STEAM教育之3D打印 論文

STEAM教育之3D打印

【摘要】STEAM代表科學（Science）、技術(Technology）、工程（Engineering）、

藝術（Art）與數(shù)學（Mathematics）。STEAM教育就是科學、技術、工程、藝術與數(shù)學的教育。在國家實力的比較中，獲得STEAM學位的人數(shù)已經(jīng)成為一個重要

的衡量指標。STEAM教育鼓勵學生主修科學、技術、工程和數(shù)學領域的計劃，并不斷加大科學、技術、工程、藝術和數(shù)學教育的投入，培養(yǎng)學生的科技理工素養(yǎng)。

3D打印（3DPrinting），即快速成型技術的一種，其實質(zhì)是增材制造技術，

被譽為是第三次工業(yè)革命的重要標志之一。近年來，國內(nèi)外3D打印技術蓬勃發(fā)展，在多個方面有著廣泛地應用。本文通過介紹3D打印技術的概念及原理，回

顧了3D打印技術的發(fā)展歷史，闡述了國內(nèi)外3D打印技術及產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，介紹了3D打印技術最新的技術，并結(jié)合相關數(shù)據(jù)，對3D打印的發(fā)展趨勢有一定預見性的

分析?！娟P鍵詞】3D打?。籄BC3D模型；快速成型；3D打印學校課程實施；日常

維護、安全制度；發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景；一、引言

2017年，我校在各級領導的大力支持下,申報了STEAM實驗校。作為引領教

育前沿科技教育,我校的STEAM教育已成為學校課程新的亮點。通過三年來的探索，學校科技發(fā)明教育構(gòu)建了了一套獨具特色的教學體系，填補了我?？萍冀逃?/p>

沒有完整教學體系的空白，即依托一種理念“創(chuàng)新是人才培養(yǎng)之靈魂”，構(gòu)建了三級目標設置?！叭壞繕嗽O置”，就是根據(jù)低、中、高年級學生特點，設定不同

的教育目標，選擇符合各段學生年齡特點、知識結(jié)構(gòu)、生活體驗儲備的教學內(nèi)容，分段施教，由易到難，由低到高，螺旋上升。由“思維轉(zhuǎn)變”到“學習創(chuàng)新方法”，

再到“使用創(chuàng)新方法”，最后形成“創(chuàng)意和創(chuàng)新成果”。作為STEAM實驗校，我們率先成立了STEAM社團。并以此為軸心，開設了多

個信息技術興趣小組活動，以發(fā)展學生的個性特長。我們社團的核心目標是體驗、創(chuàng)新與創(chuàng)造，激發(fā)學生的創(chuàng)新力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力，正好和流行的“STEAM”

理念不謀而合，于是我們想到了“STEAM教育”。我們齊心協(xié)力開始了STEAM教育之夢，希望學生都能成為會創(chuàng)造的小能手。

二、3D打印技術簡介3D打印技術是增材制造技術的一種，近幾年該技術發(fā)展迅猛，潛力巨大，

是當前最熱門的新興技術之一。3D打印機根據(jù)三維CAD模型將塑料、金屬粉末或固體無機物粉末等可黏合材料通過不同類型的噴頭，逐層堆積在工作臺上并最

終形成目標零件。簡單的講，3D打印制造技術就是快速制造新產(chǎn)品首版樣件的技術，它可以在沒有任何刀具、模具及工裝夾具的情況下，快速直接的實現(xiàn)零件

的單件生產(chǎn)。該技術突破了制造業(yè)的傳統(tǒng)模式，特別適合于新產(chǎn)品的開發(fā)、單件或少批量產(chǎn)品試制等。它是機械工程、計算機CAD、電子技術、數(shù)控技術、激光

技術、材料科學等多學科相互滲透與交叉的產(chǎn)物。它可快速，準確地將設計思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛄慵?，以便進行快速評估，修改及功能測試，從而

大大縮短產(chǎn)品的研制周期，減少開發(fā)費用，加快新產(chǎn)品推向市場的進程。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。在生物工程與醫(yī)學、建筑、服

裝等領域，3D打印技術的引入也為創(chuàng)新開拓了廣闊的空間。三、3D打印技術原理

3D打印技術是一種逐層制造技術，它采用離散/堆積成型原理，其過程是：

先得到所需零件的計算機三維曲面或?qū)嶓w模型；然后根據(jù)工藝要求，將其按一定厚度進行分層，將原來的三維模型變成二維平面信息，即離散過程；再將分層后

的數(shù)據(jù)進行一定的處理，加入加工參數(shù)，產(chǎn)生數(shù)控代碼；在微機控制下，數(shù)控系統(tǒng)以平面加工方式，有序地連續(xù)加工出每個薄層，并使它們自動粘接而成型，從

而制造出所需產(chǎn)品的實物樣件或成品，這就是材料的堆積過程。各種3D打印技術的過程都包括CAD模型建立、生成STL文件格式、3D打印制作、模型分層切

片和后置處理五個步驟。3D打印技術需要依托多個學科領域的尖端技術，主要包括以下方面：信息技術，即要有先進的設計軟件及數(shù)字化工具，輔助設計人員

制作出產(chǎn)品的三維數(shù)字模型，并根據(jù)模型自動分析出打印的工序，自動控制打印器材的走向；精密機械，即3D打印技術以“每層的疊加”為加工方式，產(chǎn)品的

生產(chǎn)要求高精度，必須對打印設備的精準程度、穩(wěn)定性有較高的要求；材料科學，即用于3D打印的原材料較為特殊，必須能夠液化、粉末化、絲化，在打印完成

后又能重新結(jié)合起來，并具有合格的物理、化學性質(zhì)。四、學校3D打印技術課程實施

STEAM教育于我們的教師和學生是一個新的高度，新的挑戰(zhàn)。然而，我們本著“做中學，學中做”的精神，在實踐中解決問題，在實踐中探索路徑。

1.3D打印教室軟硬件配備

電腦安裝ABC3D建模軟件；通過開放靈活的空間設計，桌椅的擺放，墻面的布置與各類創(chuàng)新實驗室軟硬件設備小搭配結(jié)合，讓學習空間更具可調(diào)試性，為學

生提供培養(yǎng)技術能力，創(chuàng)新能力和創(chuàng)新實踐的物質(zhì)空間。圖

1

3D

打印機（比賽專用）

圖

2

3D

打印機（教學）圖

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紅綠燈、光控小屋套件

圖

4

配套設施圖

5

3D

打印機耗材

圖

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作品展示架

2.人員配置

（1）3D打印授課教師能夠使用3D建模軟件進行3D建模，熟悉主流3D打

印成型工藝原理，具備3D打印機的日常使用和維護技能；熟悉3D掃描技術，能夠使用3D掃描儀。

（（2）教學對象小學學生三年級以上。

3）授課老師課前準備。五、3D打印教室管理

.負責STEAM教室內(nèi)軟硬件設備的管理維護和應急處理,保障課堂教學正常進行和教室設備的正常工作。

.每天放學前對STEAM教室例行檢查保證所有設備斷電，拉上窗簾，關閉門窗，保證避免見光材料的使用壽命。

.管理員須愛護室內(nèi)的計算機及其他設備，為保證系統(tǒng)正常運作，應每天查123看使用記錄，發(fā)現(xiàn)故障及時維修。提醒上課教師做好課前、課后對計算機及其他

設備的檢查，并做好使用登記，提高設備的完好率。六、3D打印機日常維護

1.對創(chuàng)客實驗室的打印機進行編號統(tǒng)一管理，建立管理制度；23.3D打印機設備需放置在平穩(wěn)處，切勿摔碰以免影響內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；

.設備的上蓋與前蓋容易劃傷，使用時請小心，注意輕拿輕放，不要有劃痕，影響美觀；

45678.該設備內(nèi)部裝置精密，在非專業(yè)人員指導下，請勿拆卸；

.設備后面電源插孔和串口插孔，注意防水；.平時使用顯示屏時，請不要大力擠壓，否則易使得顯示屏下陷；

.在經(jīng)常插拔SD卡時，請注意方式以免損壞設備；.打印機使用一段時間或長時間不使用之后，請在導軌上涂抹潤滑油，使設

備保持良好的工作狀態(tài)；91.在打印的過程中及加熱中請不要觸碰加熱平臺與噴頭，以免燙傷；

0.在取打印后的模型時，請小心輕拿，以免造成平臺不穩(wěn)。七、3D打印教室安全制度

123.按照誰使用誰負責的原則,實行防火安全責任制；

.STEAM教室禁止吸煙、使用明火和違規(guī)用電、保存易燃、易爆物品；.要經(jīng)常檢查防火和用電安全情況,發(fā)現(xiàn)不安全隱患及時采取措施予以消

除；4.遇有雷雨天氣,管理人員務必要關閉一切設備的電源,拔掉電源插座,以確

保人員及設備的安全；5.管理員每天下班前，最后離開STEAM教室時一定要關燈、關電、拉上窗簾、

最后關好門窗，切實做好防火、防盜工作；6.凡持有STEAM教室鑰匙者,必須鑰匙切實保管好,不得隨意亂放或借給無

關人員。如發(fā)現(xiàn)丟失,應立即報告,并采取防范措施。八、總結(jié)

從長遠點的角度來看，3D打印技術極有可能成為未來制造業(yè)的發(fā)展方向，并且促進了傳統(tǒng)工業(yè)的變革，發(fā)展?jié)摿薮?。未來?D打印技術的發(fā)展將體現(xiàn)

出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢。隨著3D打印技術的日趨成熟和