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3D打印机实训室规划建设方案

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2020年4月19日
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3D打印机实训室
建设方案

4月
目录
1.项目背景 1
1.1 3D打印概述 1
1.2 3D打印实训室建设意义和价值 1
1.3 3D打印创新实训室的主旨规划 2
2.3D打印创新实训室 3
2.1 3D打印流程 3
2.2 场地规划及配置 3
2.3 方案配置 4
2.4主要设备性能及参数 5
2.4.1 三维扫描仪 5
2.4.2 3D打印机 10
3 完善的软硬件服务及创新培训服务 14
3.1 软硬件服务 14
3.1.1 质量保证期 14
3.1.2售后服务支持体系 14
3.2 3D创新设备培训 14

1.项目背景
1.1 3D打印概述
3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，经过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，经过电脑控制把“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。
3D打印产业当前在高速的发展中，技术日益成熟，特别是在消费级3D打印领域，已经逐渐用于一些产品的直接制造。伴随着科技的发展和进步，可预见的未来的十年，3D打印将会给全球的制造业领域带来极大的颠覆。而生活智能化科技化的发展趋势也将带动制造业数字化的发展，3D打印科技在推动制造业数字化的发展中起到了至关重要的作用，为此 2月12日 国家工信部、发改委、财政部共同颁布《国家增材制造产业发展推广计划（ - ）》（见附件一），全力督促发展国内增材制（3D打印）产业，目的是为抢抓新一轮科技革命和产业变革的重大机遇，落实国务院关于发展战略性新兴产业的决策部署。
1.2 3D打印实训室建设意义和价值
3D打印机技术被称之为”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打印技术引入中学课程，有助于学生综合素质能力的提高和发展。
1、教育目标
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——经过与传统课程结合，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
2、3D打印或将颠覆传统教育方式
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经过了考试，但考试过后就很快忘记了，3D打印机能够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，而是经过她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。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，你就能抓住她们的注意力。
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经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打印机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。
美国政府已经以实际行动给出了答案。在美国，几乎所有的大中小学已经开设了3D打印的课程，经过对青少年进行3D打印创新意识、技术手段的培养，3D打印成为“美国智造”的有力手段，成为中美制造业竞争的重要砝码。
1.3 3D打印创新实训室的主旨规划
本实训室软件套件旨在培养学生的艺术素养（欣赏及制作）、计算机新技术的接触及应用（设计软件、三维打印机实操）、提供实训室架构、师资培养、课程设计、软硬件更新及其它配套服务。3D打印课程培养的是学生的学术思维及能力，经过对青少年进行3D打印创新意识、技术手段的培养，大大拓宽学生的学习视野。很多学生能够利用3D打印结合自己的创新思维，设计出更好的作品。
利用讲解案例过程嵌入理论知识的教学方法，让学生先动手操作然后认知3D打印的概念，这样更能深刻感受新科技的魅力。由教师带领学生去做一个个案例，在此基础上再由学生自由发挥，利用所学软件技术去表示自己的创意及想法。
2.3D打印创新实训室
2.1 3D打印流程

2.2 场地规划及配置
一、教室配置
1.使用面积：80㎡-100㎡以上
2.实训室位置：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训室可高于此标准。新建、改建、扩建实训室及附属用房时，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训室，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打印实训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：实训室应配备有效的防火、防盗、防潮等设施设备。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。
二、实训室人员配置
1、工作室专业3D打印工程师：
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，并获得相关行业公司的技能培训证书；熟悉3D扫描技术，能够使用3D扫描仪。
2、优秀科技老师：
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，并获得相关行业公司的技能培训证书。
三、实训室区域划分
1、教学区：主要进行日常教学与实践活动
2、陈列区：主要展示工作室作品
3、科普区：主要以墙面展板为主
2.3 方案配置
项目方案
设备名称
型号
数量
单位
备注
3D打印机部分
三维扫描仪
CPC-400
10
台
三维数据采集
三维打印机
InspireD255
10
台
双喷头
打印耗材
ABS
20
公斤

电脑
主流机型和配置
10
台
学校可自备
设计软件部分
软件
ModelWizard

实训室参考图

2.4主要设备性能及参数
2.4.1 三维扫描仪

一、产品简介
3DCaMega光学三维扫描系统便携式CPC双目三维扫描仪基于结构光双目视觉原理，由两台数字相机，结构光投影仪及中央控制电路“光机电”高度融合而成。系统将多组光栅条纹投影到物体表面；两台数字相机从不同角度同时拍摄物体表面条纹图案，并将条纹图像输入计算机；计算机根据相位法和三角法等解析条纹曲率变化，精确计算出每个像素对应物体表面的空间坐标（X、Y、Z），获得物体形面三维点云数据（Point Cloud）。
二、产品优势
★  “光机电”高度融合设计，结构紧凑轻巧，便于携带，使用方便，机体重量小于3kg。
★  采用国际先进的LED蓝光光源，有效降低对被测物体表面漫反射性及环境光的要求；LED光源安     全功耗低，减少光源造成的热变形，保证系统稳定可靠，光源寿命长达十万小时。
★  高精密镜头组（一个投影镜头，二个相机镜头）方便更换，实现大，中，小物件及精细物件的扫描。系统最多可选配五组十五个高精密镜头，可实现扫描视场，扫描精度和分辨率的针对性最佳使用。
★  配备镜头组对应的系统标定校正板，对系统进行精度标定，确保测量精度；标定过程方便快捷。
★  具有点云数据自动拼接功能；即可采用标示点进行全自动的拼接，也可依据物体表面轮廓特       征，支持手动拼合；还可选配精密数控转台进行精密自动扫描拼接。
★  配备CloudForm后数据处理软件，实现精确数据拼接、坐标系转换、点云数据光顺过滤，生成      网格模型数据等功能。
★  满足用户对不同格式文件的需求，能输出为ASCII、IGS、STL、OBJ、WRL等格式数据， 为Catia、3ds Max、UG、ProEImageware、Polyworks、Geomagic 等通用三维设计软件提供数据接口。
三、技术参数

名称
规 格 参 数
三维扫描仪
1.主要技术参数

1.1 技术原理:单工业相机白光光栅扫描技术，非双工业相机白光光栅扫描技术；
1.2 光栅类别:独立式数码光栅,非普通投影仪；
1.3 无需维护低损耗的LED光源技术；
1.4 工业相机分辨率: ≥130万像素；
1.5 最快单幅扫描速度:≤3秒；
1.6 最小点云间距:≤0.06mm；
1.7 单幅精度: ≤0.015mm(400测量范围)；
1.8 一体化工业结构的箱体设计；
1.9 接口线缆：安全稳定工业级插头的线缆，非多接头组合式线缆；
1.10测头温度监测及报警功能；
1.11点云数据自动拼接功能：无需粘贴参考点，可依据物体表面轮廓特征，进行自动拼接。可支持手动、自动拼合等方式；
1.12扫描数据时原始点云密度可调整；
1.13软件性能：支持CPU四核以上多线程处理，支持GPU并行运算技术；
2.图形工作站硬件配置要求

2.1 支持Windows7 64位操作系统,支持多处理器
2.2 显卡采用Nvidia Quadro系列显卡
2.3 CPU主频:≥2.3GHz
2.4 内存:≥4GB
2.5 硬盘容量:≥1TB
2.6 显示屏尺寸:≥22寸
3.软件功能要求

3.1 Win3D三维扫描系统V1.2.0
(1)点云处理模块
扫描数据后，可进行点云噪声处理及修剪
基于曲率的点云精简功能
自动生成三角面
(2)对齐及检测模块
特征拟合功能，如平面，圆，圆柱，球等
利用特征的坐标变换功能
平面度、圆柱度、球度检测功能
(3)数据输入输出
导出结果为ASC，STL，OBJ等格式数据输出接口广泛,测量结果可与CATIA、Geomagic Studio、Imageware等逆向工程软件自由交换数据
(4)接口兼容模块
预留Win3D工业创新平台实训教学系统软件接口，实现交互式实训教学的基本功能
3.2 Win3D工业创新实操教学系统V1.0
(1)支持中文Windows7 64bit系统，提供首页系统导航；
(2)教学系统中需包括工业设计、逆向工程、创新设计及项目管理等功能模块；
(3)功能模块中需包含理论知识、实训教学、案例分析、考核系统等部分组成；
(4)具有扩展功能，可扩容理论知识、软件教学、案例及题库部分；
(5)考试系统要求除多种组合的标准试题组件外，可按单元自行调整试题比例并自动计算考试时间的自定义试题组件，标准题库数量不少于1000道；
(6)项目管理要求提供不少于两组大型测量方案，包含操作规范、工作流程、进度管理、设备管理、质量控制等项目管理内容；
(7)兼容三维数据采集设备进行自动数据交换，须包含配套数据采集系统软件提供数据采集的过程控制，须兼容并配合数据输出设备实现数据采集及模型输出的全流程，预留接口与数据处理软件进行实时数据交换；
(8)提供详细创新设计实训教学系统方案，包括专业实训的课程设计与实训考核标准，以满足工业创新教学实训目标；
4.附件技术要求

4.1便携式三角架
4.2高度可达1.8米
4.3最大承重20kg
4.4包含中柱支架装置,增强的整体稳固性
5.备品要求：

5.1专用背景黑布1000×1000mm 1块；
5.2标志点（5mm/5000个/卷）5卷；
5.3工业显像剂（DPT-5) 5罐
5.4 二维转盘1个
5.5黑色橡皮泥2盒；
5.6黑色转盘垫块 2块；
5.7教学工件（标准数模）1套
5.8标定单元 1块

2.4.2 3D打印机

一、产品简介
睿智的外观、精密的内部构造、稳定便捷的使用体验，为您打造专业级的三位成型系统。高效的成型速率，为您省却久等之烦扰；宽大的成型空间能够胜任绝大多数三维模型的打印任务；始终的间隔让您即可就可拥有属于自己的专业级的三维打印系统。
它能满足个人、企业及科研部门的工作需求。
二、产品优势
产品采用熔融挤压快速成形技术（MEM～Melted Extrusion Modeling），该技术综合了机械工程、CAD、数控技术及材料科学技术，设备是在计算机控制与管理下，根据零件的CAD模型，采用材料精确堆积(由点堆积成面，由面堆积成三维实体)的方法制造原型或零件。产品采用的MEM技术属于共性技术，能够广泛应用于教育、医学、汽车、考古、动漫、工业设计、工艺设计等多领域。
三、技术参数
名称
规 格 参 数
3D打印机
1.硬件
喷头系统是双喷头系统（成型材料与支撑材料为不同性能的ABS塑料丝材）；
2.主要参数
1、系统运行环境：Windows XP
2、具备一键打印功能
3、文件输入格式：STL文件格式
4、成型层厚（Z轴）：0.2~0.4mm（5级参数自主调节）
5、成型精度：±0.2mm
6、成型空间：255mm×255mm×310mm
7、成型速度：5~60cm3/h
8、材料直径：≤2mm
9、操作环境：温度15~20℃；湿度10～50%RH
10、运动系统：歩进电机驱动，同步齿形带传动
11、ABS成型材料：B601 成型材料
12、ABS支撑材料：S301支撑材料
13、成形室带加热系统（成形室温度实时控制，保持在55℃以上），确保零件制作时不会变形,并具备成型室工作时时监控系统。
14、设备运行中，无毒性、低噪音、无粉尘、无异味，确保对环境无污染，能够无人值守。
15、设备重量：大设备净重不高于200Kg，运行时确保稳定。
16、电源：220V—240V、10A、标准接地，保证设备及人员安全。
17、喷头终身免费维修，软件终身免费升级。
4.配置
1、主机一套（包括：主机、喷头、控制与分层软件）
2、备品备件：内六方扳手1套；镊子1把；粘结底板30块；起型铲1把；铜丝刷子1把；吹尘球1个；水平调平量块1块；喷头扳手1个；电源插线板1个；电源线1根；串口线1根；Φ0.3钻头2个
3、随主机附带B601 成型材料与S301支撑材料各伍盘
4、设备操作手册
四、 设计软件

为 Inspire 系列工业级3D打印设备设计的专用软件，为用户提供更多的参数设置和高端功能。
分层与控制功能由一个软件完成，而且是全中文友好界面。能对STL格式的模型进行测量（包括实体内部的孔、洞、剖面、流道等），对STL格式的模型上裂缝、空洞等错误能自动修复；同时能根据支撑角度，支撑结构等几个参数，自动创立工艺支撑。对模型能够进行合并，分解，分割等复杂操作，提高成形系统的造型能力。层片显示模块，可快速检验分层结果。
产品功能
² 模型修复
² 分解和分割模型
² 视频监视
² 预览刀路和支撑
² 可选则各种渲染模式（半透，横切面等）
² 自动摆放模型

3 完善的软硬件服务及创新培训服务
3.1 软硬件服务
3.1.1 质量保证期
免费质量保证期壹年，设备软件终身免费升级，并承诺对设备的喷头部分给予终身免费维护、更换。在质保期后提供免费上门服务，产品终身维修。
3.1.2售后服务支持体系
软硬件提供365*24电话咨询，工作日上门服务。
3.2 3D创新设备培训
提供免费的培训壹次。
培训内容：
1、3D打印技术知识培训，包括各类打印技术以及打印材料普及；建模软件的操作和使用；
2、学生培训项目，包括增材制造概念原理；FDM桌面3D打印机使用；基本3D建模软件的操作和使用；各类打印技术工艺原理；FDM桌面3D打印机使用；中级3D建模软件的操作和使用； 3D模型的打印切片转换；结合3D打印机，介绍3D扫描仪的工作原理与基本使用。
4、老师培训项目，包括各类打印技术工艺原理；FDM桌面3D打印机使用；高级3D建模软件的操作和使用；高级3D模型的打印切片转换；结合3D打印机，介绍3D扫描仪的工作原理与基本使用。