3D打印让数学更有趣!

2020-07-22

3D打印(3DPrinting),又称三维打印,是一种快速成形技术。它以数字化模型为基础,运用粉末状金属或塑料等可黏合材料,通过逐层打印的方式构造物体。随着3D打印技术逐步进入课堂,它给学生们带来的冲击,已经不亚于20世纪计算机教学普及时的影响。这项技术可以很大地调动学生的积极性,培养学生的数学思维和创新能力。

数学与科技的巧妙结合

3D打印的原理是:把数据和原料放进3D打印机中,机器会按照程序把产品一层层地制造出来,打印出的产品可以即时使用。形象地来讲,普通的打印机是将2D图像或图形数字文件通过墨水输出到纸张上;而3D打印机则是将实实在在的原材料(比如金属、陶瓷、塑料、砂等)输出为一薄层(物理上具有一定的厚度),然后不断重复,一层层叠加起来,终变成空间实物。因此,3D打印在输出某一分层时,过程与喷墨打印是相似的。如果说断层扫描是把某个东西「切」成无数叠加的片,那么3D打印就是断层扫描的逆过程。

在进行3D打印时,软件通过电脑辅助设计技术(CAD)完成一系列数字切片,并将这些切片的信息传送到3D打印机上,后者会将连续的薄型层面堆叠起来,直到一个固态物体成型。

数学建模初体验

将3D打印技术应用于数学立体几何的学习中,大家可以通过亲手设计和制作,用实物验证自己空间想象图形的正确性,在动手中提高学习数学的主观能动性,加强学习数学的兴趣;此外,还能培养空间思维能力和创造能力。无论你的数学基础如何,都可以尝试将自己的设计创意变成五颜六色的实物。下面,我们就一起来看看,怎样在空间直角坐标系中设计一个圆锥体吧(见右侧图)。

如何将模型变为实物呢

模型图设计好后,将图传输到3D打印机,就可以开始打印了。

具体步骤如下:

①将设计好的三维立体模型图,用目前支持较为广泛的.stl或.obj格式导出。

②将导出的文件放入切片软件MakerBot中,双击软件界面上的Move按钮,可以移动模型;双击Turn按钮,可以对模型进行旋转操作;双击Scale按钮,可以对模型的大小进行缩放;点击右上角的ExportPrintFile按钮进行切片。再将切片处理后的模型导出到SD卡中。

③准备好打印材料,打开3D打印机。将SD卡插入3D打印机对应的插孔中,进入菜单界面,选择PrintFromSD(访问SD卡的根目录),选择要打印的文件,就可以实现3D打印了。


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