低成本3D打印技术在农村中小学创客教育中的推广与实践

王育棉

【摘要】：现阶段中小学创客教育逐步发展，各县市教育局对创客空间的建设非常重视，逐步向各中小学派送3D打印机，此举在一定程度上推动中小学3D打印课程的推广，然而一台打印机并不能满足中小学3D打印建设的需求，故考虑组装一批低成本的3D打印机，以满足农村学校3D创客教育的需求，让低成本的3D打印技术在农村中小学得以推广。

【关键词】：3D打印  DIY  创客教育

3D打印，英文叫3D printing，是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黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。[1]

简单地说，3D打印技术是通过建模软件（如3D one、123D design、犀牛等）构建模型，将模型以STL等文件格式存储，接着利用切片软件（如Repetier-Host、Cura3.0等）进行切片，以grode格式的保存文件，最后将切片好的模型文件拷贝到3D打印机上进行打印。利用建模软件和3D打印机的配合最终获得具体实物。由于3D打印机的价格在上千元至上万不等，所以在农村学校开设3D打印课程有着不小的阻碍，这种阻碍成就了DIY之路。

一、从“核心”开始构思3D打印机

在2006年，一个名叫Reprap的开源3D计划公布，这一计划标志着3D打印走向开源，接着Ramps1.4 打印主板的设计使得普通人都能DIY制作属于自己的3D打印机，从此3D打印进入普通人的使用范畴。淘宝上售卖各种打印主板，以Ramps1.4最为经典，它集成Reprap所需的所有电路接口。Ramps连接强大的Arduino MEGA平台，并拥有充足的扩展空间。除了步进电机驱动器接口外，Ramps提供了大量其他应用电路的扩展接口，是一款更换零件非常方便的主板，拥有强大的升级能力和扩展模块化设计的Arduino的扩展板。

彩虹3D打印机的DIY主板拥有充足的电路接口，让DIY之路变的更为精彩，Ramps1.4 打印主板有多种接口，包括XYZ步进电机、三轴限位开关接口、喷头温度及热床温度探头接口等，其接口适合典型的公母杜邦头，除以上接口外还可以连接其他的扩展模块，其整体性能稳定又强大。

该主板的特点如下：1.第五个步进电机输出端口可自定义作为Z轴电机或第二个挤出机;2.可扩展到控制其他配件;3.三场效应晶体管，三个加热器/风扇输出端口，三个热敏电阻电路;4.加热床控制，额外的11A保险丝;5.可配5个Pololu步进驱动器板;6.Pololu板脚头插座，可以方便地更换或取出;7.I2C和SPI引脚可用于后续扩展;7.加热器输出有对应LED指示，同时支持SD卡。

当你的主板焊有1N4004二极管时，电压不要超过12V，当然Ramps1.4额定输入电压是12V， Arduino Mega 2560 的最大支持电压为20V。

Ramps1.4 打印主板还有一大亮点，就是可通过Arduino IDE刷入固件，外接不同的扩展板需要刷入不同的代码，对已有的代码进行修改，创造属于自己的DIY类型，前提必须精通C语言，而刷入固件时要选择Arduino Mega 2560类型。

（二）用散装套件搭建3D打印机

现如今的中小学创客教育，开源硬件是核心部位，再配上各种传感器，就能将想法转为现实。而3D打印机核心部位也是开源硬件， Ramps1.4打印主板配上其他的零件就能实现3D打印造物之梦。不难发现，DIY一台3D打印机其实就是创客造物的过程。万能的淘宝有售卖各种打印零部件，经过本人多方删选，发现彩虹科技3D打印是一家非常不错的3D科技公司，它有一大特点就是用打印出的实物连接各部分零件，这种做法在一定程度上降低了整体打印机的价格，使得3D打印机走向低端低价路线，而低端低价的打印机能打出高精度的作品，这是才是最大的亮点。

彩虹3D打印机高精度i3系列标配的价格为819元，该系列包含了所有打印机所需的零部件。如此低价才是吸引人的地方，再加上强大的售后服务，让组装变得更简单。在学校领导的支持下，前后购置了5台打印机套件，花了整整两个星期的时间组装。在组装的心酸历程中同时学习了3D打印的基本原理。打印机组装完成，搭配广州中望公司开发建模软件3D one建模软件（包年512元）实现农村孩子从3D建模到3D打印的梦想。

低成本的3D打印机配上建模软件及免费的切片软件（cura软件），将极大地促进农村中小学3D创客教育的发展，使得在农村学校组建较大规模的3D社团成为可能，致力于打造每人一台电脑、两人一台3D打印機的小组合作模式。有了强大的硬件设施做为创作的基础，在培养高阶思维与创新能力等方面有着一定的促进作用，学下将构建一条从模仿作品到思考作品再到创作作品的学习道路，最终指向创新素养的培养。[2]

【参考文献】

1.小创客轻松玩转3D打印/刁彬斌等编著.——北京：化学工业出版社，2017.10（2018.5重印）ISBN 978-7-122-30389-9;

2.轻松玩转3D one与3D打印/沈志宏著. ­——北京：人民邮电出版社.2018.5 ISBN 978-7-115-47920-4