项目概要

基础知识的重要性

教师们，你们是否曾为寻找粉笔而烦恼？粉笔可是你们日常教学中的必备工具啊！又或者，当粉笔干涸无法书写时，你们是不是常常忍不住抱怨？或许我们的项目能为你们排忧解难。

若要完成这个项目，除了 3D 打印机和所需长度的线材外，还需要购买强力磁铁。
5×5×2毫米。

学生们可能会因为老师四处寻找丢失的记号笔而分心，结果当老师终于找到笔时，却发现笔已经没墨水了。

固定器支架，省去您四处寻找的麻烦  

作者：奥帕瓦市斯莱兹克高中，授课教师：帕特里克·卡维茨基；所属班级：3班C组；最佳模型设计者：维特·施韦茨

模拟情境——教师寻找被推迟的修复措施(初步动机)。这种情境也可以通过角色扮演的方式来模拟。

以下是一些问题和启发：如何解决这个问题？请提出解决方案。

学生们需要利用建模和3D打印技术，为“教师寻找铅笔盒”这一问题设计解决方案。首先，他们要绘制出自己设计的铅笔盒模型，并根据诸如能否固定在黑板上、材料节省程度、打印时间、设计是否时尚等标准对其进行优化。随后，他们要在Onshape应用中完成模型设计，最后将其打印出来。

项目目标

教学目标：

• 解决模拟情境问题的能力
• 培养创造性思维能力
• 团队合作，根据既定标准优化设计方案。
• 沟通交流
• 掌握 Onshape 应用程序中的技能，进行优化设计的建模工作。
• 将模型导出为 3D 打印所需的格式(STL、GCODE)。
• 使用 Průša Slicer 应用程序准备 3D 打印文件
• 与打印准备工作相关的技能(如选择合适的打印丝材、掌握其使用技巧、维护打印头和加热床等)。

具体目标：

• 固定式支架

目标群体

我们的项目是与四年制大三学生共同完成的。主题规划是项目的主要难点。项目中最具挑战性的部分是使用 Onshape 应用程序绘制 3D 模型。

另外，还可以采用以下替代方案来实施该项目：三年级的学生可以绘制 3D 模型，并将生成的文件提供给低年级学生。低年级学生则负责进行切片处理、打印以及最后的组装(将磁铁安装到位)工作。

必要的知识

成功完成该项目的前提条件是具备 3D 建模技能，特别是熟练掌握在线应用程序 Onshape。在模型制作过程中，会大量使用草图工具，以及用于空间挤压和边角倒圆的工具。在开展该项目之前，学员们还参加了为期 12 课时的 3D 建模培训课程。

在 Průša Slicer 应用程序中，我们只需进行一些基本设置即可。

处理该项目所需的时间

用于该项目的工作时间：

• 包括头脑风暴阶段和模型设计阶段，整个过程耗时2小时。
• 在 Onshape 中进行建模及模型更新 —— 2 小时
• 准备STL文件、G代码以及进行打印准备工作——耗时半小时。
• 打印 —— 5至7小时
• 安装磁铁 —— 10 分钟

打印所需时间：以 15% 的填充率和 0.4 毫米的层厚度，打印一个 100% 尺寸的支架(QUALITY 模式)，静音模式下需要 6 小时 17 分钟才能完成。

所需设备：

• 普通电脑教室的标准配备设备包括：
• Onshape(免费在线应用程序)；学生们使用谷歌 Workspace 域名账户进行注册。
• 我们的 Průša Slicer 软件仅安装在两台与 3D 打印机相连的工作站上；学生们通过云端传输 STL 文件，并准备用于打印的 GCODE 文件。
• 长丝 PETG
• 钕磁铁——https://silnemagnety.cz/magnet/kvadr-5x5x2/
• 胶水(例如，Mamut品牌胶水)

关于项目顺利推进及正确方法论指导的建议：

设计模型时，需注意以下几个方面：

• 设计
• 节省材料
• 取决于填充材料的强度
• 最大限度地减少打印所需的时间。
• 尺寸优化方面，例如，用四个固定点固定的支架进行打印会非常耗时。

项目的主要内容是学习 Onshape 软件中的建模技能，最终目标是打印出一个实体模型。教学重点在于教授学生 3D 建模技术。在教学过程中，应重点讲解学生在达成预期目标时会用到的工具。

固定支架是 3D 建模可能产出的成果之一。在模型设计过程中，培养创造性思维无疑是其不可或缺的组成部分。

教学步骤分步指南：

• 进行 6 至 8 小时的 3D 建模教学(先在 Tinkercad 平台掌握基础知识，再在 Onshape 平台学习更高级的技能)。
• 关于 Onshape 软件中 3D 建模单元课程的设计：包括视图展示方式(如等轴测视图)、草图工具(尺寸标注、对象变换等)、3D 建模工具(拉伸、旋转等)，以及导出 STL 文件等内容。
• 准备打印(切片)需要1小时——设置3D打印的基本参数，包括打印头的温度、加热床的温度
• 1 小时的小组教学(每组最多 4 名学生)——模型设计。任务是针对给定主题设计模型，例如教师的实用教学工具。学生只能使用纸和铅笔进行创作。
• 1 小时——模型优化。教师与学生展开讨论，引导他们从节省材料、缩短打印时间、提升打印质量、选择合适材料、追求现代设计等角度思考如何优化模型设计。
• 1 小时——准备印刷材料并进行印刷。
• 1 小时——在学校网站或社交媒体上发布项目宣传文案。项目实施过程中拍摄的照片可以提供给正在学习计算机图形设计的学生，作为他们的作业内容。宣传项目也可以作为他们的作业任务之一。