基于三维建模的3D打印技术在教学中的应用

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基于三维建模的3D打印技术在教学中的应

用

作者：刘静 李永盼 张道更

来源：《智富时代》2018年第09期

【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。

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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。

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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），常用为

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：///doc/3D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.

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