创意3D轻松学

曾几何时，3D打印对大家而言堪称玄幻般的存在，陌生而高端。自2006年开始，国内各地出现创客空间，受STEM教育的影响，造物教育开始进入人们的视野，而3D打印作为新时代的造物技术，首当其冲，成为各个学校进行创客教育的必开课，但也仅限于一个不算很大的范围内。直到2017年《中小学综合实践活动课程指导纲要》颁布，其附件5《设计制作活动（劳动技术）主题及其说明》中明确提出“3D设计与打印技术的初步应用”作为设计制作活动主题。3D打印技术的相关内容才正式进入基础教育中来。
时至今日，3D打印技术已较为常见： 大街小巷的警亭、卖场里的冰箱、空调的外壳，甚至假牙的制作等都离不开3D打印技术。3D打印也进入了学校，县区以上的重点小学大都开设了3D打印课程。笔者所在的学校开展3D打印教学已有5年时间，边研究边实践，在教学实践中发现了许多问题，也积累了一系列的教学技巧和经验，特别是“3D打印课程面向每一个学生”的问题得到了解决。
因为受种种客观条件的限制，学校教学用的3D打印机不可能配备很多，一般是6~10台，而且学校3D打印机用的是FDM（熔融沉积制造）技术，喷头口径不超过0.8mm，打印速度相对来说比较缓慢，一般来说，一个小型物体需要几个小时才能完成打印。而一节课的时间只有40分钟，就算人手一台打印机，也不可能让学生在课堂上完成自己的作品。如果课堂上要求学生完成的模型稍大，如“花瓶”“笔筒”“肥皂盒”等这类形体的物品，至少半天才能完成，如果设计打印像“桌、椅”“空调”“洗衣机”等“巨型”物品，三五天也无法完成。如此情况，3D打印课程只能是极少数孩子参与，很多时候似乎只是摆设。
为了真正让每一个孩子接触到3D打印机，亲自实践，参与到3D打印的全过程，后拿到自己设计制作的作品，体验到作品完成那一刻的快乐，几年来，笔者团队致力于这方面的探索和研究，在3D One软件的支持下，精心挑选、设计每一个案例，让学生制作一些体积更小的如“图钉”“U盘帽”“纽扣”“茶杯垫”这些生活中常见、结构比较简单又真实可用的物体，可以把打印时间控制在20分钟之内，从而满足课堂上每个小组都能完成打印作业的需求。三年时间走过来，打印的物品丰富多彩，从平面到立体，从几何图形到生活中的实物，让孩子们感受到了拔模、放样、扫掠、抽壳、捏塑等造型技术的神奇。每个学生在一个学期内都可以拿到几件自己亲手完成的心仪的小模型。
笔者编写这本书，一方面是3D打印课程教学过程的经验积累，另一方面是应热爱3D打印课程教学的广大老师的要求： 在我校一次大型公开教学活动时中，兄弟学校的老师们看到学生的一个个小作品时很激动，感慨这才是把普惠教育真正落到了实处，纷纷要求笔者把经验记录下来，把对教育有益的东西记录下来，推广出去，真正的普惠不能局限于一校、一地，要让更多人受益。
更可贵的是，本书编者都是很有情趣的老师，他们思维活跃、发散、求异性强，富有创造性； 他们具有教师的职业素养，敬业、严谨、有爱心，所写内容都是基于孩子的认知规律，在精心构思、实践验证的基础上完成的。其中关于雕刻模块和编程模块的案例更是匠心独具，具有实用性和可操作性，是目前其他同类图书还未涉及的。
由于笔者水平有限，书中若有疏漏之处，欢迎批评指正，不胜感谢。
编者

2021年5月

创意3D轻松学素材包
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本书使用3D One软件进行建模知识和技巧的讲解，介绍了3D打印的有关知识。3D One是一款低门槛的3D建模软件，其界面简洁、功能强大、操作简单。本书基本覆盖了3D One软件包括其编程功能在内的大部分功能及操作，在一定程度上可以作为软件操作手册使用。书中所有案例生动有趣、类型丰富、贴近实际生活，且均可以在一小时内制作并打印出来。 本书适合中小学生和对3D打印技术感兴趣的人阅读和使用，可以作为教材辅助校外机构及学校社团开展3D打印教学活动，也可作为广大中小学教师开展3D打印教学的指导用书。

第1章什么是3D打印

1.13D打印的概念

1.1.1何谓3D

1.1.2打印和3D打印

1.23D打印技术和材料

1.2.13D打印技术

1.2.2常见的3D打印材料

1.33D打印的优势和缺点

1.3.13D打印的优势

1.3.23D打印技术的局限

1.3.33D打印的应用

1.43D打印的流程和软件

1.4.1打印的流程

1.4.2建模软件

1.4.3切片软件

第2章初见3D One

2.13D One的下载和安装

2.1.13D One的版本

2.1.23D One软件的下载和安装

2.23D One界面和视图操作

2.2.1界面布局

2.2.2主菜单

2.2.3命令工具栏

2.2.4视图操作和DA工具条

2.2.5坐标系和长度单位

第3章简单几何形体——基本
实体

3.1基本几何体

3.1.1六面体

3.1.2球体

3.1.3圆柱体

3.1.4圆锥体

3.1.5圆环体

3.1.6椭球体

3.2对齐平面

3.3移动和缩放

3.3.1移动

3.3.2缩放

3.3.3minibar功能

3.4应用实例——制作一枚图钉

3.5应用实例——制作U盘帽

第4章绘制平面图形——草图的
绘制和编辑

4.1直接绘制平面图形

4.1.1矩形

4.1.2圆形

4.1.3椭圆形

4.1.4正多边形

4.1.5预制文字

4.2由点组成平面图形

4.2.1直线

4.2.2圆弧

4.2.3多段线

4.2.4通过点绘制曲线

4.3其他方法

4.3.1外部文件生成图形

4.3.2参考几何体

4.4图形的编辑

4.4.1链状圆角

4.4.2链状倒角

4.4.3单击修剪

4.4.4修剪/延伸曲线

4.4.5偏移曲线

4.5综合实例——绘制五角星

4.6综合实例——饮料开瓶器

第5章从平面到立体——特征
造型

5.1从样条生成形体

5.1.1拉伸

5.1.2旋转

5.1.3扫掠

5.1.4放样

5.2根据点或者线更改形体

5.2.1圆角

5.2.2倒角

5.2.3拔模

5.2.4由指定点开始变形物体

5.3综合实例——攀爬火柴人

5.4综合实例——制作小药瓶

第6章使用多个实体——组、阵列
和镜像

6.1使用组

6.1.1成组

6.1.2炸开组和炸开所有组

6.2布尔运算

6.2.1加运算

6.2.2减运算

6.2.3交运算

6.3阵列实体

6.3.1复制实体

6.3.2阵列

6.4镜像

6.5标尺和测量

6.6综合实例——制作纽扣

6.7综合实例——制作茶杯垫

第7章修改实体造型——特殊
功能

7.1DE移动

7.2分割

7.2.1实体分割

7.2.2曲面分割

7.2.3投影曲线

7.3变形

7.3.1扭曲

7.3.2圆柱折弯

7.3.3圆环折弯

7.3.4锥削

7.4特殊处理

7.4.1抽壳

7.4.2浮雕

7.4.3镶嵌曲线

7.5综合实例——制作彭罗斯三角

7.6综合实例——制作骰子

7.7综合实例——竹蜻蜓

第8章体验雕刻艺术——雕刻
模块

8.1辅助操作

8.1.1视图

8.1.2通用设置

8.1.3遮罩、缩放和变形命令

8.2雕刻操作

8.2.1笔刷

8.2.2膨胀

8.2.3扭转

8.2.4平滑

8.2.5捏塑

8.2.6皱褶

8.2.7拖拉

8.3面结构(拓扑)

8.4综合实例——制作海参模型

8.5综合实例——制作辣椒模型

第9章编程创造世界——3D编程

9.1趣味编程功能介绍

9.1.1积木模式和代码模式

9.1.2基本操作和运行方法

9.2使用编程建造模型

9.2.1创建基本实体

9.2.2创建线条和文字模型

9.2.3数据类型

9.3积木的嵌套

9.3.1基本操作

9.3.2多个实体操作

9.3.3特征造型

9.4变量和循环执行

9.4.1变量

9.4.2循环

9.5条件和分支执行

9.5.1条件和分支

9.5.2逻辑

9.6综合实例——制作跳棋

9.7综合实例——制作冠状病毒模型

参考文献