3D打印，讓數(shù)學(xué)“活”起來
2017-10-13 21:00:12邵紅能
知識就是力量 2017年10期
邵紅能
3D打印（3D Printing），又稱三維打印，是一種快速成形技術(shù)。它以數(shù)字化模型為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式構(gòu)造物體。隨著3D打印技術(shù)逐步進入課堂，它給學(xué)生們帶來的沖擊，已經(jīng)不亞于20世紀(jì)計算機教學(xué)普及時的影響。這項技術(shù)可以最大限度地調(diào)動學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維和創(chuàng)新能力。
數(shù)學(xué)與科技的巧妙結(jié)合
3D打印的原理是：把數(shù)據(jù)和原料放進3D打印機中，機器會按照程序把產(chǎn)品一層層地制造出來，打印出的產(chǎn)品可以即時使用。形象地來講，普通的打印機是將2D圖像或圖形數(shù)字文件通過墨水輸出到紙張上；而3D打印機則是將實實在在的原材料（比如金屬、陶瓷、塑料、砂等）輸出為一薄層（物理上具有一定的厚度），然后不斷重復(fù)，一層層疊加起來，最終變成空間實物。因此，3D打印在輸出某一分層時，過程與噴墨打印是相似的。如果說斷層掃描是把某個東西“切”成無數(shù)疊加的片，那么3D打印就是斷層掃描的逆過程。
在進行3D打印時，軟件通過電腦輔助設(shè)計技術(shù)（CAD）完成一系列數(shù)字切片，并將這些切片的信息傳送到3D打印機上，后者會將連續(xù)的薄型層面堆疊起來，直到一個固態(tài)物體成型。
數(shù)學(xué)建模初體驗
將3D打印技術(shù)應(yīng)用于數(shù)學(xué)立體幾何的學(xué)習(xí)中，大家可以通過親手設(shè)計和制作，用實物驗證自己空間想象圖形的正確性，在動手中提高學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的主觀能動性，加強學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣；此外，還能培養(yǎng)空間思維能力和創(chuàng)造能力。無論你的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)如何，都可以嘗試將自己的設(shè)計創(chuàng)意變成五顏六色的實物。下面，我們就一起來看看，怎樣在空間直角坐標(biāo)系中設(shè)計一個圓錐體吧（見右側(cè)圖）。
如何將模型變?yōu)閷嵨锬?/h3>
模型圖設(shè)計好后，將圖傳輸?shù)?D打印機，就可以開始打印了。
具體步驟如下：
①將設(shè)計好的三維立體模型圖，用目前支持最廣泛的.stl或.obj格式導(dǎo)出。
②將導(dǎo)出的文件放入切片軟件MakerBot中，雙擊軟件界面上的Move按鈕，可以移動模型；雙擊Turn按鈕，可以對模型進行旋轉(zhuǎn)操作；雙擊Scale按鈕，可以對模型的大小進行縮放；點擊右上角的Export Print File按鈕進行切片。最后，將切片處理后的模型導(dǎo)出到SD卡中。
③準(zhǔn)備好打印材料，打開3D打印機。將SD卡插入3D打印機對應(yīng)的插孔中，進入菜單界面，選擇Print From SD（訪問SD卡的根目錄），選擇要打印的文件，就可以實現(xiàn)3D打印了。
endprint
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