项目 3-4 制作 3D 个性印章教学设计

PAGEPAGE9项目名称项目3-4制作3D个性印章（4学时）教学目标根据所学专业，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。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。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？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。、知识点加油站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？学生根据课前准备，结合相关知识点、利用网络资源，按要求完成任务知识点加油站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。技能点加油站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，按要求完成任务知识点加油站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．STLSTL（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。技能点加油站印章制作流程：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：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。采用什么材料打印印章比较合适？为什么？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，按要求完成任务知识点加油站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。技能点加油站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。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。3D打印的未来由谁主宰？3D打印技术能与智能手机联动吗？3D打印机能在家庭普及吗？3D打印在生物医疗方面会有什么作为？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。学习反思教师引导