课题1-33D打印基础知识-3D打印的流程

1、专业机械工程/3D设计者学习任务名称课题一 3D打印基础知识 学习活动3 3D打印的流程课时课程名称FDM 3D打印机应用一体化授课日期教学对象系主任批准教学内容分析（学习任务情景描述）：本节内容是3D打印系列教材中3D打印概述第五章的内容，从构思、选材到编写，力 争激发学生的学习兴趣，注重培养学生的动手实践能力，让广大学生在学习的过程中，不但掌握3D 打印流程，更重要的是培养学生探索与解决问题的能力。教学对象分析（学生基础分析）：学习本课的学生年龄一般都在 1516岁之间，该年龄段的学生对新鲜事物注意力较持久，他 们善于探索，敢于质疑，敢于创新，这些学生都已具有一定的自主学习能力，并初步掌握

2、了电脑操 作。3D打印的塑造性可以很好的激发其学习兴趣。教学目标：知识目标：1、了解法线、分辨率、STL文件、支撑材料的概念；2、了解3D打印对模型文件格式的要求；3、了解打印中常见问题的起因；能力目标：1、掌握3D打印对模型的基本要求；2、能利用现有软件对模型文件进行转换，并符合 3D打印机对文件格式的要求；3、掌握3D打印机的基本操作；处理打印过程中出现的常见问题；情感目标：1、激发学生对3D打印技术的兴趣；2、形成正确的技术使用道德观、法律观和人文观。教学重点、难点及其处理方法：重点：1、模型文件的格式理由：充分掌握正确的文件格式，为今后操作 3D打印设备做准备； 解决方法：直观演示法2

3、、模型文件格式的转换理由：熟练掌握文件格式转换，可更好地兼容正向设计模型文件的3D打印工作。解决方法：直观演示法难点：1、常见问题的处理 理由：学生缺乏处理经验 解决：理解常见问题的原由，通过动手实践积攒经验教学环境及资源准备：实训室：配备计算机及相关软件、投影仪、FDM 3D打印机教学头施（教学策略）：依据探究学习理论，本课题采用“概念一一理解一一探索一一思考”四个环节实施教学。在探 索环节中，设计了“问题提出一一问题解决一一（动手实践）一一互动交流”三或四个步骤引导学 生发挥创造力与协作学习的能力。教学过程：组织教学：师生问好，清点人数导入新课：3D打印的数字模型是如何获得的？讲授新课：课

4、题一 3D打印基础知识学习活动3： 3D打印的流程一、模型要求二、模型格式三、格式转换四、打印操作五、常见问题作业布置：课题一工作页相应部分完成学习活动3 3D打印流程 （4课时）教学环节教学内容教师活动学生活动设计意图概念1.法线2.STL文件格式3. 分辨率4. 支撑材料创建思维导图展现知识系统学习思维导图法 明确知识重难点引入知识体系 传授学习方法理解1. 模型的基本要求2. 模型的格式3. 常见的模型格式转换4.3D打印的基本操作点明关键词 讲解知识重点记录关键词 掌握知识重点1. 促进学生对关 键词的理解2. 以点带面构建 知识体系探索【问题提出】：1. 满足3D打印条件的数字模型的

5、 要求有哪些？2. 是否还有其他文件格式可以满足3D打印机的需要？3. 其他的3D建模的软件如何生产STL格式？4. 在体验操作打印机时，具体操作 流程及注意事项是什么？提出问题并引导 学生思考解决办 法【问题解决】：1.组织学生动手 实践，理解转化过 程；【互动交流】：1. 动手实践，体会3D打 印流程；2. 通过比较，进行小组讨 论。充分发挥学生的 创造力和协作学 习的能力，在探 索的过程中建构 自己的知识世 界，从而获得解 决问题的能力。思考关键词：法线、STL文件格式、分 辨率、支撑材料思考问题：1.不同型号的打印机对模型的要 求一样吗？2.STL格式有哪些具体要求。3.在3D打印操作

6、中违反流程，会 出现哪些后果？1. 引导学生回顾 关键词；2. 提出问题，引导 学生进行反思。1. 回顾关键词2. 反思问题，举例说明突出关键词，引 导学生抓住知识 重点，通过对问 题的反思，强化 知识重点的理解课后反思:附：具体教学过程课题一 3D打印基础知识 学习活动3: 3D打印的流程 引入新课3D打印的数字模型是如何获得的？通过问题思考导入新课一、模型要求思维睜图【概念】法线：一般情况下，沿曲线运动的质点，其加速度可以分解为两个正交的分量：和轨道相 切的分量称为切向分量，和轨道垂直的分量称为法向分量。如图5-1所示，力N垂直于平面P,因此力N是法向的，力N的线称为法线。【理解】数字模型

7、必须为封闭造型，通俗地说就是，将模型想象成一个容器，充满水后不漏水即可模型中所有面的法线需要指向一个正确的方向， 这样打印机才会根据法线的方向来识别模型的 内部或者外部，如果模型中包含颠倒的法线，那么3D打印机就无法正常工作。【探索】问题提出：满足3D打印条件的数字模型的要求有哪些？问题解决：浏览3D模型网站，搜集符合要求的模型【思考】：关键词：法线问题：不同型号的打印机对模型的要求一样吗？请用一两个例子证明你的观点【、模型格式【概念】STL文件格式：是由3D Systems公司于1988年制定的一个接口协议，是一种为快速原型 制造技术服务的三维图形文件格式。STL文件由多个三角形面片的定义组

8、成，每个三角形 面片的定义包括三角形各个定点的三维坐标及三角形面片的法向量。【理解】STL文件格式在3D打印中是建模软件和打印机之间的标准文件格式，后缀名为.stl的标准三角语言，所有品牌的打印机都可以接收 STL文件格式。当我们将文件保存成STL文件之后，模型的 所有表面和曲线都会被转化成网状向量。每一个网格都是由一系列的三角形组成，三角形的面可以 表现为流畅的曲线，并且代表着设计原型中的精确几何含义，STL文件对构建高质量的模型发挥了重要的作用。STL文件使用三角面来近似模拟物体的表面， 三角面越小，其生成的表面分辨率越高。【探索】问题提出：是否还有其他文件格式可以满足 3D打印机的需要？

9、问题解决：动手实践，尝试体验采用其他格式的文件打印与STL格式进行比较，看看有何不同。【思考】：关键词：STL格式问题：STL格式有哪些具体的要求？三、转换软件口思维丫图【概念】图像分辨率：是指单位面积中所包含的像素点数。显示分辨率一定的情况下，显示屏越小 图形越清晰。反之，当显示屏大小固定时，显示分辨率越高则图形越清晰。【理解】从计算机建模软件中输出STL格式的数据文件的方法非常简单，但需要注意的是，要选择合适 的转换精度，精度太低，影响快速成型制件的质量。如果精度过高，文件就会过大，又不便于数据 的传输，同时影响数据处理的速度。【探索】问题提出：其他的3D建模软件如何生产STL格式？问题解

10、决：课后实践操作，在不同的软件中生成STL格式文件。【思考】：关键词：分辨率问题：你学会操作哪种软件的STL格式转换？请分享自己的经验四、打印操作思维导图【概念】支撑材料：在3D打印过程中，打印材料通常是被熔化后堆积起来形成物体的轮廓，材料熔化 后质地变软，如果打印物体轮廓的斜度较大，材料堆积时容易产生形变二无法满足设计要求，因此 在打印斜度较大的物体时，一般要设计支撑结构来保证物体的形状精度，这一支撑结构通常称为支撑材料。【理解】前期工作准备完毕后（STL文件已准备就绪），进入打印程序。虽然市面上的打印机有多种品牌 和型号，但打印原理和操作方法基本相同。通用的操作步骤包括启动机器、安装材料、

11、开始打印。在操作过程中，应遵循操作规范，尽量 避免因使用不当而造成损失。第一步，启动机器启动打印机电源，需要注意：1. 打开温控调节开关后，严禁触摸打印喷头和成型室的加热风道。2. 温控调节开关关闭15分钟后，喷头和成型室温度降低至室温后，方可触摸喷头和风道。 第二步，安装材料根据设计要求选择合适的打印材料（打印材料一般为线条状），从导向管的一端插入，直至材料进入打印机喷嘴上方的进料孔内。然后操作打印机，使材料彻底进入打印喷头，完成安装过程， 如图5-6所示。安装材料时需要注意：1. 在更换丝材或更换喷嘴时，首先要对设备进行升温，待温度达到设定温度后，方可操作。2. 更换喷头时，需要先升温，再

12、将材料撤出。然后等待喷头温度降至室温后，再断电操作。 调平调平是非常重要的准备工作，目的是保证成型平台处于水平位置，从而保证喷头与平台各个位 置的垂直高度相同。通常情况下，3D打印机的平台都会配备3或4个水平调节螺丝，可以通过调节 水平螺丝校准水平位置，如图5-7所示。调间距将平台调平之后，接下来要调整平台和打印喷头间的初始距离，它的距离一般设定为一张打印 纸的厚度。其目的是保证3D打印机打印时，喷出的第一层熔融材料可以稳定地附着在平台上，相当于打牢基础，这样后续材料堆积才能保证打印质量开始打印将模型文件导入打印机，启动打印操作。在打印过程中，打印速度可以根据需要随时调整。每一款产品都有适合其

13、自身特点的最佳打印速度，速度过快会导致产品成型粗糙，速度过慢将会堵塞 喷头，影响正常打印。打印过程中需要注意：1. 禁止开启打印舱门。2. 禁止向设备内伸手3. 禁止使用控制该打印机的电脑进行其他的工作。4. 按动键盘时用力适度，不得用力拍打键盘、按键和显示屏。不能拍打丝杆、导轨、电极、喷 头等零部件。冷却打印完成后，我们需要将模型从成型室中取出，应戴上隔热手套以防烫伤。模型冷却需要一段 时间（材料不同冷却时间也不同，一般情况下，5-10分钟后打印的模型即可完全冷却）。去掉底座和支撑这里以熔融堆积技术的打印机为例，喷头将打印机材料熔化喷射到指定位置，这时材料时软的, 需要快速冷却才能成型，此时

14、就需要底座和支撑材料作为保护。喷射型材料造型时，要选择与模型 材料不同的材料作为支撑材料。Object公司采用凝胶状材料作为支撑材料，造型后可以用水冲掉。 Stratasys公司的部分产品使用可溶于碱性溶液的支撑材料，而3D System公司则使用可溶于酒精的支撑材料。精修模型大多数3D打印出来的产品表面并不十分光滑，尤其在弯曲处会比较粗糙，打印物品表面的精 细程度与许多因素有关。首先建模过程对3D模型的设计，会影响到后期打印产品的粗糙程度。其次，在打印过程中，打印速度对产品的粗糙程度也有影响。【探索】问题提出：在体验操作打印机时，具体操作流程及注意事项是什么？问题解决：动手操作，认真体会 3

15、D打印的流程。【思考】：关键词：支撑材料问题：如果在3D打印操作中违反流程，会出现哪些后果？五、常见问题及解决方案翘边首先，调节平台下旋钮使平台降至最低，然后选择打印机设置中的平台校准。然后，在每次喷头下降到校准点时，调节对应平台角的旋钮，使平台刚好与喷头接触。照此方法将四个平台角校准一遍，然后进行二次校准。这次不需要降低平台，只需要对喷头和平台间的距离进行微调，使之完美贴合。最后，确认机器重启，完成操作。喷头堵塞1. 操作软件把喷头关闭2. 移动喷头离开打印模型3. 将原料从喷头上拔出，防止进一步堵塞4. 把喷嘴残留的塑料清走5. 开启喷头工作，待喷头里面的材料融化后会自动喷出6. 重新将耗材插入喷头3D打印机的清理1. 平台清理：找一块不掉毛的绒布，蘸取适量酒精或丙酮清洗剂，轻轻地擦拭，即可将平台清 理干净。2喷嘴内残料清理：先预热喷头到 220C，然后用镊子慢慢将里面的废丝拔出，或者拆下喷嘴 进行彻底清理。3. 其他清理：将打印机机箱下面的垃圾清理干净，给缺油的部件做好润滑，用干净的布将电机、 丝杆等组件上面的油污擦拭干净。做好以上几点清理后，将机器遮盖