XXXX職業(yè)技術(shù)學(xué)院《3D打印與逆向建?！稰AGE7智能制造學(xué)院數(shù)控教研室XXX《3D打印與逆向建?！方贪附虒W(xué)單位：授課學(xué)期：教學(xué)班級：授課教師：授課學(xué)時：課程類型：智能制造學(xué)院2024-2025-223機(jī)制2、4、5班XXX48講練一體?任務(wù)2-6自由設(shè)計實用作品教案課程名稱3D打印與逆向建模授課學(xué)期2024-2025-2授課教師XXX課題序號任務(wù)2-6授課班級2023級機(jī)制授課課時2課時教學(xué)場所C208增材制造實訓(xùn)室教材及參考書XXX主編3D打印技術(shù)與逆向工程實例教程機(jī)械工業(yè)出版社授課章節(jié)名稱項目二：正向打印任務(wù)2-6自由設(shè)計實用作品教學(xué)目標(biāo)?能力綜合：綜合運用所學(xué)建模命令解決復(fù)雜問題。?流程實踐：完整經(jīng)歷產(chǎn)品開發(fā)全流程。?創(chuàng)新協(xié)作：提升創(chuàng)新思維、項目管理與團(tuán)隊協(xié)作能力。教學(xué)內(nèi)容1.綜合運用所學(xué)命令，解決實際問題，完成創(chuàng)新設(shè)計。開放式主題（如手機(jī)支架、筆筒、齒輪玩具等）模型設(shè)計及3D打印制作實物?；顒釉O(shè)計學(xué)生自主選題（如手機(jī)支架、筆筒等），完成設(shè)計、切片、打印全過程。進(jìn)行小型作品展示會。教學(xué)重點教學(xué)難點1.設(shè)計思維導(dǎo)入（發(fā)現(xiàn)問題-構(gòu)思方案-建模實現(xiàn)）

2.綜合運用所學(xué)命令資源與工具視頻、尼龍樣品，彩色打印樣品，高端應(yīng)用視頻教學(xué)方法示范、簡要介紹、案例展示。工業(yè)級應(yīng)用案例講解視頻演示、航空航天/醫(yī)療領(lǐng)域高端案例介紹。評價方式創(chuàng)新性、實用性、完成度綜合評價板書設(shè)計任務(wù)2-6自由設(shè)計實用作品任務(wù)2-6自由設(shè)計與制造：從想法到實物——像產(chǎn)品經(jīng)理和工程師一樣思考??一、項目任務(wù)??核心任務(wù)：小組合作，設(shè)計并打印一款解決實際需求或充滿創(chuàng)意的個性化產(chǎn)品。?可選方向：???實用類：手機(jī)/耳機(jī)支架、筆筒、數(shù)據(jù)線收納器、定制化工具掛鉤……?創(chuàng)意類：迷你建筑模型、個性化印章、可動齒輪玩具、動漫角色鑰匙扣……?二、設(shè)計制造六步法（“雙鉆模型”簡化版）?階段一：定義問題（“發(fā)現(xiàn)”與“界定”）?第1步：需求分析與選題?思考：我為誰設(shè)計？要解決什么痛點？（如：手機(jī)充電時觀看角度不佳）產(chǎn)出：明確的設(shè)計需求文檔（一句話說清要做什么）。?第2步：調(diào)研與構(gòu)思?行動：搜集資料，手繪至少2-3個設(shè)計方案草圖。產(chǎn)出：設(shè)計方案草圖，小組內(nèi)討論確定最優(yōu)方案。?階段二：解決問題（“發(fā)展”與“交付”）?第3步：三維建模?行動：在軟件中將選定的草圖轉(zhuǎn)化為三維模型。核心：“為制造而設(shè)計”，時刻考慮打印可行性。?第4步：打印可行性自檢（關(guān)鍵?。??自檢清單：[1]是否有致命懸垂（大于45度）？需要加支撐嗎？[2]模型是否“水密”（無破面）？[3]尺寸是否合理？用尺子比劃一下實際大小。[4]關(guān)鍵部位（如齒輪齒、卡扣）強(qiáng)度是否足夠？?第5步：切片與打印?行動：根據(jù)自檢結(jié)果，配置切片參數(shù)（層高、支撐、填充率）。安全與規(guī)范：遵守打印機(jī)操作規(guī)范，記錄打印參數(shù)。階段三：測試與迭代??第6步：后處理與測試優(yōu)化?行動：拆除支撐，清理模型，進(jìn)行功能測試（如手機(jī)放上去穩(wěn)不穩(wěn)？齒輪能不能轉(zhuǎn)動？）。迭代：根據(jù)測試結(jié)果，返回第3或第4步修改模型，實現(xiàn)優(yōu)化。這才是真正的工程流程！?三、項目成果展示與評價??展示內(nèi)容：???最終實物作品??設(shè)計過程海報：包含需求、草圖、建模截圖、打印參數(shù)、迭代心得。?評價維度：???創(chuàng)意性/實用性??建模質(zhì)量（模型完整性、復(fù)雜度）?打印質(zhì)量（表面光潔度、成功率）?團(tuán)隊協(xié)作與流程文檔??四、設(shè)計工具箱（命令回顧）???基礎(chǔ)構(gòu)造：拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣?高級處理：抽殼（減輕重量）、圓角/倒角（去毛刺增強(qiáng)度）、陣列（快速復(fù)制）?布爾運算：組合（相加、相減）、移動/復(fù)制實體?五、3D打印設(shè)計黃金法則???45度法則：懸垂角度超過45度，大概率需要支撐。?避免大平面接觸：像元寶一樣，必要時加底座防翹邊。?強(qiáng)度不是靠高填充：優(yōu)化結(jié)構(gòu)（如加強(qiáng)筋）比一味提高填充率更有效。?考慮公差：活動部件（軸孔配合）之間要留出0.2mm-0.5mm的間隙。?文本清晰：浮雕/陰刻文字要足夠大、筆畫足夠粗。?六、開放式創(chuàng)意啟發(fā)????“舊物新用”式：設(shè)計一個能把礦泉水瓶變成筆筒的底座。??“個性化”式：設(shè)計一個帶有自己名字或星座符號的手機(jī)支架。??“解決問題”式：設(shè)計一個能同時收納AirPods和AppleWatch的充電座。??“趣味互動”式：設(shè)計一個魯班鎖、一個永不分離的鏈條、一個陀螺。?七、常見“翻車”點警示??“它看起來很好，但打出來就碎”：忽略最小壁厚，零件太薄。?“裝不進(jìn)去！”：活動零件沒放公差，打成死軸。?“支撐比模型還難拆”：支撐設(shè)置不當(dāng)，或設(shè)計時未考慮支撐拆除的可行性。?“打了一半掉下來了”：忽視首層粘貼和重心問題。教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖課前任務(wù)?思考一個生活中遇到的不方便的小問題，嘗試用3D打印技術(shù)設(shè)計一個解決方案（如手機(jī)支架、線纜整理器、桌面收納盒等）。發(fā)布創(chuàng)新任務(wù)書，引導(dǎo)學(xué)生從生活中發(fā)現(xiàn)需求。觀察生活，進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，初步形成創(chuàng)意想法。培養(yǎng)學(xué)生觀察生活、發(fā)現(xiàn)問題的能力，引導(dǎo)創(chuàng)新思維?？记??課堂考勤清點人數(shù)。-常規(guī)管理。導(dǎo)入新課??項目啟動會?

1.請幾位學(xué)生分享自己的創(chuàng)意想法。

2.教師點評，引導(dǎo)學(xué)生思考設(shè)計的可行性、實用性和打印成本。

3.明確創(chuàng)新制作的要求：實用、完整?（設(shè)計+打?。?、創(chuàng)新。組織分享，引導(dǎo)討論，明確任務(wù)要求和評價標(biāo)準(zhǔn)。分享自己的創(chuàng)意，聆聽他人的想法，參與討論。打開思路，明確項目目標(biāo)和要求。通過同伴啟發(fā)，完善自己的創(chuàng)意。設(shè)計指導(dǎo)?針對學(xué)生提出的共性創(chuàng)意，快速演示關(guān)鍵建模思路和可能用到的命令。重申設(shè)計原則：結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、節(jié)省材料、易于打印（減少支撐）。進(jìn)行集中答疑和針對性快速演示。根據(jù)教師的指導(dǎo)，修正和完善自己的設(shè)計方案。為學(xué)生提供必要的技術(shù)支持，確保創(chuàng)意能有效落地，避免因技術(shù)瓶頸導(dǎo)致挫折。項目實踐?學(xué)生獨立或組隊完成創(chuàng)新作品的設(shè)計、建模、切片和打印。教師提供一對一指導(dǎo)。巡回指導(dǎo)，提供技術(shù)支持和創(chuàng)意建議。督促學(xué)生進(jìn)度。全身心投入項目實踐，完成從創(chuàng)意到實物的全過程。綜合運用本項目所學(xué)全部知識和技能，體驗完整的產(chǎn)品開發(fā)流程，極大培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力、解決問題能力和項目管理能力。成果展示組織小型作品展示會。學(xué)生展示自己的作品并闡述設(shè)計理念、解決的實際問題和實現(xiàn)過程。組織展示，擔(dān)任主持人，鼓勵提問和交流。展示并介紹自己的作品，觀摩他人作品，互相學(xué)習(xí)交流。鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力和溝通能力。在展示和交流中獲得成就感和新的靈感。課堂小結(jié)?總結(jié)本項目所學(xué)技能從基礎(chǔ)到綜合的遞進(jìn)關(guān)系，表彰優(yōu)秀作品和創(chuàng)意?？偨Y(jié)提升，給予正向激勵。聆聽總結(jié)，反思整個項目學(xué)習(xí)過程。升華學(xué)習(xí)成果，強(qiáng)化正向反饋，激發(fā)進(jìn)一步探索的興趣。課前任務(wù)?思考一個生活中遇到的不方便的小問題，嘗試用3D打印技術(shù)設(shè)計一個解決方案（如手機(jī)支架、線纜整理器、桌面收納盒等）。發(fā)布創(chuàng)新任務(wù)書，引導(dǎo)學(xué)生從生活中發(fā)現(xiàn)需求。觀察生活，進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，初步形成創(chuàng)意想法。培養(yǎng)學(xué)生觀察生活、發(fā)現(xiàn)問題的能力，引導(dǎo)創(chuàng)新思維。教學(xué)反思成功之處：??綜合能力檢驗全面：此任務(wù)是對項目二所學(xué)知識的全面綜合應(yīng)用，優(yōu)秀作品展現(xiàn)了學(xué)生在創(chuàng)新、建模、打印、問題解決方面的出色能力。創(chuàng)新潛能充分激發(fā)：給予學(xué)生極大自由空間，涌現(xiàn)出許多解決生活實際問題的巧妙設(shè)計，有效激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新潛能和主人翁意識。不足之處：??設(shè)計脫離工藝約束：部分學(xué)生想法天馬行空，但完全脫離3D打印的工藝約束（如巨大懸垂、活動間隙過小），導(dǎo)致無法實現(xiàn)或效果很差。項目周期管理缺失：學(xué)生普遍對復(fù)雜作品所需的時間（建模、修改、打?。╊A(yù)估不足，缺乏項目管理和規(guī)劃能力，導(dǎo)致后期匆忙。改進(jìn)措施：??增加“設(shè)計提案”環(huán)節(jié)：要求學(xué)生在開始建模前提交簡要的設(shè)計方案，說明功能、結(jié)構(gòu)特點，并由教師和同學(xué)共同評審其可行性和可打印性。提供《項目規(guī)劃表》模板：指導(dǎo)學(xué)生制定簡單的時間規(guī)劃，明確各階段節(jié)點（如構(gòu)思、建模完成、切片測試、最終打印），培養(yǎng)項目管理意識。

?任務(wù)3-1香水瓶三維建模、打印、組裝制作教案課程名稱3D打印與逆向建模授課學(xué)期2024-2025-2授課教師XXX課題序號任務(wù)3-1授課班級2023級機(jī)制授課課時2課時教學(xué)場所C208增材制造實訓(xùn)室教材及參考書XXX主編3D打印技術(shù)與逆向工程實例教程機(jī)械工業(yè)出版社授課章節(jié)名稱項目三：創(chuàng)意設(shè)計——組合件建模與打印??任務(wù)3-1香水瓶三維建模、打印、組裝制作教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)?1.裝配體設(shè)計知識：能闡述多部件產(chǎn)品（瓶身、瓶蓋、噴頭等）的設(shè)計思路，理解部件之間的配合關(guān)系（如螺紋配合、間隙配合）以及公差的概念。

2.功能性設(shè)計知識：能說明香水瓶作為容器，其設(shè)計需考慮的要素，如密封性、美觀性、人機(jī)工程學(xué)（握持感）等。

3.制造工藝知識：能理解將復(fù)雜裝配體合理拆分為可打印的獨立部件的方法，并為后續(xù)的組裝規(guī)劃打印策略（如打印方向?qū)ε浜厦尜|(zhì)量的影響）。能力目標(biāo)?1.復(fù)雜裝配體建模能力：能獨立完成香水瓶多個部件的三維建模，確保各部件尺寸準(zhǔn)確、配合關(guān)系正確（如瓶身與瓶蓋的螺紋匹配）。

2.模型拆分與優(yōu)化能力：能根據(jù)打印機(jī)成型空間和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，合理地將一個復(fù)雜模型拆分為多個可打印的部件（如瓶身分段打?。?。

3.協(xié)同打印規(guī)劃能力：能為不同的部件獨立設(shè)置最優(yōu)的切片參數(shù)（如瓶身厚實、瓶蓋稍低填充），并規(guī)劃高效的打印隊列。

4.后期處理與組裝能力：能對打印部件進(jìn)行精細(xì)的后處理（如打磨結(jié)合面、攻絲），并使用膠粘、卡扣或螺紋連接等方式完成產(chǎn)品的最終組裝。素質(zhì)目標(biāo)?1.系統(tǒng)化產(chǎn)品思維：培養(yǎng)從單一零件制造上升到多部件產(chǎn)品整合的系統(tǒng)化、工程化的產(chǎn)品思維模式。

2.嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某叽缬^念：在建模和后期處理中，建立嚴(yán)格的尺寸精度意識，理解“失之毫厘，謬以千里”在裝配中的重要性。

3.跨流程的協(xié)作意識：理解設(shè)計、打印、后處理、組裝等環(huán)節(jié)之間的緊密關(guān)聯(lián)，建立為最終結(jié)果負(fù)責(zé)的整體意識。

4.對實用性與美觀性的綜合追求：在確保產(chǎn)品功能（如瓶蓋能擰緊）的前提下，追求造型的美觀和組裝的精致，培養(yǎng)工匠精神。教學(xué)內(nèi)容1.香水瓶組合件（瓶身、瓶蓋/噴頭）的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計思路。

2.瓶身的曲面建模：旋轉(zhuǎn)、抽殼、凹槽等特征的綜合應(yīng)用。

3.瓶蓋與瓶身的配合結(jié)構(gòu)設(shè)計：學(xué)習(xí)簡單螺紋或卡扣的建模方法及配合公差設(shè)置。

4.各部件模型的切片與獨立打印策略。

5.打印部件的后處理（打磨、組裝）與功能測試活動設(shè)計1.情境導(dǎo)入：展示實物香水瓶或高端3D打印組合件樣品，引導(dǎo)學(xué)生觀察其結(jié)構(gòu)特點。2.任務(wù)驅(qū)動：學(xué)生以小組為單位，自主設(shè)計一款具有瓶身、瓶蓋組合的創(chuàng)意香水瓶。3.實踐操作：學(xué)生獨立完成各部件建模，經(jīng)教師檢查后，分組打印不同部件。4.協(xié)作組裝：各組交換打印件，進(jìn)行組裝測試，體驗“標(biāo)準(zhǔn)化”生產(chǎn)與組裝流程。5.展示評價：舉辦小型“香水瓶新品發(fā)布會”，各組展示作品并介紹設(shè)計亮點。教學(xué)重點教學(xué)難點教學(xué)重點：

1.使用旋轉(zhuǎn)、抽殼等命令構(gòu)建香水瓶主體。

2.多部件產(chǎn)品的設(shè)計思維與完整工作流程。

教學(xué)難點：

1.瓶身與瓶蓋的配合結(jié)構(gòu)（如螺紋/卡扣）設(shè)計與公差控制。

2.打印精度的保障，確保部件能順利組裝資源與工具3D建模軟件、3D打印機(jī)、不同結(jié)構(gòu)的香水瓶實物或模型樣品、組裝公差演示視頻、砂紙/工具進(jìn)行后處理。教學(xué)方法項目教學(xué)法、案例教學(xué)法、小組合作探究法、2023級機(jī)制演示法。評價方式過程性評價（建模過程、團(tuán)隊協(xié)作）+成果性評價（作品創(chuàng)意性、模型質(zhì)量、打印質(zhì)量、裝配精度板書設(shè)計任務(wù)3-1香水瓶三維建模、打印、組裝制作任務(wù)3-1香水瓶：從概念到可組裝的實物一、項目任務(wù)核心任務(wù)：設(shè)計并制作一個由瓶身、瓶蓋（及可選噴頭）組成的可組裝香水瓶。設(shè)計焦點：1.造型美學(xué)：瓶身線條、裝飾紋理。2.結(jié)構(gòu)功能：密封性（簡易）、易于開啟。3.裝配實現(xiàn)：部件間精準(zhǔn)配合。二、香水瓶設(shè)計制造流程階段一：定義與設(shè)計第1步：需求與靈感（為誰設(shè)計？什么風(fēng)格？）第2步：草圖與結(jié)構(gòu)規(guī)劃（繪制三視圖，確定配合方式：螺紋/卡扣）階段二：建模與打印第3步：分部件建模（瓶身->瓶蓋，注意參考尺寸）第4步：虛擬裝配與公差檢查（關(guān)鍵！）

第5步：切片與多部件排版打印

階段三：測試與迭代

第6步：后處理、實物組裝與功能測試

三、香水瓶設(shè)計核心技能

1.瓶身建模：草圖（半剖面）->旋轉(zhuǎn)->抽殼->底部圓角。

2.瓶蓋建模：同上，內(nèi)徑需考慮配合間隙。

3.配合結(jié)構(gòu)：

-

螺紋：使用螺旋掃描命令或裝飾螺紋。

-

卡扣：設(shè)計凸起和凹槽。

四、香水瓶設(shè)計黃金法則

裝配公差是生命線：配合面單邊留0.2mm-0.4mm間隙。

為打印而設(shè)計：螺紋避免尖角，卡扣避免過薄。

考慮支撐：優(yōu)化瓶身擺放角度，減少支撐。五、關(guān)鍵步驟詳解

1.瓶身旋轉(zhuǎn)建模：

-繪制瓶身輪廓線（中心線+一半剖面）。

-使用“旋轉(zhuǎn)”命令生成實體。

-使用“抽殼”命令打造空心容器，設(shè)定壁厚。

-底部“圓角”防止翹邊，增加美感。

2.瓶蓋與配合設(shè)計：

-新建組件，參考瓶口外徑設(shè)計瓶蓋內(nèi)徑。

-

務(wù)必添加公差：瓶蓋內(nèi)徑=瓶口外徑+0.4mm(直徑方向)。

-設(shè)計螺紋或卡扣結(jié)構(gòu)。

3.打印前自檢清單：

-[1]所有部件是否“水密”（無破面）？

-[2]瓶身抽殼壁厚是否大于打印機(jī)最小壁厚？

-[3]裝配公差是否已添加？

-[4]支撐設(shè)置是否合理（如瓶口朝上打?。?？六、創(chuàng)意啟發(fā)

“幾何極簡”風(fēng)：立方體、圓柱體構(gòu)成的瓶身。

“自然仿生”風(fēng)：水滴、花朵、貝殼形態(tài)。

“個性浮雕”風(fēng)：在瓶身添加星座、姓名縮寫浮雕。

“組合套裝”風(fēng)：設(shè)計不同大小瓶子構(gòu)成系列。

七、常見“翻車”點警示

“瓶蓋擰不上或太松！”

-公差設(shè)置錯誤，未進(jìn)行虛擬測試。

“瓶子漏液！”

-抽殼壁厚太薄或有破面，導(dǎo)致滲漏。

“支撐拆完瓶口全是疤痕！”

-打印朝向不佳，支撐接觸點過多。

“瓶身和瓶蓋打成一坨！”

-切片時部件未分開，導(dǎo)致粘連。

“螺紋擰斷！”

-螺紋設(shè)計過細(xì)或打印層紋導(dǎo)致強(qiáng)度不足。教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖課前任務(wù)?1.觀察日常用品（如礦泉水瓶蓋）的螺紋結(jié)構(gòu)。

2.預(yù)習(xí)建模軟件中“螺紋”命令的位置和基本操作。發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)，提供螺紋結(jié)構(gòu)圖片或簡圖。觀察實物，登錄平臺預(yù)習(xí)軟件命令。建立對螺紋結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識，降低新課學(xué)習(xí)難度。考勤課堂考勤清點人數(shù)，記錄考勤。班干部報告出勤情況培養(yǎng)紀(jì)律性。導(dǎo)入新課?展示一個精美的3D打印香水瓶（瓶身與瓶蓋可擰緊），提問：“這個瓶蓋和瓶身是如何實現(xiàn)緊密配合的？”，引出“配合”、“公差”等工程概念，明確本任務(wù)目標(biāo)。展示實物，提出問題，激發(fā)思考。觀察實物，思考回答，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。通過真實產(chǎn)品導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，明確“配合”是本任務(wù)的核心知識點。講解演示???核心內(nèi)容精講與演示?

1.分別建模：演示瓶身（使用“旋轉(zhuǎn)”命令）和瓶蓋的獨立建模過程。

2.螺紋配合：詳細(xì)講解并演示使用“螺紋”命令（或“掃描切割”法）在瓶口和瓶蓋上創(chuàng)建匹配的螺紋。

3.公差設(shè)計：重點講解裝配間隙?（通常預(yù)留0.2mm-0.4mm）的概念和重要性。演示修改螺紋尺寸以預(yù)留間隙的方法。屏幕廣播逐步演示操作。強(qiáng)調(diào)“公差”是決定配合成功與否的關(guān)鍵，通過正反案例對比講解。觀看演示，理解“配合”與“公差”的概念，記錄關(guān)鍵參數(shù)。使學(xué)生掌握組合件設(shè)計的核心——配合關(guān)系與公差設(shè)計，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ趟季S和標(biāo)準(zhǔn)化意識。自主練習(xí)?學(xué)生獨立完成香水瓶的瓶身和瓶蓋建模，并確保螺紋配合處預(yù)留合理間隙。教師巡回指導(dǎo)，重點檢查學(xué)生的公差設(shè)置。個別指導(dǎo)，糾正錯誤，解答疑問。檢查學(xué)生的模型間隙設(shè)置。獨立完成建模，不斷測試和修改螺紋尺寸，直到軟件中裝配體可順暢運動。將理論知識（公差）應(yīng)用于實踐，培養(yǎng)解決實際問題的能力和精益求精的工匠精神。打印與組裝?將設(shè)計好的模型切片并發(fā)送至打印機(jī)打印。打印完成后，進(jìn)行實物組裝測試，驗證配合效果。組織學(xué)生有序打印，指導(dǎo)后期處理（拆除支撐、清理螺紋）。操作打印機(jī)，處理打印件，進(jìn)行實物組裝，體驗設(shè)計成果。完成從“數(shù)字模型”到“物理裝配”的全過程，通過實物反饋驗證設(shè)計的正確性，獲得成就感。課堂小結(jié)??總結(jié)螺紋配合與公差設(shè)計的關(guān)鍵要點。展示配合成功的優(yōu)秀作品?？偨Y(jié)要點，展示優(yōu)秀作品。聆聽總結(jié)，對比自己的作品，反思改進(jìn)空間。鞏固核心知識，通過正向激勵提升學(xué)習(xí)動力。作業(yè)布置?思考：算盤的珠子和檔之間需要預(yù)留間隙嗎？如果需要，大概多少？布置思考題。記錄作業(yè)。承上啟下，為下節(jié)課的“活動間隙”設(shè)計做鋪墊。教學(xué)反思成功之處：??裝配體概念成功建立：學(xué)生首次接觸多部件產(chǎn)品設(shè)計，對零件間的配合關(guān)系（尤其是螺紋配合）有了直觀深刻的理解，實現(xiàn)了從零件設(shè)計到產(chǎn)品設(shè)計的跨越。虛擬裝配檢查價值凸顯：通過軟件中的虛擬裝配功能，學(xué)生在打印前即發(fā)現(xiàn)并解決了多數(shù)干涉問題，避免了材料浪費，理解了數(shù)字化樣機(jī)的意義。不足之處：??公差概念理解模糊：學(xué)生對“公差”的理解仍停留在理論，在實際設(shè)計中預(yù)留配合間隙時過于理想化，常出現(xiàn)配合過緊或過松的問題。拆件邏輯指導(dǎo)不足：部分學(xué)生不善于思考如何將復(fù)雜形態(tài)合理拆分為便于打印和組裝的部件，拆件邏輯混亂。改進(jìn)措施：??引入“公差尺”對比練習(xí)：打印一系列具有不同配合間隙的測試件，讓學(xué)生親手組裝體驗，感受不同間隙帶來的松緊程度，建立感性認(rèn)知。講解典型拆件策略：總結(jié)歸納常見的產(chǎn)品拆件方法（如按功能、沿分型面等），通過典型案例進(jìn)行分析講解，提供方法論指導(dǎo)。

任務(wù)3-2算盤三維建模與打印制作教案課程名稱3D打印與逆向建模授課學(xué)期2024-2025-2授課教師XXX課題序號任務(wù)3-2授課班級2023級機(jī)制授課課時2課時教學(xué)場所C208增材制造實訓(xùn)室教材及參考書XXX主編3D打印技術(shù)與逆向工程實例教程機(jī)械工業(yè)出版社授課章節(jié)名稱任務(wù)3-2算盤三維建模與打印制作教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)?1.機(jī)構(gòu)設(shè)計知識：能闡述算盤作為簡單機(jī)械裝置的基本結(jié)構(gòu)（框、梁、檔、珠）和工作原理，理解活動部件（算珠）與固定部件（框、檔）之間的運動配合關(guān)系（間隙配合）。

2.公差設(shè)計知識：能說明為保證算珠在檔桿上順暢滑動且不松脫，在設(shè)計時需要精確計算的配合公差（如算珠孔徑與檔桿直徑的差值）。

3.可打印性設(shè)計知識：能理解如何將算盤這一整體裝置合理拆分為可一次性打印的部件（如整體框架）和需單獨打印的部件（如算珠），并規(guī)劃高效的打印策略。能力目標(biāo)?1.參數(shù)化陣列設(shè)計能力：能熟練運用“線性陣列”等工具，快速、精確地創(chuàng)建多個尺寸完全相同的算珠和檔桿，確保規(guī)格統(tǒng)一。

2.精密配合結(jié)構(gòu)建模能力：能精確設(shè)計算珠與檔桿之間的配合尺寸（預(yù)留合理間隙），并獨立完成算盤框架、檔桿、算珠等所有部件的三維建模。

3.打印方案優(yōu)化能力：能為不同部件（如堅固的框架、光滑的算珠）制定不同的切片設(shè)置，并選擇最佳打印方向以確保算珠孔洞的成型質(zhì)量和滑動順暢性。

4.功能驗證與調(diào)試能力：打印完成后，能進(jìn)行組裝，并實際測試算珠的滑動效果。若出現(xiàn)卡頓或過松，能分析原因并提出改進(jìn)方案（如輕微打磨、調(diào)整模型尺寸重新打印）。素質(zhì)目標(biāo)?1.精密機(jī)械的工匠精神：在設(shè)計和制作過程中，培養(yǎng)對尺寸精度和配合關(guān)系一絲不茍、精益求精的工匠態(tài)度。

2.功能導(dǎo)向的設(shè)計思維：建立“形式追隨功能”的設(shè)計理念，一切以最終產(chǎn)品的實際使用體驗（算珠滑動順暢）為核心導(dǎo)向。

3.對傳統(tǒng)智慧的尊重與傳承：通過親手復(fù)制這一古老的計算工具，體驗其精巧的機(jī)械設(shè)計，培養(yǎng)對中華優(yōu)秀傳統(tǒng)科技文化的尊重與傳承意識。

4.系統(tǒng)性解決問題的能力：當(dāng)打印成品未達(dá)到預(yù)期功能時，能系統(tǒng)性地從建模、切片、打印等多個環(huán)節(jié)分析問題根源，并實施迭代優(yōu)化。教學(xué)內(nèi)容1.算盤結(jié)構(gòu)分析：框、梁、檔、珠的功能與配合關(guān)系。

2.模塊化與參數(shù)化設(shè)計思路：創(chuàng)建一個算珠/檔桿后，通過陣列快速生成其余部件。

3.關(guān)鍵技能：旋轉(zhuǎn)命令創(chuàng)建算珠、拉伸命令創(chuàng)建框架、“陣列”命令的應(yīng)用、運動副的公差設(shè)計（算珠與檔桿的間隙）。

4.多零件打印的優(yōu)化排版以節(jié)省時間和材料。

5.可動機(jī)構(gòu)的組裝與功能驗證?；顒釉O(shè)計1.文化與結(jié)構(gòu)導(dǎo)入：展示實物算盤，講解其歷史和工作原理，引導(dǎo)學(xué)生觀察其可動結(jié)構(gòu)。

2.任務(wù)驅(qū)動：學(xué)生獨立或小組合作，設(shè)計并打印一個迷你算盤模型，要求算珠可靈活滑動。

3.探究實踐：分步完成算珠、檔桿、框架的建模，重點練習(xí)陣列命令。

4.精度挑戰(zhàn)：打印后，進(jìn)行組裝，測試算珠滑動是否順暢，若出現(xiàn)問題分析原因（公差過大或過?。?/p>

5.展示與競賽：舉辦“算盤功能測試賽”，看誰的算盤撥珠最流暢、結(jié)構(gòu)最穩(wěn)固。教學(xué)重點教學(xué)難點教學(xué)重點：

1.使用陣列命令高效、準(zhǔn)確地創(chuàng)建系列化零件（算珠、檔桿）。

2.算盤框架與可動部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

教學(xué)難點：

1.算珠與檔桿之間運動公差的精確控制，實現(xiàn)“松緊得當(dāng)”。

2.整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計，防止打印和組裝后框架變形或斷裂。資源與工具3D建模軟件（UGNX等）、3D打印機(jī)、實物算盤、游標(biāo)卡尺（用于精確測量設(shè)計尺寸）、關(guān)于公差概念的動畫或視頻。教學(xué)方法項目式學(xué)習(xí)（PBL）、小組合作學(xué)習(xí)、啟發(fā)式教學(xué)、評審答辯法。評價方式過程性評價（建模規(guī)范性與效率）+成果性評價（模型完成度、打印質(zhì)量、算珠滑動順暢度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性）。板書設(shè)計任務(wù)3-2算盤三維建模與打印制作任務(wù)3-2算盤：可動機(jī)構(gòu)與模塊化設(shè)計

一、項目任務(wù)

核心任務(wù)：設(shè)計并制作一個包含框架、檔桿和可滑動算珠的完整算盤模型。

功能要求：

1.可動性：所有算珠能在檔桿上順暢滑動。

2.結(jié)構(gòu)性：整體穩(wěn)固，不松散。

3.比例協(xié)調(diào)：部件大小合理。

二、算盤設(shè)計制造流程

階段一：拆解與規(guī)劃

第1步：結(jié)構(gòu)分析（數(shù)清算珠、檔桿數(shù)量，測量相對尺寸）

第2步：規(guī)劃建模順序（先算珠->再檔桿->最后框架）

階段二：建模與打印

第3步：創(chuàng)建基礎(chǔ)零件（一個算珠，一根檔桿）第4步：應(yīng)用陣列完成批量零件創(chuàng)建（關(guān)鍵步驟）

第5步：設(shè)計框架并完成虛擬裝配，重點檢查運動公差

第6步：切片打印，優(yōu)化多零件排版

階段三：組裝與測試

第7步：后處理（去除支撐、打磨毛刺）

第8步：順序組裝，功能測試與調(diào)試

三、算盤設(shè)計核心技能

1.算珠：草圖（半圓剖面）->旋轉(zhuǎn)。

2.檔桿：草圖（圓）->拉伸。

3.陣列命令：“矩形陣列”用于排列算珠和檔桿。

4.運動公差：算珠孔徑>檔桿直徑約0.3mm-0.5mm。

四、算盤設(shè)計黃金法則

先測試后批量：先打一個算珠和一小截檔桿測試配合，成功后再打全套。

框架強(qiáng)度優(yōu)先：框架連接處可適當(dāng)加厚或設(shè)計卡槽。關(guān)鍵步驟詳解

1.算珠與公差控制：

-用“旋轉(zhuǎn)”命令創(chuàng)建一個算珠。

-在算珠中心打一個通孔，孔的直徑必須大于檔桿直徑。

-公差公式：算珠孔徑=檔桿直徑+0.4mm(推薦)。

2.陣列命令的高效應(yīng)用：

-選中一個算珠，使用“矩形陣列”，指定方向和數(shù)量（如每檔7珠）。

-選中一根檔桿和一串算珠，再次“矩形陣列”，指定另一方向和數(shù)量（如13檔）。

-此方法是本任務(wù)效率的關(guān)鍵。

3.框架與裝配設(shè)計：

-框架設(shè)計要預(yù)留安裝檔桿的孔位。

-孔位與檔桿采用過盈配合（孔稍小0.1-0.2mm），利用PLA的彈性壓入固定。

4.打印前自檢清單：

-[]是否已為所有算珠添加運動公差？

-[]陣列的數(shù)量和方向是否正確？-[]框架結(jié)構(gòu)是否足夠牢固（特別是角落）？-[]打印排版是否緊湊以節(jié)省材料和時間？

六、創(chuàng)意啟發(fā)

“迷你便攜”款：設(shè)計一個鑰匙扣大小的算盤。

“現(xiàn)代極簡”款：使用幾何形態(tài)（如六邊形算珠、方桿）。

“個性定制”款：在框架上浮雕姓名或個性圖案。

“創(chuàng)意造型”款：將外框設(shè)計成熊貓、鯉魚等形狀。

七、常見“翻車”點警示

“算珠撥不動！”-公差設(shè)置過小，或打印精度不足導(dǎo)致孔收縮。

“算珠太松亂晃！”-公差設(shè)置過大。

“檔桿裝不進(jìn)框架！”-框架孔位公差（應(yīng)為過盈配合）設(shè)置錯誤。

“框架一掰就斷！”-框架太薄或連接處設(shè)計薄弱，打印層紋方向?qū)е聫?qiáng)度不足。

“陣列用錯，模型卡死！”-陣列前未將算珠與檔桿正確分組，導(dǎo)致模型交錯。教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖課前任務(wù)?1.收集算盤的圖片，觀察其結(jié)構(gòu)（框、檔、珠子）。

2.思考：珠子要能在檔上靈活滑動，模型設(shè)計時需要注意什么？發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)。觀察結(jié)構(gòu)，進(jìn)行思考。引導(dǎo)學(xué)生提前關(guān)注“活動間隙”這一核心問題?？记谡n堂考勤清點人數(shù)。-常規(guī)管理。導(dǎo)入新課?展示一個打印完成并可靈活操作的算盤，提問：“這個算盤和之前的香水瓶在設(shè)計上最大的不同是什么？”（引導(dǎo)出“活動連接”與“固定連接”的區(qū)別）。展示作品，提問互動。觀察、思考、回答。明確本任務(wù)目標(biāo)——學(xué)習(xí)活動連接件的設(shè)計方法。講解演示?核心內(nèi)容精講與演示?

1.多體建模：演示算盤框、檔、珠子的分別建模方法。

2.活動間隙設(shè)計：重點講解軸孔配合的間隙原則（通常單邊預(yù)留0.2mm），演示修改珠子孔徑和檔的直徑以預(yù)留間隙的方法。

3.裝配設(shè)計：在建模軟件中模擬裝配，檢查珠子是否能靈活轉(zhuǎn)動。演示操作，強(qiáng)調(diào)間隙大小對活動性的影響。通過失敗案例（卡死或過松）講解如何調(diào)整間隙。觀看演示，理解“活動間隙”的設(shè)計要領(lǐng)，記錄經(jīng)驗值。掌握活動組合件的設(shè)計核心，進(jìn)一步深化公差概念的應(yīng)用。自主練習(xí)??學(xué)生獨立完成算盤所有零件的建模，并確保珠子與檔之間的活動間隙合理。教師巡回指導(dǎo)。個別指導(dǎo)，檢查學(xué)生的間隙設(shè)計。獨立完成所有零件的建模，并在軟件中進(jìn)行運動模擬。綜合應(yīng)用多部件建模和公差設(shè)計能力，培養(yǎng)復(fù)雜項目的實現(xiàn)能力。打印與組裝?切片并打印所有零件。打印完成后，進(jìn)行穿線組裝，測試算珠是否滑動靈活。指導(dǎo)后期處理（去除支撐、打磨毛刺）和穿線技巧。處理打印件，穿線組裝，測試功能。體驗復(fù)雜組合件從設(shè)計到組裝的全流程，功能測試是對設(shè)計成果的最直接檢驗。課堂小結(jié)?總結(jié)活動間隙設(shè)計的原則。展示功能實現(xiàn)優(yōu)秀的作品?？偨Y(jié)要點，展示優(yōu)秀作品。聆聽總結(jié)，分享組裝心得。鞏固知識，交流經(jīng)驗。作業(yè)布置?預(yù)習(xí)“裝配體”設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容，思考如何管理多個零件。布置預(yù)習(xí)任務(wù)。記錄作業(yè)。為下節(jié)課的綜合項目做準(zhǔn)備。教學(xué)反思成功之處：??可動機(jī)構(gòu)實現(xiàn)樂趣無窮：算珠的順暢滑動給學(xué)-生帶來極大樂趣，成功點燃了他們對簡單機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計的興趣，理解了公差配合對功能實現(xiàn)的關(guān)鍵作用。參數(shù)化陣列應(yīng)用嫻熟：任務(wù)鞏固并深化了線性陣列命令的應(yīng)用，學(xué)生能高效、精準(zhǔn)地完成算珠和檔桿的建模。不足之處：??調(diào)試過程耗時較長：為達(dá)到最佳滑動效果，需要反復(fù)修改算珠孔徑并重新打印測試，對耐心是巨大考驗，部分學(xué)生中途放棄優(yōu)化。標(biāo)準(zhǔn)與創(chuàng)新平衡難：強(qiáng)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)算盤結(jié)構(gòu)的同時，一定程度上限制了學(xué)生在造型上的創(chuàng)新發(fā)揮。改進(jìn)措施：??提供孔徑測試組合：可預(yù)先打印一組內(nèi)徑略有差異的算珠，讓學(xué)生快速測試出最佳配合尺寸，減少試錯次數(shù)和時間成本。鼓勵“改良設(shè)計”：在完成標(biāo)準(zhǔn)算盤基礎(chǔ)上，鼓勵學(xué)有余力的學(xué)生對算盤造型（如邊框）、功能（如加裝底座）進(jìn)行個性化改良設(shè)計。?任務(wù)3-3組合件自由創(chuàng)意構(gòu)思、作品設(shè)計打印制作教案課程名稱3D打印與逆向建模授課學(xué)期2024-2025-2授課教師XXX課題序號任務(wù)3-3授課班級2023級機(jī)制授課課時2課時教學(xué)場所C208增材制造實訓(xùn)室教材及參考書XXX主編3D打印技術(shù)與逆向工程實例教程機(jī)械工業(yè)出版社授課章節(jié)名稱任務(wù)3-3組合件自由創(chuàng)意構(gòu)思、作品設(shè)計打印制作教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)?1.產(chǎn)品開發(fā)全流程知識：能系統(tǒng)闡述一個完整產(chǎn)品從“市場調(diào)研/需求洞察→創(chuàng)意構(gòu)思→概念設(shè)計→詳細(xì)建模（含裝配關(guān)系）→制造規(guī)劃（打印策略）→后處理組裝→測試優(yōu)化”的全流程知識體系。

2.跨學(xué)科整合知識：能綜合運用機(jī)械原理（如運動機(jī)構(gòu)）、人機(jī)工程學(xué)（如握持舒適度）、美學(xué)設(shè)計（如形態(tài)色彩）等跨學(xué)科知識來支撐創(chuàng)意構(gòu)思的合理性與創(chuàng)新性。

3.項目管理知識：能理解并應(yīng)用基本的項目管理概念，如時間規(guī)劃、資源（材料、時間）預(yù)算、風(fēng)險評估（打印失敗風(fēng)險）與控制。能力目標(biāo)?1.創(chuàng)新構(gòu)思與可行性論證能力：能基于真實需求或獨立主題，進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，提出具有創(chuàng)新性的組合件產(chǎn)品概念，并能從功能、結(jié)構(gòu)、打印可行性等方面進(jìn)行初步論證。

2.復(fù)雜裝配體設(shè)計與工程表達(dá)能力：能獨立或協(xié)作完成復(fù)雜組合件的所有零件三維建模、虛擬裝配，并生成爆炸圖、工程圖等必要的技術(shù)文檔，清晰表達(dá)設(shè)計意圖與裝配關(guān)系。

3.綜合制造規(guī)劃與執(zhí)行能力：能制定詳盡的打印制造方案，包括零件打印順序規(guī)劃、針對不同零件的個性化切片參數(shù)設(shè)置、后處理工藝選擇以及最終組裝調(diào)試流程。

4.項目管理與復(fù)盤能力：能制定項目計劃并有效執(zhí)行，在遇到問題時能靈活調(diào)整策略；項目完成后能進(jìn)行系統(tǒng)性復(fù)盤，總結(jié)成功經(jīng)驗與分析不足之處。素質(zhì)目標(biāo)?1.系統(tǒng)性創(chuàng)新思維與企業(yè)家精神：培養(yǎng)從市場機(jī)會識別到產(chǎn)品落地全過程的系統(tǒng)性創(chuàng)新思維，初步建立成本、用戶、市場意識，孕育企業(yè)家精神。

2.嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ虃惱砼c知識產(chǎn)權(quán)意識：在設(shè)計中養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范的習(xí)慣，尊重原創(chuàng)，明確引用與借鑒的界限，樹立強(qiáng)烈的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識。

3.卓越的工匠精神與美學(xué)追求：對最終作品的功能性、可靠性、表面質(zhì)量、美觀度有極高的自我要求，追求功能與形式的完美統(tǒng)一，體現(xiàn)卓越的工匠精神。

4.團(tuán)隊協(xié)作與終身學(xué)習(xí)能力：在團(tuán)隊項目中能有效溝通、協(xié)作共進(jìn)；在面對復(fù)雜挑戰(zhàn)時，能主動尋求新知、整合資源，培養(yǎng)終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣與能力。教學(xué)內(nèi)容1.創(chuàng)新思維方法（頭腦風(fēng)暴、SCAMPER法）、設(shè)計任務(wù)書制定。

2.復(fù)雜組合件的結(jié)構(gòu)規(guī)劃、部件接口設(shè)計與項目時間管理。

3.高級建模技巧綜合運用（多實體建模、自頂向下設(shè)計、復(fù)雜布爾運算）。

4.多部件、多材料、多顏色的打印策略與后期組裝、涂裝技巧。

5.項目成果展示與復(fù)盤?；顒釉O(shè)計1.創(chuàng)意激發(fā)：展示往屆優(yōu)秀組合件作品（如機(jī)械臂、密碼箱、聯(lián)動裝置模型），進(jìn)行創(chuàng)意頭腦風(fēng)暴。

2.項目規(guī)劃：學(xué)生自由組隊，確定項目主題，撰寫簡要《項目設(shè)計任務(wù)書》。

3.中期評審：各小組進(jìn)行方案草圖和中前期建模成果展示，接受師生質(zhì)詢與建議。

4.沖刺制作：各小組完成建模、打印、組裝調(diào)試。

5.項目博覽會：舉辦班級項目成果展，各小組需準(zhǔn)備海報、進(jìn)行現(xiàn)場演示與答辯。教學(xué)重點教學(xué)難點教學(xué)重點：

1.從“創(chuàng)意”到“可實施方案”的轉(zhuǎn)化過程。

2.復(fù)雜組合件的整體規(guī)劃與部件間的接口（配合關(guān)系）設(shè)計。

教學(xué)難點：

1.項目范圍的合理控制，避免過于復(fù)雜無法完成。

2.多部件協(xié)同工作的精度控制與故障排查（調(diào)試）。資源與工具3D建模軟件、3D打印機(jī)（多臺更佳）、項目任務(wù)書模板、項目計劃甘特圖模板、往屆優(yōu)秀作品實物/視頻、基礎(chǔ)后處理工具（砂紙、顏料等）。教學(xué)方法項目式學(xué)習(xí)（PBL）、小組合作學(xué)習(xí)、啟發(fā)式教學(xué)、評審答辯法。評價方式綜合性評價：依據(jù)《項目評價量規(guī)》，從創(chuàng)意性（30%）、技術(shù)復(fù)雜度與完成度（40%）、團(tuán)隊協(xié)作與文檔（20%）、展示與表達(dá)（10%）等維度進(jìn)行小組與個人相結(jié)合的評價。板書設(shè)計任務(wù)3-3組合件自由創(chuàng)意設(shè)計與制作任務(wù)3-3組合件設(shè)計：從創(chuàng)意到產(chǎn)品的挑戰(zhàn)

一、項目總覽與挑戰(zhàn)

終極任務(wù)：以小組為單位，完成一項包含至少三個獨立部件，且能實現(xiàn)特定功能或展現(xiàn)創(chuàng)意的組合件作品。

作品方向啟發(fā)：

1.機(jī)械聯(lián)動類：齒輪變速箱、機(jī)械臂、斯特林發(fā)動機(jī)模型。

2.結(jié)構(gòu)拼裝類：建筑模型、橋梁承重結(jié)構(gòu)、復(fù)雜榫卯玩具。

3.功能實用類：多格收納盒、帶鉸鏈的盒子、可調(diào)手機(jī)支架。

4.藝術(shù)創(chuàng)意類：可拼接的立體拼圖、模塊化雕塑。

二、項目流程（四階段）

階段一：構(gòu)思與立項（“謀定而后動”）

1.組隊，明確分工（項目經(jīng)理、建模師、測試員等）。

2.頭腦風(fēng)暴，確定項目方向與核心功能。

3.撰寫《項目設(shè)計任務(wù)書》（明確要做什么、解決什么問題）。4.繪制方案草圖，評估可行性（時間、技術(shù)、打印機(jī)限制）。

階段二：設(shè)計與規(guī)劃（“繪制藍(lán)圖”）

1.制定詳細(xì)項目時間計劃。

2.拆解部件，設(shè)計關(guān)鍵接口（配合方式、公差）。

3.建立共享項目文件，開始協(xié)同建模。

階段三：制造與測試（“動手實現(xiàn)”）

1.分部件建模、自檢、切片打印。

2.中期打印關(guān)鍵復(fù)雜部件進(jìn)行功能驗證（迭代?。?。

3.所有部件打印、后處理。

階段四：集成與展示（“收官亮相”）

1.總組裝、調(diào)試、修復(fù)問題。

2.準(zhǔn)備展示材料（海報、演示稿）。

3.項目成果展示與答辯。

三、組合件設(shè)計核心原則

模塊化設(shè)計：將復(fù)雜系統(tǒng)分解為簡單、標(biāo)準(zhǔn)的子部件。

接口先行：首先定義清楚部件如何連接，再詳細(xì)設(shè)計單個部件。

為組裝而設(shè)計：考慮組裝的順序和工具。功能強(qiáng)大。關(guān)鍵步驟詳解

1.創(chuàng)意構(gòu)思與可行性分析（最重要的一步）：

-使用SCAMPER（替代、合并、適應(yīng)、修改、消除、反向）法發(fā)散思維。

-可行性三要素評估：

*技術(shù)可行性：我的建模水平能實現(xiàn)嗎？

*時間可行性：能在規(guī)定課時內(nèi)完成嗎？

*設(shè)備可行性：打印機(jī)尺寸和精度能滿足嗎？

2.接口設(shè)計與公差控制：

-靜態(tài)配合：卡扣、插槽（過盈配合，緊）。

-動態(tài)配合：軸孔、滑塊（間隙配合，松）。

-可拆連接：螺紋、磁吸（精確配合）。

-公差參考之前任務(wù)，但需根據(jù)功能微調(diào)。

3.項目管理與迭代：

-制定簡單時間表，明確里程碑（如“本周完成所有建?！保?。-“先難后易”策略：優(yōu)先打印最復(fù)雜、最核心的部件進(jìn)行測試，失敗可及早調(diào)整方案。-記錄遇到的問題和解決方案，作為答辯素材。

五、項目評價量規(guī)（摘要）

創(chuàng)意性：想法是否新穎、巧妙？

技術(shù)復(fù)雜度：是否綜合運用了復(fù)雜命令？部件數(shù)量與配合難度？

完成度與質(zhì)量：作品是否完整？打印與組裝精度如何？

團(tuán)隊協(xié)作：分工是否明確？合作是否順暢？

文檔與展示：任務(wù)書、海報、答辯是否清晰？

六、常見“翻車”點警示

“眼高手低”：方案過于宏大，無法在時限內(nèi)完成?！喕?！

“各自為戰(zhàn)”：部件接口沒統(tǒng)一，最后無法組裝?！訌?qiáng)溝通，接口先行！

“一次成型”：所有部件打完才發(fā)現(xiàn)核心錯誤?！鷾y試！

“時間失控”：前期松懈，后期熬夜趕工。→做好項目規(guī)劃！教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖課前任務(wù)分組討論，確定本組創(chuàng)意作品的主題（如：機(jī)械傳動盒、魯班鎖、可動機(jī)器人等），并繪制簡單設(shè)計草圖。發(fā)布項目任務(wù)書，提供主題選擇建議，指導(dǎo)學(xué)生分組。分組討論，確定方案，繪制草圖。培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作和創(chuàng)意構(gòu)思能力?？记谡n堂考勤清點人數(shù)。-常規(guī)管理。導(dǎo)入新課??項目啟動會?：請各小組簡要闡述本組的創(chuàng)意設(shè)計方案。教師和其他小組進(jìn)行提問和建議。組織發(fā)言，引導(dǎo)互評，幫助各組優(yōu)化方案。小組代表發(fā)言，介紹方案；其他小組提問和建議。打開思路，完善方案，體驗真實的產(chǎn)品設(shè)計評審流程。項目實踐??綜合創(chuàng)作?：各小組分工協(xié)作，完成作品的建模、切片和打印。教師提供技術(shù)支持和創(chuàng)意咨詢。巡回指導(dǎo)，解決技術(shù)難題，控制項目進(jìn)度。小組協(xié)作，完成從設(shè)計到制造的全過程。全面鍛煉創(chuàng)新設(shè)計、復(fù)雜建模、團(tuán)隊協(xié)作、項目管理和實踐操作的綜合能力。成果展示與互評?各小組展示最終作品，并講解設(shè)計思路、實現(xiàn)過程和創(chuàng)新點。進(jìn)行小組互評。組織展示和評價，控制時間。展示作品，講解設(shè)計，評價他人作品。鍛煉表達(dá)能力和批判性思維，在交流中相互學(xué)習(xí)。課堂小結(jié)?總結(jié)本項目，表彰優(yōu)秀團(tuán)隊和作品，強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊合作和創(chuàng)新精神的重要性?？偨Y(jié)提升，給予正向激勵。聆聽總結(jié)，分享項目心得。升華學(xué)習(xí)成果，培養(yǎng)職業(yè)素養(yǎng)。課前任務(wù)?分組討論，確定本組創(chuàng)意作品的主題（如：機(jī)械傳動盒、魯班鎖、可動機(jī)器人等），并繪制簡單設(shè)計草圖。發(fā)布項目任務(wù)書，提供主題選擇建議，指導(dǎo)學(xué)生分組。分組討論，確定方案，繪制草圖。培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作和創(chuàng)意構(gòu)思能力。教學(xué)反思成功之處：??課程成果綜合檢驗：作為項目三乃至前期知識的頂峰成果，全面展示了學(xué)生在創(chuàng)新、建模、打印、裝配、調(diào)試方面的綜合能力，優(yōu)秀作品令人驚嘆。團(tuán)隊協(xié)作與項目管理能力提升：在小組合作中，學(xué)生的溝通協(xié)作、任務(wù)分配、時間管理能力得到實實在在的鍛煉。不足之處：??個體貢獻(xiàn)度不均：小組合作中容易出現(xiàn)“能者多勞”現(xiàn)象，部分成員參與度不高，貢獻(xiàn)度評估機(jī)制有待完善。文檔規(guī)范意識薄弱：學(xué)生專注于設(shè)計與制作，普遍忽視對設(shè)計過程、迭代版本、遇到的問題及解決方案進(jìn)行記錄和整理。改進(jìn)措施：??明確角色分工與過程考核：要求小組明確內(nèi)部角色分工（如項目經(jīng)理、結(jié)構(gòu)設(shè)計師、外觀設(shè)計師等），并結(jié)合階段性匯報進(jìn)行過程考核。引入《工程日志》制度：要求學(xué)生（或小組）撰寫簡單的工程日志，記錄每日進(jìn)展、遇到的問題、解決方案和下一步計劃，培養(yǎng)工程師職業(yè)習(xí)慣。任務(wù)4-1認(rèn)識三維掃描儀任務(wù)4-2恐龍三維掃描及打印教案課程名稱3D打印與逆向建模授課學(xué)期2024-2025-2授課教師XXX課題序號任務(wù)4-1任務(wù)4-2授課班級2023級機(jī)制授課課時2課時教學(xué)場所C208增材制造實訓(xùn)室教材及參考書XXX主編3D打印技術(shù)與逆向工程實例教程機(jī)械工業(yè)出版社授課章節(jié)名稱項目四：復(fù)刻設(shè)計——三維掃描技術(shù)應(yīng)用??任務(wù)4-1認(rèn)識三維掃描儀&任務(wù)4-2恐龍三維掃描及打印教學(xué)目標(biāo)維度任務(wù)4-1認(rèn)識三維掃描儀（認(rèn)知基礎(chǔ)）任務(wù)4-2恐龍三維掃描及打?。ㄊ状螌嵺`）知識目標(biāo)?1.原理認(rèn)知：能闡述三維掃描技術(shù)的基本原理（如光柵、激光、攝影測量），及其與3D打印（增材制造）的關(guān)系。

2.類型區(qū)分：能說出接觸式與非接觸式掃描儀的區(qū)別，并列舉常見手持式、桌面式三維掃描儀的類型及其特點。

3.流程認(rèn)知：能描述三維掃描的完整工作流程：設(shè)備校準(zhǔn)→粘貼標(biāo)志點→掃描→數(shù)據(jù)獲取（點云/網(wǎng)格）。1.操作原理：能解釋本次所用特定掃描儀（如手持式激光掃描儀）的校準(zhǔn)原理和標(biāo)志點（靶點）在掃描數(shù)據(jù)對齊中的作用。

2.數(shù)據(jù)知識：能理解掃描獲得的點云數(shù)據(jù)與多邊形網(wǎng)格數(shù)據(jù)的區(qū)別，以及后續(xù)需要進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理步驟（如封裝、補(bǔ)洞、簡化）。

3.應(yīng)用知識：能闡述將實物通過掃描→數(shù)據(jù)處理→打印進(jìn)行“復(fù)制”或“數(shù)字化存檔”的完整逆向工程應(yīng)用場景。能力目標(biāo)?1.設(shè)備識別：能正確識別掃描儀主機(jī)、校準(zhǔn)板、標(biāo)志點等核心組件，并了解其基本功能。

2.安全規(guī)范：能遵循掃描儀的安全操作規(guī)范（如避免強(qiáng)光直射、輕拿輕放）。

3.流程復(fù)現(xiàn)：能在教師指導(dǎo)下，初步體驗掃描流程的關(guān)鍵步驟。1.規(guī)范操作：能獨立或小組協(xié)作，規(guī)范完成掃描儀的校準(zhǔn)、在恐龍模型上粘貼標(biāo)志點、多角度完整掃描的操作流程。

2.數(shù)據(jù)處理：能使用配套軟件對掃描獲得的恐龍網(wǎng)格數(shù)據(jù)進(jìn)行基本的處理，如刪除雜點、填充小孔洞、平滑網(wǎng)格。

3.逆向打?。耗軐⑻幚砗玫目铸垝呙钄?shù)據(jù)導(dǎo)入切片軟件，設(shè)置參數(shù)并完成打印，實現(xiàn)從實物到數(shù)字模型再回到實物的閉環(huán)。素質(zhì)目標(biāo)?1.科技認(rèn)知：激發(fā)對先進(jìn)數(shù)字化測量技術(shù)的好奇心與探索欲。

2.規(guī)范意識：建立對高精度儀器設(shè)備的愛護(hù)意識和規(guī)范操作的習(xí)慣。

3.宏觀視野：初步建立“數(shù)字孿生”的概念，理解實物數(shù)字化的巨大潛力。1.嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致：在掃描和數(shù)據(jù)處理過程中，培養(yǎng)追求數(shù)據(jù)完整、細(xì)節(jié)精確的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度。

2.團(tuán)隊協(xié)作：在掃描實踐中（一人操作掃描儀，一人持模型或觀察），培養(yǎng)溝通與協(xié)作精神。

3.問題解決：面對掃描數(shù)據(jù)不完整或有噪聲的情況，能耐心分析原因（如光線、角度）并嘗試重新掃描或修復(fù)，培養(yǎng)解決問題的能力。教學(xué)內(nèi)容三維掃描儀的基本操作流程。

2.三維掃描數(shù)據(jù)的后期處理（封裝、補(bǔ)洞、打磨）。

3.掃描數(shù)據(jù)到可打印模型（STL）的轉(zhuǎn)換。活動設(shè)計1.通過教師演示、實物觀察和動手操作，體驗“實物數(shù)字化—數(shù)據(jù)處理—3D打印”的完整逆向工程技術(shù)流程。

2.在掃描和模型修復(fù)過程中，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力（如處理掃描缺失、噪聲等）。教學(xué)重點教學(xué)難點1.掃描過程中對掃描距離、角度和速度的控制，以獲得完整、高質(zhì)量的點云數(shù)據(jù)。

2.對復(fù)雜模型（如恐龍的牙齒、尾巴等細(xì)微處）的掃描技巧。

3.對掃描后模型存在的缺陷進(jìn)行有效、合理的修復(fù)。資源與工具1.手持式或桌面式三維掃描儀及配套電腦。2.小型恐龍玩具模型（表面亞光處理為佳）、定位標(biāo)記點。3.安裝好三維掃描軟件（如EXScan、ArtecStudio）和模型修復(fù)軟件（如GeomagicWrap、Meshmixer或Netfabb）。4.3D打印機(jī)及耗材（PLA）教學(xué)方法項目式學(xué)習(xí)（PBL）、小組合作學(xué)習(xí)、啟發(fā)式教學(xué)、評審答辯法。評價方式綜合性評價：依據(jù)《項目評價量規(guī)》，從創(chuàng)意性（30%）、技術(shù)復(fù)雜度與完成度（40%）、團(tuán)隊協(xié)作與文檔（20%）、展示與表達(dá)（10%）等維度進(jìn)行小組與個人相結(jié)合的評價。板書設(shè)計任務(wù)4-1認(rèn)識三維掃描儀任務(wù)4-2恐龍三維掃描及打印任務(wù)4-1認(rèn)識三維掃描儀三維掃描原理：實物→點云→網(wǎng)格技術(shù)分類：接觸式/非接觸式（激光/結(jié)構(gòu)光）?流程區(qū)：???核心工作流：校準(zhǔn)→掃描→對齊/封裝→修復(fù)→導(dǎo)出STL→3D打印一、三維掃描是什么？??定義：快速獲取物體三維形態(tài)數(shù)據(jù)的技術(shù)。比喻：“實物的CT機(jī)”或“3D復(fù)印的第一步”。安全規(guī)范：不掃人眼、防磕碰、先校準(zhǔn)。?掃描技巧：距離適中、速度均勻、角度多變。?常見問題：數(shù)據(jù)缺失（補(bǔ)標(biāo)記點）、噪聲（重新掃）圖4-42輸出：點云→三角網(wǎng)格（.stl,.obj）掃描流程圖：準(zhǔn)備工件→掃描操作→數(shù)據(jù)后處理→輸出模型(貼點)(多角度)(補(bǔ)洞/去噪)(.stl/.obj)二、為什么需要三維掃描？??工業(yè)：質(zhì)量檢測、逆向工程、快速原型。文化：文物數(shù)字化存檔、修復(fù)。醫(yī)療：定制化假體、矯形器。創(chuàng)意：數(shù)字藝術(shù)、影視特效。三、掃描儀的類型（按原理）??1.接觸式（三坐標(biāo)測量機(jī)CMM）特點：精度高、速度慢、接觸物體。應(yīng)用：精密檢測。2.非接觸式（重點）（1）光學(xué)式（最常用）a.拍照式/結(jié)構(gòu)光掃描儀：??原理：投射光柵→相機(jī)拍照→計算變形。優(yōu)點：精度高、速度快。缺點：怕強(qiáng)光、怕透明/反光物體。b.激光掃描儀：??原理：發(fā)射激光束→測量反射時間/角度。優(yōu)點：測量距離遠(yuǎn)。缺點：精度易受環(huán)境光干擾。電磁式、聲學(xué)式等。重點概念：???精度：測量的準(zhǔn)確程度。?分辨率：捕捉細(xì)節(jié)的能力。?標(biāo)記點：輔助軟件進(jìn)行多視角數(shù)據(jù)對齊。?安全規(guī)范：???勿直視激光掃描儀光束。?勿用手觸摸鏡頭。?輕拿輕放，防震防塵。?學(xué)生常見問題：??Q:掃描透明玻璃杯怎么辦？A:需要噴涂顯像劑（如石膏粉）。項目四：復(fù)刻設(shè)計——任務(wù)4.2恐龍三維掃描及打印??實操流程與步驟?

?項目目標(biāo)：完成恐龍模型的掃描→修復(fù)→3D打印全流程。?第一步：掃描前準(zhǔn)備??工件處理（關(guān)鍵！）：??【難點】恐龍表面：深色/反光？??→解決方案：噴涂顯像劑?（如撲爾爽/顯像粉），使其變?yōu)閬喒獍咨?。在模型上均勻粘貼標(biāo)記點。?設(shè)備校準(zhǔn)：啟動掃描儀，進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)。?平臺固定：將恐龍模型穩(wěn)固放置在掃描平臺上。?第二步：掃描操作??初始掃描：從不同角度掃描，確保標(biāo)記點被清晰捕捉。?數(shù)據(jù)對齊：軟件通過標(biāo)記點自動將多次掃描數(shù)據(jù)合并到同一坐標(biāo)系。?精細(xì)補(bǔ)掃：針對死角、復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如恐龍嘴巴、腳趾）進(jìn)行補(bǔ)掃。?完成掃描：獲得完整的恐龍“點云”數(shù)據(jù)。?第三步：數(shù)據(jù)后處理??封裝：將點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三角網(wǎng)格模型（生成.stl文件）。?修補(bǔ)：??填充破洞（使用“填洞”命令）。光滑噪音（使用“網(wǎng)格醫(yī)生”、“平滑”命令）。優(yōu)化網(wǎng)格（簡化面數(shù)，便于打印）。?第四步：3D打印輸出??導(dǎo)入切片軟件：??將修復(fù)好的.stl文件導(dǎo)入Cura等軟件。?設(shè)置參數(shù)：層厚、填充率、支撐等。?切片并發(fā)送至打印機(jī)：開始打印。流程圖??【實物恐龍】(準(zhǔn)備：噴涂、貼點)↓【三維掃描儀掃描】↓【點云數(shù)據(jù)】↓(軟件：封裝)【三角網(wǎng)格模型(.stl)】↓(軟件：修復(fù))【“水密”的可用模型】↓(導(dǎo)入切片軟件)【G-code代碼】↓【3D打印機(jī)】↓【實體復(fù)制品】?技能要點/常見問題??核心技能：??處理難掃描表面的能力。多視角掃描數(shù)據(jù)的對齊與融合。網(wǎng)格數(shù)據(jù)的基本修復(fù)能力。?難點預(yù)警：???標(biāo)記點粘貼過密或過疏→對齊失敗。?掃描角度不夠→模型缺失、破洞多。?修復(fù)過度→模型失真。?創(chuàng)新思考：??如何掃描一個會動的物體？除了復(fù)制，掃描數(shù)據(jù)還能做什么？（為項目五“逆向建?！甭裣路P）?課堂練習(xí)記錄教學(xué)過程設(shè)計——任務(wù)4-1認(rèn)識三維掃描儀教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖課前任務(wù)?1.觀看三維掃描技術(shù)介紹視頻。

2.思考：三維掃描與傳統(tǒng)測量方式相比有何優(yōu)勢？發(fā)布預(yù)習(xí)資源。觀看視頻，思考問題。初步建立對三維掃描技術(shù)的認(rèn)知?？记?課堂考勤清點人數(shù)。-常規(guī)管理。新課導(dǎo)入情境導(dǎo)入?展示通過掃描并打印的復(fù)雜物體應(yīng)用案例：

?文物數(shù)字化保護(hù)

?影視特效與游戲角色制作

?工業(yè)零件的逆向設(shè)計與質(zhì)量檢測

?定制化醫(yī)療輔具

?提問：如何快速地將一個真實的恐龍玩具變成電腦里的三維模型？引出三維掃描技術(shù)。播放精彩案例視頻，提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考。觀看、思考、回答。直觀感受三維掃描技術(shù)的強(qiáng)大應(yīng)用，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。聯(lián)系實際，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲。講解演示（設(shè)備認(rèn)知與安全規(guī)范）?核心內(nèi)容精講與演示?

一、三維掃描技術(shù)原理與類型：講解光柵/激光掃描原理，介紹設(shè)備構(gòu)成。

原理：利用光學(xué)、激光等技術(shù)，獲取物體表面三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)（點云）。

?分類：接觸式（三坐標(biāo)測量機(jī)）vs.非接觸式（激光、結(jié)構(gòu)光、攝影測量）。

?重點講解本節(jié)課使用的手持式激光/結(jié)構(gòu)光掃描儀的特點和優(yōu)勢。二、掃描儀硬件認(rèn)知?

?介紹掃描槍、校準(zhǔn)板、數(shù)據(jù)線、標(biāo)記點等組件。

三、安全與操作規(guī)范?

?嚴(yán)禁掃描人體（特別是眼睛）。

?輕拿輕放，避免磕碰。

?校準(zhǔn)的重要性。

?掃描環(huán)境的注意事項（光線、反光）。2.掃描流程：全程演示掃描一個小恐龍模型：貼標(biāo)記點?->設(shè)備標(biāo)定->多角度掃描->軟件實時拼接。

3.數(shù)據(jù)修復(fù)：演示“補(bǔ)洞”、“平滑”、“簡化”等后期處理操作，生成可用STL文件。

4.打?。簩⑿迯?fù)后的數(shù)據(jù)切片并打印。四、軟件界面與工作流程?

?演示掃描軟件的啟動、設(shè)備連接、校準(zhǔn)過程。

?簡要演示掃描一個簡單物體（如水杯）的完整流程：

1.粘貼標(biāo)記點（如需）

2.開始掃描

3.實時查看點云生成

4.數(shù)據(jù)保存結(jié)合PPT和實物掃描儀，講解基本原理和分類，展示不同掃描儀圖片。逐步操作設(shè)備和解說軟件。強(qiáng)調(diào)標(biāo)記點粘貼技巧、掃描角度和距離的控制。手持設(shè)備，逐一介紹各部分功能。強(qiáng)調(diào)安全注意事項，展示錯誤操作后果。聽講、記錄操作流程和關(guān)鍵技巧，觀看展示，對設(shè)備形成初步認(rèn)識。觀察設(shè)備，記憶安全規(guī)范。集中觀看教師演示，對流程有整體印象奠定理論基礎(chǔ)，幫助學(xué)生構(gòu)建知識體系。系統(tǒng)學(xué)習(xí)三維掃描的全流程操作，掌握數(shù)據(jù)獲取與處理的核心技能。確保后續(xù)實操課程的安全與順利進(jìn)行。通過直觀演示，將理論與實際操作銜接，降低學(xué)生自主操作的難度。分組實操?分組操作三維掃描儀，完成恐龍模型的掃描、數(shù)據(jù)拼接和修復(fù)。教師巡回指導(dǎo)。指導(dǎo)設(shè)備操作，協(xié)助處理掃描中的問題（如拼接錯位）。分組實操，合作完成恐龍模型的數(shù)字化重建。通過親手操作，鞏固掃描流程，培養(yǎng)設(shè)備操作能力和團(tuán)隊協(xié)作能力。課堂小結(jié)?總結(jié)三維掃描的操作要點和常見問題處理方法?？偨Y(jié)要點?；仡櫫鞒?。鞏固記憶。作業(yè)布置?思考：如果掃描一個表面光滑的茶壺，會遇到什么困難？如何解決？布置思考題。記錄作業(yè)。引導(dǎo)學(xué)生思考下節(jié)課的內(nèi)容。教學(xué)過程設(shè)計任務(wù)4-2恐龍三維掃描及打印教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容與過程教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖任務(wù)下達(dá)?發(fā)布項目任務(wù)?

以小組為單位，完成指定恐龍模型的三維掃描、數(shù)據(jù)處理和3D打印。最終提交：

1.完整的恐龍三維數(shù)字模型（STL格式）

2.3D打印出的恐龍實物清晰闡述任務(wù)目標(biāo)、要求和最終成果。明確任務(wù)要求，進(jìn)行小組分工。明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，使實踐過程有的放矢。分組實踐掃描操作?學(xué)生動手操作?

?在恐龍模型和掃描平臺上粘貼標(biāo)記點。

?進(jìn)行設(shè)備校準(zhǔn)。

?小組協(xié)作，對恐龍模型進(jìn)行多角度、全覆蓋掃描。

教師巡視指導(dǎo)?

?解決掃描中遇到的常見問題（數(shù)據(jù)丟失、抖動等）。

?指導(dǎo)學(xué)生優(yōu)化掃描路徑和角度。巡視各小組，提供個性化指導(dǎo)，解決技術(shù)難題，確保每組都能獲得初步的掃描數(shù)據(jù)。小組協(xié)作，輪流操作掃描儀，完成恐龍模型的掃描和數(shù)據(jù)采集。通過親手操作，深化對掃描技術(shù)的理解，掌握核心技能點，培養(yǎng)團(tuán)隊合作能力。數(shù)據(jù)處理教學(xué)與實操?數(shù)據(jù)后處理流程教師統(tǒng)一講解演示：

1.數(shù)據(jù)對齊與封裝：將多視角掃描的點云數(shù)據(jù)合并成一個完整的網(wǎng)格模型。

2.模型修復(fù)：修補(bǔ)孔洞、刪除噪點、平滑表面。

3.格式轉(zhuǎn)換：將處理好的模型導(dǎo)出為STL格式，為3D打印做準(zhǔn)備。

學(xué)生跟進(jìn)操作：各小組在教師指導(dǎo)下處理自己的掃描數(shù)據(jù)。在教師機(jī)上進(jìn)行廣播教學(xué)，演示關(guān)鍵步驟。然后巡視指導(dǎo)各小組完成數(shù)據(jù)處理。在電腦上使用軟件對自己的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，完成模型的修復(fù)和導(dǎo)出。掌握逆向工程中至關(guān)重要的數(shù)據(jù)處理技能，將原始掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可用的三維模型。3D打印與成果展示??教師講解3D打印的基本設(shè)置（切片軟件簡單介紹、支撐設(shè)置、層厚等）。

?各小組將處理好的STL模型文件提交給教師。

?教師統(tǒng)一安排打?。ㄓ捎诖蛴『臅r較長，可課后進(jìn)行）。

?展示1-2組處理效果最好的數(shù)字模型。接收學(xué)生文件，簡要介紹打印流程，展示優(yōu)秀成果并進(jìn)行點評。提交最終模型文件，觀摩優(yōu)秀作品，進(jìn)行互評交流。完成從數(shù)字化到實體化的閉環(huán)，讓學(xué)生獲得成就感。成果展示起到激勵和相互學(xué)習(xí)的作用。課堂總結(jié)與布置作業(yè)??總結(jié)：??

?回顧“三維掃描-數(shù)據(jù)處理-3D打印”的全流程。

?強(qiáng)調(diào)操作中的關(guān)鍵點和常見錯誤。

?布置作業(yè)：?

撰寫一份實驗報告，內(nèi)容包括：操作步驟、遇到的問題及解決方法、最終成果截圖、心得體會。對本節(jié)課內(nèi)容進(jìn)行梳理和總結(jié)，布置課后作業(yè)，鞏固學(xué)習(xí)效果?；仡櫿谜n內(nèi)容，記錄作業(yè)要求。鞏固所學(xué)知識，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思，提升教學(xué)效果。教學(xué)反思成功之處：??逆向工程流程成功建立：通過“實物→掃描→數(shù)據(jù)→打印→實物”的完整流程，學(xué)生清晰理解了逆向工程的概念和價值，與正向設(shè)計形成互補(bǔ)。掃描技巧初步掌握：學(xué)生對掃描距離、角度、速度、標(biāo)志點粘貼等基本操作要點掌握較快，能獨立完成簡單物體的掃描。不足之處：??數(shù)據(jù)質(zhì)量意識不足：學(xué)生更關(guān)注“是否掃全”，對點云數(shù)據(jù)的噪音、細(xì)節(jié)缺失等質(zhì)量問題關(guān)注不夠，數(shù)據(jù)處理（補(bǔ)洞、打磨）技巧生疏。復(fù)雜結(jié)構(gòu)處理經(jīng)驗缺乏：恐龍模型的復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如腿部間隙、頭部細(xì)節(jié)）對掃描路徑規(guī)劃提出挑戰(zhàn)，學(xué)生初次嘗試容易遺漏死角。改進(jìn)措施：??設(shè)立“數(shù)據(jù)質(zhì)量評估標(biāo)準(zhǔn)”：提供優(yōu)秀、合格、不合格的掃描數(shù)據(jù)樣例，引導(dǎo)學(xué)生從完整性、噪音量、細(xì)節(jié)度等維度評估自己的數(shù)據(jù)質(zhì)量。演示“分段掃描-對齊”策略：針對復(fù)雜物體，演示如何分區(qū)域進(jìn)行精細(xì)掃描，然后利用軟件特征進(jìn)行數(shù)據(jù)對齊，傳授高級技巧。

任務(wù)4-3茶壺三維掃描教案課程名稱3D打印與逆向建模授課學(xué)期2024-2025-2授課教師XXX課題序號任務(wù)4-3授課班級2023級機(jī)制授課課時2課時教學(xué)場所C208增材制造實訓(xùn)室教材及參考書XXX主編3D打印技術(shù)與逆向工程實例教程機(jī)械工業(yè)出版社授課章節(jié)名稱任務(wù)4-3茶壺三維掃描教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)1.理解三維掃描的基本原理和工作流程。

2.掌握手持式三維掃描儀的基本操作方法與注意事項。

3.了解掃描過程中常見的質(zhì)量問題（如噪點、缺失）及其成因。能力目標(biāo)1.能夠獨立完成對茶壺物體的掃描標(biāo)貼粘貼工作。

2.能夠小組協(xié)作，使用三維掃描儀完整獲取茶壺的點云數(shù)據(jù)。

3.能夠?qū)呙璜@得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的預(yù)處理（如去除孤點）。素養(yǎng)目標(biāo)1.培養(yǎng)規(guī)范操作、愛護(hù)設(shè)備的職業(yè)習(xí)慣。

2.增強(qiáng)團(tuán)隊協(xié)作精神和溝通能力。

3.建立對逆向工程技術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的工作態(tài)度。教學(xué)內(nèi)容1.理論講解（15分鐘）：三維掃描技術(shù)概述（原理、分類、應(yīng)用）；手持式掃描儀的工作流程（校準(zhǔn)-貼點-掃描-數(shù)據(jù)處理）；掃描注意事項（物體表面要求、環(huán)境光影響）。

2.演示教學(xué)（15分鐘）：教師演示掃描儀校準(zhǔn)、在茶壺上規(guī)范粘貼標(biāo)志點、多角度掃描茶壺的全過程，并講解操作要點。

3.實踐操作（45分鐘）：學(xué)生分組（2-3人/組），按照流程對分配的茶壺進(jìn)行三維掃描實踐，教師巡回指導(dǎo)。

4.數(shù)據(jù)處理與總結(jié)（15分鐘）：各小組將掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦，進(jìn)行簡單的雜點清理；展示并點評各組掃描結(jié)果；總結(jié)常見問題與解決方案?；顒釉O(shè)計一、情境導(dǎo)入（5分鐘）：

提問：如何快速獲取一個現(xiàn)有茶壺的精確三維尺寸并用于數(shù)字化設(shè)計或修復(fù)？引出三維掃描技術(shù)的重要性。

二、講授與演示（30分鐘）：

1.教師講解理論，配合PPT和實物展示。

2.教師現(xiàn)場操作演示，強(qiáng)調(diào)關(guān)鍵步驟。

三、小組探究與實踐（45分鐘）：

1.學(xué)生分組，領(lǐng)取設(shè)備（掃描儀、茶壺、標(biāo)志點）。

2.小組內(nèi)分工協(xié)作（操作員、輔助員、記錄員），完成掃描任務(wù)。

3.教師巡視，針對性地指導(dǎo)，解決操作中的疑難問題。

四、成果展示與評價（10分鐘）：

隨機(jī)選取2-3個小組展示其掃描的點云數(shù)據(jù)，師生共同從完整度、清晰度等方面進(jìn)行點評。教學(xué)重點教學(xué)難點教學(xué)重點：手持式三維掃描儀的操作流程與技巧。

教學(xué)難點：掃描過程中保持合適的距離、角度和速度以確保數(shù)據(jù)質(zhì)量。對復(fù)雜曲面（如壺嘴、壺把）的完整掃描。資源與工具1.教學(xué)資源：多媒體課件、三維掃描操作視頻、教案。

2.硬件設(shè)備：手持式三維掃描儀（如EinScan系列等）10臺、筆記本電腦、不同形狀的茶壺樣品10個、掃描標(biāo)志點、校準(zhǔn)板。

3.軟件工具：掃描儀配套軟件（如ExScan）。教學(xué)方法任務(wù)驅(qū)動法、演示教學(xué)法、小組合作探究法、2023級機(jī)制法。評價方式過程性評價（70%）：根據(jù)學(xué)生在小組活動中的參與度、操作規(guī)范性、團(tuán)隊協(xié)作情況進(jìn)行評價。

成果性評價（30%）：根據(jù)各小組最終提交的茶壺點云數(shù)據(jù)的完整度和質(zhì)量進(jìn)行評價。板書設(shè)計任務(wù)4-3茶壺三維掃描任務(wù)4-3茶壺三維掃描

一、掃描原理：光柵→變形→計算→點云

二、操作流程：

1.設(shè)備校準(zhǔn)

2.物體貼點（均勻、錯位）

3.掃描采集（距離、角度、速度）

4.數(shù)據(jù)處理（去噪、封裝）

三、關(guān)鍵技巧：慢速勻速重疊掃描避免強(qiáng)光【茶壺實物】↓【預(yù)處理】-噴涂顯像劑-不對稱貼點↓【分部件掃描】-先掃壺身（旋轉(zhuǎn)平臺）-再掃壺蓋/壺嘴/把手↓【數(shù)據(jù)對齊】-利用標(biāo)記點對齊-特征對齊（壺嘴邊緣）↓【數(shù)據(jù)封裝與修復(fù)】-封裝成網(wǎng)格-重點修補(bǔ)：壺嘴內(nèi)側(cè)、把手下方↓【完整茶壺數(shù)字模型】任務(wù)4.3茶壺三維掃描（應(yīng)對反光/軸對稱物體）???一、本課新挑戰(zhàn)：???表面特性：壺身可能光滑、反光?（激光/結(jié)構(gòu)光散射）。?幾何特征：軸對稱物體，易掃描不全面，產(chǎn)生“死角”。?二、應(yīng)對策略：???對抗反光：??首選：噴涂亞光顯像劑?（最重要?。?。次選：使用啞光膠帶粘貼關(guān)鍵區(qū)域。?應(yīng)對對稱：??在壺身不對稱地粘貼標(biāo)記點，輔助軟件識別方向。壺蓋與壺體分開掃描。三、技能要點與難點??技能目標(biāo)：掌握處理高反光、復(fù)雜幾何體的掃描方法。?操作技巧：??旋轉(zhuǎn)平臺，勻速緩慢。對于壺嘴內(nèi)部等死角，可嘗試調(diào)整掃描儀角度或使用不同焦距。?難點預(yù)警：???顯像劑噴涂不均→數(shù)據(jù)缺失或噪音。?標(biāo)記點對稱粘貼→軟件對齊錯誤（產(chǎn)生“重影”）。?思考：??如果不允許噴涂，還有什么辦法？（調(diào)整掃描儀曝光值/光源角度）教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖課前任務(wù)?查閱資料，了解掃描高反射和透明物體時的挑戰(zhàn)及解決方案。發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)。查閱資料。引導(dǎo)學(xué)生主動探索特殊對象的掃描技術(shù)。考勤課堂考勤清點人數(shù)。-常規(guī)管理。導(dǎo)入新課?回顧上節(jié)課內(nèi)容，提問：“如果掃描一個陶瓷茶壺直接用上次的方法能成功嗎？為什么？”，引出對特殊對象掃描技巧的學(xué)習(xí)。提問互動，引出新課。思考、回答。創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)習(xí)新知的需求。講解演示?核心內(nèi)容精講與演示?

挑戰(zhàn)與對策：講解高反射/深色表面（如陶瓷茶壺）因吸光導(dǎo)致掃描失敗的原理，介紹噴顯像劑?（啞光白色粉末）的解決方案。

演示為茶壺噴顯像劑并掃描的過程。觀看演示，理解技術(shù)原理。掌握應(yīng)對復(fù)雜掃描對象的專業(yè)技巧，拓寬技術(shù)應(yīng)用邊界。分組實操??分組循環(huán)實操?：

完成茶壺的顯像劑噴涂、掃描和數(shù)據(jù)處理（完成后需清洗茶壺）。

指導(dǎo)顯像劑的均勻噴涂掃描。分組合作，完成茶壺的掃描任務(wù)。積累特殊對象的掃描經(jīng)驗，提升解決實際問題的應(yīng)變能力。課堂小結(jié)總結(jié)掃描高反射物體總結(jié)要點?；仡櫦记?。鞏固記憶。作業(yè)布置整理本項目所學(xué)，思考三維掃描技術(shù)的應(yīng)用場景。布置作業(yè)。記錄作業(yè)。促進(jìn)知識的內(nèi)化與遷移。教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖教學(xué)反思成功之處：??掃描策略思考深化：茶壺的規(guī)則曲面與恐龍不同，引導(dǎo)學(xué)生思考如何通過掃描路徑獲得更光順的曲面數(shù)據(jù)，掃描策略從“覆蓋”向“質(zhì)量”轉(zhuǎn)變。遮擋問題處理能力提升：壺把手、壺嘴與壺體間的遮擋關(guān)系，促使學(xué)生思考掃描順序和角度，以獲取更完整的點云數(shù)據(jù)。不足之處：??反光表面處理經(jīng)驗少：若茶壺表面光潔，易產(chǎn)生反光噪點，學(xué)生對此類問題的預(yù)處理（如噴顯像劑）和處理經(jīng)驗不足。對稱基準(zhǔn)建立不重視：對需要逆向建模的物體，掃描時建立正確的基準(zhǔn)面對稱軸意識不強(qiáng)。改進(jìn)措施：??介紹不同表面處理方法：介紹并演示使用亞光粉、顯像劑等處理高反光表面的方法，拓展學(xué)生應(yīng)對不同掃描對象的能力。關(guān)聯(lián)逆向設(shè)計需求：強(qiáng)調(diào)掃描數(shù)據(jù)若用于后續(xù)建模，必須在掃描階段就有意識地通過貼點等方式建立基準(zhǔn)，為任務(wù)五做鋪墊。

任務(wù)4-4人臉掃描教案課程名稱3D打印與逆向建模授課學(xué)期2024-2025-2授課教師XXX課題序號任務(wù)4-4授課班級2023級機(jī)制授課課時2課時授課章節(jié)名稱任務(wù)4-4人臉掃描教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)1.理解非接觸式光學(xué)掃描（特別是結(jié)構(gòu)光原理）在掃描生物體時的優(yōu)勢與限制。

2.掌握活體人臉掃描的特殊流程、安全規(guī)范與數(shù)據(jù)隱私要求。

3.了解掃描數(shù)據(jù)后期處理中填補(bǔ)孔洞、平滑網(wǎng)格的關(guān)鍵方法能力目標(biāo)1.能夠安全、規(guī)范地操作掃描設(shè)備，完成對同學(xué)（模特）人臉的掃描。

2.能夠指導(dǎo)模特保持正確姿勢，并協(xié)作完成多角度數(shù)據(jù)的獲取。

3.能夠使用軟件對掃描獲得的初始人臉模型進(jìn)行基本的修補(bǔ)和優(yōu)化。素養(yǎng)目標(biāo)1.培養(yǎng)安全操作意識（特別是激光類設(shè)備的安全）和尊重隱私的職業(yè)道德。

2.增強(qiáng)溝通能力與人文關(guān)懷精神（與被掃描者互動）。

3.建立對生物特征數(shù)據(jù)嚴(yán)肅、負(fù)責(zé)的管理態(tài)度。教學(xué)內(nèi)容理論講解與安全倫理教育（20分鐘）：人臉掃描的挑戰(zhàn)（反光、顫動、毛發(fā)）；結(jié)構(gòu)光掃描原理簡介；安全操作規(guī)范（絕對避免強(qiáng)激光直射眼睛）；數(shù)據(jù)倫理與隱私保護(hù)要求。

2.演示教學(xué)（20分鐘）：教師邀請一名學(xué)生作為模特，演示全過程：設(shè)備準(zhǔn)備、與模特溝通、掃描姿勢（正臉、側(cè)臉）與路徑、數(shù)據(jù)實時預(yù)覽。重點講解如何避免對眼睛的照射和處理頭發(fā)區(qū)域。

3.實踐操作（40分鐘）：學(xué)生分組（3人/組，輪流擔(dān)任操作員、模特、輔助員），在教師嚴(yán)格監(jiān)督下進(jìn)行人臉掃描實踐。輔助員負(fù)責(zé)觀察安全并協(xié)助模特保持姿勢。

4.數(shù)據(jù)處理與總結(jié)（10分鐘）：各小組將數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件，學(xué)習(xí)使用填充、平滑等工具初步優(yōu)化模型；展示優(yōu)秀掃描結(jié)果；總結(jié)活體掃描的關(guān)鍵要點。活動設(shè)計一、案例導(dǎo)入與議題討論（5分鐘）：

展示3D打印人像、影視特效面具等應(yīng)用案例，引出任務(wù)。討論：掃描活人臉部與掃描茶壺最大的不同是什么？（安全、倫理、動態(tài)）

二、新知講述與安全警示（20分鐘）：

1.教師講解理論與規(guī)范，強(qiáng)調(diào)安全是第一位。

2.師生共同制定《人臉掃描安全倫理公約》。

三、標(biāo)準(zhǔn)演示與模仿實踐（40分鐘）：

1.教師規(guī)范演示，學(xué)生觀摩并提問。

2.小組在指定安全區(qū)域內(nèi)輪換角色進(jìn)行實踐，教師全程緊密巡視，及時糾正不安全或不規(guī)范操作。

四、成果優(yōu)化與反思（10分鐘）：

小組間互相觀摩掃描的原始數(shù)據(jù)，分享在溝通、操作上的經(jīng)驗與教訓(xùn)。教學(xué)重點教學(xué)難點教學(xué)重點：人臉掃描的安全操作規(guī)程與活體掃描的協(xié)作流程。

教學(xué)難點：1.在確保絕對安全的前提下獲取完整的人臉數(shù)據(jù)。2.處理掃描過程中因模特輕微移動、眨眼等造成的模型瑕疵。資源與工具1.教學(xué)資源：多媒體課件、人臉掃描案例視頻、安全警示標(biāo)志、《人臉掃描安全倫理公約》。

2.硬件設(shè)備：高精度、對人眼安全的結(jié)構(gòu)光式3D掃描儀（如EinScanH系列、RevopointPOP3等）10臺、筆記本電腦、高背轉(zhuǎn)椅。

3.軟件工具：掃描儀配套軟件、GeomagicWrap或Meshmixer等數(shù)據(jù)處理軟件。

4.其他：啞光定妝粉（可選，用于減少面部油光反光）。教學(xué)方法任務(wù)驅(qū)動法、演示教學(xué)法、小組合作學(xué)習(xí)法、案例教學(xué)法、討論法。評價方式過程性評價（80%）：重點評價安全規(guī)范與倫理規(guī)范的遵守情況、團(tuán)隊協(xié)作與溝通能力、操作流程的規(guī)范性。

成果性評價（20%）：對最終掃描數(shù)據(jù)的完整度和質(zhì)量進(jìn)行評價，但安全一票否決，任何違反安全規(guī)范的行為本項計零分。板書設(shè)計任務(wù)4-4人臉掃描?項目四：復(fù)刻設(shè)計——任務(wù)4.4人臉掃描（動態(tài)與生物特征的挑戰(zhàn)）

一、掃描對象特點：???核心原則：安全第一、尊重隱私

特殊挑戰(zhàn)：反光（油）、顫動、毛發(fā)、眼部安全

動態(tài)性：微表情、呼吸、眨眼。?生物特征：皮膚柔軟、有紋理、易透光。?安全性/倫理：涉及個人生物信息。?二、技術(shù)要求與策略：???速度是關(guān)鍵：使用高速掃描模式?（如手持式掃描儀）。?減少動態(tài)：要求被掃描者放松、閉眼、保持短暫呼吸。?無需顯像劑：皮膚本身是理想的漫反射表面。?倫理規(guī)范：必須征得同意，明確數(shù)據(jù)用途，尊重隱私。操作流程：

1.溝通準(zhǔn)備（姿勢、表情、注意事項）

2.設(shè)備校準(zhǔn)與安全檢查

3.分段掃描（避開眼部）→數(shù)據(jù)對齊

4.倫理：數(shù)據(jù)使用授權(quán)與管理

四、后期關(guān)鍵：補(bǔ)洞、平滑、減面

???技能要點與難點??技能目標(biāo)：掌握動態(tài)生物特征的快速掃描技巧與倫理規(guī)范。?操作技巧：??掃描路徑：從額頭到下巴，S形路線覆蓋全面。保持最佳掃描距離。?難點預(yù)警：???被掃描者移動→模型模糊、重影。?掃描速度慢→數(shù)據(jù)不完整，拼接困難。?倫理與創(chuàng)新：??數(shù)據(jù)用途：數(shù)字存檔、個性化定制、影視特效?？偨Y(jié)：實現(xiàn)“實物→數(shù)字”的復(fù)刻【被掃描者】↓【掃描準(zhǔn)備】-溝通動作要求（靜坐、閉眼）-固定頭發(fā)（露出耳朵、額頭）-儀器校準(zhǔn)↓【快速掃描操作】-操作者繞被掃描者移動-先正面，再側(cè)面，快速捕捉-一次成型，避免多次對齊↓【數(shù)據(jù)后處理】-修補(bǔ)：鼻孔、睫毛等細(xì)微處-網(wǎng)格簡化（數(shù)據(jù)量巨大）-導(dǎo)出模型↓【人臉數(shù)字模型】教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖課前任務(wù)查閱資料，了解掃描高反射和透明物體時的挑戰(zhàn)及解決方案。發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)。查閱資料。引導(dǎo)學(xué)生主動探索特殊對象的掃描技術(shù)?？记谡n堂考勤清點人數(shù)。-常規(guī)管理。導(dǎo)入新課?回顧上節(jié)課內(nèi)容，提問：“如果掃描一個人體面部，直接用上次的方法能成功嗎？為什么？”引出對特殊對象掃描技巧的學(xué)習(xí)。提問互動，引出新課。思考、回答。創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)習(xí)新知的需求。講解演示?核心內(nèi)容精講與演示?

挑戰(zhàn)與對策：講解人體面部掃描的解決方案。人眼的安全防護(hù)和數(shù)據(jù)隱私倫理

演示人臉掃描的過程。觀看演示，理解技術(shù)原理。掌握應(yīng)對復(fù)雜掃描對象的專業(yè)技巧，拓寬技術(shù)應(yīng)用邊界。分組實操??分組循環(huán)實操?：

完成同學(xué)間人臉的掃描和數(shù)據(jù)處理（完成后需清洗茶壺）。

指導(dǎo)人臉掃描的姿勢管理。分組合作，完成人臉的掃描任務(wù)。積累特殊對象的掃描經(jīng)驗，提升解決實際問題的應(yīng)變能力。課堂小結(jié)總結(jié)掃描人臉的關(guān)鍵技術(shù)要點?？偨Y(jié)要點?；仡櫦记?。鞏固記憶。作業(yè)布置整理本項目所學(xué)，思考三維掃描技術(shù)的應(yīng)用場景。布置作業(yè)。記錄作業(yè)。促進(jìn)知識的內(nèi)化與遷移。

茶壺與人臉