四川教育出版社信息技术小学五年级下册第一单元拓展——3D打印机原理及其操作探究实验

四川教育出版社信息技术小学五年级下册第一单元拓展——3D打印机原理及其操作探究实验 1、 使用教材 出版社名称：四川教育出版社 学段：小学 年级：五年级 教材名称：信息技术 册次:五年级下册第一单元拓展《3D打印机原理及其操作探究实验》 2、 实验器材 设备：3D打印机(见图1）、电脑（用于运行建模软件和打印控制） 软件：切片软件Pango Lite(见图4） 材料：牙膏3支(见图2）、3D打印材料塑料丝(见图3）、硬纸板（用于放置挤出的牙膏） 图1 图2 图3 图4 3、 实验创新要点/改进要点 通过挤牙膏涂层堆叠的活动，了解3D打印的原理,理解层高、壁厚、填充、支撑、平台附着类型等。 1.理解3D打印的原理 让学生通过挤牙膏体会将平面图案多次涂抹成立体图案理解热熔式3D打印机的工作原理。每次挤出的一部分牙膏可以看作是一个薄层。随着不断地堆砌，这些薄层会累积起来，形成完整的立体形状。 2.了解3D打印的参数 在实验过程中，理解层高、壁厚、填充、支撑、底座等参数的含义。 3. 设置切片软件 将实验中获取的知识迁移到切片软件的操作中。 4、 实验原理/实验设计思路 3D打印中，塑料丝被送入一个加热的喷嘴，被加热到熔点后，通过挤压和移动喷嘴，塑料被逐层沉积在打印平台上。逐层堆叠而成作品。我们也可以用牙膏“逐层”构建出某种形状。 1.3D打印原理探究：通过挤牙膏堆砌立体形状的实验，理解3D打印机将耗材加热融化后，通过喷嘴移动分层涂抹最后堆砌成立体模型的原理。 2.分析实验数据、理解关键参数：在挤牙膏堆砌立体形状的实验中，理解层高、壁厚、填充、支撑等3D打印专业术语的含义与作用。 3.应用知识生成切片文件：利用刚刚掌握的知识，设置切片软件中层高、壁厚、填充、支撑、喷嘴、线径等参数，生成正确的切片文件。 4.上机打印：将切片文件传输至3D打印加工出产品。 5、 实验教学目标 1.知识与技能： （1）学生能够理解3D打印的基本原理，包括文件建模、切片处理、打印参数设置等流程。 （2）学生能够了解3D打印的材料种类、性能及应用范围。 2.过程与方法： （1）学生能够了解3D打印机的基本结构和工作原理，掌握打印参数的设置方法。 （2）学生能将3D模型文件通过切片软件转换为正确的切片文件并打印出3D作品。 3.情感态度与价值观： （1）培养学生对新兴技术的探索与创新精神。 （2）提高学生的动手能力和实践能力，增强学生的创造力和艺术修养。 6、 实验教学内容 1. 原理探究：通过牙膏涂抹实验，理解3D打印的基本原理。 2. 了解3D打印中的专业术语：层高、壁厚、填充、支撑、平台附着类型等的含义。 3.切片操作：使用切片软件简单的参数调整，将3D模型处理为切片文件。 4.打印操作：将切片文件上机打印成3D模型。 7、 实验教学过程 （1） 牙膏实验 1. 用挤牙膏多次多层涂抹的方法将平面的正方形变成正方体。 2. 对比牙膏堆叠的正方体与普通打印机打印的正方形的联系与区别 3. 通过挤牙膏实验揭示3D打印机的原理 用挤牙膏的方式堆砌正方体的同时，观察形态，填写实验结果记录表1。 涂抹层数 1层 2层 3层 …… 描述形态 正方体 实验结果记录表1 得出结论：立体的物体可以由平面图形堆叠构成，3D打印机就是根据这个原理制成。 （2） 分析牙膏实验中决定正方体的一些关键参数 1.层高：3D打印层高是指每层耗材的高度。 2.壁厚、填充：决定正方体的坚固程度。 3.支撑与平台附着的作用。 观察不同小组涂抹的正方体，数出层高，并记录精致程度（实验结果记录表2）。 小组数 1 2 3 4 5 6 层高总数 外观精致程度 实验结果记录表2 数据分析得出结论：层高参数影响打印产品表面的光滑度。 （3） 认识切片软件Pango Lite 1. 观察窗口、导入、生成等基本操作。 2. 理解层高、壁厚、填充、支撑等设置。 3. 模拟打印，观察层高、壁厚、支撑、附着平台设置是否合理。 本节课使用的切片软件是Pango Lite。注意观察完成切片的作品后缀是.gx。 （4） 利用切片软件将3D模型转换为切片文件 1. 导入3D模型。可以用老师提供的素材，也可以是自己设计的。 2. 开始切片：设置参数，选择适当的层高与支撑和附着平台。 3. 将3D模型生成切片文件。预览切片，重点观察杯柄位置的支撑是否正常。 提问：杯柄悬空能打印出来吗？ 由于3D打印是逐层进行的，当遇到模型中有悬空部位时，这些部位可能无法由下层的模型提供足够的支撑。因此，需要在切片时增加额外的支撑结构。 （5） 将切片文件导入或发送到3D打印机里打印。 1. 将文件传输到3D打印机的两种方式：U盘、网络 2. 装填材料，预热、打印文件。 3. 打印完毕后关闭电源，去除模型，脱模。 打印的时候注意观察，并填写实验结果记录表3。 实验日期 是否用支撑 缩放比例 打印时间（分钟） 喷嘴温度（°C） 层高 异常情况 …… …… 合计： 分钟 层高总数： 实验结果记录表3 数据分析 (1)小组之间对比，分析层高对水杯强度和使用寿命的影响。 (2)记录层高与打印时间的关系，优化打印效率。 得出结论：层高和缩放比例都会影响打印时间，层高还会影响产品表面的光滑度；且层高越高，物品越结实。 拓展： 1. 调整参数，根据自己的喜欢改变尺寸大小以及颜色，比如黄色。注意更换为不同颜色的材料。 2.记录问题，尝试解决。比如材料堵塞怎么办？ 在打印过程中，同学们可能会发现打印头无法正常挤出材料。经过检查，是材料堵塞了打印头。这可能是由于材料质量不佳或打印头长时间未清洗导致的。为了解决这个问题，可以清理打印头，并更换了质量更好的材料。 8、 实验效果评价 通过挤牙膏实验，同学们了解了3D打印的基本原理。 能够正确设置切片软件的基本参数，将3D模型文件转变为切片文件。利用3D打印机将切片文件还原成实物。 无论是挤牙膏实验还是具体打印，都涉及到分层处理、材料特性和精确控制等关键要素，决定了最终产品的质量和外观。通过模拟和实践，我们可以更深入地了解3D打印的奥秘，并激发对这项技术的兴趣和热情。 学科网（北京）股份有限公司 $$