3DONE軟件在3D打印技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

【摘 要】3D打印技術(shù)中重要的環(huán)節(jié)是建模。學(xué)習(xí)初期，運(yùn)用簡(jiǎn)單的三維建模軟件，可以快速實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的理念，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。文章通過(guò)3D one三維建模軟件的一些特殊命令，使得三維模型變得生動(dòng)有靈性，為讀者提供了有益的參考。

【關(guān)鍵詞】3D one；3D打印技術(shù)；建模

【中圖分類號(hào)】G642【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】2095-3089（2018）24-0131-02

一、前言

3D打印技術(shù)是增材制造技術(shù)，打印機(jī)能將CAD軟件或?qū)嶓w三維反求得到的具有復(fù)雜形狀的三維模型通過(guò)分層軟件逐層的疊加，快速、自動(dòng)、精確制造出原型[1]。這一過(guò)程中關(guān)鍵技術(shù)是三維模型的創(chuàng)建。

在選擇CAD軟件時(shí)，學(xué)生的基礎(chǔ)、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣等諸多因素讓教師絞盡腦汁。3D打印技術(shù)可以使用的三維建模軟件有UG NX 、Proe、Solidworks、3DMAX等等，這些軟件大部分用在航空航天、汽車行業(yè)等領(lǐng)域，其功能強(qiáng)大，操作界面復(fù)雜，需要長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)才能應(yīng)用于實(shí)踐。

各種三維建模軟件中，如草圖繪制與編輯、實(shí)體造型、曲面造型等命令的使用具有共性，可以觸類旁通。因此，學(xué)習(xí)初期使用一些簡(jiǎn)單的三維建模軟件，可以讓使用者快速進(jìn)入角色，提高學(xué)習(xí)興趣和積極性，為后期繼續(xù)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

二、3D one軟件簡(jiǎn)介

3D one是中望公司開(kāi)發(fā)的，適用于廣大青少年的3D打印設(shè)計(jì)軟件。主要基于“搭建積木”的堆砌方式，能在短短幾個(gè)星期內(nèi)輕松地繪制自己的三維作品，表達(dá)和實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意設(shè)想。

三、3D one 軟件特點(diǎn)

1.3D one三維建模軟件的設(shè)計(jì)界面非常簡(jiǎn)潔、干凈。鼠標(biāo)點(diǎn)擊工具欄，可以通過(guò)內(nèi)嵌快速入門講解“工具提示”鍵為每個(gè)功能命令都提供詳細(xì)文字、視頻解說(shuō)。有疑問(wèn)可以隨時(shí)查看、自助解決，最大程度降低學(xué)習(xí)難度。見(jiàn)圖1

2.工作區(qū)網(wǎng)格的設(shè)定可以讓使用者通過(guò)肉眼直接放置模型，操作性、直觀性很強(qiáng)。見(jiàn)圖1

3.3D one三維建模軟件與3D打印機(jī)切片軟件能夠很好的融合。用戶在3Done 軟件完成三維模型設(shè)計(jì)后，可以直接通過(guò)3Done的內(nèi)置“3D打印”按鍵，直接調(diào)用已安裝好的切片軟件并以.STL格式自動(dòng)導(dǎo)入。大大簡(jiǎn)化了中間導(dǎo)入、導(dǎo)出的過(guò)程。見(jiàn)圖1。

4. 3D one三維建模軟件特殊的功能命令。

3D one特殊功能的使用，可以美化模型的外觀。給設(shè)計(jì)者意想不到的驚喜。投影、浮雕等特殊功能讓生活中看似復(fù)雜的模型得以實(shí)現(xiàn)，瞬間設(shè)計(jì)者變成“神筆馬良”。

（1）DE移動(dòng)：以坐標(biāo)方式延伸面、旋轉(zhuǎn)面。見(jiàn)圖2

DE移動(dòng)功能憑視覺(jué)就可以移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)模型的任意平面，非常靈活、方便，順利完成建模。解決了學(xué)生設(shè)計(jì)初期模型工藝性差，裝配性模糊的缺陷。

（2）浮雕：

二維碼是用黑白相間的特定幾何圖形，按一定規(guī)律在平面分布，以記錄數(shù)據(jù)符號(hào)信息的，用于商業(yè)活動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)鏈接、信息讀取。而打印出來(lái)的三維模型凸凹有致、黑白分明才能被識(shí)別。建模時(shí)二維碼特定的幾何圖形較復(fù)雜，如果采用草圖命令繪制再拉伸將十分繁瑣，甚至導(dǎo)致建模失敗。3D one 軟件浮雕命令可以很便捷的實(shí)現(xiàn)其功能。

建模步驟：

步驟一：選擇“基本實(shí)體”/“六面體”命令，創(chuàng)建80×80×6的六面體；

步驟二：“特殊功能”/“浮雕” 命令，“文件名”選擇后綴為.JPG格式的二維碼圖片， “面”選擇上平面，“最大偏移”-1，分辨率0.03，勾選“嵌入圖像文件”，渲染模型黑色見(jiàn)圖3。

步驟三：選擇“基本實(shí)體”/“六面體”命令，創(chuàng)建80×80×6.2的長(zhǎng)方體與圖3長(zhǎng)方體重合于一點(diǎn)，渲染模型白色。

步驟四：步驟二、三實(shí)體分別導(dǎo)入切片軟件，使二者重疊進(jìn)行模型切片設(shè)置與打印。

（實(shí)訓(xùn)室使用的是MakerBot Replicator 2X雙噴頭3D打印機(jī)，打印時(shí)右噴頭放置白色絲材，左噴頭放置黑色絲材。當(dāng)雙色疊交時(shí)，系統(tǒng)默認(rèn)右噴頭打印。打印參數(shù)設(shè)置由于二維碼圖形復(fù)雜、局部特征細(xì)小，為了保證模型的質(zhì)量，Outline外層的打印速度減慢為20mm/s，防止翹邊平臺(tái)溫度130°，其余按系統(tǒng)默認(rèn)值）

打印結(jié)果見(jiàn)圖4，手機(jī)通過(guò)掃描二維碼實(shí)體可以直接鏈接相關(guān)的網(wǎng)頁(yè)。

（3）投影曲線：

該功能將曲線或草圖投影在面上進(jìn)行編輯。用于模型外觀的美化修飾。許多時(shí)候，模型的外觀設(shè)計(jì)很吸引人的眼球。我們看見(jiàn)一些漂亮的圖形，憑手涂畫(huà)，受限于美術(shù)功底，而且鼠標(biāo)的操作遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有畫(huà)筆流暢。

一張圖片，如何把它放置在實(shí)體表面上呢？

建模步驟：

步驟一：選擇“基本實(shí)體”/球體，建一個(gè)SR40mm球體。

步驟二：球體上面建基準(zhǔn)面，見(jiàn)圖5。

步驟三：點(diǎn)擊基準(zhǔn)面進(jìn)入草圖界面，然后“導(dǎo)入”圖片，圖片文件類型選擇Image Files，圖形自動(dòng)轉(zhuǎn)化為輪廓曲線，縮放、調(diào)整輪廓曲線在球上合適的位置見(jiàn)圖6.

步驟四：修改編輯圖片產(chǎn)生的輪廓曲線；

導(dǎo)入的圖片產(chǎn)生了許多線條，錯(cuò)亂不規(guī)則的分布。修改編輯曲線的目的是為了得到圖形外輪廓封閉曲線。這樣才能生成具有圖片形狀的實(shí)體，否則是片狀的。曲線的修改編輯在保留外輪廓線的前提下，其余線條使用刪除、繪制或延伸、修剪命令進(jìn)行修改。

步驟五：隱藏或刪除基準(zhǔn)面，應(yīng)用投影曲線命令將封閉的龍的輪廓曲線投影到球面，見(jiàn)圖7

步驟六：選擇鑲嵌曲線命令，可以將投影到球面上龍的封閉曲線進(jìn)行內(nèi)嵌（或凸起）編輯。見(jiàn)圖8。

通過(guò)以上兩個(gè)實(shí)例，3D one三維建模軟件在學(xué)生建模設(shè)計(jì)的構(gòu)想過(guò)程中，有很大的自由空間，可以“天馬行空”的發(fā)揮創(chuàng)意。

四、總結(jié)

近一個(gè)月的親身教學(xué)實(shí)踐，效果主要體現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

1.學(xué)生的積極性提高，學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中整體學(xué)習(xí)面貌有了改善，由原來(lái)在教室發(fā)呆、玩手機(jī)到現(xiàn)在的爭(zhēng)相討論建模的思路、分享好的方法，比學(xué)趕幫，課堂氛圍良好。

2.3Done三維建模軟件界面友好，操作簡(jiǎn)單，有利于提高學(xué)生設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。加之引進(jìn)簡(jiǎn)單、高效的新型變現(xiàn)設(shè)備—3D打印機(jī)，能快速的把設(shè)計(jì)的理念轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，三維模型看得見(jiàn)、摸得著，學(xué)生成就感強(qiáng)，可以大大激發(fā)他們的創(chuàng)作源泉。通過(guò)實(shí)物還可以發(fā)現(xiàn)模型問(wèn)題從而改進(jìn)優(yōu)化。

3.老師上課的能效感增強(qiáng)，專業(yè)課程變得生動(dòng)有趣。3D打印作品通過(guò)演示和展覽，學(xué)生在方案展示與交流的過(guò)程中自評(píng)與互評(píng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中的深度參與，從而改善教學(xué)效果。

學(xué)生的學(xué)習(xí)面貌有全新的提高，參與性、積極性大大提高。既達(dá)到教學(xué)目標(biāo)又讓學(xué)生們的知識(shí)與技能得到了全面提高。

參考文獻(xiàn)

[1]宋宇紅.淺談快速成型技術(shù)[J].城市建設(shè)理論研究，2013.（24）.

作者簡(jiǎn)介：袁梅（1972-），女，四川省樂(lè)至縣人，講師，碩士研究生。研究方向：機(jī)械加工、三維打印技術(shù)。