低成本3D打印技術在農村中小學創客教育中的推廣與實踐

王育棉

【摘要】：現階段中小學創客教育逐步發展，各縣市教育局對創客空間的建設非常重視，逐步向各中小學派送3D打印機，此舉在一定程度上推動中小學3D打印課程的推廣，然而一臺打印機并不能滿足中小學3D打印建設的需求，故考慮組裝一批低成本的3D打印機，以滿足農村學校3D創客教育的需求，讓低成本的3D打印技術在農村中小學得以推廣。

【關鍵詞】：3D打印? DIY? 創客教育

3D打印，英文叫3D printing，是快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。[1]

簡單地說，3D打印技術是通過建模軟件（如3D one、123D design、犀牛等）構建模型，將模型以STL等文件格式存儲，接著利用切片軟件（如Repetier-Host、Cura3.0等）進行切片，以grode格式的保存文件，最后將切片好的模型文件拷貝到3D打印機上進行打印。利用建模軟件和3D打印機的配合最終獲得具體實物。由于3D打印機的價格在上千元至上萬不等，所以在農村學校開設3D打印課程有著不小的阻礙，這種阻礙成就了DIY之路。

一、從“核心”開始構思3D打印機

在2006年，一個名叫Reprap的開源3D計劃公布，這一計劃標志著3D打印走向開源，接著Ramps1.4 打印主板的設計使得普通人都能DIY制作屬于自己的3D打印機，從此3D打印進入普通人的使用范疇。淘寶上售賣各種打印主板，以Ramps1.4最為經典，它集成Reprap所需的所有電路接口。Ramps連接強大的Arduino MEGA平臺，并擁有充足的擴展空間。除了步進電機驅動器接口外，Ramps提供了大量其他應用電路的擴展接口，是一款更換零件非常方便的主板，擁有強大的升級能力和擴展模塊化設計的Arduino的擴展板。

彩虹3D打印機的DIY主板擁有充足的電路接口，讓DIY之路變的更為精彩，Ramps1.4 打印主板有多種接口，包括XYZ步進電機、三軸限位開關接口、噴頭溫度及熱床溫度探頭接口等，其接口適合典型的公母杜邦頭，除以上接口外還可以連接其他的擴展模塊，其整體性能穩定又強大。

該主板的特點如下：1.第五個步進電機輸出端口可自定義作為Z軸電機或第二個擠出機;2.可擴展到控制其他配件;3.三場效應晶體管，三個加熱器/風扇輸出端口，三個熱敏電阻電路;4.加熱床控制，額外的11A保險絲;5.可配5個Pololu步進驅動器板;6.Pololu板腳頭插座，可以方便地更換或取出;7.I2C和SPI引腳可用于后續擴展;7.加熱器輸出有對應LED指示，同時支持SD卡。

當你的主板焊有1N4004二極管時，電壓不要超過12V，當然Ramps1.4額定輸入電壓是12V， Arduino Mega 2560 的最大支持電壓為20V。

Ramps1.4 打印主板還有一大亮點，就是可通過Arduino IDE刷入固件，外接不同的擴展板需要刷入不同的代碼，對已有的代碼進行修改，創造屬于自己的DIY類型，前提必須精通C語言，而刷入固件時要選擇Arduino Mega 2560類型。

（二）用散裝套件搭建3D打印機

現如今的中小學創客教育，開源硬件是核心部位，再配上各種傳感器，就能將想法轉為現實。而3D打印機核心部位也是開源硬件， Ramps1.4打印主板配上其他的零件就能實現3D打印造物之夢。不難發現，DIY一臺3D打印機其實就是創客造物的過程。萬能的淘寶有售賣各種打印零部件，經過本人多方刪選，發現彩虹科技3D打印是一家非常不錯的3D科技公司，它有一大特點就是用打印出的實物連接各部分零件，這種做法在一定程度上降低了整體打印機的價格，使得3D打印機走向低端低價路線，而低端低價的打印機能打出高精度的作品，這是才是最大的亮點。

彩虹3D打印機高精度i3系列標配的價格為819元，該系列包含了所有打印機所需的零部件。如此低價才是吸引人的地方，再加上強大的售后服務，讓組裝變得更簡單。在學校領導的支持下，前后購置了5臺打印機套件，花了整整兩個星期的時間組裝。在組裝的心酸歷程中同時學習了3D打印的基本原理。打印機組裝完成，搭配廣州中望公司開發建模軟件3D one建模軟件（包年512元）實現農村孩子從3D建模到3D打印的夢想。

低成本的3D打印機配上建模軟件及免費的切片軟件（cura軟件），將極大地促進農村中小學3D創客教育的發展，使得在農村學校組建較大規模的3D社團成為可能，致力于打造每人一臺電腦、兩人一臺3D打印機的小組合作模式。有了強大的硬件設施做為創作的基礎，在培養高階思維與創新能力等方面有著一定的促進作用，學下將構建一條從模仿作品到思考作品再到創作作品的學習道路，最終指向創新素養的培養。[2]

【參考文獻】

1.小創客輕松玩轉3D打印/刁彬斌等編著.——北京：化學工業出版社，2017.10（2018.5重印）ISBN 978-7-122-30389-9;

2.輕松玩轉3D one與3D打印/沈志宏著.?-——北京：人民郵電出版社.2018.5 ISBN 978-7-115-47920-4