建筑类专业3D打印实训中心建设方案_行业服务_解决方案-铭筑科技

建筑类专业3D打印实训中心建设方案

型号:A028

一、背景

3D打印起源于20世纪80年代后期,学术上也称作快速成型技术(也即三维打印、增材制造),是基于材料累加原理的快速成型操作过程,将计算机中的三维模型通过向物品分层添加材料来创造出实物的一种叠层制造技术。

我们日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品,而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同,只是打印材料有些不同,普通打印机的打印材料是墨水和纸张,而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”,是实实在在的原材料,打印机与电脑连接后,通过电脑控制可以把“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。通俗地说,3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备,比如打印一个机器人、打印玩具车,打印各种模型,甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理,因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似,因此这项技术就被称为了3D立体打印技术。


3D打印技术的出现,极大克服了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,具有不受零件复杂程度限制,完全数字化控制等特点,而且制造成本低、生产时间短、操作便捷、应用广等诸多优势,目前已经广泛应用于多个行业领域,如:工业制造、教育教学、动漫玩具、考古研究、建筑设计、艺术文化、医疗应用、个性DIY等;耗材也日趋多样化,如金属、塑料、树脂、石膏、陶瓷、蜡、食品、细胞等。


3D打印技术的出现,完全颠覆了多个行业的发展历程,被誉为是第三次工业革命的重要标志之一,具备广阔的发展前景。而中国也积极投身到快速发展3D打印技术的行列,从中央到地方,出台各种扶持政策,扶持3D打印技术在各行业中的应用普及和提高,在工业4.0的发展进程中扮演重要角色。


2014年,全球第一辆3D打印汽车终于面世,这辆汽车名为Strati,是美国亚利桑那州LocalMotors公司通过3D打印技术在为期6天的2014年国际制造技术展览会上制造的,打印零部件和组装共花费44小时,40个零部件,(传统汽车零部件超过2万个),最低售价1.1万英镑(约合人民币11万元)。

二、3D打印技术的应用前景

工业化最大的成就是通过机械化实现了规模化大生产。而我们今天的“3D打印”技术则将规模化大生产可能演变为若干个体,打破集约化生产的传统模式。只要一台3D打印机,我们就可以在家里生产任何我们需要的东西,而且可以不断变化款式、样式。如今,新的生产方式已经发生了重大改变,传统的生产制造业将面临一次重新“洗牌”。

随着各种打印材料(即制造原料)的研制成功,“3D打印”技术已经可以用于生产像珠宝、玩具、工具、厨房用品、衣服之类的东西,甚至可以直接打印人体骨骼、假肢、鲜肉,进行牙齿正畸和数字化种牙,有的还打印出了汽车、飞机零部件。未来我们的模具制造行业、机床行业、玩具行业、轻工产品行业或许都可能被淘汰出局,而取代他们的就是3D打印机。当然,这需要一个过程,10年或者20年,主要是人们适应和接受新事物的过程,也有产业自身完善成长的过程。


三、3D打印实训室规划方案

3.1、建设意义

“中国制造2025”——3D打印作为21世纪最具颠覆性的智能制造技术,对于提升我国制造业的整体创新能力具有重要意义。抓住机遇,培养新一代先进制造技术人才是职业学校的大势所趋。职业教育坚持以就业为导向,以能力为本位,以服务为宗旨。为适应产业经济转型对技能人才的时代需求,全国很多中高职学校、大学等都开设了3D打印相关专业,或以3D打印实训中心或实验室、兴趣班等形式开展了丰富多彩的3D打印教学活动,着力培养创新型新技能型人才。而3D打印作为新兴技术在我校中尚未有完整的教育配套,包括3D打印与相关专业结合的调研、实训室建设、人才培养标准、教学指导方案、课程设置、教材等,急需做好统筹规划、分步实施。

3D打印实训室主要承担3D打印技术方向学生3D打印实训课程的学习,提供计算机软件进行产品设计,逆向工程扫描、数据处理,3D打印,打印后处理等配套服务,旨在培养学生3D打印技术的产品创新创意设计、逆向工程实践操作等3D打印技术的综合应用能力,注重学生3D打印技术的基本能力、基本技能和职业素养的训练。

3.2、教学目标

3D打印技术被称之为”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打印技术引入教学课程,有助于学生综合素质能力的提高和发展。

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

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。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。



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打印将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。

3.3、教学规划

3.3.1、3D打印与各专业的融合

3.3.1.1、3D打印与基础教育的结合

3D打印可以广泛应用于基础教学过程中,比如幼儿园老师可以应用3D打印机打印各种个性化的教学用具,数学老师可以用来打印各种形体、地理课老师可以用打印各种地形模型、生物老师可以打印人体骨骼、器官模型等等,丰富教学手段,提高教学质量。

3.3.1.2、3D打印与园林环境设计专业

随着科技的发展,3D打印技术的广泛被运用,园林环境艺术设计师们也在充分利用该项技术不断地探索创新设计。其中,3D打印材料的多样性、环保、可循环利用等特点都给环境艺术设计提供了很大的技术支持,通过3D打印模型来完成他们的设计作品,不再让天马行空的创新思维受限制,而且高质量、精细以及精确的3D模型能帮助设计师设计工期缩短,也能使设计师与客户更直接地进行交流创意想法,避免浪费不必要的时间和精力。


                                                       

在学校里,学生可以通过3D打印迅速实现之前所设计的园林规划方案,还可以设计一些园林规划中的亭台楼阁、艺术小品等丰富设计内容,以此来实现自己的设计理念。

在古建筑文物修缮保护中,利用三维扫描仪和3D打印机,可以进行场景还原,构件补缺等工作。


3.3.1.3、3D打印与机械制造、汽修等专业

由于3D扫描快速生成三维数据、3D打印快速制造的特点,越来越多的机械制造行业开始利用3D打印技术进行技术验证,如东南汽车利用3D打印打印汽车零配件来验证产品、模具厂利用三维扫描仪和3D打印机进行模具修复、汽配厂利用三维扫描做塑模对比、机械制造厂利用3D打印记性产品快速验证等。


3D打印技术正在以相当快的速度在汽车行业里扩散。而对于站在汽车领域真正前沿的兰博基尼来说,多年来,该公司一直在使用3D打印技术进行快速原型,并制造最终的零部件。作为一家以顶级跑车制造商,兰博基尼团队上上下下很快就发现了3D打印可能为他们带来的好处:该技术为设计团队打开了一个自由的新世界,而且能够帮助制造团队快速制造出高品质的零部件。

3.3.1.4、基于3D打印实训室的创新创客活动

为更好的通过3D打印技术完善职业教育体系,开拓新型教育方式,提升教育水平,锻炼、增强学生的创新创造能力,我们建议此次3D打印走进中小学的项目将分为三个阶段开展。

第一阶段是意识培养的进行。通过3D打印技术在教育教学中的实际应用,如将几何立体构造打印出来让学生直观了解几何内部元素联系、将历史课程中出现的古代物品打印出来;在地理课上可以用学生们创作的3D打印世界五大洲板块立体模型更形象直观的呈现大陆板块;在物理课程上用学生们制作的3D打印电动机零部件直接组装电动机等,让学生更深刻的理解其原理构造,从而激发学生的想象力和创造力,提高学生的科技素养与认识。

第二阶段是举办校内“3D打印创意大赛”、“校内教学模型3D设计大赛”、“3D工艺制品大赛”等活动,由浅入深的让学生了解3D打印机的产品性能、技术及相关行业发展,提升学生的创新实践能力和动手能力,拓展学生的课外视野范围,帮助孩子实现创新梦。

第三阶段是组织建立网上校园文化作品商城(或挂载于第三方3D打印模型销售平台),链接在学校官网上,将作品对外展出销售,让学生的优秀成果完成市场转化,是激发学生创新的催化剂,同时也是对学校教学成果的展示。

3.4、实训室规划

3.4.1、场地规划


1、使用面积:80㎡-100㎡以上

2、实验室位置: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验室可高于此标准。新建、改建、扩建实验室及附属用房时,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验室,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打印实验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:实验室应配备有效的防火、防盗、防潮等设施设备和外伤急救箱,急救箱中的药品应注意及时更换。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。

8、环境:环境布置应适合小学生身心发展和认知特点,营造探知科学的氛围,做到生动活泼。

3.4.2、师资规划

实训室专业维护人员: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。

3D打印技术优秀老师: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。