低成本3D打印技術(shù)在農(nóng)村中小學(xué)創(chuàng)客教育中的推廣與實(shí)踐

王育棉

【摘要】：現(xiàn)階段中小學(xué)創(chuàng)客教育逐步發(fā)展，各縣市教育局對(duì)創(chuàng)客空間的建設(shè)非常重視，逐步向各中小學(xué)派送3D打印機(jī)，此舉在一定程度上推動(dòng)中小學(xué)3D打印課程的推廣，然而一臺(tái)打印機(jī)并不能滿足中小學(xué)3D打印建設(shè)的需求，故考慮組裝一批低成本的3D打印機(jī)，以滿足農(nóng)村學(xué)校3D創(chuàng)客教育的需求，讓低成本的3D打印技術(shù)在農(nóng)村中小學(xué)得以推廣。

【關(guān)鍵詞】：3D打印? DIY? 創(chuàng)客教育

3D打印，英文叫3D printing，是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。[1]

簡(jiǎn)單地說，3D打印技術(shù)是通過建模軟件（如3D one、123D design、犀牛等）構(gòu)建模型，將模型以STL等文件格式存儲(chǔ)，接著利用切片軟件（如Repetier-Host、Cura3.0等）進(jìn)行切片，以grode格式的保存文件，最后將切片好的模型文件拷貝到3D打印機(jī)上進(jìn)行打印。利用建模軟件和3D打印機(jī)的配合最終獲得具體實(shí)物。由于3D打印機(jī)的價(jià)格在上千元至上萬不等，所以在農(nóng)村學(xué)校開設(shè)3D打印課程有著不小的阻礙，這種阻礙成就了DIY之路。

一、從“核心”開始構(gòu)思3D打印機(jī)

在2006年，一個(gè)名叫Reprap的開源3D計(jì)劃公布，這一計(jì)劃標(biāo)志著3D打印走向開源，接著Ramps1.4 打印主板的設(shè)計(jì)使得普通人都能DIY制作屬于自己的3D打印機(jī)，從此3D打印進(jìn)入普通人的使用范疇。淘寶上售賣各種打印主板，以Ramps1.4最為經(jīng)典，它集成Reprap所需的所有電路接口。Ramps連接強(qiáng)大的Arduino MEGA平臺(tái)，并擁有充足的擴(kuò)展空間。除了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接口外，Ramps提供了大量其他應(yīng)用電路的擴(kuò)展接口，是一款更換零件非常方便的主板，擁有強(qiáng)大的升級(jí)能力和擴(kuò)展模塊化設(shè)計(jì)的Arduino的擴(kuò)展板。

彩虹3D打印機(jī)的DIY主板擁有充足的電路接口，讓DIY之路變的更為精彩，Ramps1.4 打印主板有多種接口，包括XYZ步進(jìn)電機(jī)、三軸限位開關(guān)接口、噴頭溫度及熱床溫度探頭接口等，其接口適合典型的公母杜邦頭，除以上接口外還可以連接其他的擴(kuò)展模塊，其整體性能穩(wěn)定又強(qiáng)大。

該主板的特點(diǎn)如下：1.第五個(gè)步進(jìn)電機(jī)輸出端口可自定義作為Z軸電機(jī)或第二個(gè)擠出機(jī);2.可擴(kuò)展到控制其他配件;3.三場(chǎng)效應(yīng)晶體管，三個(gè)加熱器/風(fēng)扇輸出端口，三個(gè)熱敏電阻電路;4.加熱床控制，額外的11A保險(xiǎn)絲;5.可配5個(gè)Pololu步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器板;6.Pololu板腳頭插座，可以方便地更換或取出;7.I2C和SPI引腳可用于后續(xù)擴(kuò)展;7.加熱器輸出有對(duì)應(yīng)LED指示，同時(shí)支持SD卡。

當(dāng)你的主板焊有1N4004二極管時(shí)，電壓不要超過12V，當(dāng)然Ramps1.4額定輸入電壓是12V， Arduino Mega 2560 的最大支持電壓為20V。

Ramps1.4 打印主板還有一大亮點(diǎn)，就是可通過Arduino IDE刷入固件，外接不同的擴(kuò)展板需要刷入不同的代碼，對(duì)已有的代碼進(jìn)行修改，創(chuàng)造屬于自己的DIY類型，前提必須精通C語言，而刷入固件時(shí)要選擇Arduino Mega 2560類型。

（二）用散裝套件搭建3D打印機(jī)

現(xiàn)如今的中小學(xué)創(chuàng)客教育，開源硬件是核心部位，再配上各種傳感器，就能將想法轉(zhuǎn)為現(xiàn)實(shí)。而3D打印機(jī)核心部位也是開源硬件， Ramps1.4打印主板配上其他的零件就能實(shí)現(xiàn)3D打印造物之夢(mèng)。不難發(fā)現(xiàn)，DIY一臺(tái)3D打印機(jī)其實(shí)就是創(chuàng)客造物的過程。萬能的淘寶有售賣各種打印零部件，經(jīng)過本人多方刪選，發(fā)現(xiàn)彩虹科技3D打印是一家非常不錯(cuò)的3D科技公司，它有一大特點(diǎn)就是用打印出的實(shí)物連接各部分零件，這種做法在一定程度上降低了整體打印機(jī)的價(jià)格，使得3D打印機(jī)走向低端低價(jià)路線，而低端低價(jià)的打印機(jī)能打出高精度的作品，這是才是最大的亮點(diǎn)。

彩虹3D打印機(jī)高精度i3系列標(biāo)配的價(jià)格為819元，該系列包含了所有打印機(jī)所需的零部件。如此低價(jià)才是吸引人的地方，再加上強(qiáng)大的售后服務(wù)，讓組裝變得更簡(jiǎn)單。在學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的支持下，前后購(gòu)置了5臺(tái)打印機(jī)套件，花了整整兩個(gè)星期的時(shí)間組裝。在組裝的心酸歷程中同時(shí)學(xué)習(xí)了3D打印的基本原理。打印機(jī)組裝完成，搭配廣州中望公司開發(fā)建模軟件3D one建模軟件（包年512元）實(shí)現(xiàn)農(nóng)村孩子從3D建模到3D打印的夢(mèng)想。

低成本的3D打印機(jī)配上建模軟件及免費(fèi)的切片軟件（cura軟件），將極大地促進(jìn)農(nóng)村中小學(xué)3D創(chuàng)客教育的發(fā)展，使得在農(nóng)村學(xué)校組建較大規(guī)模的3D社團(tuán)成為可能，致力于打造每人一臺(tái)電腦、兩人一臺(tái)3D打印機(jī)的小組合作模式。有了強(qiáng)大的硬件設(shè)施做為創(chuàng)作的基礎(chǔ)，在培養(yǎng)高階思維與創(chuàng)新能力等方面有著一定的促進(jìn)作用，學(xué)下將構(gòu)建一條從模仿作品到思考作品再到創(chuàng)作作品的學(xué)習(xí)道路，最終指向創(chuàng)新素養(yǎng)的培養(yǎng)。[2]

【參考文獻(xiàn)】

1.小創(chuàng)客輕松玩轉(zhuǎn)3D打印/刁彬斌等編著.——北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2017.10（2018.5重?。㊣SBN 978-7-122-30389-9;

2.輕松玩轉(zhuǎn)3D one與3D打印/沈志宏著.?-——北京：人民郵電出版社.2018.5 ISBN 978-7-115-47920-4