制作3D个性印章.docx

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制作3D个性印章

项目名称

项目3-4制作3D个性印章（4学时）

教学目标

1.根据所学专业，选择可参考的3D作品样例或实体模型，分析并确定绘制3D模型的主题。

2.能根据业务要求使用3D建模工具制作3D印章，并融入必要的自主创意。

3.认识3D打印机，了解各种打印材料，能选择合适的设备、材料打印3D作品。

资源准备

学生准备：

收集3D建模和3D打印技术的相关资料，了解3D打印的流程。

教师准备：

3D建模软件、3D打印机、合适的打印材料。

教学重点

根据业务要求使用3D建模工具制作3D印章

教学难点

根据业务要求使用3D建模工具制作有自主创意的3D印章

教学过程

教学环节

教学活动及步骤

情境导入

一、教师通过播放展示PPT,导入情境，学生听讲并思考：

同学，你去过上海的杜莎夫人蜡像馆吗？

那里栩栩如生的名人蜡像常常给人留下深刻的印象。

你想知道蜡像是怎么制作的吗？

利用3D打印技术，不仅可以制作结构复杂或材料特殊的蜡像，还可以制作汽车零部件，甚至是人体器官等等，3D打印让我们对未来充满想象。

二、教师提出本项目的驱动性问题：

本次任务将设计并打印一枚3D个性化印章。

首先需要用3D建模软件设计一个数字化印章模型，再完成格式转换、文件上传等环节，然后按下打印按钮，这时就可以看到3D打印机如何用一种材料一层一层地把你所设计的3D模型给制作出来。

让我们一起完成这个任务，体验3D打印的神奇力量吧。

任务实施一

体验3D造物奇迹

一、教师提出本任务要求，引发学生进行问题探究，

任务要求：

3D打印技术也被称作增材制造技术，这是因为被打印物是从无到有制造出来的。

查阅资料，在体验3D打印的奇妙世界之余，了解3D打印的发展历程，分析3D打印与传统打印的异同。

问题探究：

人们对3D打印已不再陌生。

该技术的神奇之处在于通过高科技的数字化手段，使得客观世界中存在的实体能够在虚拟世界中高精度重建（3D扫描）、智能化编辑（3D设计）、高清显示（3D显示）、甚至重返客观世界（3D打印）。

请回答：

1．3D打印是什么时期产生的？

它的发展经历了哪几个阶段？

2．3D打印与传统打印有什么区别？

3．3D打印机缩短了一个想法到一件真实产品之间的距离，将虚拟世界的数字内容与物理世界的实体物品连接了起来，你怎么理解3D打印机对传统制造业带来的冲击？

4．3D打印机和普通打印机有什么不同？

二、学生根据课前准备，结合相关知识点，利用网络资源、探究，完成任务。

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1．3D打印简介

3D（3dimensions）意味着空间有三个维度，3D物体拥有长度、宽度和高度。

3D打印机可以打印出实物，这些实物可以是工具、简单零件、工艺品模型、玩具，甚至是食品、人体器官等。

3D打印是快速成型技术的一种，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

2．增材制造法

增材制造法（AM，additivemanufacturing）通过切片技术将3D物体转化为2D截面的组合，不必采用传统的加工机床和工具、模具，而是依据计算机软件设计模型，在计算机控制的增材制造设备上直接形成3D物体。

增材制造法在机械制造业引起了巨大的反响，被誉为制造业的一场革命。

3．3D打印发展史

早在1984年，查尔斯·赫尔（CharlesHull）便发明了将数字资源打印成3D立体模型的技术。

1986年，他又发明了立体光刻工艺。

1988年，他创立的3DSystems公司生产了世界上第一台3D打印机SLA-250。

三、学生展示任务完成成果，老师指导点评。

任务实施二

认识3D制作软件

一、教师提出本任务要求、引导学生进行问题探究

任务要求：

要实现3D打印，首先得完成3D建模，用于3D建模的软件有很多，应用领域也各不相同。

请查阅资料，选择一款3D建模软件，并学会该软件的基本操作。

问题探究：

1.请列举你所了解的3D建模软件。

2.除了使用3D软件完成建模，3D扫描也能完成建模，3D扫描软件与传统扫描软件有什么区别和联系？

3.你选择什么软件制作3D印章？

为什么选择该软件？

二、学生根据课前准备，结合相关知识点、利用网络资源，按要求完成任务

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1．3D模型

3D模型是物体的多边形表示，通常用计算机或者其他视频设备进行显示。

显示的物体可以是现实世界的实体，也可以是虚拟的物体。

任何自然界存在的东西都可以用3D模型表示。

3D模型可以用3D建模工具生成，也可以用3D扫描等其他方法生成。

2．3D扫描

3D扫描类似于用日常的照相机对视野内的物体进行照相，与照相机不同之处在于，3D扫描获得的是物体的三维信息，而照相机获得的是物体的二维信息。

3．3D数字模型

使用计算机3D建模软件，将由工程或产品的设计方案、正图（原图）、草图和技术性说明及其他技术图样所表达的形体，构造成可用于设计和后续处理的3D数字模型。

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1．认识3D制作软件。

3D制作软件的界面一般由标题栏、命令工具栏、工作区、视图导航器、浮动工具栏、本地网络资源库、创意模型库等几个部分组成，如图3-4-1所示。

（1）菜单栏主要包括文件的打开、保存、导入、导出以及操作的撤销和恢复等功能,标题栏显示当前编辑模型的名称。

（2）命令工具栏内包含制作模型的各种命令；命令包括基本实体、草图绘制、草图编辑、特征造型等多种类型，点击功能按钮将自动弹出所属的下级功能。

（3）工作区中带有网格线，建模时可以作为尺寸参考;如果需要对工作区里的模型进行缩放查看，可以利用下方的放大镜或鼠标滚轮进行操作。

（4）视图导航器用于调节模型的观察角度，可以点击前、后、上、下、左、右标识选择指定的观察方向，也可以拖放鼠标右键手动调整观察模型的角度，点击导航器左侧的标记可以回到默认的观察状态。

（5）辅助工具栏包含显示模式的选择等功能；图中所示的为着色模式，也可以选择线框模式来观察模型的内部结构。

（6）本地网络资源库或创意模型库提供本地或网络的模型预览及下载。

2．认识3D扫描仪。

3D扫描仪（3Dscanner）是一种科学仪器。

它和一般的扫描仪不同，它是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术仪器，主要用来扫描物体空间外形和结构，以获得物体表面的空间坐标，扫描完成后可以通过3D打印机直接进行打印，如图3-4-2所示。

三、学生展示任务完成成果，老师指导点评。

任务实施三

制作3D印章

一、教师提出本任务要求、引导学生进行问题探究

任务要求：

对3D建模软件和3D扫描技术有一个直观的印象后，下面让我们自己动手来制作一枚个性印章吧。

问题探究：

1．印章有何作用？

你想将印章设计成什么形状？

2．3D印章的制作可以分成哪几个步骤？

3．请将你想要绘制的印章草图画出来。

二、学生根据课前准备，结合相关知识点、利用网络资源，按要求完成任务

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1．实体

实体就是用3D软件精确设计出实际对象或者是创意对象的数字化模型。

实体的创建主要涉及两个环节，即绘制草图和特征造型。

2．特征造型

特征造型是以2D草图作为截面轮廓或路径等特征因素，通过拉伸、旋转、圆角、倒角、放样、扫掠等手段来生成3D实体的设计过程。

3．草图

绘制草图是创建3D造型的基础，草图多是2D的平面图，所以在创建2D草图时，必须先确定草图所依附的平面，即草图坐标系确定的坐标面。

4．正视图

正视图是指从物体的正面观察，物体的影像投影在背后的投影面上，这种投影影像称为正视图。

类似的还可以从物体的上、下、前、后、左、右等角度进行观察，对应的投影影像分别称为上视图、下视图、前视图、后视图、左视图、右视图等。

5．透视图

透视图是从非正面的角度观察物体，作出的物体在画面上的中心投影（而非平行投影）。

用这种方法可以在平面上得到相对稳定的立体特征的画面空间，这就是“透视图”。

6．镜像

镜像包括2D和3D镜像，是对该对象基于某个镜像线或镜像平面进行左右翻转的操作过程。

7．STL

STL（stereolithography，立体光刻）是由3DSystems软件公司创立、原本用于立体光刻计算机辅助设计软件的文件格式，目前市场上大部分3D打印均支持此格式。

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印章制作流程：

绘制剖面草图→绘制印章主体→美化印章主体→绘制印章凹槽→绘制印章文字→绘制五角星→设置印章颜色。

（1）利用多线段工具绘制印章主体的剖面草图：

点击左下角的六视图导航按钮选择“上视图”作为草图绘制平面，在左侧工具栏中选择并点击第二个“二维图形绘制”，并选择第七个“多线段”绘制工具，从坐标原点（0,0）开始，后续各点的坐标依次为（50,0）、（50,10）、（10,20）、（10，40）、（20,80）、（20,90）、（10,100）、（0,100）、（0,0），最后点击多线段绘制工具窗口中的“√”进行确认，完成印章剖面轮廓线的精确绘制，如图3-4-3所示。

（2）利用旋转工具和剖面草图生成印章主体：

在步骤

（1）的草图绘制界面点击上方的“√”完成并退出草图绘制，在左侧工具栏中选择并点击第四个“三维图形绘制”，并选择第二个“旋转”工具，选择剖面轮廓作为旋转对象，再选择剖面轮廓的左侧竖线作为旋转轴，最后点击旋转工具窗口的“√”进行确认，完成印章的主体绘制，如图3-4-4所示。

（3）利用圆角工具对印章主体进行美化：

在左侧工具栏中选择并点击第四个“三维图形绘制”，并选择第五个“圆角”工具，点击选择三维主体的上面三条线作为对象，边长值设置为8.1，并点击圆角工具窗口的“√”进行确认，重复圆角操作，并将边长值设置为12.4，完成印章主体的平滑处理，如图3-4-5所示。

（4）利用圆形和拉伸工具绘制印章的凹槽：

点击左下角的六视图导航按钮选择“前视图”作为草图绘制平面，在左侧工具栏中选择并点击第二个“二维图形绘制”，并选择第二个“圆形”绘制工具，以（0,0）为圆心，以46为半径，最后点击圆形工具窗口的“√”进行确认，完成圆形绘制。

退出草图，在左侧工具栏中选择并点击第四个“三维图形绘制”，并选择第一个“拉伸”工具，选择前面绘制的圆形作为拉伸对象，拉伸类型为减运算，拉伸方向选择向内拉伸，长度为1，最后点击拉伸工具窗口的“√”进行确认，完成印章的凹槽绘制，如图3-4-6所示。

（5）利用圆形和直线工具等完成印章文字的参考线设计：

选择前视图作为草图绘制平面，利用圆形工具和直线工具来绘制印章文字的辅助弧线，有关参数为：

圆心（0,0）、半径（30）、点1（0,0）、点2（-30,-30）、点3（0,0）、点4（30,-30）。

最后利用修剪工具（左侧工具栏的第三个工具类型下的第三个工具按钮）去掉辅助弧线的多余部分，保存并退出草图，如图3-4-7所示。

（6）利用文字工具和镜像工具绘制印章文字：

选择前视图，在左侧工具栏中选择并点击第二个“二维图形绘制”，并选择第九个“文字”绘制工具，在工具窗口中“文字”栏输入字体内容，“字体”设置为“楷体”，“样式”设置为“加粗”，“大小”设置为“10”，选取上一步绘制的辅助弧线左下角设置为原点，最后点击文字工具窗口的“√”进行确认，退出草图。

再进入前视图，利用直线工具绘制一条镜像辅助线，参考坐标为（0,20）、（0,-20），退出草图。

再进入前视图，利用镜像工具（左侧工具栏第六个工具类型下的第四个工具按钮），以文字为对象，以镜像辅助线为对称轴，完成字体的左右镜像并退出草图，最后点选并按Del键来删除多余的辅助弧线、镜像辅助线以及原始文字，如图3-4-8所示。

（7）利用正多边形工具和多线段工具绘制五角星：

选择前视图作为草图绘制平面，选取左侧工具栏下的多边形绘制工具（第二个工具类型下的第四个工具按钮），以（0,0）为中心，以5为边数，以90为旋转角度，以20为外接圆半径，绘制出正五边形，再利用多线段工具连接正五边形各顶点，绘制出五角星，最后利用修剪工具清除多余线段，如图3-4-9所示。

（8）利用颜色工具设置印章各组成实体的颜色：

如步骤4，分别将前两步绘制的印章字体和五角星拉伸为实体。

点击左侧工具栏最下面的颜色工具按钮，在窗口中分别选择各组成实体，并在下方调色板选择适当的颜色，完成颜色设置，最终效果如图3-4-10所示。

三、学生展示任务完成成果，老师指导点评。

任务实施四

打印3D印章

一、教师提出本任务要求，引导学生进行问题探究

任务要求：

经过一番努力，我们的个性印章制作完成了。

下一步就是选择合适的打印材料及3D打印机，将我们精心制作的3D印章打印出来。

问题探究：

1.查阅资料，了解哪些材料可以用于3D打印，然后完成下面的连线题。

2.采用什么材料打印印章比较合适？

为什么？

3.从3D模型到3D打印，你认为要经过哪些步骤？

二、学生根据课前准备，结合相关知识点、利用网络资源，按要求完成任务

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1．3D打印材料

3D打印材料主要包括聚合物材料（工程塑料和生物塑料）、金属材料、陶瓷材料和复合材料等。

常见的3D打印材料有：

（1）ABS：

应用最广泛的工塑料，力学性能好、抗冲击强度高、价格便宜。

（2）弹性塑料：

即EP，紧固且具有较强弹力，可以打印鞋子、衣物、手机壳等。

（3）PA：

尼龙，具有很强的韧度，轻便，可以打印汽车配件、雕塑和玩具等。

（4）光敏树脂：

即PEEK，是一种遇紫外线照射会立刻变硬的特殊材料，色泽美观，可用于打印假牙等。

（5）金属材料：

包括不锈钢、钛合金、镁铝合金等，主要用在汽车制造、航空航天等领域。

2．打印切片软件

3D打印模型在打印前需要先进行切片分析，对于有些建模的失误之处，切片软件可以进行自动修复，从而一次性就能打印出完美的模型部件。

3D打印机一般自带切片软件，无须另外下载。

3．GcodeGcode是3D打印机固件所能理解的命令，它是3D打印机和电脑之间最重要的命令交互界面，Gcode代码由打印机切片软件生成。

4．主流3D打印技术主流

3D打印技术包括SLA、FDM、SLS、3DP、LOM等。

比如，FDM是把塑料熔化成半融状态拉成丝，用线来构建面，一层一层堆起来，目前市场上大部分桌面级3D打印机多采取这种工艺。

而光固化SLA是把本来液态的光敏树脂，用紫外激光照射，照到的光敏树脂部分就从液态变成固态。

SLS和SLA理论上是一样的，不同的是SLS是用激光去烧结粉末，如尼龙粉、金属粉等。

5．3D打印的优势

（1）缩短新产品研发及实现周期。

（2）可高效形成更为复杂的结构。

（3）实现一体化、轻量化设计。

（4）材料利用率较高。

（5）人工成本低。

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3D打印的一般流程为：

1.3D模型质量分析与修复。

对模型进行检查修复，提高3D打印模型的质量。

（1）模型须具有水密性。

（2）模型壁厚不能为零。

（3）模型曲面法线方向正确。

（4）模型必须是流形。

2.模型切片。

选择合适的切片软件，调整模型大小、密度等，生成Gcode打印代码。

3.执行3D打印。

选择合适的3D打印机和打印材料，将输出的Gcode代码以在线传输的联机打印方式，或以程序存储到SD卡的脱机打印方式输送到打印机进行打印。

市面上常见的桌面型3D打印机如图3-4-12所示。

4.获取打印件。

打印完毕后执行回到原点命令，便可以从打印平台上拆卸打印件。

5.打印件的精细处理。

有些模型需要对表面粗糙度等进行精细处理。

打印件的精细处理完毕后，打印流程才算结束。

三、学生展示任务完成成果，老师指导点评并激发头脑风暴

经过大家的共同努力，我们圆满完成了3D印章的制作。

其实，3D打印对我们的工作和生活已经产生了巨大的影响，我们能穿上、坐上、吃到3D打印的产品，请畅想3D打印的未来。

1.3D打印的未来由谁主宰？

2.3D打印技术能与智能手机联动吗？

3.3D打印机能在家庭普及吗？

4.3D打印在生物医疗方面会有什么作为？

5.3D打印在绿色经济方面会有什么作为？

四、学生讨论并完成相关问题，各组展示结果，老师点评。

评价反思

一、学习评价

根据学习任务的完成情况，对照下表中“观察点”列举的内容进行自评或互评，并在对应的表情符号下打“√”。

“观察点”内容可视实际情况在教师引导下拓展。

二、学习反思

教师引导学生依据学习反思表对本项目的学习进行反思

课后作业

一、知识巩固题

1.选择题（单选或多选）

（1）3D打印文件的格式是　　　　。

A.SALB.STLC.SAED.RAT

（2）各种各样的3D打印机中，精度最高、效率最高、售价也相对高的是。

A.工业级3D打印机B.个人级3D打印机

C.桌面级3D打印机D.专业级3D打印机

（3）熔融沉积技术存在的危险环节是　　　　。

A.高温B.激光C.高压D.高加工速度

（4）下列对3D打印特点的描述，不恰当的是　　　　。

A.对复杂性无敏感度，只要有合适的3D模型均可以打印

B.对材料无敏感度，任何材料均能打印

C.适合制作少量的个性化定制物品，对于批量生产优势不明显

D.虽然技术在不断改善，但强度与精度与部分传统工艺相比仍有差距

2.填空题

（1）在制造业，一般存在、和等材制造三种制造方法，其中应用最广泛的是。

（2）3D模型完成后，必须使用切片软件对3D模型进行切片，并转换成代码，之后才能交给3D打印机进行打印。

3.判断题（在括号内打“√”或“×”）

（1）3D打印机可以自由移动，并制造出比自身体积还要庞大的物品。

（）

（2）3D打印技术是增材制造的一种。

（）

二、实践拓展题

3D打印虽然能完成小到玩具，大至飞机零部件的制作，但与传统的制造业技术相比，仍存在很多不足，请从打印技术、打印材料、版权和伦理等方面探讨3D打印存在的问题，并提出解决对策。