量持续上升;2014年8月，3D打印行业的招聘广告数量比去年同期增长103%，且相关岗位的人员招聘难度系数最高达到60%，企业很难招聘到具有此项专门技术的人才，人才缺口十分巨大。

目前，我国还没有设置3D打印专业，仅出现小规模具有高校背景的培训机构，远不能满足市场对3D打印人才的需求，所以亟待将3D打印技术融入课堂教学，将人才培养与社会需求结合起来，可以大大提高学生就业竞争力。

3.5 3D打印技术用于开展产学研项目

技术作为连接知识与生产的桥梁，不仅是知识的应用与物化，要进行构思设计，还要直接作用于生产过程，进行产品开发与制造。因此，积极开展产学研项目合作是把握技术的理论性与实践性之间发展规律的重要环节。

3D打印技术用于开展产学研项目有利于培养学生科研能力，增强科研转化能力。对于高校，一方面可对3D打印技术进行深入科学研究，另一方面应向企业提供共享服务。如青岛高新区引进西安交通大学快速制造国家工程研究中心卢秉恒院士团队，帮助其打造完整的3D打印产业链;与中科院自动化所共建青岛智能产业技术研究院，建设3D打印社会资源平台等，形成双赢的局面。

4、结束语

目前，3D打印技术受到了各个领域的高度重视。虽然3D打印引入教学中还存在着很多困难，但其带来的效果是不可估量的。3D打印技术的运用，需要学校与师生的支持，使其充分发挥作用，为我国教育事业的发展提供动力。

参考文献

[1] 张彦芳.3D打印技术及其应用[J].科技视界，2013

[2] 刘翠.3D打印技术及其在职业教育领域中的应用[J].电子制作，2014

打印机教学设计范文第3篇

一、小学阶段开设相关课程的价值与意义

素质拓展课程是传统课堂教学的必要补充，是全面推进素质教育的有效途径，它注重个性塑造和创新能力的培养，旨在开拓学生视野和提升学生设计和动手的能力。随着各地教育教学水平和科学技术水平的发展，越来越多“新鲜”课程走进中小学素质拓展课堂。

小学阶段的学习是学生成长和成才的基础，对学生今后的发展方向起到引领作用。3D打印作为二十一世纪的朝阳产业，理应在人群中推广。“3D打印教育”由高等教育特定领域向基础教育普通课堂过渡，逐渐推向中小学课堂是其发展的必然趋势。目前，国内外对3D打印技术的教学应用处于起步阶段，还需不断摸索。可以明确的是，3D打印可以把新技术和创造性学习联系到一起，让学生体验新技术带来的巨大能量的同时，在项目探究中体会创新的乐趣。

二、3D打印技术在小学的教学内容

1. 3D打印的定义

3D打印是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快速成型技术，它是一种增材制造技术。

2. 3D打印的应用领域

与传统的减材制造相比，3D打印技术摆脱了模型复杂程度的束缚，实现了完全数字化，降低了制造的难度，提高了制造的速度。近年来，3D打印被越来越多地应用于各个领域，如创业产业领域、制造业领域、航空航天领域、文物保护领域、医疗卫生领域等。

3. 3D打印机

在小学教学中，我们主要使用了HOFI-X1 3D打印机。HOFI-X1 3D打印机是基于熔丝沉积制造(FDM)原理的3D打印设备，它与台式电脑或笔记本电脑通过USB电缆连接就可以打印出三维实体模型。3D打印的方式是逐层打印，每一个层都在上一层上堆积而成，上一层起到支撑的作用。随着打印时长的推移，3D打印作品逐步完成。学生可以清晰地看到打印的整个过程。这种设备结构一目了然，机器坚固耐用，性能稳定十分适用于小学教学。

4.制图软件介绍

Sketchup使用简便，学生可以快速上手，是一个极受欢迎的三维设计软件，它就像“铅笔”一样，可以画出理想的图形。TinkerCAD是一个基于浏览器的3D建模平台，没有软件安装条件的学生可以选择这个绘图方式。UG NX可以用于绘制二维和三维图形，是一款专业级的制图软件，多用于工程制图，功能强大，学生学习基本操作也不难上手。AutoCAD是一款计算机辅助设计软件，同样可以用于二维制图和基本三维设计，使用无需懂得程序设计，即可自动制图，因此它可以用于土木建筑、装饰装潢、工业制图、工程制图、电子工业、服装加工等多个领域。

5.三维扫描仪

三维扫描仪可以扫描出静态或者动态物体，由于三维扫描仪的扫描范围有限，因此需要变换扫描仪与物体的相对位置或将物体放置于电动转盘上，在光线充足的条件下经过多次扫描以拼凑物体的完整模型。三维扫描出的模型可以直接导入到3D打印机，并打印出来。

6.沙盘制作

学习了三维制图和打印机的使用后，学生已经具备自己设计制作简单模型的能力，他们不再满足于制作个人的小物品。给学生分组，以团队的形式分工合作制作沙盘，让他们在合作中真正实现自主创意、自主管理、自主学习，通力合作。学生自主创意的作品有颇具天津特色的天塔湖公园等。

三、结语

3D打印技术的原理、电脑制图是本课程的难点。小学生学起来还是需要一定时间，需要教师耐心教授。创意设计和模型制作是本课程的重点，教师应引导学生，并随时对他们提出的问题给予指点和反馈。3D打印技术在小学是一门全新的课程，教学没有经验可循，教师可通过总结归纳的方式，把学生提问的知识点转化为系统的知识结构。

素质拓展课程是激发学生兴趣和培养小学生动手能力的重要途径，这一阶段的学习对其终身发展起着至关重要的作用，值得重视。如今，3D打印的风暴已经波及全球，让学生接触并学习3D打印技术对于我国的科技发展具有战略性意义。

参考文献：

[1]兀旦晖，赵晨飞.3D打印技术在教学中的应用研究[J].教学信息，2013.

打印机教学设计范文第4篇

一、3D立体服装

3D打印技术是第三次工业革命中的代表之一, 按照计算机设计的三维模型, 采用数控成型、分层离散软件系统, 运用各种材料来堆积黏结成型产品, 是一种快速成型技术。

采用的材料一般包括细胞组织、塑料、陶瓷粉末、金属粉末等特殊材料。传统服装设计所采用的材料包括化纤织品、毛、丝、麻、棉等, 还要将这些材料纺织, 针织、梭织等形成面料, 生产的过程中还要印花、染制等, 工序多。3D打印技术却可以利用计算机一次性完成, 没有这么复杂。

3D立体服装出现在2013年的巴黎时装周上, 由比利时Materlalise公司生产, 标志者打印技术已成功运用到服装设计上。随着3D材料的更新、技术的发展, 3D立体服装将越来越能满足人们的需求, 形成不同着装功能。

3D立体服装, 是服装基于3D打印技术的创新设计方式。3D立体服装在保持传统设计理念的基础上, 引入立体造型及颠覆性构思, 结合快速凝固激光材料、虚拟现实技术、计算机辅助设计技术等, 进行服装设计创新。

二、3D打印技术应用到服装设计流程

传统的服装设计流程一般是从市场、创意中收集设计素材;然后进行设计, 设计团队、总监对手工效果图进行评审, 定稿;预测市场容量, 进行批量生产;最后流通。其中涉及很多手工作业过程, 特别是整烫设备成衣塑形过程、缝制样片的过程。也涉及很多材料消耗, 包括生产样片的材料;造型试制材料, 包括缝纫机、刀剪、台案、面辅料纱卡、胚布、纸张等。

3D打印技术应用到服装设计流程后, 各环节及整个流程数据共享, 统一生产与构思过程, 量产不会形成材料消耗。3D打印技术不需要夹具、模腔, 制造过程成形, 采用逐层变化截面, 自动连接前后层, 制造成本与批量无关, 节约了工具和制造过程成本。

3D打印技术应用到服装设计流程, 不仅节约了成本, 不形成材料工具消耗, 也拓宽技术应用领域及制造理念。运用3D打印技术到服装设计以后, 可以采用成型技术、快速凝固激光材料生产3D立体服装。也可以用VR, 可视化交互, 生成模拟图像, 结合数字化成型技术, 生产二维图形, 最后用普通的原材料进行生产。

三、3D打印技术的服装数字化定制经济

3D打印技术应用到服装设计领域以后, 可以改变传统服装的流通模式、使数字化订制成为可能, 实现数字化定制经济。对比分析传统设计制作与3D打印技术设计制作服装的流程, 指出了3D打印技术在服饰设计行业的发展前景, 给服装设计带来创新。

1、3D打印技术改变传统服装的流通模式

传统服装一般通过网络实物图片选购、实体店选购的方式流通, 造成服装行业高库存的现场。现阶段, 全球自然经济开始呈现匮乏的迹象, 3D打印技术的出现, 应用到服装设计领域, 应用到全产业链, 可以改变传统的流通模式。应用3D打印技术, 进行对象化订制, 可以实现服装企业库存为零, 给服装设计师带来主动权, 这种模式不受企业大小规模的限制。

2、3D打印技术使数字化订制成为可能

3D打印技术, 采用三维扫描, 可以实现固态实体和人体的数字化订制。传统服装设计过程中, 客户需求变化快, 重新设计需要时间过程比较长, 当应用3D打印及术后, 固态实体和人体到对象关系行数据库可以形成映射, 建立模型, 实现物理状态。2013年NIKE公司的首款采用3D打印技术生产的运动鞋鞋底, 给运动员带来更大力量及更大速度, 延长驱动持续时间、抓地优秀。

3、3D打印技术实现数字化定制经济

缩短生产环节、量体裁衣是3D打印技术的主要优势之一, 除了批量销售, 每个个体也可利用3D打印技术设计生产自己满意的衣服。3D打印技术、三维设计和三维扫描应用到服装设计已是必然趋势, 数据库中的经典款式, 可以根据人的体型量体裁衣, 并个性化、多样化的呈现出来。只需要修改数据库中的数据, 就能实现个性化、多样化的需求。通过单一数字化订制及电子销售平台批量订制, 设计单位与网络客户合作订制, 可以实现数字化定制经济。采用RFID标签技术, 可以全程监控追踪服装流通, 如果服装需要召回, 也可以成功实现, 降低服装成本, 服装的整个供应链过程都依托数字化。预计未来, 3D打印技术材料的突破, 实现5D打印及4D打印, 将实现生物性能立体服装。

四、结论

随本文讲述3D打印技术应用到服装的制造生产, 开拓用计算机完成设计定制服装的思路, 3D打印技术应用到服装设计领域以后, 可以改变传统服装的流通模式、使数字化订制成为可能, 实现数字化定制经济。对比分析了传统设计制作与3D打印技术设计制作服装的流程, 指出了3D打印技术在服饰设计行业的发展前景, 给服装设计带来创新。

摘要：本文讲述3D打印技术应用到服装的制造生产, 开拓用计算机完成设计定制服装的思路, 对比分析了传统设计制作与3D打印技术设计制作服装的流程, 指出了3D打印技术在服饰设计行业的发展前景, 给服装设计带来创新。

关键词：服装设计,3D打印技术,3D立体服装,立体造型

参考文献

[1] 谢展, 沈童, 贺义军.基于3D打印技术的服装设计要素研究[J].轻纺工业与技术, 2016, (06) :81-83.

打印机教学设计范文第5篇

麦克纳姆轮的设计是本次设计的重点, 首先采用solidworks进行建模分析, 然后采用3D打印机进行打印设计。

一、麦克纳姆轮结构选择

(一) 轮子支撑方式

麦克纳姆轮按照小轮与主动轮之间的连接方式可以分为中间支撑和两端支撑两种类型。由于本次设计的小车是在平地上运行的, 再加上打印机打印部件受力比较有限, 所以选用两端支撑形式。

(二) 轮子布置

为了实现麦克纳姆轮向左上、右上、左下、右下、左平移、右平移、前进、后退方向的平移, 本设计小车的4个麦克纳姆轮采用O型布置形式, 见图1。

(三) 麦克纳姆轮原理

麦克纳姆轮作为一种新型轮子结构, 其运动方式打破了传统运动方式。它有八种不同运动方式, 其依赖于不同小轮子与主轮之间的配合。轮子在它轮缘上斜向分布着许多小滚子, 故轮子可以横向滑移, 小轮子母线和其他常见轮子不同, 各个小辊子会围绕着固定轮芯轴旋转, 因此该轮子能够连续不断地多方向滚动。

(四) 麦克纳姆轮小车运动分析

麦克纳姆轮小车4个轮子都有相应的电机驱动, 改变4个轮子的旋转方向以及对应转速, 就可以使小车在平面上实现多向运动, 包括前进、后退、横行、旋转以及组合动作等。

如图2, 当1、2、3、4同时向前转动时, 小车向前平移;当1、2、3、4同时向后转动时, 小车向后平移;当2与4向外、1与3向内运行时, 小车向左平移;当2与4向内、1与3向外运行时, 小车向右平移;当2与4保持静、1和3同时向外运行, 小车向左上移动;当2与4保持静止、1和3同时向内运行, 小车向右上移动;当1与3静止、2与4向外运行, 小车向右上移动;当1与3静止、2与4向内运行时, 小车向右下移动。

(五) 麦克纳姆轮的优化设计

小轮子的外轮廓线为圆形是麦克纳姆轮能够保持平稳运行的关键, 由于小轮外层材料为PAL, 在一定载荷情况下会产生形变, 使麦克纳姆轮的包络面不再是一个理想的圆形, 所以, 分析小轮子的变形量非常重要。

麦克纳姆轮滚动的实体由Solidworks软件构建而成, 在使用之前应该导入, 之后进行简化处理, 简化后由三部分构成, 分别为麦克纳姆轮、辊子和地面。用小辊子的母线中间点为起点, 母线另一端为终点, 因为存在重合度的影响, 当小辊子旋转到接近于母线端点位置时, 此时会有两个小辊子同时和对面接触。滚动模式如图3所示。为了保证麦克纳姆轮在运行过程中具有很高的稳定性能, 要求它的包罗面是一个完整的圆柱, 其轴线是麦克纳姆轮的中心线, 如图4所示。

1-麦克纳姆轮2-辊子3-地面

1-麦克纳姆轮2-辊子3-地面

通过轴线CD与母线EF将麦克纳姆轮切割出一个椭圆截面。以中心为坐标建立XY坐标平面, 母线EF属于椭圆上的一段圆弧。为了得到其参数方程只需要将截面的椭圆方程得出即可。

(六) 轮子的控制

本设计采用LMD18200T进行控制轮子, LMD18200T是一种专用于直流电机驱动的H桥组件。他将4个H桥功率组成器件和逻辑控制电路封装在一个11个引脚的芯片当中。

二、结构设计

(一) 三维软件

Solidworks的界面比较简洁明了, 减少了设计步骤, 避免了界面凌乱, 更加合理参与设计制造过程。所以选用Solidworks软件。

(二) 设计流程

1. 麦克纳姆轮设计

麦克纳姆轮的轮缘上斜向分布着许多小滚子, 本设计为七个小滚子环形分布于轮缘。小滚子为一个多截面实体, 呈锣鼓状, 轮子和小滚子装配在一起才形成一个组合体, 即为麦克纳姆轮。

麦克纳姆轮的承载能力影响了轮子的半径、宽度、轴大小和母线等。麦克纳姆轮轴线和轮子轴线夹角一般采用45。, 这样整车移动时更加顺畅。麦克纳姆轮的半径一般根据移动平台的要求来设计。

根据 ([τ]棍子轴材料的切应力极限) 可得辊子轴的轴颈最小直径d′, 然后选用辊子轴颈直径d。本设计棍子整体长度为40mm, 中心直径20mm, 边缘直径为15mm, 图5。主轮直径为78mm, 高度55mm。轴心5mm, 螺丝安装孔3mm, 如图6。

2. 车架设计

本次设计移动车架的总长度为220mm, 宽度为150mm, 高度55mm。

三、结构打印

小车加工与制作是基于3D技术来实现的。使用的打印机主要由挤出机构、送丝机构, 喷嘴机构、传动机构、工作平台和伺服控制系统等组成。本设计采用Creatware软件进行切片处理, 处理格式为Stl文件。

四、小结

本次设计的麦克纳姆轮小车由电源系统、动力系统、稳压系统、驱动系统、控制系统等组成。该车采用Arduino单片机为控制核心, 借助3D打印技术完成设计与加工, 在红外遥控和无线遥控下能够实现麦克纳姆轮全方位移动。

摘要：麦克纳姆轮小车由电源系统、动力系统、稳压系统、驱动系统和控制系统等组成。本文重点介绍了采用solidworks软件对麦克纳姆轮及小车车架进行设计与优化的方法, 借助3D打印机进行设计和加工的全部过程。

关键词：麦克纳姆轮,车身结构,单片机,3D打印

参考文献

[1] 邹丹, 马向莉.全向轮智能移动平台前景展望[J], 军民两用技术产品, 2012 (2) :56-58.

[2] 朱浩.基于麦克纳姆轮的全向重载技术研究[D], 南京:南京航空航天大学, 2015.

[3] 陈博翁, 范传康.基于麦克纳姆轮的全方位移动平台关键技术研究[J], 东方电气评论, 2013 (4) :7-11.

打印机教学设计范文第6篇

三维动画与二维动画都是利用人眼的视觉暂留机制, 通过在平面上连续播放画面而呈现出来的。他们两者之间的差异首先就在于承载动画制作的空间:二维动画是由长度和宽度 (X轴和Y轴) 两个要素组成的平面空间所承载, 类似于传统绘画;三维动画的制作空间由长度、宽度和高度 (X轴、Y轴和z轴) 三个要素所组成, 完全由专门的计算机软件虚拟出来。两者因制作空间的不同, 进而在场景和角色的创作和处理手段也极大不同。二维动画制作是逐帧绘制平面影像, 剧本、角色设定阶段所进行的美术工作可以一以贯之。三维动画制作中, 创作一帧画面需要进行大量准备, 仅角色造型设计就需要经过3D模型制作、绘制贴图、设置灯光材质等多道技术性工序完成, 因此美术设定的贯彻往往不止受制于软件工具及计算机性能, 更可能是受制于创意思路的交流。

在一个三维动画项目中IP所有者, 导演, 动画师等都是决定造型设计质量的重要人物。动画角色形象、场景设计的构思从平面视觉转换成数字三维模型, 准确性和合理性是必要的。特别是角色设计制作, 作为叙事的主体, 三维动画角色可以说是一部动画作品的灵魂和焦点, 角色建模师是否能够准确把握角色的形体特征?材质贴图绘制人员对质感的把握是否到位?在只有概念设计图时, 动画师如何设计动作?他们对角色的认知与理解是否正确?所有这些都需要制作团队在不断制作、修改、取舍中权衡, 并反复锤炼, 回馈更新得来。近年来, 随着3D打印和3D扫描技术的成熟, “三维数字模型实物模型三维数字模型”这种数字信息和实体形状之间的互转可以高效实现, 为三维动画造型设计提供了一个新的工作模式。

一、“三维数字模型实物模型三维数字模型”模式

“数字-实物-数字”的转换模式并不一定是按顺序执行, 其在一个完整三维动画项目中的开展往往是以下几种:

(1) 美术设计数字雕刻3D打印手工修改3D扫描三维动画模型; (2) 传统雕塑3D扫描数字雕刻三维动画模型; (3) 数字雕刻3D打印手工修改3D扫描数字雕刻。这些流程可以并行于三维动画制作流程一侧, 以3D打印出实物模型作为参照, 并在此基础上进行修改, 再以3D扫描转回数字模型, 回馈制作流程。该流程可以随时开始, 可以多次反复, 可以贯穿整个制作过程。

二、数字模型到实物模型

3D打印, 是一种以数字模型文件为基础, 运用光敏材料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。直接由数字模型制作实物模型的工作方式, 将过去基于模具技术的, 动辄数周、数月的生产周期缩短到数小时, 使得过去在3D动画造型设计中不敢奢望的数字模型实物模型转换成为了可能。

(1) FDM (Fused Deposition Modeling) 工艺, 既熔融沉积工艺是由美国学者Scott Crump于1988年研制成功。一般是以丝状的热塑性材料, 如尼龙、ABS塑料或是环保的玉米淀粉材料, 连续推进至金属电热喷头加热并挤出。喷头在挤出材料的同时, 由三轴电动悬架驱动, 沿模型零件的横截面运动。加热的材料在离开喷头后迅速冷却凝固成为坚固实体, 在打印完每层横截面后, 喷头和承载实物模型的托盘会逐渐远离, 直到实物模型打印完成。

(2) SLA (Stereo lithography Appearance) 光固化工艺, 是通过类似喷墨打印机一样的工作方式, 将液态光敏树脂材料喷涂在托盘上, 同时用紫外灯照射使之瞬间凝固形成实体。喷头与托盘之间也是三轴的相对运动, 与FDM工艺相比精度更高, 但材料成本居高不下。

此两种主流的3D打印工艺均有成熟的桌面级产品, 对三维动画软件中常用的obj模型支持度较高。打印出的实物模型强度高, 可打磨、喷涂上色, 亦可利用油泥、补土等修葺和改动。美术创意人员可以通过实物模型与角色建模师、材质贴图和渲染师进行沟通, 并直接进行手工修改, 这种直观的工作方式可以将沟通中认知和理解的偏差降到最低。

三、实物模型到数字模型

通过侦测和记录距离信息并分析处理, 我们可以将现实世界中物体的形状, 采样成为计算机虚拟空间中的点云 (point cloud) , 同时, 也可以获得材质映射 (texture mapping) 。可以完成实物模型到数字三维模型的转换。

(1) 非接触式主动扫描:常见的3D扫描仪一般都是基于三角测量法 (Triangulation) 或是Tof (Time-of-Flight) 法来实现3D扫描。其中三角测量法常用于手持式3D激光扫描仪, 设备本身包含激光光源和摄像机。在工作中激光光源会发射激光光点到物体上, 并利用摄像机侦测激光光点的位置。激光光源、激光投射在物体上的光点和摄像机之间构成了一个三角形, 在这个三角形中, 光源和摄像机位置以及激光光源发射的角度是固定已知的, 摄像机不断侦测光点的位置, 即可计算出摄像机与被测物体之间的相对距离。当然在实际使用中, 手持式3D激光扫描仪的光源一般是发射线性激光光照射和侦测, 同时, 还需要一些特制的超反光贴片来做标记物, 因为除了距离信息, 扫描仪和被测物体之间的相对位置也是生成点云的必需要素。所有扫描获得的数据, 会被实时传送至计算机中, 由软件将点云转换成三维动画软件可以使用的3D数字模型和贴图。

(2) 非接触式被动式扫描:被动扫描技术脱胎于军事遥感测绘, 核心机制仍是三角测量。通过大量记录被测物体各个角度上反射的可见光图像, 由专门的计算机软件 (俄罗斯Agisoft公司的PhotoScan;瑞士Pix4D公司Pix4D mapper) 对图像数据进行像素匹配分析, 拼接获得点云, 并最终获得三维动画软件可以使用的3D数字模型和贴图。被动式扫描的优点是可以不依赖专用的硬件, 也正因此其精度仰赖于图像采集者的经验和拍摄环境。

四、数字雕刻

数学算法与计算机技术的进步使三维动画制作工具变得前所未有的强大, 同时也使影视动画与传统视觉艺术创作之间的差异越来越大。关于如何消弭传统美术创意与3D动画制作之间的数字“鸿沟”, 业界进行了诸多尝试。比如3D雕刻软件“ZBrush”, 通过营造接近传统雕塑艺术的创作空间, 将拓扑结构、网格优化等建模技术问题置于后台, 让模型设计师能够专心于造型设计本身;纹理贴图软件“Quixel SUITE”藉由GPU预览引擎的加持, 使材质贴图的创作得以获得实时地、直观的反馈。在数字雕刻环节, 模型制作师可以根据美术设定直接创作三维动画模型, 或是对3D扫描获得的数字模型进行修葺。

五、综述和展望

“三维数字模型实物模型三维数字模型”这一模式, 对于三维动画创作项目中的模型制作师、材质贴图、动画师而言, 可以形成一个良好的沟通和反馈机制。跨越软件环境和操作技术的壁垒, 减少不必要的沟通与学习成本。3D打印是其中必不可少的一环, 肩负数字模型转换成为实物模型的关键任务。同时, 对于整个三维动画项目的发展, 如对接美术设计到周边产品开发, 原创美术的立体化等都大有裨益。

未来, 随着3D打印技术的进步, 如更快的成型速度, 更低的成本, 更大的成型尺寸, 这一模式也许会进一步拓展到场景设计或画面调度设计环节。此外, 自从结构光技术被苹果公司应用到Iphone X手机上之后, 3D结构光扫描也开始被广泛关注。结构光扫描技术也是一种通过激光侦测获取点云信息的非接触式3D扫描技术, 因其使用的经过调制的图像投射光源, 所以侦测速度更快, 侦测范围也更大。虽然当前同样成本情况下精度还是逊于使用三角测量法的3D激光扫描仪, 但随着技术应用的深入, 也许3D打印和实时结构光扫描的组合应用, 会颠覆当下动画设计的模式也未尝不可。

摘要：三维动画造型设计是艺术和技术的融合, 美术人员和设计者在实现阶段需要保持高效沟通和反馈。以3D打印、3D扫描为基础的数字信息和实物形状互转, 可以为三维动画造型设计提供一种直观高效的工作模式。

关键词：3D打印,3D扫描,三维动画

参考文献

[1] 李昀芸, 吴帮平.3D扫描及3D打印技术在定格动画中的新应用[J].物联网技术, 2014 (12) :71-72.

[2] 刘凯, 陈虓, 张晓悦.3D打印技术在动漫产业中的应用[J].美与时代, 2015 (10) :81-82.

[3] 彭高思媛.3D打印技术在动漫衍生产品开发的应用[D].北京:北京印刷学院, 2015.

[4] 朱少辉.中美动画形象比较研究[D].长沙:湖南大学, 2012.