3D打印创新实验室建设方案

3D打印创新实验室

解决方案

快速制造国家工程研究中心

教育部快速成型工程中心

西安交通大学

北京3D打印研究院

云上动力（北京）数字科技有限公司

20xx年

方案概述---整体解决方案的十大优势特点

1、雄厚的技术实力：整体解决方案是由卢秉恒院士率领团队进行

3D打印研究的成果，快速制造工程研究中心和北京3D打印研究院都是强大的技术后盾；

2、科学的技术方案设计：整个方案的设计都是按照严格的工业化3D

打印技术路线制定的，可以让学生在校园就可以接触工业最前沿的高端科技；

3、高稳定性的打印设备及针对中小学研发的软件系统：3D打印设备

经过卢秉恒院士团队长时间的研发测试，具有高稳定性；软件系统是专门针对中小学设计、旨在激发学生3D打印兴趣和提升学生创造力；

4、完善的教学课程体系：将3D打印与教学课程完美结合，解决了教师缺少教材的困难；

5、课外实验实践基地：3D打印研究院作为中小学3D打印实验实践

基地担负着承接中小学生参观实践的任务，让学生摆脱课堂上的限制，对3D打印有亲身体验；

7、师资队伍培训：作为专业3D打印研发团队，卢秉恒院士的团队还

承担着培训教师的任务，帮助教师掌握最新3D打印知识，以便让学生得到最新的3D打印动态；

8、后续技术拓展及交流：网上3D打印技术交流平台既可以帮助用户

答疑解惑，又可以进行技术交流、分享先进3D打印理念；

9、项目启动后驻校技术支持保证设备稳定运行并提供7*24小时上门

服务：这项服务保证了整个解决方案在任何情况下都能稳定运行；

10、开放的国家重点实验室：快速制造国家工程研究中心在全国已经

拥有50多家分中心，这些分中心都可以像北京3D打印研究院一样成为开放的国家重点实验室供当地学生进行实验实践。

目录

一、梦工厂——3D打印技术浪潮 ................................................................ 错误！未定义书签。

二、3D打印创新实验室 ............................................................................... 错误！未定义书签。

3D打印或将颠覆传统教育方式 ........................................................... 错误！未定义书签。

三、技术依托-----中心简介........................................................................... 错误！未定义书签。

快速制造国家工程研究中心教育部快速成型工程中心..................... 错误！未定义书签。

四、3D创新打印实验室介绍 ....................................................................... 错误！未定义书签。

4.1 3D打印创新流程 .......................................................................... 错误！未定义书签。

4.2场地规划及配置............................................................................... 错误！未定义书签。

4.3实验室设计方案............................................................................... 错误！未定义书签。

4.4主要设备参数及介绍....................................................................... 错误！未定义书签。

4.4.1、桌面型3D打印机 .............................................................. 错误！未定义书签。

4.4.2、激光快速成型机3D-YUNDL-SPS25 .................................... 错误！未定义书签。

4.4.3、面成型3D打印机3D-YUNDL-MCX150 ............................. 错误！未定义书签。

4.4.4、三维扫描仪......................................................................... 错误！未定义书签。

4.4.5、三维面相漫像系统............................................................. 错误！未定义书签。

4.4.6、人体动作三维捕捉系统..................................................... 错误！未定义书签。

4.4.7、面部表情捕捉系统............................................................. 错误！未定义书签。

4.4.8、真空注型后处理系统......................................................... 错误！未定义书签。

4.4.9、激光内成型机3D-YNNDL-SL200及三维立体成像系统介绍错误！未定义书签。

五、3D打印的体验与创造力学习软件 ....................................................... 错误！未定义书签。

六、3D打印中小学课程简介........................................................................ 错误！未定义书签。

6.1 3D概述........................................................................................... 错误！未定义书签。

6.2 3D硬件课程................................................................................... 错误！未定义书签。

6.3 3D设计软件课程........................................................................... 错误！未定义书签。

七、完善的软硬件服务和创新培训服务..................................................... 错误！未定义书签。

7.1 软硬件服务.................................................................................... 错误！未定义书签。

7.2 3D创新设备培训 .......................................................................... 错误！未定义书签。

7.3创新软件部分师资培训培养........................................................ 错误！未定义书签。

一、梦工厂——3D打印技术浪潮

3D打印技术，又名增材打印技术，快速成型技术，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过一层又一层的多层打印方式（微积分），构造零对象。

3D打印，克服传统的模具制造周期长、不能及时发现设计错误、减材制造浪费材料等问题，将带来世界性制造业革命。

3D打印耗材：粉末材料；线性材料。包括：金属、塑料、树脂、石膏、陶瓷、蜡、食品、细胞等。

3D打印机工作步骤：

逆向工程---计算机建模---数据导入到3D打印机--3D打印机输出物理实体

三维打印主要应用的场景有：1、医疗行业；2、科学研究；3、产品原型；4、文物保护；5、建筑设计；6、制造业；7、食品产业；8、汽车制造业；9、配件、饰品。

二、3D打印创新实验室

3D打印或将颠覆传统教育方式

经过近30年的探索和发展，3D打印技术成为当今全球最受关注的新兴产业技术之一，被誉为引领第三次工业革命最具标志性的生产工具，正在进入“高歌猛进”的发展新阶段。我国对3D打印已经有了长达20多年的探索和积累。

3D打印，从何处破局？

3D打印将颠覆传统教育方式！事实证明，一些在传统教育中表现不好的学生，主要是因为所学的课程理论性太强，没有兴趣，死记抽象概念让学生通过了考试，但考试过后就很快忘记了，3D 打印机可以让枯燥的课程变得生动起来，它是一种同时拥有视觉和触觉的学习方式，具有很强的诱惑力，在触觉学习中，学生不是在黑板或显示器上简单地看文字或图形，而是通过他们的触觉抓住核心概念的三维模型，这样能够吸收和消化知识，使学生不再遗忘所学的课程。英国著名教师戴夫怀特曾经说过：如果你能抓住学生的想象力，你就能抓住他们的注意力。

中国的传统教育是应试教育，没有开设培养学生“创新精神和创造力”的课程，纯粹的理论学习使学生的大脑僵化，学校应开设集设计和3D 打印于一体的“边学边做”的课程，把数学，物理课中的许多抽象概念通过让学生动手设计一些由3D 打印组件组成的小电路和小装置，变成有趣的课程， 3D 打印机将激发新一代学生投身，数学，工程和设计的热情，造就一批学生工程师。

美国政府已经以实际行动给出了答案。在美国，几乎所有的大中小学已经开设了3D打印的课程，通过对青少年进行3D打印创新意识、技术手段的培养，3D打印成为“美国智造”的有力手段，成为中美制造业竞争的重要砝码。

时不我待，中国的3D打印教育急需启动，普及3D打印技术知识，引领学生创新思维，创新改变教育，创新改变中国。

三、技术依托-----中心简介

快速制造国家工程研究中心教育部快速成型工程中心

快速制造国家工程研究中心（Rapid Manufacturing National Engineering Research Center）是由国家发展和改革委员会批准设立，依托西安交通大学的人才与技术优势建立的国家级先进制造技术创新平台。中心主任由增材制造（3D）打印领域领军专家、中国工程院院院士卢秉恒教授担任，带领由博士、硕士等组成的80余人的研发团队，以提高国家制造业核心竞争力为根本目标，为制造业提供快速原型、快速模具和高档数控专用装备，力争为制造科学的进步和国民经济的快速发展做出重要贡献。

卢院士简介：中国工程院院士卢秉恒教授是快速制造国家工程研究中心主任，教育部快速制造工程研究中心主任，国务院学位委员会机械学科评议组组长，西安交通大学机械工程学院院长，中国机械工程学会副理事长，中国机械制造工艺协会副理事长，快速原型制造分会理事长，全国高校金属切削机床研究会理事长。

四、3D 创新打印实验室介绍

3D打印创新实验室建设方案

4.1 3D打印创新流程

4.2场地规划及配置

1.面积:场地面积大约60平方，或一间普通教室。

2.区域规划：（1）三维数据采集区；（2）三维设计及数据处理

区；（3）3D打印体验区；（4）3D作品展示区；

3.区域配置及功能：

1)三维数据采集区：双目三维扫描系统一套：可把物体扫描

为三维立体数据，进行点云处理，再进行后续创新设计，

可用于逆向工程、工业（产品）设计、三维数字化检测等。

2)三维设计及数据处理区：小学采用AUTUDESK 123D系列软

件，学生在PAD上用手指可以创作，不需要复杂的处理过

程及技术，重在艺术创作，可进行类似泥塑、手工拼插、

简单设计、通过照片生成三维数据等操作，趣味性强，操

作简单，学生易上手；中学采用CAXA设计软件，学生可把

采集数据在电脑中进行加工处理，自主创作三维作品，如

三维人物设计、汽车模型、未来建筑等，可直接生成3D打

印通用格式STL文件。

3)3D打印体验区：配备桌面级FDM设备及DLP打印设备，旨

在让每一个学生自由创作，通过桌面级打印出成品来，学

生与3D打印亲密接触，人人动手，个个参与。

4)专业激光快速成型区：配备专业的激光快速成型机及相关

附件，激光快速成型机是机械控制、光学技术、计算机技

术、材料科学、艺术设计的完美结合，让学生多方面跨学

科了解现代制造技术，亲手做出高精度、高质量产品，有

实际功能用途的产品，了解生产制作工艺及技术。

5)后处理及色彩处理区域：打印出作品进行后续处理，可以

开硅胶模具，喷漆上色处理，让学生了解生产制造工艺，

了解模具制造在新产品开发中的价值，可进行小批量个性

化产品订制，让学生体验到3D打印技术对制造业的变革，

对第三次工业革命的深刻了解，3D技术对人类生产和生活

的巨大变革。

6)3D作品展示区：墙壁展架，融于教室及走廊、学校公共区

域，展示学生3D打印作品，也可配液晶屏循环播放学生

3D设计作品。

4.教师基本要求：

（1）具备CAD、UG、proe或solidwork等基础知识；

（2）应具备艺术设计或美术设计等基础知识；

（3）具备机械制图、计算机操作、机械制造工艺学等基础知识；

（4）人员需求：1人。

5.3D打印创新设计室项目费用：预算万左右。

6.教室布局图

4.3实验室设计方案详见附件

4.4主要设备参数及介绍

4.4.1、桌面型3D打印机

桌面型3D打印机，主要是采用FDM技术制造的打印机。FDM（Fused Deposition Modeling）工艺熔融沉积制造（FDM）工艺由美国学者Scott Crump于1988年研制成功。FDM的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、尼龙等。以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速凝固，并与周围的材料凝结。

FDM设备特点：

(1)由于热融挤压头系统构造原理和操作简单，维护成本低，系统运行安全。

(2)成型速度快，用熔融沉积方法生产出来的产品，不需要SLA 中的刮板再加工这一道工序。

(3)用蜡成型的零件原型，可以直接用于熔模铸造。

(4)可以成型任意复杂程度的零件，常用于成型具有很复杂的内腔、孔等零件。

(5)原材料在成型过程中无化学变化，制件的翘曲变形小。

(6)原材料利用率高，且材料寿命长。

(7)支撑去除简单，无需化学清洗，分离容易。

我公司产品由西安交大机械制造工程学院研发生产的低成本3D 打印设备，是一种利用ABS、PLA等作为原材料的热熔成形方法的打印设备。该技术利用普通打印机的原理，利用计算机处理好数据，把原料装入机身，通过控制主板的控制，用打印头将原料一层一层累积起来，最后将计算机上的设计图变成实物。从而极大地缩短产品的研制周期,提高生产率和降低生产成本。同时，该设备实现了从样件的三维数据直接输出 1：1 实体模型的先进工艺，加之设备成本得以降低，将有望作为计算机外设推广到办公室和家用领域而应用于工艺品制作、珠宝首饰、教学实验及创新设计等方面。

专业型3D打印机工业型3D打印机

此设备制作作品：

4.4.2、激光快速成型机3D-YUNDL-SPS25

1、激光快速成型技术简介：

SLA技术又称光固化快速成形技术，其原理是计算机控制激光束对光敏树脂为原料的表面进行逐点扫描，被扫描区域的树脂薄层（约十分之几毫米）产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。工作台下移一个层厚的距离，以便固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，进行下一层的扫描加工，如此反复，直到整个原型制造完毕。由于光聚合反应是基于光的作用而不是基于热的作用，故在工作时只需功率较低的激光源。此外，因为没有热扩散，加上链式反应能够很好地控制，能保证聚合反应不发生在激光点之外，因而加工精度高，表面质量好，原材料的利用率接近100%，能制造形状复杂、精细的零件，效率高。对于尺寸较大的零件，则可采用先分块成形然后粘接的方法进行制作。

快速成型技术的特点

1)·直接由CAD 数据制成三维实体

2)·无需要传统的刀具、夹具

3)·不受零件结构与形状复杂程度的限制

a)高度柔性，高度集成化

b)可进行快速模具制造

4)·成本为传统加工的1/3～1/5

5)·周期缩短为1/5～1/10

1997年国内第一台光固化激光快速成型机工业样机SPS系列光固化快速成型机，在西安交通大学机械工程学院诞生，近二十年的行业经验，西交大拥有最成熟最先进的快速成型技术，最强大的研发队伍，国内市场占用率80％，国内最多工业客户群，有最完善的客户服务体系。

基本功能

●采用材料累加原理，由CAD数据直接控制激光扫描光敏树脂，快

速精确地制造出任意几何形状的产品原型，

●无需考虑其复杂程度，真正实现无模制造。

●可制作形状复杂件和薄壁件

应用领域：各行业，适于制作有较高精度和细节要求的产品。设备特点：

●外观简洁美观体积小；

●分层列细，可达到0.04mm；

●激光光斑更小，可达到0.06-0.1mm；

●制作精度更高，可达到±0.08（尺寸小于100）或±0.08%（尺寸

大于100mm）

技术参数：

区域环境要求

激光快速成型机25机器因为需要恒湿恒温的环境，故需要单独封闭一个房间进行操作，具体要求如下：

1、面积15-20平米，建议做成全封闭玻璃隔断；

2、如有窗户需要防紫外线窗帘；顶部照明需要黄光灯（防紫外线

灯）

3、内部需要按装空调、排风扇、除湿机，保持恒定温湿度；

4、内部工作台柜，柜内可按一些常用工具，如橡胶手套、镊子、

酒精盒、小毛刷、台秤（可称成品重量）等。

5、25机器需要UPS电源，2.5千瓦

6、此区域周围环境：不能有大的振动源。

7、桌面型机器可做底柜放置，柜里面可放耗材。

8、整体实验室建议配置作品陈列柜，摆放学生作品。

此设备制作作品展示