第九章超級(jí)工程師建模

1、第九章 超級(jí)工程師建模（阿巖松、王玉峰）第一節(jié) 超級(jí)工程師計(jì)劃圖形編程軟件1.簡易的圖形化編程軟件Scratch使用者可以不認(rèn)識(shí)英文單詞，也可以不會(huì)使用鍵盤。構(gòu)成程序的命令和參數(shù)通過積木形狀的模塊來實(shí)現(xiàn)。用鼠標(biāo)拖動(dòng)模塊到程序編輯欄就可以。中間的黃色部分是編輯好的程序代碼，左邊是可以用來選擇的功能模塊，右邊上部是程序預(yù)覽和運(yùn)行窗口，右邊下部是角色窗口。程序界面官方網(wǎng)址是麻省理工學(xué)院網(wǎng)站的一個(gè)分支。這個(gè)軟件的開發(fā)團(tuán)隊(duì)稱為“終身幼兒園團(tuán)隊(duì)”(Lifelong Kindergarten Group)。幾乎所有的孩子都會(huì)一眼喜歡上這個(gè)軟件。建立起做程序的欲望。根據(jù)編者給帶幾個(gè)孩子玩這個(gè)軟件的情況看，孩子

2、自己學(xué)會(huì)使用這個(gè)軟件是有困難的，需要身邊老師和家長的指導(dǎo)。在有人指導(dǎo)的情況下，6歲的孩子可以照著例子完整的擺出一個(gè)能運(yùn)行的程序。這個(gè)過程并不需要孩子認(rèn)識(shí)英文或漢字。建立程序的過程，用到涂鴉，錄音，找圖片這些有趣的過程。孩子的成品可以通過軟件直接發(fā)布到官方網(wǎng)站上。官方網(wǎng)站給每個(gè)注冊(cè)用戶開通了一個(gè)空間，放置發(fā)布的程序。用戶發(fā)布后的程序，在官網(wǎng)可以找到。制作中的程序只能在軟件環(huán)境下運(yùn)行，發(fā)布后的程序則是在網(wǎng)頁內(nèi)運(yùn)行的。就是說，孩子們的作品可以通過網(wǎng)絡(luò)被無數(shù)人看到。官方網(wǎng)站具有交友和評(píng)論的功能。國內(nèi)亦有類似官網(wǎng)發(fā)布程序后在網(wǎng)頁內(nèi)運(yùn)行的網(wǎng)站，方便國內(nèi)愛好者及好孩子們對(duì)作品進(jìn)行交流下載和使用Scratch

3、下載是完全免費(fèi)的。目前最新的官方版本是2.0版。程序模塊分為8個(gè)大類軟件是多語言版本，根據(jù)操作系統(tǒng)，自動(dòng)會(huì)改成中文界面。在原版中是沒有函數(shù)調(diào)用的。也就是說復(fù)雜的功能用重復(fù)編寫相同的代碼。在自由軟件開發(fā)組織中有人進(jìn)一步開發(fā)了制作自定義積木（自己編函數(shù)）的功能。學(xué)習(xí)方法孩子不用記住命令不代表不需要指導(dǎo)命令。積木模塊包括8個(gè)大類，100多個(gè)功能。包括了過程一個(gè)完整程序的每個(gè)環(huán)節(jié)，甚至數(shù)組和函數(shù)。這些圖形化的積木使用需要老師或者家長正確引導(dǎo)。孩子從模仿的過程中，能感悟到條件語句，循環(huán)語句，判斷。能理解參數(shù)和命令的區(qū)別。讓孩子理性的總結(jié)出來是很困難的，引導(dǎo)是必須的。2.ardublock 一款

4、為Arduino設(shè)計(jì)的圖形化編程軟件，由上海新車間創(chuàng)客開發(fā)。 ArduBlock軟件是Arduino官方編程環(huán)境的第三方軟件，目前必須依附于Arduino軟件下運(yùn)行，區(qū)別于Arduino文本式編程環(huán)境，ArduBlock是以圖形化積木搭建的方式編程的，這樣的方式會(huì)使編程的可視化和交互性加強(qiáng)，編程門檻降低，即使沒有編程經(jīng)驗(yàn)的人也可以嘗試給Arduino控制器編寫程序。3.思維導(dǎo)圖軟件3.1折疊MindManagerMindManager是一個(gè)創(chuàng)造、管理和交流思想的通用標(biāo)準(zhǔn)，其可視化的繪圖軟件有著直觀、友好的用戶界面和豐富的功能，這將幫助您有序地組織您的思維、資源和項(xiàng)目進(jìn)程。MindManager

5、也是一個(gè)易于使用的項(xiàng)目管理軟件，能很好提高項(xiàng)目組的工作效率和小組成員之間的協(xié)作性。3.2折疊XMindXMind是一款易用性很強(qiáng)的軟件，通過XMind可以隨時(shí)開展頭腦風(fēng)暴，幫助人們快速理清思路。XMind 繪制的思維導(dǎo)圖、魚骨圖、二維圖、樹形圖、邏輯圖、組織結(jié)構(gòu)圖等以結(jié)構(gòu)化的方式來展示具體的內(nèi)容，人們?cè)谟肵Mind繪制圖形的時(shí)候，可以時(shí)刻保持頭腦清晰，隨時(shí)把握計(jì)劃或任務(wù)的全局，它可以幫助人們?cè)趯W(xué)習(xí)和工作用提高效率。3.3折疊FreeMindFreeMind是一款跨平臺(tái)的、基于GPL協(xié)議的自由軟件，用Java編寫，是一個(gè)用來繪制思維導(dǎo)圖的軟件。其產(chǎn)生的文件格式后綴為.mm 。可用來做筆記，腦圖記

6、錄，腦力激蕩等。FreeMind包括了許多讓人激動(dòng)的特性，其中包括擴(kuò)展性，快捷的一鍵展開和關(guān)閉節(jié)點(diǎn)，快速記錄思維，多功能的定義格式和快捷鍵。二、開源硬件知識(shí)1.簡介開源硬件指與自由及開放原始碼軟件相同方式設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)和電子硬件。開源硬件開始考慮對(duì)軟件以外的領(lǐng)域開源，是開源文化的一部分。其中，Arduino的誕生可謂開源硬件發(fā)展史上的一個(gè)新的里程碑通過一個(gè)概念可以更容易理解開源硬件，那就是“開源軟件”，它產(chǎn)生在開源硬件之前，安卓就是開源軟件之一。開源硬件和開源軟件類似，就是在之前硬件的基礎(chǔ)之上進(jìn)行二次創(chuàng)意。在復(fù)制成本上，開源軟件的成本也許是零，但是開源硬件不一樣，其復(fù)制成本較高。在這個(gè)曾經(jīng)“開源

7、過”的前提下，很多人就在思考硬件是不是可以重新走上開源這條道路。之后一小批愛好者，也就是創(chuàng)客就致力于開源的研究，開源得以從很小的東西發(fā)展，帶現(xiàn)在有開源的3D打印機(jī)，拖拉機(jī)等農(nóng)場機(jī)器的存在2.知名的開源硬件1. 樹莓派（Raspberry Pi） 樹莓派（Raspberry Pi）是一款基于Linux系統(tǒng)的只有一張信用卡大小的單板機(jī)計(jì)算機(jī)。它由英國的樹莓派基金會(huì)所開發(fā)，目的是以低價(jià)硬件及自由軟件刺激在學(xué)校的基本的電腦科學(xué)教育。樹莓派配備一枚700MHz博通出產(chǎn)的ARM架構(gòu)BCM2835處理器，256MB內(nèi)存（B型已升級(jí)到512MB內(nèi)存），使用SD卡當(dāng)作存儲(chǔ)媒體，且擁有一個(gè)Ethernet，兩個(gè)U

8、SB接口，以及HDMI（支持聲音輸出）和RCA端子輸出支持。操作系統(tǒng)采用開源的Linux系統(tǒng)，比如Debian、ArchLinux，自帶的Iceweasel、KOffice等軟件能夠滿足基本的網(wǎng)絡(luò)瀏覽，文字處理以及計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)的需要，分A,B兩種型號(hào)，其中售價(jià)分別是A型25美元，B型35美元。（詳情）    · Raspberry Pi 五種有趣玩法· 技術(shù)宅女5步教你玩轉(zhuǎn)樹莓派· 樹莓派發(fā)布新版本Model B+· 樹莓派的十個(gè)妙用！想要馬上動(dòng)手實(shí)踐有木有！2. ArduinoArduino是一個(gè)開放源代碼的單芯片微電腦，它

9、使用了Atmel AVR單片機(jī)，采用了基于開放源代碼的軟硬件平臺(tái)，構(gòu)建于開放源代碼 simple I/O 接口板，并且具有使用類似Java，C 語言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境。Arduino UNO如何在電腦上安裝操作環(huán)境3. BeagleboardBeagleboard是開源硬件領(lǐng)域知名社區(qū)BeagleB推出的、全球第一款開源的ARM開發(fā)板。不同于熱門的開源平臺(tái)Arduino，BeagleBoard的功能更強(qiáng)大，應(yīng)用更復(fù)雜。BeagleBoard跨越了臺(tái)式機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī)的界限，同時(shí)與開源社區(qū)展開創(chuàng)建全新應(yīng)用的協(xié)作，為開源社區(qū)提供成本更低，更新，更出色的開發(fā)

10、平臺(tái)。BeagleBone只集成了一些必不可少的接口功能，如USB、以太網(wǎng)口。繼BeagleBone之后，德州儀器推出的BeagleBone Black，售價(jià)僅為45美元，并且只有信用卡大小，采用TI最新Cortex-A8架構(gòu)Sitara處理器，主頻可提升至1GHz。    4. Atmel Xplained / Xplained Pro 開發(fā)板    作為低成本單片機(jī)，Atmel Xplained / Xplained Pro 開發(fā)板有很多型號(hào)可供大家選擇，如：8位或32位AVR單片機(jī)、ARM Cortex-M0+ 或 Cortex

11、-M4 或 Cortex-M4F、ARM Cortex-M0+ 加無線 SoC、ARM Cortex-A5 微處理器等。基于ARM Cortex-M0+ 架構(gòu)的開發(fā)平臺(tái)，低外圍資源，但同時(shí)具備低功耗，二次開發(fā)簡易，擁有32位ARM的計(jì)算性能等優(yōu)勢。Xplained Pro開發(fā)板同樣具有可擴(kuò)展性，可以使用標(biāo)準(zhǔn)排針在開發(fā)板側(cè)面連接擴(kuò)展板。愛板網(wǎng)：Atmel Xplained Pro平臺(tái)專題5. MSP430 LaunchPad    LaunchPad是TI專門推出的一系列開發(fā)平臺(tái)，其特點(diǎn)是使用簡單：下載使用一體，無需額外硬件。與此同時(shí)，來自美國的工程師還向創(chuàng)客們演示

12、直接在電路板上方加上“Booster Pack”外圍板（相當(dāng)于擴(kuò)展板），去完成不同外設(shè)的二次開發(fā)。Launchpad的性價(jià)比是非常高的，低功耗，低價(jià)格，性能也有保障，非常適合學(xué)習(xí)和低資源需求的應(yīng)用。6. Galileo（伽利略）開發(fā)板    英特爾伽利略電路板是基于英特爾架構(gòu)、兼容Arduino的系列可開發(fā)電路板的首款產(chǎn)品。這一可開發(fā)電路板支持Arduino軟件庫的開源Linux操作系統(tǒng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)，可重復(fù)使用現(xiàn)有軟件庫資源（名為“sketches”）。英特爾伽利略電路板可以采用Mac OS、微軟Windows和Linux主機(jī)操作系統(tǒng)進(jìn)行編程，也可被設(shè)計(jì)成為與Ar

13、duino生態(tài)系統(tǒng)兼容的軟硬件產(chǎn)品。7.Cubieboard    Cubieboard，簡稱Cb，是一個(gè)由珠海的Cubietech團(tuán)隊(duì)推出，采用全志A10/A20處理器的開發(fā)板。三、激光切割機(jī)知識(shí)1.簡介激光切割是將從激光器發(fā)射出的激光，經(jīng)光路系統(tǒng)，聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到工件表面，使工件達(dá)到熔點(diǎn)或沸點(diǎn)，同時(shí)與光束同軸的高壓氣體將熔化或氣化金屬吹走。隨著光束與工件相對(duì)位置的移動(dòng)，最終使材料形成切縫，從而達(dá)到切割的目的。激光設(shè)備作為一種新型的工具越來越成熟的運(yùn)用到各種行業(yè)，包含激光切割機(jī)、激光雕刻機(jī)、激光打標(biāo)機(jī)、激光焊接機(jī)等。激光切割機(jī)設(shè)備作為一種新

14、型的工具目前越來越成熟的運(yùn)用到各種行業(yè)，包含激光切割機(jī)、激光雕刻機(jī)、激光打標(biāo)機(jī)、激光焊接機(jī)等。2.激光切割機(jī)特點(diǎn) 1、64MB高容量內(nèi)存，傳輸快，并可脫機(jī)工作2、數(shù)碼電控式Z軸調(diào)整，完全自動(dòng)化對(duì)焦模式3、超大工作臺(tái)及內(nèi)置照明4、美國原裝特種氣冷式密閉型金屬管5、紅光模組,CCD自動(dòng)定位6、功能完整,簡單易學(xué)的工作平臺(tái)7、模組化設(shè)計(jì),維修容易8、美國金屬激光射頻管,壽命可達(dá)4.5萬小時(shí)9、上吹氣、下抽風(fēng)系統(tǒng)，確保加工品質(zhì)10、探針式自動(dòng)對(duì)焦，有效保證切割深度11、開放空間，預(yù)留擴(kuò)展端口可輕易添加輔助自動(dòng)化設(shè)備，甚具擴(kuò)充性12、產(chǎn)品成熟穩(wěn)定，集成化高，選配件完善13、符合CDRH Clas1安全規(guī)

15、范、CE認(rèn)證及RoSH認(rèn)證14、滾珠絲桿傳動(dòng)15、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，確保精準(zhǔn)。首先激光的能量以光的形式集中成一條高密度的光束，光束傳遞到工作表面，產(chǎn)生足夠的熱量，使材料熔化，加之與光束同軸的高壓氣體直接除去熔化金屬，從而達(dá)到切割的目的，這說明激光切割加工同機(jī)床的機(jī)械加工有著本質(zhì)的區(qū)別。一般來說，激光切割質(zhì)量可以由以下6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來衡量。1.切割表面粗糙度Rz2.切口掛渣尺寸3.切邊垂直度和斜度u4.切割邊緣園角尺寸r5.條紋后拖量n6.平面度F3.折疊簡介激光是一種光，與自然界其它發(fā)光體一樣，是由原子(分子或離子等)躍遷產(chǎn)生的，而且是自發(fā)輻射引起的。 激光雖然是光，但它與普通光明顯不同是激光僅在最初極

16、短的時(shí)間內(nèi)依賴于自發(fā)輻射，此后的過程完全由激輻射決定，因此激光具有非常純正的顏色，幾乎無發(fā)散的方向性,極高的發(fā)光強(qiáng)度。 激光同時(shí)又具有高相干性、高強(qiáng)度性、高方向性，激光通過激光器產(chǎn)生后由反射鏡傳遞并通過聚集鏡照射到加工物品上，使加工物品（表面）受到強(qiáng)大的熱能而溫度急劇增加，使該點(diǎn)因高溫而迅速的融化或者汽化，配合激光頭的運(yùn)行軌跡從而達(dá)到加工的目的。折疊激光切割：我們可以理解為是邊緣的分離。對(duì)這樣的加工目的，我們應(yīng)該先在CORELDRAW、AUTOCAD里將圖形做成矢量線條的形式,氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)，然后存為相應(yīng)的PLT、DXF格式，用激光切割機(jī)操作軟件打開該文件，根據(jù)我們所加工的材料進(jìn)行能量和速度等參數(shù)

17、的設(shè)置再運(yùn)行即可。激光切割機(jī)在接到計(jì)算機(jī)的指令后會(huì)根據(jù)軟件產(chǎn)生的飛行路線進(jìn)行自動(dòng)切割。如：現(xiàn)有激光切割機(jī)，可以根據(jù)電腦繪制好的模板，然后直接輸入電腦，自動(dòng)切割圖形?，F(xiàn)有的激光切割機(jī)一般都有自己的硬盤，可輸入海量數(shù)據(jù)源。折疊激光熔化切割在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助氣流把熔化的材料噴射出去。因?yàn)椴牧系霓D(zhuǎn)移只發(fā)生在其液態(tài)情況下，所以該過程被稱作激光熔化切割。 激光光束配上高純惰性切割氣體促使熔化的材料離開割縫，而氣體本身不參于切割。激光熔化切割可以得到比氣化切割更高的切割速度。氣化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。最大切割速度隨著激光功率的增加

18、而增加，隨著板材厚度的增加和材料熔化溫度的增加而幾乎反比例地減小。在激光功率一定的情況下，限制因數(shù)就是割縫處的氣壓和材料的熱傳導(dǎo)率。激光熔化切割對(duì)于鐵制材料和鈦金屬可以得到無氧化切口。產(chǎn)生熔化但不到氣化的激光功率密度，對(duì)于鋼材料來說，在104W/cm2105 W/cm2之間。折疊激光火焰切割激光火焰切割與激光熔化切割的不同之處在于使用氧氣作為切割氣體。借助于氧氣和加熱后的金屬之間的相互作用，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)使材料進(jìn)一步加熱。由于此效應(yīng)，對(duì)于相同厚度的結(jié)構(gòu)鋼，采用該方法可得到的切割速率比熔化切割要高。另一方面，該方法和熔化切割相比可能切口質(zhì)量更差。實(shí)際上它會(huì)生成更寬的割縫、明顯的粗糙度、增加的熱影響

19、區(qū)和更差的邊緣質(zhì)量。激光火焰切割在加工精密模型和尖角時(shí)是不好的（有燒掉尖角的危險(xiǎn)）?？梢允褂妹}沖模式的激光來限制熱影響，激光的功率決定切割速度。在激光功率一定的情況下，限制因數(shù)就是氧氣的供應(yīng)和材料的熱傳導(dǎo)率。折疊激光氣化切割在激光氣化切割過程中，材料在割縫處發(fā)生氣化，此情況下需要非常高的激光功率。為了防止材料蒸氣冷凝到割縫壁上，材料的厚度一定不要大大超過激光光束的直徑。該加工因而只適合于應(yīng)用在必須避免有熔化材料排除的情況下。該加工實(shí)際上只用于鐵基合金很小的使用領(lǐng)域。競爭優(yōu)勢：激光切割機(jī)是鈑金加工的一次工藝革命，是鈑金加工中的“加工中央”；激光切割機(jī)柔性化程度高，切割速度快，出產(chǎn)效率高，產(chǎn)品出產(chǎn)

20、周期短，為客戶贏得了廣泛的市場，該技術(shù)的有效生命期長，國外超過2毫米厚度的板材大都采用激光切割機(jī)，很多國外的專家一致認(rèn)為今后30-40年是激光加工技術(shù)發(fā)展的黃金時(shí)期。4.技術(shù)激光切割機(jī)的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是光、機(jī)、電一體化的綜合技術(shù)。在激光切割機(jī)中激光束的參數(shù)、機(jī)器與數(shù)控系統(tǒng)的性能和精度都直接影響激光切割的效率和質(zhì)量。特別是對(duì)于切割精度較高或厚度較大的零件,必須掌握和解決以下幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)： 1、焦點(diǎn)位置控制技術(shù)：激光切割的優(yōu)點(diǎn)之一是光束的能量密度高,一般10W/cm2。由于能量密度與4/d2成正比,所以焦點(diǎn)光斑直徑盡可能的小,以便產(chǎn)生一窄的切縫；同時(shí)焦點(diǎn)光斑直徑還和透鏡的焦深成正比。聚焦透鏡焦深越小

21、,焦點(diǎn)光斑直徑就越小。但切割有飛濺,透鏡離工件太近容易將透鏡損壞,因此一般大功率CO2激光切割機(jī)工業(yè)應(yīng)用中廣泛采用57.5(127190mm)的焦距。實(shí)際焦點(diǎn)光斑直徑在0.10.4mm之間。對(duì)于高質(zhì)量的切割,有效焦深還和透鏡直徑及被切材料有關(guān)。例如用5的透鏡切碳鋼,焦深為焦距的+2%范圍內(nèi),即5mm左右。因此控制焦點(diǎn)相對(duì)于被切材料表面的位置十分重要。顧慮到切割質(zhì)量、切割速度等因素,原則上6mm的金屬材料,焦點(diǎn)在表面上； 6mm的碳鋼,焦點(diǎn)在表面之上； 6mm的不銹鋼,焦點(diǎn)在表面之下。具體尺寸由實(shí)驗(yàn)確定。在工業(yè)生產(chǎn)中確定焦點(diǎn)位置的簡便方法有三種：（1）打印法：使切割頭從上往下運(yùn)動(dòng),在塑料板上進(jìn)行

22、激光束打印,打印直徑最小處為焦點(diǎn)。（2）斜板法：用和垂直軸成一角度斜放的塑料板使其水平拉動(dòng),尋找激光束的最小處為焦點(diǎn)。（3）藍(lán)色火花法：去掉噴嘴,吹空氣,將脈沖激光打在不銹鋼板上,使切割頭從上往下運(yùn)動(dòng),直至藍(lán)色火花最大處為焦點(diǎn)。對(duì)于飛行光路的切割機(jī),由于光束發(fā)散角,切割近端和遠(yuǎn)端時(shí)光程長短不同,聚焦前的光束尺寸有一定差別。入射光束的直徑越大,焦點(diǎn)光斑的直徑越小。為了減少因聚焦前光束尺寸變化帶來的焦點(diǎn)光斑尺寸的變化,國內(nèi)外激光切割系統(tǒng)的制造商提供了一些專用的裝置供用戶選用：（1）平行光管。這是一種常用的方法,即在CO2激光器的輸出端加一平行光管進(jìn)行擴(kuò)束處理,擴(kuò)束后的光束直徑變大,發(fā)散角變小,使在

23、切割工作范圍內(nèi)近端和遠(yuǎn)端聚焦前光束尺寸接近一致。（2）在切割頭上增加一獨(dú)立的移動(dòng)透鏡的下軸,它與控制噴嘴到材料表面距離（stand off）的Z軸是兩個(gè)相互獨(dú)立的部分。當(dāng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)或光軸移動(dòng)時(shí),光束從近端到遠(yuǎn)端F軸也同時(shí)移動(dòng),使光束聚焦后光斑直徑在整個(gè)加工區(qū)域內(nèi)保持一致。如圖二所示。（3）控制聚焦鏡（一般為金屬反射聚焦系統(tǒng)）的水壓。若聚焦前光束尺寸變小而使焦點(diǎn)光斑直徑變大時(shí),自動(dòng)控制水壓改變聚焦曲率使焦點(diǎn)光斑直徑變小。（4）飛行光路切割機(jī)上增加x、y方向的補(bǔ)償光路系統(tǒng)。即當(dāng)切割遠(yuǎn)端光程增加時(shí)使補(bǔ)償光路縮短；反之當(dāng)切割近端光程減小時(shí),使補(bǔ)償光路增加,以保持光程長度一致。2.切割穿孔技術(shù)：任何

24、一種熱切割技術(shù),除少數(shù)情況可以從板邊緣開始外,一般都必須在板上穿一小孔。早先在激光沖壓復(fù)合機(jī)上是用沖頭先沖出一孔,然后再用激光從小孔處開始進(jìn)行切割。對(duì)于沒有沖壓裝置的激光切割機(jī)有兩種穿孔的基本方法：（1）爆破穿孔：(Blast drilling)，材料經(jīng)連續(xù)激光的照射后在中心形成一凹坑,然后由與激光束同軸的氧流很快將熔融材料去除形成一孔。一般孔的大小與板厚有關(guān),爆破穿孔平均直徑為板厚的一半,因此對(duì)較厚的板爆破穿孔孔徑較大,且不圓,不宜在要求較高的零件上使用（如石油篩縫管）,只能用于廢料上。此外由于穿孔所用的氧氣壓力與切割時(shí)相同,飛濺較大。（2）脈沖穿孔：（Pulse drilling）采用高峰

25、值功率的脈沖激光使少量材料熔化或汽化,常用空氣或氮?dú)庾鳛檩o助氣體,以減少因放熱氧化使孔擴(kuò)展,氣體壓力較切割時(shí)的氧氣壓力小。每個(gè)脈沖激光只產(chǎn)生小的微粒噴射,逐步深入,因此厚板穿孔時(shí)間需要幾秒鐘。一旦穿孔完成,立即將輔助氣體換成氧氣進(jìn)行切割。這樣穿孔直徑較小,其穿孔質(zhì)量優(yōu)于爆破穿孔。為此所使用的激光器不但應(yīng)具有較高的輸出功率；更重要的時(shí)光束的時(shí)間和空間特性,因此一般橫流CO2激光器不能適應(yīng)激光切割的要求。此外脈沖穿孔還須要有較可靠的氣路控制系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)氣體種類、氣體壓力的切換及穿孔時(shí)間的控制。在采用脈沖穿孔的情況下,為了獲得高質(zhì)量的切口,從工件靜止時(shí)的脈沖穿孔到工件等速連續(xù)切割的過渡技術(shù)應(yīng)以重視。

26、從理論上講通?？筛淖兗铀俣蔚那懈顥l件：如焦距、噴嘴位置、氣體壓力等,但實(shí)際上由于時(shí)間太短改變以上條件的可能性不大。在工業(yè)生產(chǎn)中主要采用改變激光平均功率的辦法比較現(xiàn)實(shí),具體方法有以下三種：（1）改變脈沖寬度；（2）改變脈沖頻率；（3）同時(shí)改變脈沖寬度和頻率。實(shí)際結(jié)果表明,第（3）種效果最好。3.噴嘴設(shè)計(jì)及氣流控制技術(shù)： 激光切割鋼材時(shí),氧氣和聚焦的激光束是通過噴嘴射到被切材料處,從而形成一個(gè)氣流束。對(duì)氣流的基本要求是進(jìn)入切口的氣流量要大,速度要高,以便足夠的氧化使切口材料充分進(jìn)行放熱反應(yīng)；同時(shí)又有足夠的動(dòng)量將熔融材料噴射吹出。因此除光束的質(zhì)量及其控制直接影響切割質(zhì)量外,噴嘴的設(shè)計(jì)及氣流的控制（如

27、噴嘴壓力、工件在氣流中的位置等）也是十分重要的因素。目前激光切割用的噴嘴采用簡單的結(jié)構(gòu),即一錐形孔帶端部小圓孔。通常用實(shí)驗(yàn)和誤差方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于噴嘴一般用紫銅制造,體積較小,是易損零件,需經(jīng)常更換,因此不進(jìn)行流體力學(xué)計(jì)算與分析。在使用時(shí)從噴嘴側(cè)面通入一定壓力Pn(表壓為Pg)的氣體,稱噴嘴壓力,從噴嘴出口噴出,經(jīng)一定距離到達(dá)工件表面,其壓力稱切割壓力Pc,最后氣體膨脹到大氣壓力Pa。研究工作表明隨著Pn的增加,氣流流速增加,Pc也不斷增加?？捎孟铝泄接?jì)算： V=8.2d2(Pg+1)V-氣體流速 L/mind-噴嘴直徑 mmPg-噴嘴壓力（表壓）bar對(duì)于不同的氣體有不同的壓力閾值,當(dāng)噴嘴

28、壓力超過此值時(shí),氣流為正常斜激波,氣流速從亞音速向超音速過渡。此閾值與Pn、Pa比值及氣體分子的自由度（n）兩因素有關(guān)：如氧氣、空氣的n=5,因此其閾值Pn=1bar×(1.2)3.5=1.89bar。當(dāng)噴嘴壓力更高Pn/Pa=(1+1/n)1+n/2時(shí)（Pn；4bar）,氣流正常斜激波封變?yōu)檎げ?切割壓力Pc下降,氣流速度減低,并在工件表面形成渦流,削弱了氣流去除熔融材料的作用,影響了切割速度。因此采用錐孔帶端部小圓孔的噴嘴,其氧氣的噴嘴壓力常在3bar以下。為進(jìn)一步提高激光切割速度,可根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理,在提高噴嘴壓力的前提下不產(chǎn)生正激波,設(shè)計(jì)制造一種縮放型噴嘴,即拉伐爾（La

29、val）噴嘴。為方便制造可采用如圖4的結(jié)構(gòu)。德國漢諾威大學(xué)激光中心使用500WCO2激光器,透鏡焦距2.5,采用小孔噴嘴和拉伐爾噴嘴分別作了試驗(yàn),見圖4。試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示：分別表示NO2、NO4、NO5噴嘴在不同的氧氣壓力下,切口表面粗糙度Rz與切割速度Vc的函數(shù)關(guān)系。從圖中可以看出NO2小孔噴嘴在Pn為400Kpa（或4bar）時(shí)切割速度只能達(dá)到2.75m/min（碳鋼板厚為2mm）。NO4、NO5二種拉伐爾噴嘴在Pn為500Kpa到600Kpa時(shí)切割速度可達(dá)到3.5m/min和5.5m/min。應(yīng)指出的是切割壓力Pc還是工件與噴嘴距離的函數(shù)。由于斜激波在氣流的邊界多次反射,使切割壓力呈周

30、期性的變化。第一高切割壓力區(qū)緊鄰噴嘴出口,工件表面至噴嘴出口的距離約為0.51.5mm,切割壓力Pc大而穩(wěn)定,是目前工業(yè)生產(chǎn)中切割手扳常用的工藝參數(shù)。第二高切割壓力區(qū)約為噴嘴出口的33.5mm,切割壓力Pc也較大,同樣可以取得好的效果,并有利于保護(hù)透鏡,提高其使用壽命。曲線上的其他高切割壓力區(qū)由于距噴嘴出口太遠(yuǎn),與聚焦光束難以匹配而無法采用。綜上所述,CO2激光切割機(jī)技術(shù)正在我國工業(yè)生產(chǎn)中得到越來越多的應(yīng)用,國外正研究開發(fā)更高切割速度和更厚鋼板的切割技術(shù)與裝置。為了滿足工業(yè)生產(chǎn)對(duì)質(zhì)量和生產(chǎn)效率越來越高的要求,必須重視解決各種關(guān)鍵技術(shù)及執(zhí)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),以使這一新技術(shù)在我國獲得更廣泛的應(yīng)用。激光切割

31、技術(shù)激光切割技術(shù)廣泛應(yīng)用于金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時(shí)間，降低加工成本，提高工件質(zhì)量。 激光切割技術(shù)有兩種： 一種是脈沖激光適用于金屬材料。第二種是連續(xù)激光適用于非金屬材料，后者是激光切割技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域?，F(xiàn)代的激光成了人們所幻想追求的“削鐵如泥”的“寶劍”。折疊激光切割技術(shù)是用聚焦鏡將CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,同時(shí)用與激光束同軸的壓縮氣體吹走被熔化的材料,并使激光束與材料沿一定軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng),從而形成一定形狀的切縫。從二十世紀(jì)七十年代以來隨著CO2激光器及數(shù)控技術(shù)的不斷完善和發(fā)展,目前已成為工業(yè)上板材切割的一種先進(jìn)的加工方法。在五、六十年代作為板材下料切割的主要方

32、法中：對(duì)于中厚板采用氧乙炔火焰切割；對(duì)于薄板采用剪床下料,成形復(fù)雜零件大批量的采用沖壓,單件的采用振動(dòng)剪。七十年代后,為了改善和提高火焰切割的切口質(zhì)量,又推廣了氧乙烷精密火焰切割和等離子切割。為了減少大型沖壓模具的制造周期,又發(fā)展了數(shù)控步?jīng)_與電加工技術(shù)。各種切割下料方法都有其有缺點(diǎn),在工業(yè)生產(chǎn)中有一定的適用范圍。激光切割機(jī)的研發(fā)與應(yīng)用無疑是對(duì)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重大提高和創(chuàng)新突破。目前有很多大型激光切割機(jī)廠家在研發(fā)和投入使用中做的都非常出色，例如：武漢高能激光、深圳大族激光、深圳民升激光、武漢華工激光。5.作用分析激光切割機(jī)的誕生給了我們工業(yè)的發(fā)展得到空前的提升，假如沒有激光切割機(jī)，我們生活中很多復(fù)

33、雜的時(shí)尚產(chǎn)品將會(huì)怎么樣？我們國民經(jīng)濟(jì)又會(huì)怎么樣？一切無法想象！既然激光切割機(jī)給我們經(jīng)濟(jì)、生活帶來如此大的作用，關(guān)于激光切割機(jī)各個(gè)部分的重要作用，就是因?yàn)橛幸韵碌淖饔貌拍芡瓿赡歉呖萍嫉漠a(chǎn)物。1)機(jī)床主機(jī)部分：激光切割機(jī)機(jī)床部分，實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸的運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部分，包括切割工作平臺(tái)。用于安放被切割工件，并能按照控制程序正確而精準(zhǔn)的進(jìn)行移動(dòng)，通常由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。2)激光發(fā)生器：產(chǎn)生激光光源的裝置。3)外光路：折射反射鏡，用于將激光導(dǎo)向所需要的方向。為使光束通路不發(fā)生故障，所有反射鏡都要保護(hù)罩加以保護(hù)，并通入潔凈的正壓保護(hù)氣體以保護(hù)鏡片不受污染。4)數(shù)控系統(tǒng)：控制機(jī)床實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也控制激

34、光器的輸出功率。5)穩(wěn)壓電源：連接在激光器，數(shù)控機(jī)床與電力供應(yīng)系統(tǒng)之間。主要起防止外電網(wǎng)干擾的作用。6)切割頭：主要包括腔體、聚焦透鏡座、聚焦鏡、電容式傳感器和輔助氣體噴嘴等零件。切割頭驅(qū)動(dòng)裝置用于按照程序驅(qū)動(dòng)切割頭沿Z軸方向運(yùn)動(dòng)，由伺服電機(jī)和絲桿或齒輪等傳動(dòng)件組成。7)操作臺(tái)：用于控制整個(gè)切割裝置的工作過程。8)冷水機(jī)組：用于冷卻激光發(fā)生器。激光器是利用電能轉(zhuǎn)換成光能的裝置，如CO2氣體激光器的轉(zhuǎn)換率一般為20%，剩余的能量就變換成熱量。冷卻水把多余的熱量帶走以保持激光發(fā)生器的正常工作。冷水機(jī)組還對(duì)機(jī)床外光路反射鏡和聚焦鏡進(jìn)行冷卻，以保證穩(wěn)定的光束傳輸質(zhì)量，并有效防止鏡片溫度過高而導(dǎo)致變形或

35、炸裂。9)氣瓶：包括激光切割機(jī)工作介質(zhì)氣瓶和輔助氣瓶，用于補(bǔ)充激光震蕩的工業(yè)氣體和供給切割頭用輔助氣體。10)空壓機(jī)、儲(chǔ)氣罐：提供和存儲(chǔ)壓縮空氣。11)空氣冷卻干燥機(jī)、過濾器：用于向激光發(fā)生器和光束通路供給潔凈的干燥空氣，以保持通路和反射鏡的正常工作。12)抽風(fēng)除塵機(jī)：抽出加工時(shí)產(chǎn)生的煙塵和粉塵，并進(jìn)行過濾處理，使廢氣排放符合環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。13)排渣機(jī)：排除加工時(shí)產(chǎn)生的邊角余料和廢料等。總和以上的分析，激光切割機(jī)的作用給社會(huì)的發(fā)展帶來無可估量的財(cái)富，解決我們?nèi)粘Ｉ钪械木?、?xì)、美苛刻的要求，帶我們帶來無限的創(chuàng)意產(chǎn)物。四、3D打印機(jī)知識(shí)1.簡介 三維打?。?D printin

36、g），即快速成形技術(shù)的一種，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。過去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。特別是一些高價(jià)值應(yīng)用（比如髖關(guān)節(jié)或牙齒，或一些飛機(jī)零部件）已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件?！叭S打印”意味著這項(xiàng)技術(shù)的普及。三維打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來實(shí)現(xiàn)。這種打印機(jī)的產(chǎn)量以及銷量在二十一世紀(jì)以來就已經(jīng)得到了極大的增長，其價(jià)格也正逐年下降。2.技術(shù)原理3D打印機(jī)又稱三維打印機(jī)，是一種累積制造技術(shù)，即快速成形技術(shù)的一種機(jī)器，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用特殊蠟材、粉末狀金屬

37、或塑料等可粘合材料，通過打印一層層的粘合材料來制造三維的物體?，F(xiàn)階段三維打印機(jī)被用來制造產(chǎn)品。逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印機(jī)堆疊薄層的形式有多種多樣。3D打印機(jī)與傳統(tǒng)打印機(jī)最大的區(qū)別在于它使用的"墨水"是實(shí)實(shí)在在的原材料，堆疊薄層的形式有多種多樣，可用于打印的介質(zhì)種類多樣，從繁多的塑料到金屬、陶瓷以及橡膠類物質(zhì)。有些打印機(jī)還能結(jié)合不同介質(zhì)，令打印出來的物體一頭堅(jiān)硬而另 一頭柔軟。3.主要特點(diǎn)3D打印帶來了世界性制造業(yè)革命，以前是部件設(shè)計(jì)完全依賴于生產(chǎn)工藝能否實(shí)現(xiàn)，而3D打印機(jī)的出現(xiàn)，將會(huì)顛覆這一生產(chǎn)思路，這使得企業(yè)在生產(chǎn)部件的時(shí)候不再考慮生產(chǎn)工藝問題，任何復(fù)雜形

38、狀的設(shè)計(jì)均可以通過3D打印機(jī)來實(shí)現(xiàn)。3D打印無需機(jī)械加工或模具，就能直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的物體， 從而極大地所縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)率。盡管仍有待完善，但3D打印技術(shù)市場潛力巨大，勢必成為未來制造業(yè)的眾多突破技術(shù)之一。3D打印使得人們可以在一些電子產(chǎn)品商店購買到這類打印機(jī)，工廠也在進(jìn)行直接銷售?？茖W(xué)家們表示，三維打印機(jī)的使用范圍還很有限，不過在未來的某一天人們一定可以通過3D打印機(jī)打印出更實(shí)用的物品。工作步驟：折疊軟件建模3D打印機(jī)工作步驟是這樣的:先通過計(jì)算機(jī)建模軟件建模，如果你有現(xiàn)成的模型也可以，比如動(dòng)物模型、人物、 3d打印機(jī)實(shí)際過程或者微縮建筑等等。然

39、后通過SD卡或者USB優(yōu)盤把它拷貝到3D打印機(jī)中，進(jìn)行打印設(shè)置后，打印機(jī)就可以把它們打印出來，其工作結(jié)構(gòu)分解圖如下。3D打印機(jī)的工作原理和傳統(tǒng)打印機(jī)基本一樣，都是由控制組件、機(jī)械組件、打印頭、耗材和介質(zhì)等架構(gòu)組成的，打印原理是一樣的。3D打印機(jī)主要是在打印前在電腦上設(shè)計(jì)了一個(gè)完整的三維立體模型，然后再進(jìn)行打印輸出。3D打印與激光成型技術(shù)一樣，采用了分層加工、疊加成型來完成3D實(shí)體打印。每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會(huì)迅速固化黏結(jié)，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，

40、實(shí)體模型將會(huì)被"打印"成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可"刨"出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。折疊三維設(shè)計(jì)三維打印的設(shè)計(jì)過程是:先通過計(jì)算機(jī)建模軟件建模，再將建成的三維模型"分區(qū)"成逐層的截面，即 切片，從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。設(shè)計(jì)軟件和打印機(jī)之間協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)文件格式是STL文件格式。一個(gè)STL文件使用三角面來近似模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一種通過掃描產(chǎn)生的三維文件的掃描器，其生成的VRML或者WRL文件經(jīng)常被用作全彩打印的輸入文件。折疊打印過程打印機(jī)通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的

41、材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個(gè)實(shí)體。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。傳統(tǒng)的制造技術(shù)如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產(chǎn)品，而三維打印技術(shù)則可以以更快，更有彈性以及更低成本的辦法生產(chǎn)數(shù)量相對(duì)較少的產(chǎn)品。一個(gè)桌面尺寸的三維打印機(jī)就可以滿足設(shè)計(jì)者或概念開發(fā)小組制造模型的需要。4.應(yīng)用領(lǐng)域3d打印技術(shù)可用于珠寶，鞋類，工業(yè)設(shè)計(jì)，建筑，工程和施工(AEC)，汽車，航空航天，牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)，教育，地理信息系統(tǒng)，土木工程，和許多其他領(lǐng)域。常常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型或者用于一些產(chǎn)品的直接制造，意味著這項(xiàng)技術(shù)正在普及。通過3D打印

42、機(jī)也可以打印出食物，是3D打印機(jī)未來的發(fā)展方向。折疊航天科技GE中國研發(fā)中心的工程師們?nèi)栽诼耦^研究3D打印技術(shù)。就在這之前，他們剛剛用3D打印機(jī)成功"打印"出了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零部件。與傳統(tǒng)制造相比，這一技術(shù)將使該零件成本縮減30%、制造周期縮短40%。來不及慶祝這一喜人成果，他們就又匆匆踏上了新的征程。鮮為人知的是，他們已經(jīng)"秘密"研發(fā)3D打印技術(shù)十年之久了。3D打印技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，未來人們用它來造房子、造汽車，甚至更多東西也不無可能。2015年6月22日?qǐng)?bào)道，國營企業(yè)俄羅斯技術(shù)集團(tuán)公司以3D打印技術(shù)制造出一架無人機(jī)樣機(jī)，重3.8公斤，翼展2.4米，

43、飛行時(shí)速可達(dá)90至100公里，續(xù)航能力1至1.5小時(shí)。公司發(fā)言人弗拉基米爾·庫塔霍夫介紹，公司用兩個(gè)半月實(shí)現(xiàn)了從概念到原型機(jī)的飛躍，實(shí)際生產(chǎn)耗時(shí)僅為31小時(shí)，制造成本不到20萬盧布(約合3700美元)。折疊音樂行業(yè)打印音樂的3D打印機(jī)為了探索3D打印機(jī)更多的應(yīng)用，Rickard Dahlstrand使用Lulzbot 3D打印機(jī)創(chuàng)造出獨(dú)特的藝術(shù)。在2013斯德哥爾摩藝術(shù)黑客節(jié)上，Lulzbot 3D打印機(jī)不僅為參加的藝術(shù)家和黑客們打印出藝術(shù)節(jié)的LOGO，而且作為一個(gè)表演項(xiàng)目，它還一邊播放古典音樂一邊相應(yīng)地打印出可視化的音樂作品。Lulzbot 3D打印機(jī)打印可視化音樂的原理是:該步進(jìn)

44、電機(jī)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制可以以不同的速度運(yùn)行，聲音的音調(diào)決定速度，從而音樂控制了打印過程。三臺(tái)電機(jī)分別代表一個(gè)音軌，它們使用獨(dú)特的模式運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)馬達(dá)控制Z軸移動(dòng)。折疊醫(yī)療行業(yè)骨骼打印3D骨骼將來外科醫(yī)生們或許就將可以在手術(shù)中現(xiàn)場利用打印設(shè)備打印出各種尺寸的骨骼用于臨床使用。這種神奇的3D打印機(jī)已經(jīng)被制造出來了，而用于替代真實(shí)人體骨骼的打印材料則正在緊鑼密鼓地測試之中。在實(shí)驗(yàn)室測試中，這種骨骼替代打印材料已經(jīng)被證明可以支持人體骨骼細(xì)胞在其中生長，并且其有效性也已經(jīng)在老鼠和兔子身上得到了驗(yàn)證。未來數(shù)年內(nèi)，打印出的質(zhì)量更好的骨骼替代品或?qū)椭饪剖中g(shù)醫(yī)師進(jìn)行骨骼損傷的修復(fù)，用于牙醫(yī)診所，甚至幫助骨質(zhì)疏松癥

45、患者恢復(fù)健康。3D打印技術(shù)迅速興起，成為炙手可熱的新型產(chǎn)業(yè)，它可以打印的立體產(chǎn)品種類正迅速增加。為了打印骨 骼材料，博斯和她的同事們使用了一臺(tái)商業(yè)銷售的ProMetal 3D打印機(jī)進(jìn)行測試。這種3D打印機(jī)最初的設(shè)計(jì)目的是為了打印金屬件。它會(huì)逐層噴灑塑料膠粒在一層粉末基底之上并逐層成型。每一層的厚度僅相當(dāng)于人的頭發(fā)絲寬度的一半。這種骨骼支架的主要材料成分是磷酸鈣，其中還額外添加了硅和鋅以便增強(qiáng)其強(qiáng)度。當(dāng)它被植入人體內(nèi)之后可以暫時(shí)起到骨骼的支撐作用，并在此過程中幫助正常骨骼細(xì)胞生長發(fā)育并由此修復(fù)之前的損傷，隨后這種材料可以在人體內(nèi)自然溶解?？茖W(xué)家們花費(fèi)4年時(shí)間才找出這種材料的合適配方，其中涉及化學(xué)

46、，材料學(xué)，生物學(xué)和工藝科學(xué)的諸多學(xué)科。折疊文物行業(yè)美國德雷塞爾大學(xué)的研究人員通過對(duì)化石進(jìn)行3D掃描，利用3D打印技術(shù)做出了適合研究的3D模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同時(shí)還做了比例縮減，更適合研究。博物館里常常會(huì)用很多復(fù)雜的替代品來保護(hù)原始作品不受環(huán)境或意外事件的傷害，同時(shí)復(fù)制品也能將藝術(shù)或文物的影響傳遞給更多更遠(yuǎn)的人。史密森尼博物館就因?yàn)樵嫉耐旭R斯·杰弗遜像要放在弗吉尼亞州展覽，所以博物館用了一個(gè)巨大的3D打印替代品放在了原來雕塑的位置。折疊建筑領(lǐng)域3D打印建筑在建筑業(yè)里，工程師和設(shè)計(jì)師們已經(jīng)接受了用3D打印機(jī)打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環(huán)保，同時(shí)制作精美。完全

47、合乎設(shè)計(jì)者的要求，同時(shí)又能節(jié)省大量材料。折疊制造業(yè)制造業(yè)也需要很多3D打印產(chǎn)品，因?yàn)?D打印無論是在成本、速度和精確度上都要比傳統(tǒng)制造好很多。而3D打印技術(shù)本身非常適合大規(guī)模生產(chǎn)，所以制造業(yè)利用3D技術(shù)能帶來很多好處，甚至連質(zhì)量控制都不再是個(gè)問題。汽車打印2014年10 月10日，世界首款3D打印汽車終成現(xiàn)實(shí)，這輛由"本地汽車"公司打造的3D打印汽車只有兩個(gè)座位，名字叫"斯特拉迪"，它的制作周期為44個(gè)小時(shí)，并且最高時(shí)速可以達(dá)到80公里每小時(shí)。"斯特拉迪"全身是碳纖維及塑料，利用"3D打印技術(shù)"制造而成。據(jù)悉，全車

48、只使用了40個(gè)零件，且依靠電動(dòng)能源，充一次電花費(fèi)3.5小時(shí)，可以行駛大約100公里。折疊食品產(chǎn)業(yè)3D食物打印機(jī)Atomium2013年5月22日，NASA已選中總部位于得克薩斯州的系統(tǒng)和材料研究公司，向其投資12.5億美元，研發(fā)能為宇航員制造"營養(yǎng)可口"食品的3D打印機(jī)。3D食物打印機(jī)的概念設(shè)計(jì)方案中，打印機(jī)的"墨盒"-也就是裝載食物的部分使用壽命長達(dá)30年。這款產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)版本已經(jīng)可以成功"打印"巧克力，而比薩餅將是它未來幾周內(nèi)的下一個(gè)目標(biāo)。據(jù)透露，食物打印機(jī)制造比薩餅的步驟如下:首先，打印一層面餅，并在打印的同時(shí)烤好;然后機(jī)器會(huì)將使

49、用裝載番茄的"墨盒"和水、油混合，打印出番茄醬。最后將醬料和奶油打印在比薩餅的表面。折疊生活用品配件、飾品這是最廣闊的一個(gè)市場。在未來不管是你的個(gè)性筆筒，還是有你半身浮雕的手機(jī)外殼，抑或是你和愛人擁有的世界上獨(dú)一無二的戒指，都有可能是通過3D打印機(jī)打印出來的。甚至不用等到未來，就可以實(shí)現(xiàn)。美容護(hù)膚3D打印技術(shù)未來也可能會(huì)幫助愛美人士進(jìn)行整容，說不定未來最有效果的青春痘的治療方法就是通過3D打印技術(shù)來實(shí)現(xiàn)呢!不僅青春痘,包括祛斑、美白等領(lǐng)域都有希望使用到3D打印技術(shù)的!第二節(jié) 創(chuàng)客空間一、空間的基礎(chǔ)設(shè)施什么是創(chuàng)客空間？一個(gè)獨(dú)具創(chuàng)新的創(chuàng)客空間應(yīng)該由具備以下要素：開源、眾創(chuàng)、生長

50、。首先，是一個(gè)開源的空間：空間內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)營的設(shè)備、開展的項(xiàng)目都應(yīng)該是開源、開放且持續(xù)發(fā)展的；強(qiáng)調(diào)動(dòng)手和實(shí)踐，注重培養(yǎng)創(chuàng)意創(chuàng)新能力，提倡團(tuán)隊(duì)協(xié)作和分享；其所運(yùn)行的內(nèi)容和STEAM理論結(jié)合，并和現(xiàn)有的知識(shí)體系掛鉤，其目的是服務(wù)和補(bǔ)充現(xiàn)有教學(xué)體系，并為創(chuàng)新創(chuàng)造突破。此外，是一個(gè)眾創(chuàng)的空間：空間是由“創(chuàng)客”們運(yùn)營和管理的； 空間的設(shè)備和項(xiàng)目由管理者和成員共同提供、發(fā)起、開發(fā)和維護(hù)；當(dāng)空間的設(shè)備建設(shè)完成，尤其是開源設(shè)備建設(shè)完成后，其作品應(yīng)由創(chuàng)造者冠名，在每個(gè)設(shè)備應(yīng)由相應(yīng)的項(xiàng)目標(biāo)簽進(jìn)行說明，包含創(chuàng)造者信息、項(xiàng)目說明內(nèi)容、項(xiàng)目起始時(shí)間、下一步目標(biāo)、項(xiàng)目開源手冊(cè)和更新日志等等；并有相應(yīng)的二維碼指向項(xiàng)目網(wǎng)

51、頁為更多的人討論、分析、改進(jìn)。最后，是一個(gè)生長的空間：這個(gè)空間的內(nèi)容是在美科產(chǎn)品美科創(chuàng)新方法論指導(dǎo)下開展科普教育、創(chuàng)新實(shí)踐、創(chuàng)新創(chuàng)造教育的；創(chuàng)新的理論指導(dǎo)和實(shí)踐創(chuàng)造創(chuàng)新相結(jié)合，設(shè)備、項(xiàng)目和方法得以不斷迭代和生長。創(chuàng)客空間是圍繞實(shí)踐和創(chuàng)新創(chuàng)意，與國家創(chuàng)新教育改革的目標(biāo)一致的。創(chuàng)客空間是開放開源、便于組建、利于成長、可以復(fù)制和推廣的。創(chuàng)客空間的組織和實(shí)施要有吸引力和延續(xù)性。，并不斷的推廣創(chuàng)客空間的理念、思想、內(nèi)容，吸引和鼓勵(lì)青少年投入科技創(chuàng)造、創(chuàng)新活動(dòng)，推動(dòng)全民創(chuàng)造、創(chuàng)新。創(chuàng)客空間生態(tài)體系一個(gè)創(chuàng)客空間必須具備“開源”“眾創(chuàng)”“生長”三個(gè)要素，在具體構(gòu)建層面，創(chuàng)客空間是由三個(gè)相輔相成的部分組成，分別

52、為：“人”、“物”、“事”。三個(gè)部分相互吸引、造就和推動(dòng)生長的創(chuàng)客空間?！叭恕薄叭恕笔巧L空間的主體：包括空間的管理者、空間所服務(wù)的的公眾群體和社會(huì)第三方的關(guān)注者。在這一人群中，以空間會(huì)員和受眾為主體，即在校高中學(xué)生、初中學(xué)生、小學(xué)生等；以及社會(huì)創(chuàng)客、DIY愛好者、以及空間周邊的社區(qū)群眾，還有第三方內(nèi)容志愿者，義務(wù)支持人員；所有的會(huì)員以實(shí)名制的方式參與到空間的運(yùn)營和活動(dòng)的展開，空間的作品和項(xiàng)目也以實(shí)名制的方式進(jìn)行，并在顯著的位置標(biāo)識(shí)冠名的作品，從而激發(fā)參與者的熱情和成就感，增加社區(qū)的黏度和深度。社區(qū)的運(yùn)營人員，其本身也是創(chuàng)客團(tuán)體的一部分，需要不斷的自我管理和培訓(xùn)，積極的開發(fā)相關(guān)的技術(shù)，并指導(dǎo)和

53、幫助空間會(huì)員組織、建設(shè)、維護(hù)和管理空間的開源設(shè)備和項(xiàng)目。以空間的工作人員和老師為主體，美科科技提供技術(shù)、內(nèi)容、方案支持工作?！拔铩薄拔铩笔莿?chuàng)客空間生長的載體：包括空間的技術(shù)平臺(tái)、空間基礎(chǔ)設(shè)施、功能設(shè)備和各種材料物件載體。創(chuàng)客空間最為突出的一點(diǎn)是所有創(chuàng)客空間中的所有設(shè)備既能發(fā)揮相應(yīng)的功能作用，其本身又可以成為空間開展教學(xué)的載體，內(nèi)容都是開源、眾創(chuàng)和可生長的。這是因?yàn)榻^大部分的設(shè)備都可基于現(xiàn)有的美科產(chǎn)品開源硬件構(gòu)建的技術(shù)和物聯(lián)體系構(gòu)建，項(xiàng)目的內(nèi)容和執(zhí)行過程的全部透明化，通過社交網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行推廣和交流?？臻g內(nèi)容形式也具備多元化的特征：包括在線教程、視頻微課、紙質(zhì)教材等。創(chuàng)客空間強(qiáng)調(diào)模塊化的構(gòu)建空間的基礎(chǔ)

54、設(shè)施，公共活動(dòng)空間、加工設(shè)備區(qū)、知識(shí)分享區(qū)、項(xiàng)目執(zhí)行區(qū)域各自成為一個(gè)獨(dú)立的單元，可以靈活的拆分、組建和系統(tǒng)集成?！笆隆薄笆隆笔莿?chuàng)客運(yùn)營的關(guān)鍵，是空間生長的能量：包括定期舉辦的培訓(xùn)課程、分享會(huì)、工作坊和其他學(xué)習(xí)的社交活動(dòng)；貫穿其中的是美科創(chuàng)新方法論課程，針對(duì)“人”進(jìn)行培養(yǎng)培訓(xùn)；針對(duì)“物”進(jìn)行建設(shè)和開發(fā)。面向空間內(nèi)的教師和運(yùn)營管理人員，需要用美科創(chuàng)新方法論進(jìn)行武裝培訓(xùn)，教育和引導(dǎo)同學(xué)們參與項(xiàng)目實(shí)踐、激發(fā)創(chuàng)新靈感、培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，進(jìn)而有能力提出自有的項(xiàng)目提案，制定項(xiàng)目計(jì)劃，組建項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，完成項(xiàng)目目標(biāo)，分享項(xiàng)目內(nèi)容等。具體內(nèi)容包括美科創(chuàng)新課程；開源硬件技術(shù)培訓(xùn)；案例、應(yīng)用、圖形化編程；3D打印技術(shù)原

55、理、技術(shù)、應(yīng)用的培訓(xùn)；機(jī)械加工原理、技術(shù)、實(shí)踐的培訓(xùn)；和其他基礎(chǔ)應(yīng)用技術(shù)培訓(xùn)；還有關(guān)于空間培訓(xùn)教材的編寫活動(dòng)、與創(chuàng)客組織交流合作等。面向?qū)W生和創(chuàng)客受眾的活動(dòng)主題應(yīng)該難度適中、有樂趣和延伸性；活動(dòng)應(yīng)該強(qiáng)調(diào)動(dòng)手能力；注重創(chuàng)造和分享；并與學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)結(jié)合并綜合實(shí)施、寓教于樂；要求社區(qū)項(xiàng)目組織開展開發(fā)過程是開源開放的，并結(jié)合社區(qū)共同推進(jìn)和完成；項(xiàng)目成功完成后會(huì)設(shè)置相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)、獎(jiǎng)賞，以激發(fā)學(xué)生的自主性和參與的熱情。作為發(fā)展中的理念，創(chuàng)客建設(shè)理論的提出，是對(duì)“創(chuàng)客空間”的一次實(shí)踐探索，是落實(shí)國務(wù)院會(huì)議關(guān)于打造良好創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)環(huán)境的具體步驟，有利于在“創(chuàng)客空間”內(nèi)健全創(chuàng)業(yè)輔導(dǎo)指導(dǎo)制度，培育創(chuàng)客文化，讓創(chuàng)業(yè)

56、創(chuàng)新蔚然成風(fēng)，成為科技文化領(lǐng)域的最新焦點(diǎn)。學(xué)習(xí)者可以在“群體創(chuàng)新空間”中，醞釀與興趣、與創(chuàng)新、與未來有關(guān)的實(shí)驗(yàn)，完成從學(xué)習(xí)者向創(chuàng)新者、分享者的角色轉(zhuǎn)變，尤其有利于培育包括大學(xué)生在內(nèi)的各類青年創(chuàng)新人才和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。一個(gè)完美的可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)客空間，包括合理的空間布局和基礎(chǔ)設(shè)施、專業(yè)和開源的設(shè)備載體、鼓勵(lì)創(chuàng)新的課程體系、有分享和協(xié)作精神的團(tuán)隊(duì)成員、豐富的項(xiàng)目、專業(yè)素質(zhì)的導(dǎo)師、專業(yè)負(fù)責(zé)任的管理者等。而貫穿其中的“人”、“事”、“物”三個(gè)元素不斷的相互促進(jìn)和化學(xué)反應(yīng)哺育創(chuàng)客不斷的健康成長。二、技術(shù)平臺(tái)構(gòu)建創(chuàng)客空間的基礎(chǔ)技術(shù)平臺(tái)-即物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是"信息化&qu

57、ot;時(shí)代的重要發(fā)展階段。其英文名稱是:"Internet of things(IoT)"。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。這有兩層意思:其一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò);其二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信，也就是物物相息。物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識(shí)別技術(shù)與普適計(jì)算等通信感知技術(shù)，廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的融合中，也因此被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用拓展，與其說物聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)，不如說物聯(lián)網(wǎng)是業(yè)務(wù)和應(yīng)用。因此，應(yīng)用創(chuàng)新是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心，以用戶體驗(yàn)為核心的創(chuàng)新2.0是物

58、聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的靈魂?；铧c(diǎn)定義:利用局部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)把傳感器、控制器、機(jī)器、人員和物等通過新的方式聯(lián)在一起，形成人與物、物與物相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息化、遠(yuǎn)程管理控制和智能化的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，它包括互聯(lián)網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)上所有的資源，兼容互聯(lián)網(wǎng)所有的應(yīng)用，但物聯(lián)網(wǎng)中所有的元素(所有的設(shè)備、資源及通信等)都是個(gè)性化和私有化。物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)也需要是開源、開放的，以便于更多的人基于已有的基礎(chǔ)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)和項(xiàng)目開發(fā)；并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建物聯(lián)體系、社交化的社區(qū)等?；A(chǔ)技術(shù)平臺(tái)還需要多元化的接入手段，如：網(wǎng)站訪問、APP訪問、微信接入、Wiki內(nèi)容、QQ互動(dòng)、微博互動(dòng)，從而使空間本身劇本多元性、開放性和自我生長的潛力。三、功能設(shè)備構(gòu)建創(chuàng)客空間的功能設(shè)備包括：模塊化的電子設(shè)備（美科產(chǎn)品、MicroWrt, MicroPi，Arduino, 樹莓派，其他第三方硬件）；模塊化的機(jī)械設(shè)備（MakeBlock、德國慧魚）；商用和開源的3D打印設(shè)備（FDM：開源，磐紋，MakerBot，太爾時(shí)代；光固化：材質(zhì)：塑料材質(zhì)、金屬材質(zhì)、生物、食品）3D加工設(shè)備（激光切割設(shè)備，CNC數(shù)控機(jī)床）；以及針對(duì)手工技藝實(shí)踐的材質(zhì)（折紙、紙板，粘土、陶瓷，木頭、木器）和相關(guān)的物理、化學(xué)實(shí)踐設(shè)備。創(chuàng)客空間的建設(shè)方案和理念始終貫穿了“開源”“眾創(chuàng)”“生長”的要素?？傮w而言，創(chuàng)客空間的建設(shè)方案具備四大特點(diǎn)優(yōu)勢。開源的可生長的設(shè)