3D打印创新实验室

3D打印创新实验室3D打印创新实验室解决方案（中小学版）

快速制造国家工程研究中心教育部快速成型工程中心云上动力（北京）数字科技有限公司

2013年9月1日

目录一、梦工厂——3D打印技术浪潮3二、3D打印创新实验室43D打印或将颠覆传统教育方式4三、技术依托-----中心简介5快速制造国家工程研究中心5教育部快速成型工程中心5四、3D创新打印设备部分介绍64.1  3D打印创新流程74.2   场地规划及配置84.3     3D打印创新设计室项目推荐配置104.4主要机型设备参数及性能134.4.1普及型三维打印机134.4.2桌面型三维打印机（工业型）174.4.3  三维立体成像系统介绍204.4.4  激光内雕机214.4.5 激光快速成型机23五、3D打印创新实验室软件介绍265.1软件优势265.2软件介绍265.3软件功能275.4  教学资源库课程体系课程介绍29一、教学架构29二、教学内容301、三维模型设计模块302、创意3D打印模块303、个性化手工制作模块314、趣味泥塑模块32三、师资培养33六、完善的软硬件服务和创新培训服务356.1  软硬件服务356.2   3D创新设备培训356.3创新软件部分师资培训培养35

一、梦工厂——3D打印技术浪潮3D打印技术，又名增材打印技术，快速成型技术，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过一层又一层的多层打印方式（微积分），构造零对象。3D打印，克服传统的模具制造周期长、不能及时发现设计错误、减材制造浪费材料等问题，将带来世界性制造业革命。3D打印耗材：粉末材料；线性材料。包括：金属、塑料、树脂、石膏、陶瓷、蜡、食品、细胞等。3D打印机工作步骤：逆向工程---à计算机建模---à数据导入到3D打印机--à3D打印机输出物理实体

三维打印主要应用的场景有：1、医疗行业；2、科学研究；3、产品原型；4、文物保护；5、建筑设计；6、制造业；7、食品产业；8、汽车制造业；9、配件、饰品。

二、3D打印创新实验室3D打印或将颠覆传统教育方式\o"分享到微博"微博\o"分享到空间"空间\o"分享到微信"微信\o"分享到新浪微博"新浪微博\o"分享到邮箱"邮箱\o"分享到QQ好友"QQ好友\o"分享到人人网"人人网\o"分享到开心网"开心网经过近30年的探索和发展，3D打印技术成为当今全球最受关注的新兴产业技术之一，被誉为引领第三次工业革命最具标志性的生产工具，正在进入“高歌猛进”的发展新阶段。我国对3D打印已经有了长达20多年的探索和积累。业内认为，我国在3D打印的科研方面已经颇具实力，但是在商业化和产业化方面仍不成熟。2012年，全球3D打印产值20亿美金，我国3D打印产值仅4亿元人民币左右，其中具备真正工业意义的产值不足1亿元人民币，3D打印在表面的喧嚣背后，面临外热内冷，叫好不叫座的尴尬局面。3D打印，从何处破局？3D打印将颠覆传统教育方式！事实证明，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。时不我待，中国的3D打印教育急需启动，普及3D打印技术知识，引领学生创新思维，创新改变教育，创新改变中国。三、技术依托-----中心简介快速制造国家工程研究中心教育部快速成型工程中心快速制造国家工程研究中心（Rapid

Manufacturing

National

Engineering

Research

Center）是由国家发展和改革委员会批准设立的一个国家级的先进制造技术创新平台，快速制造国家工程研究中心主任由中国工程院院院士卢秉恒教授担任。中心下设3个实验室和3个中试车间，包括：快速原型技术实验室、快速模具实验室和超高速切削装备和技术实验室，以及快速成型装备中试车间、车身模具中试车间和超高速机床中试车间。中国工程院院士卢秉恒教授是快速制造国家工程研究中心主任，教育部快速制造工程研究中心主任，国务院学术委员会机械学科评议组组长，西安交通大学机械工程学院院长，中国机械工程学会副理事长，中国机械制造工艺协会副理事长，快速原型制造分会理事长，全国高校金属切削机床研究会理事长。

四、3D创新打印设备部分介绍

4.1

3D打印创新流程

4.2场地规划及配置面积:场地面积大约80-100平方，或一间普通教室。区域规划：（1）3D立体数据采集区：（2）数据处理区；（3）加工服务区；（4）3D展示及自助体验区；教室配置：以每班45人为例：加工、实训区每9个工位为一组，一共5组，每组1台电脑及3D打印机组合各一台，开放式办公桌方便学生分组讨论并完成组装。教师基本要求：（1）具备CAD、UG、proe或solidwork等基础知识；（2）应具备艺术设计或美术设计等基础知识；（3）具备机械制图、计算机操作、机械制造工艺学等基础知识；（4）人员需求：1人。3D打印创新设计室项目费用：小学30-50万元，中型70-90万，大型150万左右。要根据学校场地、资金、学校需求配置。3D主要打印设备：序号设备名称型号生产厂商数量备注13D打印机3D-YUNDL-20西安交大1台单喷头单色23D打印机3D-YUNDL-24西安交大1台双喷头双色33D打印机3D-YUNDL-30西安交大1台双喷头双色4三维立体内成型机3D-YNNDL-SL200西安交大1套

5三维立体成像系统配合内成型机使用西安交大1台

6

快速成型机主机3D-YUNDL-SPS25西安交大1台

光敏树脂GP

plus西安交大20

Kg数据处理软件RP

Data西安交大1套

教室布局图

4.3推荐配置创新实验室配置清单（高端）序号项目名称型号单位数量备注13D打印机部分3D打印机3D-YUNDL-20台5单喷头单色3D打印机3D-YUNDL-24台10双喷头双色3D打印机3D-YUNDL-30台5双喷头双色三维立体内成型机3D-YNNDL-SL200台1三维立体成像系统配合内成型机使用套1激光快速成型机3D-YUNDL-SPS25台1可进行光敏树脂，陶瓷等材料的研究数据处理软件RP

DATA10.0套13D打印机耗材ABS

PLA，不分颜色公斤10水晶耗材块10光敏树脂耗材公斤20进口光敏树脂耗材公斤20国产数据工作站

学校可自备台5PAD

学校可自备台5小计金额上面3d打印机价格不含运费，质保一年。2设计软件部分软件Autodesk

公司套1合计3总计软硬件部分

创新实验室配置清单（中型）序号项目名称型号单位数量备注13D打印机部分3D打印机3D-YUNDL-20台5单喷头单色3D打印机3D-YUNDL-24台10双喷头双色3D打印机3D-YUNDL-30台5双喷头双色三维立体内成型机3D-YNNDL-SL200台1三维立体成像系统配合内成型机使用套13D打印机耗材ABS

PLA，不分颜色公斤10水晶耗材块10数据工作站

学校可自备台5PAD

学校可自备台5小计金额上面3d打印机价格不含运费，质保一年。2设计软件部分软件Autodesk

公司套1合计3总计软硬件部分

创新实验室配置清单（小型）序号项目名称型号单位数量备注13D打印机部分3D打印机3D-YUNDL-20台5单喷头单色3D打印机3D-YUNDL-24台10双喷头双色3D打印机3D-YUNDL-30台5双喷头双色3D打印机耗材ABS

PLA，不分颜色公斤10数据工作站

学校可自备台5PAD

学校可自备台5小计金额上面3d打印机价格不含运费，质保一年。2设计软件部分软件Autodesk

公司套1合计3总计软硬件部分适用于小学幼儿园附件部分：

设备名称参数型号规格数量备注固化箱GHX700装机工具24PCS1套数字温湿计WSB-11台除湿机20升/天YH-820B1台58升/天DH-858D1台90升/天DH-890D1台UPS3KVAC3K1台不间断电源电脑1台学校可自备空调1.5P1台需考虑安装打孔等费用、17%增税，管路长的话也惊人（有时超3000元）2P1台安装费

4.4主要机型设备参数及性能4.4.1普及型三维打印机一、简介本产品为低成本3D打印设备，是一种利用ABS、PLA等作为原材料的热熔成形方法的打印设备。该技术利用普通打印机的原理，利用计算机处理好数据，把原料装入机身，通过控制主板的控制，用打印头将原料一层一层累积起来，最后将计算机上的设计图变成实物。从而极大地缩短产品的研制周期,提高生产率和降低生产成本。同时，该设备实现了从样件的三维数据直接输出

1：1

实体模型的先进工艺，加之设备成本得以降低，将有望作为计算机外设推广到办公室和家用领域而应用于工艺品制作、珠宝首饰、教学实验及创新设计等方面。现已研发出具有自主知识产权的低成本3D打印设备以及相关软件，同时提供成熟的三维打印工艺，并最终实现该设备的产业化及技术推广。把3D打印普及化、家庭化。本产品所属领域为目前被广泛认为可能推动实现第三次工业革命的3D打印产业，力争实现3D打印设备的高效化和低成本化，在立足成熟的工业品及军品市场的同时还瞄准民用消费品市场，符合我省乃至我国制造业发展和社会经济发展的需求。因此，项目的成功实施将具有广阔的市场空间并产生积极的社会效益。

二、设备造型以及参数、制作的样件

名称标准技术参数成型体积240mm*160mm*160mm喷头直径0.4mm喷头双喷头双色打印精度0.2-0.3mm打印层厚0.2-0.5mm打印速度18cm3/hour设备外型320*470*385mm运行环境220V、50Hz、300w、≥25℃数据接口STL、S3G加热底板温度110-120℃推荐喷头温度230℃操作系统Windows操作系统成型材料ABS、PLA等设备重量18kg

部分试验样件实物

三、竞争优势独家设计，拥有专利的打印头：专利设计的喷头结构能更好的适应直径公差较大的耗材，打印体验更流畅，出丝更稳定；独家拥有加热平台：打印平台做到整体加热，加热线路和加温速度让成型过程更稳定，有效改善成品翘边和变形的问题；独家拥有全套送丝系统：从丝盘支架到送丝导管再到入丝气管，3个组件组成了完整的送丝系统。这是保证机器在无人值守的情况下正常运作，送丝不缠绕、打圈的关键配置。智能生成支撑结构：升级版软件能根据模型造型智能生成支撑结构，自动完成更复杂的产品打印工作；特点：打印面积增大；打印速度加快；机身精度提高；定位精度提高；运行更平稳；自带丝盘固定架：丝盘安装在固定架上，可以有效防止之前机型存在的卡丝问题。四、应用范围低成本3D打印机是设计师、教学及办公的得力帮手。能任何时间便利、及时的将设计图稿转化为成品，是生动直观的教学形式成为可能。这款产品的应用领域极为广泛，主要包括工业品设计、机械模具制造、教育、医疗、动漫、玩具、制鞋行业、首饰、艺术设计等等。

4.4.2桌面型三维打印机（专业型）

名称标准技术参数成型体积300mm*300mm*300mm喷头直径0.4mm喷头双喷头双色打印精度0.1-015mm打印层厚0.2-0.5mm打印速度18cm3/hour设备外型600*570*748mm运行环境220V、50Hz、300w、≥25℃数据接口STL、S3G加热底板温度110-120℃推荐喷头温度230℃操作系统Windows操作系统成型材料ABS、PLA设备重量40kg

4.4.3

三维立体成像系统介绍GS-3D.PRO系列相机是新一代的三维成像系统，采用瞬间闪光技术，被拍摄人员亦无不适感。同时采集手段采用了高像素的数码相机，纹理丰富，应用面广，可应用于雕塑，人体、工艺品、医疗、安全、娱乐等领域。主要功能介绍：生成三维模型（数据）：可以非常快速的生成真实的三维人像模型（数据）；三维模型编辑：该项功能能够对生成的立体人像模型进行编辑和修饰，使模型更加生动；模型点生成：将三维立体人像模型或其他的三维立体模型数据生成点云模型，作为激光内成型机可以识别并雕刻的数据来源；照片(2D)生成点云：该项功能可以帮助用户直接将照片转化为激光内成型机可以雕刻的数据，可以使雕刻出的图像效果更细腻，特征更明显，而且节省雕刻时间文字处理功能：该项功能，可以提供简便的文字编辑，并可将编辑完毕的文字生成点云模型。

4.4.4

激光内雕机3D-YUNDL-SL200内雕机

1、产品介绍西安交通大学自主研发的SL系列激光内雕机，自主设计控制系统，充分考虑用户在不同应用方向的特殊需求，软硬件操作效率高，雕刻效果精细，设备稳定性好，维护量低，广泛应用于个性化水晶内雕礼品、高精度水晶制作批量加工、玻璃装潢设计、玻璃制品防伪等业务领域。特点优势：高效率真实雕刻速度快，使现场个性化加工更有效率，提升业务处理能力高分辨率确保图片效果细腻、逼真，媲美照片原图，使定制的水晶照片饱含珍藏价值。稳定性高专用于玻璃内雕的激光器，峰值功率高，光束模式好，稳定性更高，寿命长，耗电省，维护量低。智能化软件界面用户友好，功能丰富，能直接读取三维/平面点云如见处理的数据，无需用第三方软件进行格式转换。2、技术规格

设备型号3D-YUNDL-SL200特点可以雕刻任何水晶透明材料激光器Nd:YVO4

crystal,

Diode

pumped,

532

nm

脉冲式功率1

mJ

(TEM00)脉冲宽度<

9

ns稳定性+/-

1%

(pulse

to

pulse)

脉冲频率2000Hz

电源220V

or

110V

+/-10%

1000W

耗电量600W连接线2

m

for

electric

cables最小点40

um最大点100

um最大加工范围100×80×100

mm聚焦镜头160mm2D

效果好3D

效果好最大水晶尺寸200*200*120mm镜头数1加工速度2000

points/s定位精度

10

um冷却风冷设备尺寸（长X宽X高）800x500x670mm重量Approx

100

kg室温15-35℃

湿度<60%计算机配置:工业级

PC,

硬盘,

图形卡,

一个并口两个串口,

键盘,

鼠标。

3、应用方案这套方案既可以现场雕刻平面照片，还可以现场拍摄三维立体人像制作三维头像雕刻，整个过程从拍照到雕刻完成只要5-10分钟。主要应用领域：配合三维相机进行三维头像制作.奖杯奖牌，为相应的比赛竞赛制作奖杯

4.4.5激光快速成型机基本功能*采用材料累加原理，由CAD数据直接控制激光扫描光敏树脂，快速精确地制造出任意几何形状的产品原型，*无需考虑其复杂程度，真正实现无模制造。*可制作形状复杂件和薄壁件

技术指标

1.快速成型机1台*1激光器产品类别全固态固体激光器激光波长355nm*2最大成型件尺寸250mm×250mm×100mm*3成型层厚0.04～0.20mm任意设定*4成型件精度±0.1

mm（尺寸小于100mm）或±0.1％(尺寸大于100mm)*5精度保障技术(具有自主知识产权)1、枕型误差校正技术：保证在整个成型区域内，真正保证制件±0.1mm的精度2、真空吸附式涂敷系统技术功能：提高刮平板运动速度，提高制作速度；消除制件气泡，提高制件质量；制件上表面平整，垂直方向精度高3、成型树脂液面激光检测及液位自动补偿技术功能：精确控制层厚度，保证制件精度；制作过程中可自动补偿液面波动；缩短液面自动流平时间，提高制作速度4、多重轮廓功能：通过与数据准备软件的配合，制件时对轮廓进行多重扫描，大幅度提高制件精度和表面光滑度。5、自动工艺功能：制件过程中，实时地检测激光功率，根据材料的光学性能和光功率动态调整激光扫描速度，充分利用机器性能，加快制件速度。6控制专用软件数据格式STL格式7电源220V，50Hz（配UPS净化电源1台）*8成型材料光敏树脂9控制方式采用工业控制计算机2.专用控制软件共1套*1快速原型专用控制软件(自主知识产权)主菜单模块，主工具栏模块，辅助工具栏模块，零件制作进程监控模块，工艺信息显示模块和零件成形监控模块：主菜单模块：提供了控制程序中所用到的文件操作、显示（操作状态转换）、工艺、控制、制作、维护、参数查询及求助等命令主工具栏模块：提供常用的文件操作和参数设置命令辅助工具栏模：块提供不同模式下的零件轮廓操作的命令制作进程监控模块：显示X-Z方向或Y-Z方向的零件制作进程制作工艺信息模块：显示零件的加工参数和机器状态等参数附件配置24PC装机工具1套除湿机1台固化箱1台数据处理软件。技术指标：

1.数据处理软件共1套*1数据处理专用软件

(全中文界面、自主知识产权)输入模块：接受STL格式的三维模型数据文件，用户可以任意选择三维实体造型软件三维模型可视化操作模块：可视化、测量、STL文件处理；修复STL文件错误；装配体分解及切割；模型造型方向定位多模型拷贝及排列模块：简单而快捷的模型拷贝和排列功能，可自由指定模型排放顺序；采用虚拟参照技术，极大地节省了系统开支，保证了软件的操作性能；可在对模型进行支撑/分层处理后进行模型复制和排列，自动继承既有支撑和分层数据支撑生成模块：根据零件形状智能化自动生成各种类型支撑，可根据需要手工添加和删除支撑分层处理模块：将离散的STL三角面片转换为含有拓扑信息的实体模型表示，提高了分层处理的容错处理和处理速度。可自动识别水平面数据输出模块：对分层数据进行XY向尺寸补偿、Z向尺寸补偿等处理，同时转换为快速成型设备加工文件；算法安定可靠，易于理解和操作；快速成型数据处理软件主要解决了由三维实体模型向快速成型分层数据格式的转换问题

五、3D打印创新实验室软件介绍5.1软件优势由Autodesk

中国区教育支持中心发布的一套适用于普通用户的建模软件3D打印创新软件（包含4个模块，三维模型设计软件、手工制作软件、创意3D打印软件、趣味泥塑软件）。该系列软件为用户提供多种方式生成3D模型：用最简单直接的拖拽3D模型并进行编辑的方式进行建模；或者直接将拍摄好的数码照片在云端处理为3D模型；如果用户喜欢自己动手制作，

3D系列软件同样为爱动手的用户提供了多种方式来发挥自己的创造力。不需要复杂的专业知识，任何人都可以轻松使用3D系列产品。本软件以世界最大三维软件厂商Autodesk的

123D产品为基础平台开发制作而成，软件底层使用流畅性、稳定性毋庸置疑，产品能直接连接3D打印机并进行3D打印。本实验室软件套件旨在培养中小学生的艺术素养（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）、提供实验室架构、师资培养、课程设计、软硬件更新及其它配套服务，和当地少年宫或其他教培机构合作，架设实验室影响区域院校。集合美劳及电脑课程从艺术素养及软件应用两方面进行素质教育培养，并在架设足够多实验室后进行区域联动，联合举办诸如学生作品展演、绘画大赛、摄影后制大赛等活动。5.2软件介绍本实验室软件分为四个软件模块，三维模型设计软件、手工制作软件、创意3D打印软件、趣味泥塑软件，软件符合简单、易学、趣味的中小学软件教学模式的3D打印创新软件。软件拥有大量的案例模型库，并定制了符合中小学教学的软件交互方式，轻松易学，使学生能在最短的时间掌握和体验3D创新打印从无到有的全过程。5.3软件功能

软件名称功能介绍适用人群/课程三维模型设计软件(3D

Design)基于Mac,

PC,

iPad和网络在线的三维建模软件，可以使用一些简单的图形来设计、创建、编辑三维模型，或者在一个已有的模型上进行修改。软件打破了常规专业CAD软件从草图生成三维模型的建模方法，三维模型设计软件提供了丰富的三维模型和图形库，通过对这些模型库和图形的堆砌和编辑生成复杂形状。这种‘傻瓜式’的建模方式感觉像是在搭积木，即使你不是一个CAD建模工程师，也能随心所欲地在123D

Design里建模并打印3D模型。符合现代普通教育下学生的接受和学习能力。

所有/通用技术创意3D打印软件（3D

Orig-Design）将照片转化为三维模型，学生使用此创意3D打印软件可以快速的将实物照片通过云服务器制作出数字三维模型，并能够发送到3D打印设计软件里进行修改编辑，最后打印出想要的三维模型。

所有中小学/科学实验室手工制作软件（3D

Maker）从三维模型创建拼装实体，学生使用手工制作软件可以创造自己想象的模型，软件自动将模型切分成若干和切片模型，可以将切片模型3D打印出来，并进行组装，通过此软件使学生了解设计、制造到装配的全过程。小学/小学劳技中学/通用技术趣味泥塑软件（3D

Sculpt）三维数字雕塑喷绘软件，学生使用趣味泥塑软件可以通过拉升、推挤、扁平、凸起等等操作。是模型库中的初级模型很快拥有极具个性的外形。中学/通用技术教学内容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。由教师教授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。5.4教学资源库课程体系课程介绍一、教学架构本实验室主要是分为四大模块，分别是三维模型制作模块、创意3D打印模块、个性化手工制作模块、趣味泥塑模块。

二、教学内容1、三维模型设计模块软硬件平台：三维模型设计软件（3D

Design）ipad、pc讲授内容：本模块使用三维模型设计软件，提供了一些简单的三维图形，通过对这些简单图形的堆砌和编辑生成复杂形状，类似于堆积木。可以实现模型设计草图确定、三维模型设计软件使用概念知识、模型设计讲解详细步骤等教学内容。案例：火车；齿轮等技术关键：用简单的三维图形堆砌和编辑。2、创意3D打印模块软硬件平台：创意3D打印软件（3D

Orig-Design

）

PC、相机讲授内容：本模块使用创意3D打印软件软件，利用云计算的强大能力，可将数码照片迅速转换为逼真的三维模型。可以实现相机使用基础知识、图片信息基本知识、创意3D打印软件使用基础、云合成等的教学内容。

案例：人物；饰品；模具等技术关键：使用傻瓜相机、手机或高级数码单反相机抓拍物体、人物或场景，物体的每个角度都需要有照片。3、个性化手工制作模块软硬件平台：个性化手工制作软件（3D

Maker）

PC、ipad讲授内容：本模块使用个性化手工制作软件软件，将数字三维模型转换为二维切割图案，用户可利用硬纸板、木料、布料、金属或塑料等低成本材料将这些图案迅速拼装成实物，从而再现原来的数字化模型。可以实现其它格