D打印技术专业实训室建设方案.docx
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3D打印技术专业实训室建设方案
1.项目背景
1.13D打印概述
3D打印,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。
3D打印技术出现在20世纪90年代中期,实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。
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。
3D打印产业目前在高速的发展中,技术日益成熟,特别是在消费级3D打印领域,已经逐渐用于一些产品的直接制造。
伴随着科技的发展和进步,可预见的未来的十年,3D打印将会给全球的制造业领域带来极大的颠覆。
而生活智能化科技化的发展趋势也将带动制造业数字化的发展,3D打印科技在推动制造业数字化的发展中起到了至关重要的作用,为此2015年2月12日国家工信部、发改委、财政部共同颁布《国家增材制造产业发展推广计划(2015-2016)》(见附件一),全力督促发展国内增材制(3D打印)产业,目的是为抢抓新一轮科技革命和产业变革的重大机遇,落实国务院关于发展战略性新兴产业的决策部署。
1.23D打印实训室建设意义和价值
3D打印机技术被称之为”第三次工业革命”,其最大的魅力在于为创意设计提供了无限的可能性。
将3D打印技术引入中学课程,有助于学生综合素质能力的提高和发展。
1、教育目标
科技前沿——学习、认识前沿的先进制造技术、逆向工程技术等
特色教育——通过与传统课程结合,激发学习乐趣
综合发展——学习设计建模和3D打印机的使用技能
学以致用——创新设计、团队合作、参加竞赛
2、3D打印或将颠覆传统教育方式
一些在传统教育中表现不好的学生,主要是因为所学的课程理论性太强,没有兴趣,死记抽象概念让学生通过了考试,但考试过后就很快忘记了,3D打印机可以让枯燥的课程变得生动起来,它是一种同时拥有视觉和触觉的学习方式,具有很强的诱惑力,在触觉学习中,学生不是在黑板或显示器上简单地看文字或图形,而是通过他们的触觉抓住核心概念的三维模型,这样能够吸收和消化知识,使学生不再遗忘所学的课程。
英国著名教师戴夫怀特曾经说过:
如果你能抓住学生的想象力,你就能抓住他们的注意力。
中国的传统教育是应试教育,没有开设培养学生 “创新精神和创造力”的课程,纯粹的理论学习使学生的大脑僵化,学校应开设集设计和3D 打印于一体的“边学边做 ”的课程,把数学,物理课中的许多抽象概念通过让学生动手设计一些由3D 打印组件组成的小电路和小装置,变成有趣的课程, 3D打印机将激发新一代学生投身科学,数学,工程和设计的热情,造就一批学生工程师。
美国政府已经以实际行动给出了答案。
在美国,几乎所有的大中小学已经开设了3D打印的课程,通过对青少年进行3D打印创新意识、技术手段的培养,3D打印成为“美国智造”的有力手段,成为中美制造业竞争的重要砝码。
1.33D打印创新实训室的主旨规划
本实训室软件套件旨在培养学生的艺术素养(欣赏及制作)、计算机新技术的接触及应用(设计软件、三维打印机实操)、提供实训室架构、师资培养、课程设计、软硬件更新及其它配套服务。
3D打印课程培养的是学生的学术思维及能力,通过对青少年进行3D打印创新意识、技术手段的培养,大大拓宽学生的学习视野。
很多学生可以利用3D打印结合自己的创新思维,设计出更好的作品。
利用讲解案例过程嵌入理论知识的教学方法,让学生先动手操作然后认知3D打印的概念,这样更能深刻感受新科技的魅力。
由教师带领学生去做一个个案例,在此基础上再由学生自由发挥,利用所学软件技术去表达自己的创意及想法。
2.3D打印创新实训室
2.13D打印流程
2.2场地规划及配置
一、教室配置
1.使用面积:
80㎡-100㎡以上
2.实训室位置:
实验教室应保证最佳建筑朝向,室内避免直射阳光,主要采光面应位于学生座位的左侧。
3.环保:
教室内部装饰应选用环保型材料,室内环境噪声应低于55分贝,金属制品和木制品制作实训室可高于此标准。
新建、改建、扩建实训室及附属用房时,甲醛、苯、氡等有害气体和放射性污染应符合相关标准中的限量值。
对于在学生活动中可能产生较多垃圾的实训室,要配置足够的垃圾桶,垃圾应分类收集。
4.温度:
室内温度应在4℃至30℃之间。
室内可安装空调,温度宜控制在16℃~28℃。
3D打印实训室应保持室内温度恒温。
5.供电:
用电负荷应留有余地,以满足不断增加的现代化教学设备的需要;按规范敷设强、弱电线,空调专线敷设,安装漏电过载保护器和可靠的接地保护。
6.综合布线:
按有关技术规范敷设强、弱电线。
强电电源插座与照明用电应分路设计、分别控制,用电负荷应留有余量,并安装漏电、过载和触电保护器,有可靠的接地保护措施。
弱电应考虑冗余,在合适位置配备足够的网络信息接口。
7.安全:
实训室应配备有效的防火、防盗、防潮等设施设备。
应加强对工具、仪器和设备等的安全管理,加强对师生的安全教育,增强安全意识,确保师生人身安全。
二、实训室人员配置
1、工作室专业3D打印工程师:
能够使用3D建模软件进行3D建模;熟悉主流3D打印成型工艺原理;具备3D打印机的日常使用和维护技能,并获得相关行业公司的技能培训证书;熟悉3D扫描技术,能够使用3D扫描仪。
2、优秀科技老师:
能够使用3D建模软件进行3D建模;熟悉各类3D打印成型工艺原理;具备FDM桌面3D打印机的日常使用和维护技能,并获得相关行业公司的技能培训证书。
三、实训室区域划分
1、教学区:
主要进行日常教学与实践活动
2、陈列区:
主要展示工作室作品
3、科普区:
主要以墙面展板为主
2.3方案配置
项目方案
设备名称
型号
数量
单位
备注
3D打印机部分
三维扫描仪
CPC-400
10
台
三维数据采集
三维打印机
InspireD255
10
台
双喷头
打印耗材
ABS
20
公斤
电脑
主流机型和配置
10
台
学校可自备
设计软件部分
软件
ModelWizard
实训室参考图
2.4主要设备性能及参数
2.4.1三维扫描仪
一、产品简介
3DCaMega光学三维扫描系统便携式CPC双目三维扫描仪基于结构光双目视觉原理,由两台数字相机,结构光投影仪及中央控制电路“光机电”高度融合而成。
系统将多组光栅条纹投影到物体表面;两台数字相机从不同角度同时拍摄物体表面条纹图案,并将条纹图像输入计算机;计算机根据相位法和三角法等解析条纹曲率变化,精确计算出每个像素对应物体表面的空间坐标(X、Y、Z),获得物体形面三维点云数据(PointCloud)。
二、产品优势
★ “光机电”高度融合设计,结构紧凑轻巧,便于携带,使用方便,机体重量小于3kg。
★ 采用国际先进的LED蓝光光源,有效降低对被测物体表面漫反射性及环境光的要求;LED光源安 全功耗低,减少光源造成的热变形,保证系统稳定可靠,光源寿命长达十万小时。
★ 高精密镜头组(一个投影镜头,二个相机镜头)方便更换,实现大,中,小物件及精细物件的扫描。
系统最多可选配五组十五个高精密镜头,可实现扫描视场,扫描精度和分辨率的针对性最佳使用。
★ 配备镜头组对应的系统标定校正板,对系统进行精度标定,确保测量精度;标定过程方便快捷。
★ 具有点云数据自动拼接功能;即可采用标示点进行全自动的拼接,也可依据物体表面轮廓特 征,支持手动拼合;还可选配精密数控转台进行精密自动扫描拼接。
★ 配备CloudForm后数据处理软件,实现精确数据拼接、坐标系转换、点云数据光顺过滤,生成 网格模型数据等功能。
★ 满足用户对不同格式文件的需求,能输出为ASCII、IGS、STL、OBJ、WRL等格式数据,为Catia、3dsMax、UG、ProEImageware、Polyworks、Geomagic 等通用三维设计软件提供数据接口。
三、技术参数
名称
规格参数
三维扫描仪
1.主要技术参数
1.1技术原理:
单工业相机白光光栅扫描技术,非双工业相机白光光栅扫描技术;
1.2光栅类别:
独立式数码光栅,非普通投影仪;
1.3无需维护低损耗的LED光源技术;
1.4工业相机分辨率:
≥130万像素;
1.5最快单幅扫描速度:
≤3秒;
1.6最小点云间距:
≤0.06mm;
1.7单幅精度:
≤0.015mm(400测量范围);
1.8一体化工业结构的箱体设计;
1.9接口线缆:
安全稳定工业级插头的线缆,非多接头组合式线缆;
1.10测头温度监测及报警功能;
1.11点云数据自动拼接功能:
无需粘贴参考点,可依据物体表面轮廓特征,进行自动拼接。
可支持手动、自动拼合等方式;
1.12扫描数据时原始点云密度可调整;
1.13软件性能:
支持CPU四核以上多线程处理,支持GPU并行运算技术;
2.图形工作站硬件配置要求
2.1支持Windows764位操作系统,支持多处理器
2.2显卡采用NvidiaQuadro系列显卡
2.3CPU主频:
≥2.3GHz
2.4内存:
≥4GB
2.5硬盘容量:
≥1TB
2.6显示屏尺寸:
≥22寸
3.软件功能要求
3.1Win3D三维扫描系统V1.2.0
(1)点云处理模块
扫描数据后,可进行点云噪声处理及修剪
基于曲率的点云精简功能
自动生成三角面
(2)对齐及检测模块
特征拟合功能,如平面,圆,圆柱,球等
利用特征的坐标变换功能
平面度、圆柱度、球度检测功能
(3)数据输入输出
导出结果为ASC,STL,OBJ等格式数据输出接口广泛,测量结果可与CATIA、GeomagicStudio、Imageware等逆向工程软件自由交换数据
(4)接口兼容模块
预留Win3D工业创新平台实训教学系统软件接口,实现交互式实训教学的基本功能
3.2Win3D工业创新实操教学系统V1.0
(1)支持中文Windows764bit系统,提供首页系统导航;
(2)教学系统中需包括工业设计、逆向工程、创新设计及项目管理等功能模块;
(3)功能模块中需包含理论知识、实训教学、案例分析、考核系统等部分组成;
(4)具有扩展功能,可扩容理论知识、软件教学、案例及题库部分;
(5)考试系统要求除多种组合的标准试题组件外,可按单元自行调整试题比例并自动计算考试时间的自定义试题组件,标准题库数量不少于1000道;
(6)项目管理要求提供不少于两组大型测量方案,包含操作规范、工作流程、进度管理、设备管理、质量控制等项目管理内容;
(7)兼容三维数据采集设备进行自动数据交换,须包含配套数据采集系统软件提供数据采集的过程控制,须兼容并配合数据输出设备实现数据采集及模型输出的全流程,预留接口与数据处理软件进行实时数据交换;
(8)提供详细创新设计实训教学系统方案,包括专业实训的课程设计与实训考核标准,以满足工业创新教学实训目标;
4.附件技术要求
4.1便携式三角架
4.2高度可达1.8米
4.3最大承重20kg
4.4包含中柱支架装置,增强的整体稳固性
5.备品要求:
5.1专用背景黑布1000×1000mm1块;
5.2标志点(5mm/5000个/卷)5卷;
5.3工业显像剂(DPT-5)5罐
5.4二维转盘1个
5.5黑色橡皮泥2盒;
5.6黑色转盘垫块2块;
5.7教学工件(标准数模)1套
5.8标定单元1块
2.4.23D打印机