高中信息技术选修《3D打印及AUTODESK123D建模设计》校本课程教案.doc
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前言
3D打印目前还是个新鲜事物，还没有正真走进公众的视野。
所以这方面的书不多，即使有，也大多是泛泛的介绍。
3D打印最关健的部分，是3D建模，制约普通人学习和使用3D的瓶颈，正是三维设计软件。
如果自己不能设计一个作品，只是下载别人的作品去打印，没有参与度，意义不大。
本人接触过各种三维设计软件，不是一时半会能学会的。
有没有让初学者快速入门并立即体验的三维设计软件呢？
有，就是Autodesk公司推出的面向初学者的免费软件：
123D系列。
其中123DDesign适合机械设计，123DSculpt+则适合艺术创新，还有一款Sculptris类似泥塑，分别适合不同的制作需求和年龄层次。
本书正是以这三款软件为主线，写作教程。
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本书试图从初学者的需求角度，从认识3D，制作3D，打印作品等方面，引导读者全面掌握和使用3D打印。
就象当年电脑培训一样，教会学生打字，排版，设置和使用打印机，一条龙。
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一般软件教程，大多是这种模式：
先把各个菜单或工具的功能讲得很清楚，然后，通过实例学习使用，步骤很清楚，讲解很祥细，可是，初学者按部就班的学习，往往会因一个小细节卡住！
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这是因为，作者自己对软件很熟悉，就想当然地以为读者按图索骥一定不会出错。
事实上，按照莫非定律，凡是有可能出错的地方，一定出错！
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一旦出错，学习效率就会大幅降低，学习热情就会受到打击，学习兴趣就会大减。
记得本人刚学一个动画软件时，就因为不知如何移动对话框而不知所措，无法学习下去，相当郁闷。
如果作者能预见到这种小细节，作出提示，就能避免这种情况。
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道路以多歧亡羊。
一种软件的学习，不知会遇到多少困扰。
只有作者站在初学者的角度思考，充分考虑初学者的感觉，写出的教程才接地气。
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作者本人3D打印知识都是通过自学掌握的，对初学者的困扰感同身受。
因此作者尝试用试错的模式来写教程：
就是在读者可能出错的地方，故意设置陷阱，让读者在错误中学习，贴合读者的感受，而不是给出一个完全正确的步骤。
遇到问题，分析原因，给出解决办法。
读者跟着操作，就象有一个老师站在身边，随时解答遇到的困扰。
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本书写作特点：
从整体到局部，从粗到精，从易到难，循序渐进。
一个实例重点学习一个操作。
不仅如此，3D作品设计从简单的零件，到实用小制作，并且渗入创造性思维，创新发明，直到创客。
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第一章：
初识3D打印
一、3D打印原理
3d是three-dimensional的缩写，就是三维图形。
一维就是直线，比如时间。
二维就是平面，比如字。
我们平时用的打印机，就是打印二维的，所以，打印头左右移动（一维），Zzz6ZB2Ltk
然后，进纸器前后移动（二维），就打出平面的字来了。
如果我们打完一个字后，再将打印头升起一点，再重复打一次，字就有了厚度，就是三维的了，这就是3D。
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没有，字糊了！
你骗我。
对不起，忘记告诉你，3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料。
常用的原料有ABS树脂，PLA（再生塑料,聚乳酸，英文名称Polylacticacid），PLA是使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。
PLA具有良好的生物可降解性，最终生成二氧化碳和水，是公认的环境友好材料。
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当然，金属、普通塑料、食物、水泥等等等，都可以做“墨水”。
这些材料是固体的，在打印头中加热变成液体，挤出，在空气中迅速冷却，又变成固体，所以是有厚度的。
现实生活中就有3D打印，比如在生日蛋糕上用巧克力写字，比如易熔枪，玻璃胶枪，唯一不同的，它们是由人脑而不是电脑控制的。
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二、3D打印简史
1984年，CharlesHull在一家公司工作时产生3D打印的想法的。
这家公司用紫外线使桌面涂料快速固化，他想，何不直接用这些材料来制造立体的东西？
于是他将这种用瞬间固化的液体“打印”物体的技术取名stereolithography（光固化），直到创立自己的公司3DSystems后，他才称这种技术为“3D打印”。
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1988年，ScottCrump发明了另外一种3D打印技术——热熔解积压成形（FDM），利用蜡、ABS、PC、尼龙等热塑性材料来制作物体。
1989年，6ewMyirQFL
C．R．Dechard博士发明了选区激光烧结技术（SLS），利用高强度激光将尼龙、蜡、ABS、金属和陶瓷等材料粉来烤结成形。
1993年，麻省理工大学教授EmanuaISachs创造了三维打印技术（3DP），将金属、陶瓷的粉末通过粘接剂粘在一起成形。
1995年，麻省理工大学的毕业生JimBredt和TimAnderson把约束溶剂挤压到粉末床实现3D打印。
1996年，3DSystems、Stratasys、ZCorporation分别推出了自己的产品，第一次使用了“3D打印机”的称谓。
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2005年，ZCroooration推出了世界上第一台离精度彩色3D打印机一SpeCTRum2510，同一年，英国巴恩大学的AdrianBowyer发起了开源3D打日机项目RepRap，目标是通过3D打印机本身，能够制造出另一台3D打印机。
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2008年，第—个基于RepRap的30打印机发布，代号为“Darwin”，它能够打印自身50%元件，体积仅—个箱子大小。
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2010年11月，第一台用巨型3D打印机打印出整个身躯的轿车出现。
2011年8月，世界上第一架3D打印飞机由英国南安营敦大学的工程师创建完成。
9月，维也纳科技大学开发了更小、更轻、更便宜的3D打印机，这个超小3D打印机重1.5kg。
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2012年3月，维也纳大学的研究人员宣布利用二光子平板印刷技术突破了3D打印的最小极限，展示了一辆长度不到0.3mm的赛车模型。
7月，比利时的internationalUniversCollegeLeuven的一个研究组测试了一辆几乎完全由3D打印的小型赛车，其车速达到了140千米／小时。
12月，美国分布式防御组织成功测试了3D打印的枪支弹夹。
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三、那么，3D打印到底有什么用呢？
我们都知道，日常生活中用到的物品，千种万种，但是，它们无非两种来源：
手工制作，工业化生产。
手工制作一次只能做一件，效率低，且不可复制，每一件都是独一无二的，比如字画，所以价格贵。
比如你妈给你织的毛衣，里面有温度。
工业化生产，那就多了去了，便宜。
便宜是因为工业化生产有模具，咔嚓一下就做一个，但是，模具的成本相当高，少则几万，多则几百万，只适合大规模生产。
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有同学提问了，那还要3D打印机做什么？
是的，你都会写字，还要打印机做什么？
3D打印的好处是：
你只管设计，它负责实现。
爽了吧。
而且，有些东西，你可能只要一个，不要开模具。
应用领域相当广泛：
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个性化：
我要打个礼品送给女朋友。
工业设计：
快速成形，不用开模。
医疗：
我要打个耳朵。
食品：
我要打个汉堡。
住房：
我买不起房，我要打个房子。
教学：
我要打个教具。
我要打件衣服，我要打个飞机，我要打零件，我要打个雕塑作品，我要打个TIrRGchYzg
玩具，我要打把枪（犯法），我要打个人（不许打人！
）。
3D打印非常适合个性化。
总有一天，你的衣食住行，都是你打出来的。
酷。
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四、3D打印要用什么软件？
我们都知道，要用电脑打字，要学会word，wps等等。
同样，要用3D打印机打印作品，也要会相关的软件创作作品。
这个相关的软件，就是三维绘图软件。
大名鼎鼎的有：
Pro/E、UG、solidworks、3Dmax、AutoCAD，Rhino（犀牛）、Maya，Lightwave。
还有好多，这些软件相当强大，日常生活用品都是它们做出来的，还有你看的动画片也是它们做出来的。
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遗憾的是，这些软件，学起来太难，很不好上手，因为多出一维。
我们有时上街还迷路呢，还是平面的，多一维是完全不同的世界。
当年学立体几何很多女生就头痛，更可恶的是，数学老师只会在黑板上（二维）画立体图。
听说我们的宇宙是十维的，没法想象。
这么说，普通人就没法用3D打印机了？
也不是，办法总比困难多。
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这世界上就有那么多奇怪的人，总能把复杂的东西简单化。
有个牛人，做了个叫SketchUp的三维软件，中文名叫草图大师，可以很方便地创作三维图象。
还不要钱，后来被google发现了，赶紧收购，要钱。
不过，在中国的网上还能找到早期版本，有兴趣的话学学看。
著名的Autodesk公司，为了让普通人能快速掌握3D建模，顺天应时，开发了一款简易3D软件，叫123DDesign，可以说就是简化的AutoCAD,虽说简化，可不简单，基本能满足我们的要求。
而且还有一个系列：
123DCatch（图片转3D，例如做3D人像）,123DMake（3D转立体拼图），123DCircuits（电路设计），123DSculpt+……等等，都免费。
特别是123DSculpt+，有平板和手机的应用，就是说，用手机也能捏出3D来。
我们就是要学习这两款软件。
还有个更牛的人，发明了一个小巧的三维软件，叫sculptris，大约泥人张的意思NrpoJac3v1
打开软件，就会有个泥球，然后呢，你就用手（当然是鼠标）去捏，拉拉扯扯，就能做出一个立体的图形，然后，就导出，然后就打印，就这么简单。
这个，我们也要学习。
还有一个手机应用，叫Let'screate也叫pottery（陶艺），是模拟制陶的，有个圆台在转动，上面放了泥胚，用手拖出瓶瓶罐罐。
还可以上色，画图案，也可以打印，但只能由商家来打，你要付钱。
不能自己打，这一点不好。
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五、3D打印离我们有多远，就在身边。
3D打印近几年发展相当快，尤其在中国，鼎鼎有名的“madeinchina”，拿来主义，跨越式发展。
由于技术更新，成本大幅度下降，原来几万几十万的打印机，现在是几万，几千，普及型的，就相当智能手机的价格，是送给孩子的最好礼物。
如果你的动手能力强，可以在淘宝上购买配件，自己组装，既省钱又学知识。
旧时王谢堂前燕，飞入寻常百姓家。
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第二章：
123DDesign（第一讲：
初识123，基本操作）
前面我们说过，3D打印要先用三维制图软件建模，就是画三维图，几款有名的三维制图软件相当强大，也就是相当难学的意思。
对于非专业人士来说实在没必要为了体验3D而去啃。
今天给大家介绍一个超级棒的软件：
AUTODESK123D。
软件在这里下载：
[+]查看原图这里有一大堆软件，能满足不同的功能，你要下的是123DDesign，注意分清：
PC（个人电脑）、苹果机，iPad：
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下载时注意你的系统是32位还是64位。
不知道？
win7右击“我的电脑”，属性，找系统类型。
winxp右击“我的电脑”，属性，常规，系统：
有“x64”为64位，没有为32位。
按提示安装：
点击第一个、第三个都行。
安装完成桌面会有快捷方式：
第一讲：
初识123D，基本操作教学目标：
认识界面，菜单，视图工具，学会调整视角，移动物体，放大缩小物体，做个棒棒糖。
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1、认识界面：
[+]查看原图打开程序，就会出现一个简明教程，建议浏览一下，如果不想它下次再出现，就勾选左下角Don’tshow，想看随时可以点右上角的”?
”，点QuickStarttips，它就会出来的。
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点下方的StartaNewPreject，开始新项目。
[+]查看原图界面就是这样，三部分：
上面一行图标，右边一条图标，中间一个淡蓝色的坐标（pan，就是工作台），有X轴和Y轴，清清爽爽。
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菜单在哪？
对不起，没有我们熟悉的文字菜单，全是图标。
工具栏在哪？
就是右边的一条视图工具。
2、放入物体
开始工作，放几个物体到台上。
点击这里：
这是基本几何体（Primitives），左边五个立体的，右边四个平面的。
点中左边任一个，在蓝色的工作台上（pan）再点一下，就进来了，把立体的一个个点进来：
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点进来的物体，都放在台上，都是贴紧台面放的。
这么简单！
开始做第一个作品：
一根棒棒糖。
就是放五个球（糖葫芦），再放一个圆柱体（棍子）。
先把上面的东西全删除：
点击物体，按键盘上的“Delete”。
再放五个球。
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3、移动物体：
按住鼠标左键拖动小球，一个挨一个，排成一条直线：
真的一个挨一个站在一条直线上了吗？
不一定！
记住，我们现在是画三维图，可是电脑屏幕是平面的（二维），所以我们看到的只是一个角度，这个角度看是站在一条直线，换个角度就不一定了。
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实是这样的：
4、工作面操作
怎么会这样？
你是怎么看的？
这就要学会工作面的操作：
按住中键拖动鼠标，就能平移台面，按住右键，拖动鼠标，就能改变视角，滚动滚轮，就能缩放视图！
右边视图工具上也有这三个功能，上方还有一个视图立方体，点击可快速切换到各方向视图，比如前视图（FRONT），左视图（LEFT）顶视图（TOP）等。
立方体左上角还有一个默认视图按钮，如果视角有点乱，点击可以立即回到默认视图:
点击视图立方体上的顶视图，就是从上方观察，拖动小球，基本可以保证它们一个挨一个排整齐：
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小明：
老师，即然是三维的，那你只从顶视图看，怎么能保证它们在一个高度上？
会不会有的高有的低？
问的好！
到目前为止，无论怎么移动，这些物体都是贴紧工作台放的，没有改变高度，不信你可以从其它视图看看。
接下来，我们放进一个圆柱体做棍子：
有点短，要拉长点。
5、缩放物体：
点击菜单Transform（变换），有两个子菜单：
移动和缩放。
点击缩放，出现
一个箭头，拖动它，就能放大缩小：
小明：
土肥圆呀？
我要它变长，变细，不要变粗！
可以，大家仔细看一下点中缩放后的对话框：
其实是有选项的，点击第一个小三角：
Uniform（按比例），Non-uniform（不按比例）。
默认是按比例缩放的。
选中不按比例后，就会出现三个箭头，分别是拉长、拉宽、拉高，各拉各的。
当然，也可以拉小：
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拉吧：
得横过来吧？
6、全方位移动物体：
点击菜单Transform（变换），点击子菜单Move/Rotate（移动/旋转），再在圆柱体上点击，出现三个箭头、三个小方块和白色圆点，还有三个带双箭头的小圆圈：
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三个箭头：
拖动它们，可以在X、Y、Z三个方向移动物体。
三个小方块：
拖动它们，可以在XY、YZ、ZX三个面内移动物体。
白色圆点：
拖动它可以在任意方向移动物体。
（一定要变换不同视角观察，否则你自已都不知移到哪去了。
三个带双箭头的小圆圈：
拖动它们，可以绕X、Y、Z轴转动物体。
拖上面那个，转90度，打横；再拖白色小箭头把棍子插入到小球中：
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记得从各个角度看看。
养成好习惯，记得保存。
7、保存
把光标移到左上角，就会出现下拉菜单，点Save（保存），有两个选项：
Tomyprojectes（保存到我的项目，这个要注册，在云端）Tomycomputer（保存到我的电脑）果断地选第二个。
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第三章：
123DDesign（第二讲：
学会建模，做个杯子）第二讲：
学会建模，做个杯子教学目标：
学会拼接物体，切割物体，倒圆角，隐藏轮廓线，上色。
教学重点：
联合菜单（Combine）做个杯子，就学会了。
第一步：
放个圆柱（杯体）第二步：
再放个圆环（把手）ooeyYZTjj1
第三步：
把圆环竖起来，拼在杯子上点击圆环，下面出现快捷菜单，点击移动：
出现出现X、Y、Z三个方向移动箭头和三个旋转面，拖动X轴旋转面，转动90度（或拖动后在旁边对话框中输入90：
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竖起来了：
通过右键拖动，改变视图角度观察，拖动箭头或中间小圆点移动圆环，往杯子上靠并镶入杯子上。
最后点击右上角视图立方体的Front（前视图）、Top（顶视图）观察并调整：
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把手有点大，点击圆环，出现快捷菜单，点击缩
放：
拖动白色箭头缩小到合适大小。
如果圆环离开了圆柱，请用移动工具拖回去：
小明：
这不是杯子！
是锤子！
杯子是空心的。
第四步，掏空
现在，我们要想办法掏空圆柱，就是要挖掉中间的部分，这就要用到Combine（联合）菜单：
点菜单：
Combine联合，下面有三个子菜单：
Merge合并（两物体合并，相当于数学中的并集）Subtract去除，切割（用一个物体切割另一个物体）Intersect相交（留下两个物体的公共部分，相当于数学中的交集）我们做个小实验：
分别放进一个正方体，一个球，把球放在正方体上面，分别使用三个工具：
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我们要用第二个子菜单：
切割（用一个物体切割另一个物体）。
点击切割，出现两个箭头：
被切割物体显然是指杯子的圆柱部分，另一物体呢，就是指要切去的部分，我们还没准备好。
点击杯子的圆柱体，Ctrl+C（复制），Ctrl+V（粘贴），复制了一个相同的圆柱体，两者重合在一起：
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拖动向上的箭头，把新的圆柱拉起一点，再选中新的圆柱，用缩放工具缩小一点：
用来切割的物体有了，我们再点击菜单Combine（联合），Subtract（切割）：
出现两个箭头：
先点击待切割的大柱体（杯体），（软件会自动跳到第二个箭头）再点击用来切割的小柱体（注意次序！
），再在空白处点击或回车：
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杯子做好了，好漂亮！
漂亮吗，你从顶部看一下！
小明：
纳尼，里面也有个把手！
得把它割掉。
第五步：
删除多余部分
点中多余部分，Delete!
删掉。
什么？
外面的把手也删掉了！
赶紧后悔，菜单栏上有，快捷键分别是：
Ctrl+Z和Ctrl+Y：
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为什么会一起删除呢？
这是因为，现在，我们只有两个零件，一个杯体，一个圆环，都是整体。
只有把它折分了，才行。
还要用到联合菜单。
点菜单：
Combine（联合），选第一个，Merge（合并），出现两个箭头:
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分别点中杯子和把手（这个没有次序），回车或在空白外点一下：
小明：
一点也没变！
是的，合并就是这样，表面看不出变化，但与合并前有区别，两个物体变为一个整体，不能单独移动了。
并且，它还把圆环分为三个部分了：
里面的，外面的，还有镶嵌在杯子上的。
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在空白处点一下，再把光标移到杯子上点一下，再移动光标到里面的圆环上，直到里面的圆环边缘变绿，果断点中，Delete！
好了：
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好是好了，不过真不漂亮。
好的，我们来美化一下。
第六步：
修边
点击菜单Modify（修改）——Fillet（倒圆角，就是把边变圆），右边的Chamfer（倒角，是直的），自学。
点中你想修的边，还可以接着点中你想修的其它边，拖动白色箭头，也可以在下面对话框中输入圆角半径0.5mm，在空白处点击或回车，漂亮多了。
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小明：
老师，我的杯子上有很多黑线！
那是轮廓线，可以隐藏，点右边视图工具显示选项的中间那个（只显示物体）：
第七步：
上色
[+]查看原图QF81D7bvUA
点菜单最右边的Meterial（材质），出现对话框，选择一种材质，再点杯子，杯子的材质就变了。
如果颜色不喜欢，在右边色盘上再选，记得打勾（应用）。
提示：
上色只是为了好看，便于你在网上炫耀，对打印丝毫没有影响。
记得保存（参看第一讲）4B7a9QFw9h
课堂小结：
这节课我们通过一个杯子，学会了切割，拼接，倒角，上色。
更重要的是，我们学会了：
1、建模的重要思想：
先粗后精，就是先考虑物体的主体架构，再考虑局部，拉出个大概再说。
2、建模的重要方法：
加法和减法。
拼接就是加法，切割就是减法。
3、建模的重要步骤：
先结构，后修饰。
第二章：
123DDesign（第三讲：
艺术畅想，做个花瓶）第三讲：
艺术畅想，做个花瓶教学目标：
学会放样，抽壳，阵列。
教学重点：
放样瓶子大约是这样的：
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建模分析：
花瓶不是基本几何体，无法直接建模。
但它有特点：
对称，横截面都是圆，只是大小不同。
可是，我们也不能一个一个去画无数个圆呀。
再仔细观察，发现有几处关键截面：
底部、肚子，瓶颈、瓶口！
如果能利用这几处做出瓶身就好了。
123D正好有这么一个工具：
放样，就是先画出有特点的面，其它工作就交给计算机好了。
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第一步，做瓶身
点击菜单Primitives（基本几何体）Circle（圆）拉出一个圆：
点击拉出的圆，按Ctrl+C，Ctrl+V复制一个圆，自动出现移动新圆的箭头：
拖动向上的箭头（Z轴）或在对话框中输入10mm，上下有两个圆。
小明：
没有！
只有一个圆，底下没有圆！
是的，怪我没说清楚。
这里有个选择对象的问题：
选中圆圈还是选中圆面！
选中圆圈：
如果你在圆的边缘点击，选中的是圆圈，中间是透明的，会有直径数据出现，这时没有复制，移动的就是原来的圆。
选中圆面：
要把光标移到圆中，出现绿色光环再点击，才会选中整个圆面！
中间是蓝色的：
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正确的应该是这样的：
在空白处点击，或回车，完成复制。
同样，按Ctrl+C，Ctrl+V，分别拉高20mm，30mm在竖直方向复制出三个一样的圆：
点击底下第一个圆的边缘，右下角会出现一个小齿轮（快捷菜单）：
选中第一个EditDimension（修改尺寸），点击圆的边缘，再把光标移到圆里，点击，就会标注圆的直径（如上图）。
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如果点击圆的边缘，再把光标移到圆的外面，就会在圆的外面标注直径：
在直径上点击（或数值标注线上点击，记住，别的地方点不出来！
），就会出现数值修改框，改为20mm，回车确定（空白处点击无效）：
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提示：
一旦标注过尺寸，下次再想改变标注位置就会出错（这不科学），但可以修改尺寸:
依次把上面三个圆直径设为：
30mm，10mm，15mm，或者你喜欢的数值：
按住Shift键，从下到上依次点中上面四个圆面：
点菜单Contact（构建）-Loft（放样）：
瓶子做好了，不过是实心的：
小红：
老师，我的瓶子是空心的，跟你的不一样！
没有专心听讲哦，我强调过，要依次选中四个圆面，你第三个和第四个顺序反了，不过也很漂亮。
小明：
老师，我根本放不出来，无效操作！
老师，我也是，我也是。
失败原因如下：
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必杀秘籍：
1、选择圆面时，光标从边缘慢慢往里移，出现绿色光环时果断点击。
2、小圆很难出现光环，用滚轮放大。
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第二步：
掏空
掏空可以用第二讲的切割法，不过太麻烦，有更好的办法：
点修改（Modify）—抽壳（Shell），点击最上面的圆面（开口面）：
出现一个箭头，拖动它，或在下面输入厚度：
0.5mm，回车：
一个漂亮的瓶子做好了。
提示：
做杯子也可以用抽壳的办法，而且侧面和底面的厚度相同。
第三步，修饰
点击菜单Modify（修饰）—F
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