数学的重要应用便是建模。“数学建模和3D打印”课程就是以培养学生建模能力为目标之一的STEAM 课程。让3D打印进入中小学课堂,是一件非常有意义的事情。借助于3D 打印机,可以让学生亲身体验从无到有的设计、开发过程,使他们头脑中的想象、创意变成真实的事物。但是,3D打印课程不能只满足于学生将模型打印出来。本课程在 3D建模与数学结合方面做了一些尝试,让学生在造物的过程中应用学科知识,同时提高学生的动手操作能力、创新意识和创新能力,希望对中小学教师开发、设计创客课程和 STEAM课程有一定的借鉴价值。3D打印技术的未来发展趋势显示出其在多个领域的广泛应用潜力。衢州手办3D设计效果图
3D扫描技术主要分为接触式和非接触式两大类。以下是这两种类型的详细解释和一些具体的分类:接触式3D扫描技术:使用感测探针接触物体表面来获得该点的坐标位置。由于需要逐一接触物体表面,所以相较于非接触式来说,扫描过程更耗时。精度较高,有些设备精度甚至高达0.1微米(um),通常用于精密量测和品质检查。不适用于柔软物件或探针难以触及的沟槽等复杂表面。非接触式3D扫描技术:不需要直接接触物体即可获取其三维信息。分为主动扫描和被动扫描两种方式:主动扫描:通过投射激光、光带或其他光源到物体上,然后接收反射回来的光信号来测量距离和形状。被动扫描:不发射光束到物体上,而是通过分析物体表面的光线反射特性来进行测量。具体技术包括拍照式、关节臂式、三坐标、激光跟踪式、激光扫描式等多种方法。综上所述,3D扫描技术的分类涵盖了从精密测量到快速全貌捕获的各种应用,每种技术都有其特定的优势和适用场景。衢州手办3D设计效果图3D建模技术则是实现这些3D应用的数字化基础,它涉及到游戏开发、电影制作、产品设计等多个领域。
“数学建模和3D打印”课程以参数化建模为中心学习内容,重在培养学生的逻辑思维、数学建模思维以及3D 空间设计能力,提高学生推理运算、数据处理、分析和解决数学问题的能力,增强学生的创新意识。参数化建模软件并不多,如OpenScad、UG、BlockSacd、3D程序员等。考虑到UG 的价格过高,而OpenScad编程门槛较高,BlockSacd的功能偏弱,选择了3D程序员。3D程序员是基于可视化编程语言Google Blockly开发的3D建模软件,只需拖曳所需要的积木,修改相应参数即可实现3D模型的快捷设计与生成。
3D扫描的速度取决于所使用的技术和设备。具体如下:扫描技术:不同的3D扫描技术有不同的速度表现。例如,结构光3D扫描仪的速度是通过每秒捕获的帧数和点云数来计算的。而激光扫描仪则以其快速捕捉大量数据点的能力而著称。设备性能:高性能的3D扫描设备能够提供更快的扫描速度。例如,思看科技的TrackScan-Sharp跟踪式三维扫描仪在对房车进行扫描时,扫描速度比较高可达260万次/秒,且扫描全程只需1小时。扫描范围和精度:扫描范围和精度也会影响扫描速度。一般来说,非接触式3D扫描的主流激光扫描精度在0.02-0.05mm,而白光/蓝光/绿光扫描仪的精度在0.01-0.03mm。综上所述,在选择3D扫描设备时,需要根据具体的应用场景和需求来决定。3D扫描是通过对现有物体或样品的扫描,获取其三维数据模型,用于复制、改进设计或检测。
3D打印技术,也称为增材制造,在近年来得到了广泛的关注和发展。这项技术通过逐层构建的方式制造三维物体,极大地简化了生产流程并提高了生产的灵活性和效率。3D打印技术将持续创新,包括新型打印方法和改进的打印质量。同时,新材料的开发,如具有更优异机械特性的金属和复合材料,将成为发展趋势,这些材料将提供更好的刚性、抗冲击性和轻便性等。3D打印技术的应用将进一步扩展到更多行业中,如医疗、建筑、航空航天等。在医疗领域,3D打印已经用于制造个性化的医疗植入物和外科手术模型,未来还将推动再生医学的发展。在建筑行业,3D打印技术有望实现更快、更环保的建筑方法。3D扫描技术广泛应用于工业设计、瑕疵检测、逆向工程、机器人导引、地貌测量、医学信息、文物保存等领域。衢州手办3D设计效果图
3D扫描技术以其高精度、非接触式的特点,在各个领域内展现了强大的应用潜力。衢州手办3D设计效果图
3D程序员的特色是,能够利用各种数学基础模型的叠加和删减,形成新的3D模型。软件中的模块运用都与数学知识密切相关,软件不仅提供了2D 图形、3D图形和文字的输入,甚至还能用各种函数绘制曲线。图形化的编程界面则降低了学习建模的门槛。“数学建模和3D打印”课程通过一系列源于生活的3D 模型设计,让学生熟悉建模软件中的基本模块或者指令,如2D图形、3D模型、2D/3D文字、2D/3D函数、布尔运算、凸壳处理、平移与缩放、镜像与旋转变换、2D 图形的平直与扭曲等多种拉伸造型以及旋转造型、数学运算与函数、逻辑与循环控制、自定义变量等,结合数学知识完成个性化的3D模型设计。衢州手办3D设计效果图