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3D打印：从想象到现实 [:1700398825]
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从高中阶段说开去
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3D打印机帮助高中设计和工程学生更快地失败。等等，这听起来不对。然而，在产品设计、工程和其他解决问题的行业中，失败得越早，你就能越快地找到解决方法。
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试想如果一群土木工程师没有早点儿发现问题，而是在隆重的剪彩仪式后一周发现他们的吊桥设计存在致命的缺陷，那将是多大的灾难。桥梁断裂和坍塌将对人们的生命构成威胁，因而项目将被迫重建，代价高昂，士气也受打击。
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多亏了3D打印机在快速原型化工具方面的价值，它可以帮助学生更早、更安全地失败。设计过程是基于设计者反复测试设计理念，类似于作家不断修改书稿的过程。明尼苏达的一家3D打印公司Stratasys公司负责教育项目的董事杰西·罗森伯格解释说，学生们发现Stratasys公司的3D打印机很有用，他们能够尽早发现设计错误，而不是投入时间和材料做一次赌博。
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当我与杰西交谈以了解更多关于Stratasys公司3D打印机生产线的情况时，他说：“回忆我上高中工程课时，分给我们的一个典型项目是用牙签和胶水建一座桥梁。”换句话说，原型设计不是设计过程的一部分。杰西继续说：问题在于，你在项目临近结束时才能发现桥梁是否会失败。如果有3D打印机，你不必重做就能发现问题，并进行调整。
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英国克利夫登学校设计和技术课程的教师戴夫·怀特已经给初中生和高中生讲授了25年的设计和技术课程。他开玩笑说，在教室里放一台3D打印机能够帮助学生“赶走没有用的想法”。两年前，他在他的教室里装了一台可运行的3D打印机。
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我从戴夫那里了解到，学生们很少利用3D打印机打印他们所有的方案。通常情况下，教室的3D打印机用于制作更大更复杂的产品，可能是机器人的部分零件，或者赛车模型的车体。学生们使用3D打印机制作他们无法在别的地方找到的特制模仿品。
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图9–3 英国两个高中生与RapMan 3D打印机一起工作。
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图片来源：Dave White, United Kingdom
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戴夫受欢迎的设计课程内容是要求学生设计和3D打印人们能够使用的一些物件。戴夫解释说：“我发现让学生们把他们的数字设计变成现实的东西，他们就会从中学到更多的东西。在计算机上看起来很好的物体，打印出来经常不尽如人意，比预想的要么偏大，要么更笨重。”
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戴夫讲述了一个学生的经历，这个学生设计了一个iPod支架，能够固定在自行车车把上。“在设计文件上他的iPod支架看起来很好。但当他打印出来时发现，这个支架并不适合自行车车把，因为它太大了，并且不太符合空气动力学。”这个学生重新用软件绘图，调整他的作品，使它的外观呈流线型，同时也更方便用户的使用。
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戴夫说：“有些学生经常会有一些疯狂古怪的想法，并花费许多时间动手去做，最后发现他们的设计在现实世界无法工作时，已经太晚了。相反，他们应该反复设计，边测试边改进。他总结说，学生们应该设计、打印、尝试、再尝试。”
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戴夫与学校其他课程的教师合作。他解释说，其他教师正在尝试应用3D模型软件和3D打印机教授学生设计和打印DNA结构、细胞模型或者具有重大历史意义的物体的复制品。目前地理课程的项目就是一个很好的例子。
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针对于地理课，戴夫帮助学生设计圣海伦火山1980年喷发之前的地形。学生们首先打印一座喷发前的火山，然后再打印火山喷发后的地形模型，中心带有一个敞开的火山口。他说：“在人文艺术课程中，学生能够设计和打印艺术雕刻的样式或者历史建筑物。”
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图9–4 圣海伦火山3D打印模型
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图片来源：Dave White, United Kingdom
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尽管高层论坛上关于设计和工程教育所起到的关键作用的言辞不绝于耳，但无论美国还是英国的标准课程里都没有工程或设计技巧。虽然有大量专门的数学和科学课程，但工程学受到的关注相对较少，即便有关注，也只是关注合成与设计。因此公立学校很难证明在它们的预算中有必要的技术开支。在课堂上，教师一定要坚持自己的选择，即在课程计划中使用3D打印和3D建模软件。
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在美国，国防部和国防高级研究计划局对专门为高中和初中提供3D打印机及其场所的项目提供了资助。虽然很有用，但这些试点方案却把公立学校排除在外，不受政府或公司资助的公立学校的教师想尽办法为课堂采购3D打印机，并获准在教学中使用3D打印机。
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英国的情况类似。戴夫·怀特的3D打印课程既没有获得外部机构资助，也没有得到学校的财政预算支持。“我教室里的大多数资源是要来和借来的，当然不是偷的！”他开玩笑地说。克利夫登学校附近有一家小公司，它很慷慨地资助给学校一台能用的RapMan 3D打印机。
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戴夫打算继续进行下去，但他说：“我在课堂之外花费了大量时间讲解这些新技术，因为这是我所相信的。学校不能只是告诉学生如何成为一个木匠或钳工，我们必须传授他们技术，这样在将来的工作岗位上才能够使用。”
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3D打印：从想象到现实 [:1700398826]
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学习应该是令人愉快的
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