3D 打印技术中实现绿色环保作品

　　摘. . 要：随着 3D 打印技术大力发展，其必定也会应用于越来越多的行业。国家提倡绿色环保，所以在 3D 打印技术教学中如何教导学生有绿色环保意识显得尤为重要。本篇以在实际教学中的经验，阐述了如何学生实现绿色环保作品。

　　关键词：3D 打印技术；教学；绿色环保

　　1?前言

　　3D 打印技术目前在制造技术领域地发展非常地热门，其专业地说法是增材制造 (additive manufacturing，AM) 技术。它的制造理念是“分层打印，叠加成型”，是一种降维的制造，具备了传统制造技术没有的优越性—可以制造出复杂结构。目前各大院校都开展了 3D打印技术课程。在教学中用得最为广泛是熔融（热熔）沉积成型，英文缩写 FDM, 是 3D 打印技术中其中的一种工艺。熔融沉积成型工艺是采取物理加热可塑性材质，依靠喷头机械式运动由点 - 线 - 面来完成三维实体的一个薄层，重复得到第二个薄层，层层叠加实现三维实体 ［1］ 。所以这种打印工艺对环境要求不高和比较友好，适合学生用。

　　设备成本较实惠，在教学中通常可以实现一人一台设备或者两人一台设备。我国一直在提倡绿色环保节能经济，如何在目前非常热门的3D 打印技术中培养学生的这种意识显得尤为重要。

　　2?如何实现绿色节能的作品

　　2.1 3D 打印技术是层层叠加从无到有的过程，所以工件的有些结构（如悬空和跨桥）在打印过程中需要额外添加支撑来保证打印成功。

　　而支撑仅仅是打印中起作用，而后是需要花费时间去除的。培养学生在 3D 打印技术中的绿色环保思维第一步是尽量减少支撑，这意味着减少了打印材料和节省打印时间及去除支撑的时间。打印一只猫，图一打印的摆放方式是整个猫贴平在工作台上，耗时 1.4h，耗材 19g，图二是猫站立在工作台上，需 2.6h，25g，图片中黄色代表支撑，对比起来是非常明显的。

　　图一

　　?图二

　　2.2 也正因 3D 打印技术制造理念，所以打印出来的工件可以是一个空心的壳体、或是上下不封顶的表面体，也可以是 13%、15% 等的不同填充密度的密闭实体。根据工件功能，选择相应的填充密度是绿色环保思维的第二步。假如学生打印的工件只有观赏作用，对刚度硬度没要求，可以选择填充密度较低的 13% 来打印，甚至是壳体，这样可以减少材料和省时。如果对工件的刚度硬度有一些要求的，可以酌情选择相应（15、20、65、80、99）% 的填充密度。

　　2.3 3D 打印技术有“即想即得”的特点。从设计想法到一个实物的间隔通过 3D 打印技术大大地缩短了。在教学中学生设计的工件可以马上以实物的形式呈现出来。通过观察实物，更有利于学生改进实现功能和外观的最优化设计来达到我们提倡的绿色环保好作品。图三是学生设计的一个工件，主要组成部分是招财猫和半圆球及圆柱体，具有观赏 + 储物的功能。正确摆放和选择 13% 的填充密度打印，除必要的支撑，并没有浪费材料，已算绿色环保作品。观察实物和思考，认为还有些改进的空间。鼓励和提示学生可以在功能和材料上做一些改进来实现最大化的绿色节能。最后在半圆球上开了一对缺口，增添工件的另一个功能——手机支架。圆柱体改成了五角星，从工件的重力重心点上来说没有改变，工件跟之前是一样平稳。两个巧妙的改进都节省了材料及打印时间，同时更为主要的是工件功能提升了—摆件 + 小储物罐 + 手机支架。而整个过程中绿色环保的思维也在学生的心里发芽了。

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　　图三??????????????????图四????????????????图五3?结束语3D 打印技术经过近 40 年发展，面向航空航天，轨道交通，新能源新材料医疗仪器等战略新兴产业领域已展示了重大价值和广阔的应用前景 , 是先进制造的重要发展方向 ［2］。国家目前在各行各业都大力提倡绿色可持续发展，在 3D 打印技术教学中培养学生绿色环保的思维，从课堂上打印一个工件的位置摆放及选择填充密度开始和从对工件的一次细微优质的改进开始。

　　参考文献：

　　［1］吴怀宇， 3D 打印：三维智能数字化创造 [M]. 北京 : 电子工业出版社，2014.

　　［2］卢秉恒，增材制造技术——现状与未来 [J]. 中国机械工程，2020，（1）：19-23.