STEAM教育之3D打印 论文

STEAM教育之3D打印

【摘要】STEAM代表科学（Science）、技术(Technology）、工程（Engineering）、

艺术（Art）与数学（Mathematics）。STEAM教育就是科学、技术、工程、艺术与数学的教育。在国家实力的比较中，获得STEAM学位的人数已经成为一个重要

的衡量指标。STEAM教育鼓励学生主修科学、技术、工程和数学领域的计划，并不断加大科学、技术、工程、艺术和数学教育的投入，培养学生的科技理工素养。

3D打印（3DPrinting），即快速成型技术的一种，其实质是增材制造技术，

被誉为是第三次工业革命的重要标志之一。近年来，国内外3D打印技术蓬勃发展，在多个方面有着广泛地应用。本文通过介绍3D打印技术的概念及原理，回

顾了3D打印技术的发展历史，阐述了国内外3D打印技术及产业的现状，介绍了3D打印技术最新的技术，并结合相关数据，对3D打印的发展趋势有一定预见性的

分析。【关键词】3D打印；ABC3D模型；快速成型；3D打印学校课程实施；日常

维护、安全制度；发展现状及发展前景；一、引言

2017年，我校在各级领导的大力支持下,申报了STEAM实验校。作为引领教

育前沿科技教育,我校的STEAM教育已成为学校课程新的亮点。通过三年来的探索，学校科技发明教育构建了了一套独具特色的教学体系，填补了我校科技教育

没有完整教学体系的空白，即依托一种理念“创新是人才培养之灵魂”，构建了三级目标设置。“三级目标设置”，就是根据低、中、高年级学生特点，设定不同

的教育目标，选择符合各段学生年龄特点、知识结构、生活体验储备的教学内容，分段施教，由易到难，由低到高，螺旋上升。由“思维转变”到“学习创新方法”，

再到“使用创新方法”，最后形成“创意和创新成果”。作为STEAM实验校，我们率先成立了STEAM社团。并以此为轴心，开设了多

个信息技术兴趣小组活动，以发展学生的个性特长。我们社团的核心目标是体验、创新与创造，激发学生的创新力，培养学生的创造能力，正好和流行的“STEAM”

理念不谋而合，于是我们想到了“STEAM教育”。我们齐心协力开始了STEAM教育之梦，希望学生都能成为会创造的小能手。

二、3D打印技术简介3D打印技术是增材制造技术的一种，近几年该技术发展迅猛，潜力巨大，

是当前最热门的新兴技术之一。3D打印机根据三维CAD模型将塑料、金属粉末或固体无机物粉末等可黏合材料通过不同类型的喷头，逐层堆积在工作台上并最

终形成目标零件。简单的讲，3D打印制造技术就是快速制造新产品首版样件的技术，它可以在没有任何刀具、模具及工装夹具的情况下，快速直接的实现零件

的单件生产。该技术突破了制造业的传统模式，特别适合于新产品的开发、单件或少批量产品试制等。它是机械工程、计算机CAD、电子技术、数控技术、激光

技术、材料科学等多学科相互渗透与交叉的产物。它可快速，准确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或零件，以便进行快速评估，修改及功能测试，从而

大大缩短产品的研制周期，减少开发费用，加快新产品推向市场的进程。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。在生物工程与医学、建筑、服

装等领域，3D打印技术的引入也为创新开拓了广阔的空间。三、3D打印技术原理

3D打印技术是一种逐层制造技术，它采用离散/堆积成型原理，其过程是：

先得到所需零件的计算机三维曲面或实体模型；然后根据工艺要求，将其按一定厚度进行分层，将原来的三维模型变成二维平面信息，即离散过程；再将分层后

的数据进行一定的处理，加入加工参数，产生数控代码；在微机控制下，数控系统以平面加工方式，有序地连续加工出每个薄层，并使它们自动粘接而成型，从

而制造出所需产品的实物样件或成品，这就是材料的堆积过程。各种3D打印技术的过程都包括CAD模型建立、生成STL文件格式、3D打印制作、模型分层切

片和后置处理五个步骤。3D打印技术需要依托多个学科领域的尖端技术，主要包括以下方面：信息技术，即要有先进的设计软件及数字化工具，辅助设计人员

制作出产品的三维数字模型，并根据模型自动分析出打印的工序，自动控制打印器材的走向；精密机械，即3D打印技术以“每层的叠加”为加工方式，产品的

生产要求高精度，必须对打印设备的精准程度、稳定性有较高的要求；材料科学，即用于3D打印的原材料较为特殊，必须能够液化、粉末化、丝化，在打印完成

后又能重新结合起来，并具有合格的物理、化学性质。四、学校3D打印技术课程实施

STEAM教育于我们的教师和学生是一个新的高度，新的挑战。然而，我们本着“做中学，学中做”的精神，在实践中解决问题，在实践中探索路径。

1.3D打印教室软硬件配备

电脑安装ABC3D建模软件；通过开放灵活的空间设计，桌椅的摆放，墙面的布置与各类创新实验室软硬件设备小搭配结合，让学习空间更具可调试性，为学

生提供培养技术能力，创新能力和创新实践的物质空间。图

1

3D

打印机（比赛专用）

图

2

3D

打印机（教学）图

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红绿灯、光控小屋套件

图

4

配套设施图

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3D

打印机耗材

图

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作品展示架

2.人员配置

（1）3D打印授课教师能够使用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；熟悉3D扫描技术，能够使用3D扫描仪。

（（2）教学对象小学学生三年级以上。

3）授课老师课前准备。五、3D打印教室管理

.负责STEAM教室内软硬件设备的管理维护和应急处理,保障课堂教学正常进行和教室设备的正常工作。

.每天放学前对STEAM教室例行检查保证所有设备断电，拉上窗帘，关闭门窗，保证避免见光材料的使用寿命。

.管理员须爱护室内的计算机及其他设备，为保证系统正常运作，应每天查123看使用记录，发现故障及时维修。提醒上课教师做好课前、课后对计算机及其他

设备的检查，并做好使用登记，提高设备的完好率。六、3D打印机日常维护

1.对创客实验室的打印机进行编号统一管理，建立管理制度；23.3D打印机设备需放置在平稳处，切勿摔碰以免影响内部结构的稳定性；

.设备的上盖与前盖容易划伤，使用时请小心，注意轻拿轻放，不要有划痕，影响美观；

45678.该设备内部装置精密，在非专业人员指导下，请勿拆卸；

.设备后面电源插孔和串口插孔，注意防水；.平时使用显示屏时，请不要大力挤压，否则易使得显示屏下陷；

.在经常插拔SD卡时，请注意方式以免损坏设备；.打印机使用一段时间或长时间不使用之后，请在导轨上涂抹润滑油，使设

备保持良好的工作状态；91.在打印的过程中及加热中请不要触碰加热平台与喷头，以免烫伤；

0.在取打印后的模型时，请小心轻拿，以免造成平台不稳。七、3D打印教室安全制度

123.按照谁使用谁负责的原则,实行防火安全责任制；

.STEAM教室禁止吸烟、使用明火和违规用电、保存易燃、易爆物品；.要经常检查防火和用电安全情况,发现不安全隐患及时采取措施予以消

除；4.遇有雷雨天气,管理人员务必要关闭一切设备的电源,拔掉电源插座,以确

保人员及设备的安全；5.管理员每天下班前，最后离开STEAM教室时一定要关灯、关电、拉上窗帘、

最后关好门窗，切实做好防火、防盗工作；6.凡持有STEAM教室钥匙者,必须钥匙切实保管好,不得随意乱放或借给无

关人员。如发现丢失,应立即报告,并采取防范措施。八、总结

从长远点的角度来看，3D打印技术极有可能成为未来制造业的发展方向，并且促进了传统工业的变革，发展潜力巨大。未来，3D打印技术的发展将体现

出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趋势。随着3D打印技术的日趋成熟和