3d打印在教学中应用范文第1篇

三维动画与二维动画都是利用人眼的视觉暂留机制, 通过在平面上连续播放画面而呈现出来的。他们两者之间的差异首先就在于承载动画制作的空间:二维动画是由长度和宽度 (X轴和Y轴) 两个要素组成的平面空间所承载, 类似于传统绘画;三维动画的制作空间由长度、宽度和高度 (X轴、Y轴和z轴) 三个要素所组成, 完全由专门的计算机软件虚拟出来。两者因制作空间的不同, 进而在场景和角色的创作和处理手段也极大不同。二维动画制作是逐帧绘制平面影像, 剧本、角色设定阶段所进行的美术工作可以一以贯之。三维动画制作中, 创作一帧画面需要进行大量准备, 仅角色造型设计就需要经过3D模型制作、绘制贴图、设置灯光材质等多道技术性工序完成, 因此美术设定的贯彻往往不止受制于软件工具及计算机性能, 更可能是受制于创意思路的交流。

在一个三维动画项目中IP所有者, 导演, 动画师等都是决定造型设计质量的重要人物。动画角色形象、场景设计的构思从平面视觉转换成数字三维模型, 准确性和合理性是必要的。特别是角色设计制作, 作为叙事的主体, 三维动画角色可以说是一部动画作品的灵魂和焦点, 角色建模师是否能够准确把握角色的形体特征?材质贴图绘制人员对质感的把握是否到位?在只有概念设计图时, 动画师如何设计动作?他们对角色的认知与理解是否正确?所有这些都需要制作团队在不断制作、修改、取舍中权衡, 并反复锤炼, 回馈更新得来。近年来, 随着3D打印和3D扫描技术的成熟, “三维数字模型实物模型三维数字模型”这种数字信息和实体形状之间的互转可以高效实现, 为三维动画造型设计提供了一个新的工作模式。

一、“三维数字模型实物模型三维数字模型”模式

“数字-实物-数字”的转换模式并不一定是按顺序执行, 其在一个完整三维动画项目中的开展往往是以下几种:

(1) 美术设计数字雕刻3D打印手工修改3D扫描三维动画模型; (2) 传统雕塑3D扫描数字雕刻三维动画模型; (3) 数字雕刻3D打印手工修改3D扫描数字雕刻。这些流程可以并行于三维动画制作流程一侧, 以3D打印出实物模型作为参照, 并在此基础上进行修改, 再以3D扫描转回数字模型, 回馈制作流程。该流程可以随时开始, 可以多次反复, 可以贯穿整个制作过程。

二、数字模型到实物模型

3D打印, 是一种以数字模型文件为基础, 运用光敏材料或塑料等可粘合材料, 通过逐层打印的方式来构造物体的技术。直接由数字模型制作实物模型的工作方式, 将过去基于模具技术的, 动辄数周、数月的生产周期缩短到数小时, 使得过去在3D动画造型设计中不敢奢望的数字模型实物模型转换成为了可能。

(1) FDM (Fused Deposition Modeling) 工艺, 既熔融沉积工艺是由美国学者Scott Crump于1988年研制成功。一般是以丝状的热塑性材料, 如尼龙、ABS塑料或是环保的玉米淀粉材料, 连续推进至金属电热喷头加热并挤出。喷头在挤出材料的同时, 由三轴电动悬架驱动, 沿模型零件的横截面运动。加热的材料在离开喷头后迅速冷却凝固成为坚固实体, 在打印完每层横截面后, 喷头和承载实物模型的托盘会逐渐远离, 直到实物模型打印完成。

(2) SLA (Stereo lithography Appearance) 光固化工艺, 是通过类似喷墨打印机一样的工作方式, 将液态光敏树脂材料喷涂在托盘上, 同时用紫外灯照射使之瞬间凝固形成实体。喷头与托盘之间也是三轴的相对运动, 与FDM工艺相比精度更高, 但材料成本居高不下。

此两种主流的3D打印工艺均有成熟的桌面级产品, 对三维动画软件中常用的obj模型支持度较高。打印出的实物模型强度高, 可打磨、喷涂上色, 亦可利用油泥、补土等修葺和改动。美术创意人员可以通过实物模型与角色建模师、材质贴图和渲染师进行沟通, 并直接进行手工修改, 这种直观的工作方式可以将沟通中认知和理解的偏差降到最低。

三、实物模型到数字模型

通过侦测和记录距离信息并分析处理, 我们可以将现实世界中物体的形状, 采样成为计算机虚拟空间中的点云 (point cloud) , 同时, 也可以获得材质映射 (texture mapping) 。可以完成实物模型到数字三维模型的转换。

(1) 非接触式主动扫描:常见的3D扫描仪一般都是基于三角测量法 (Triangulation) 或是Tof (Time-of-Flight) 法来实现3D扫描。其中三角测量法常用于手持式3D激光扫描仪, 设备本身包含激光光源和摄像机。在工作中激光光源会发射激光光点到物体上, 并利用摄像机侦测激光光点的位置。激光光源、激光投射在物体上的光点和摄像机之间构成了一个三角形, 在这个三角形中, 光源和摄像机位置以及激光光源发射的角度是固定已知的, 摄像机不断侦测光点的位置, 即可计算出摄像机与被测物体之间的相对距离。当然在实际使用中, 手持式3D激光扫描仪的光源一般是发射线性激光光照射和侦测, 同时, 还需要一些特制的超反光贴片来做标记物, 因为除了距离信息, 扫描仪和被测物体之间的相对位置也是生成点云的必需要素。所有扫描获得的数据, 会被实时传送至计算机中, 由软件将点云转换成三维动画软件可以使用的3D数字模型和贴图。

(2) 非接触式被动式扫描:被动扫描技术脱胎于军事遥感测绘, 核心机制仍是三角测量。通过大量记录被测物体各个角度上反射的可见光图像, 由专门的计算机软件 (俄罗斯Agisoft公司的PhotoScan;瑞士Pix4D公司Pix4D mapper) 对图像数据进行像素匹配分析, 拼接获得点云, 并最终获得三维动画软件可以使用的3D数字模型和贴图。被动式扫描的优点是可以不依赖专用的硬件, 也正因此其精度仰赖于图像采集者的经验和拍摄环境。

四、数字雕刻

数学算法与计算机技术的进步使三维动画制作工具变得前所未有的强大, 同时也使影视动画与传统视觉艺术创作之间的差异越来越大。关于如何消弭传统美术创意与3D动画制作之间的数字“鸿沟”, 业界进行了诸多尝试。比如3D雕刻软件“ZBrush”, 通过营造接近传统雕塑艺术的创作空间, 将拓扑结构、网格优化等建模技术问题置于后台, 让模型设计师能够专心于造型设计本身;纹理贴图软件“Quixel SUITE”藉由GPU预览引擎的加持, 使材质贴图的创作得以获得实时地、直观的反馈。在数字雕刻环节, 模型制作师可以根据美术设定直接创作三维动画模型, 或是对3D扫描获得的数字模型进行修葺。

五、综述和展望

“三维数字模型实物模型三维数字模型”这一模式, 对于三维动画创作项目中的模型制作师、材质贴图、动画师而言, 可以形成一个良好的沟通和反馈机制。跨越软件环境和操作技术的壁垒, 减少不必要的沟通与学习成本。3D打印是其中必不可少的一环, 肩负数字模型转换成为实物模型的关键任务。同时, 对于整个三维动画项目的发展, 如对接美术设计到周边产品开发, 原创美术的立体化等都大有裨益。

未来, 随着3D打印技术的进步, 如更快的成型速度, 更低的成本, 更大的成型尺寸, 这一模式也许会进一步拓展到场景设计或画面调度设计环节。此外, 自从结构光技术被苹果公司应用到Iphone X手机上之后, 3D结构光扫描也开始被广泛关注。结构光扫描技术也是一种通过激光侦测获取点云信息的非接触式3D扫描技术, 因其使用的经过调制的图像投射光源, 所以侦测速度更快, 侦测范围也更大。虽然当前同样成本情况下精度还是逊于使用三角测量法的3D激光扫描仪, 但随着技术应用的深入, 也许3D打印和实时结构光扫描的组合应用, 会颠覆当下动画设计的模式也未尝不可。

摘要：三维动画造型设计是艺术和技术的融合, 美术人员和设计者在实现阶段需要保持高效沟通和反馈。以3D打印、3D扫描为基础的数字信息和实物形状互转, 可以为三维动画造型设计提供一种直观高效的工作模式。

关键词：3D打印,3D扫描,三维动画

参考文献

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[3] 彭高思媛.3D打印技术在动漫衍生产品开发的应用[D].北京:北京印刷学院, 2015.

[4] 朱少辉.中美动画形象比较研究[D].长沙:湖南大学, 2012.

3d打印在教学中应用范文第2篇

Abstract： With the increasingly mature of 3D printing technology， as well as its application in various industries， how to popularize 3D printing and cultivate professional 3D printing talents for the society is an important task of the current school education. This paper analyzes 3D printing audience characteristics in different stages of teaching， sums up different teaching goals and teaching methods respectively for college， middle school and primary school， and puts forward a whole process of 3D printing teaching system and cultivation guidelines. Through the specific case， this paper points out that 3D printing could be included in the mainstream curriculum teaching practice to serve and enhance the level of existing teaching. Finally， this paper summarizes the problems and solutions of 3D printing teaching practice， provides theoretical guidance and practical advice for effectively carrying out 3D printing in every stage of the teaching.

关键词：3D打印;技术创新;教学方法;人才培养

Key words： 3D printing;technological innovation;teaching methods;cultivation of talents

中图分类号：G40-057 文献标识码：A 文章编号：1006-4311(2015)32-0178-04

0 引言

发达国家已经开始探索3D打印技术对教育的影响，并成立了相关的项目用以促进3D打印技术与教育的融合，从而培养出适应现代设计、制造潮流的人才，从而提高自身的竞争力。新媒体联盟(New Media Consortium，NMC)在2013年地平线报告中提出，3D打印是未来四到五年内值得关注的新技术，它将带来教学、学习和研究领域的创新[1]。英国教育部已经选取多所小学作为试点学校，设立相关的基金，为学校购买3D打印机，并对教师进行相关培训，此外，还开设3D打印的相关课程作为学生的手工课。学生可以通过电脑建模，打印自己所喜欢的模型[2]。欧洲的一些国家也进行了3D打印的相关教学调研，如“未来教育与学习”(LIFE)项目，对欧洲7国的师生进行调研，以获得3D教学对学生课堂的专心度和学习成绩的影响[3]。希腊在两所高校开始初步试验将3D打印作为学习手段的教学方法[4]。美国STEM教育中的STARBASE Minnesota是对学生提供STEM训练的教育项目。该项目通过引入3D打印的支持，使学生能通过CAD软件自行设计相应课程的模型，并进行实际的测试和分析。该课程项目能极大地调动学生的积极性，使枯燥的数学分析亦能激发学生的兴趣[1]。此外，还有一些职业学校的项目，如PlayMaker。该项目围绕着3D打印技术这一核心的课程，学生可以设计、打印和验证模型的物理理论。

较之国外而言，国内3D打印的普及和教育仍处于起步的阶段。国家当前十分重视3D打印技术和应用的发展，例如我国科技部已将3D打印技术纳入国家863计划，各地学校也开始进行有关3D打印课程的试点。

1 3D打印发展现状以及学校教育的可行性

目前3D打印机的成本及其打印材料、质量、时间等都是制约3D 打印在学校教育中普及的因素。解决好这些瓶颈能更好地促进教学和研究的发展，为探索教学新方向提供有效的方法。

1.1 3D打印机成本 3D打印机的成本一直是制约3D打印发展的瓶颈。3D打印机的售价从几千元到几十万元不等。为了降低3D打印机的成本，许多公司已经着手相对廉价的3D打印机的研发。据报道，有些公司已经开始抢占教育行业的市场，推销千元以下的3D打印机。随着3D打印机的成本进一步降低，其普及将不再是难题。

1.2 3D打印的材料 另一个制约3D打印普及的瓶颈是耗材。目前的3D打印可以支持多种打印材料，如热塑性塑料、尼龙、合金、金属粉末、石膏、陶瓷、可食用材料、光敏树脂等。虽然3D打印支持多种类型的材料，但不同的材料需要相应打印设备的支持，此外打印材料的价格也并不便宜。目前的教学研究中使用较为普遍的是PLA(生物降解塑料聚乳酸，Polylactic Acid)材料和ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，Acrylonitrile Butadiene Styrene Acrylonitrile Butadiene Styrene)。一千克的PLA或ABS耗材的市场价格为60元左右。随着材料的进一步改进和研发，生产技术的发展和生产厂商的增加，普通耗材的价格将慢慢降至教学可接受的范围内。

1.3 3D打印的质量 在打印模型的过程中，有时会由于机器本身或环境的问题，导致打印的质量并不理想，成品率一般在30%-50%左右，甚至更低。其中廉价的3D打印机也是使成品率降低的原因。种种原因将不利于教学实践和教学研究的使用。随着3D打印技术将不断改良和创新，打印质量会随之而提高。

1.4 打印时间 打印时间长也是一个亟待解决的问题，现在的3D打印时间普遍偏长，阻碍了教学实践以及教学研究的发展。据报道，现下最新研究的3D打印技术CLIP(Continuous Liquid Interface Production)的打印速度是旧式打印的几十倍以上，其打印出的物体表面也十分光滑，完整。这项技术若能普及，将弥补3D打印时间长的缺点。

2 3D打印在不同教育群体中的教学分析与探讨

在3D打印的教学上，学校应该在3D打印的课程进行细致、深入地规划，推行多方向、多环节的主题学习。学生通过探索、想象、实践等环节的学习后，将激发想象力以及提高学习效率与兴趣。结合不同时期学生的学习方向，学生在各阶段的进程和方向上都有所侧重，进程如图1所示。

2.1 小学教学 以“感性认识”与“培养想象力”作为小学教学的方向。这一阶段的学生，发散思维力强，想象力丰富，活泼好动，接受新鲜事物的能力强。

结合以上的特点，每个小学单位至少配备一台以上的3D打印机。设置的3D打印课程应该“浅入浅出”。所谓的“浅入”，就是用生动活泼、浅显易懂的语言对3D打印的原理和3D打印机进行简单的介绍，让学生在感性上对3D打印有初步的认识，对打印原理、设备以及应用范围有个大致的了解。“浅出”就是通过做些有趣味性、引发联想、充分结合课程的简单小实验、小制作来加深学生对3D打印的认识和理解。此外，学校不能一味地使用强制性的考试、规范化的实验对学生进行应试教育，而应使用更自由、轻松的教学方式以提高学生的兴趣，使学生产生成就感，形成教学的良性循环[5]。3D打印课程的目的是将3D打印作为学生通往兴趣爱好的一座“桥梁”，而非仅作为一门来自于课堂又终结于课堂的课程。

在教学上，可以根据学校自身的特点、专家的研究等设计小实验、小制作。课程的核心必须是以拓展学生的思维、引导想象力为主，目的是要激发学生的想象力和兴趣、培养其思维能力。

2.2 中学教学 以“想象力和实践相结合”作为中学教学的方向。这一阶段的学生，发散性思维的能力与接受新鲜事物的能力依然很强，有一定的知识基础和逻辑思维能力。在小学阶段，学生有异想天开、天马行空的想法，在中学阶段，开设的3D打印课程应该有意识地引导学生的想象力，将想象力与实践结合。在数学、地理、生物等科目可以结合3D打印课程进行科目的交叉与融合。应该让学生在已有的认识基础上，加深对三维空间的理解，并且能简单地掌握建模软件如Auto CAD的操作，能进行简单或者相对复杂的建模。

在中学教学中，学生已经学习到地理、物理、生物、化学等学科。在现阶段的中学教学中，教学道具仍然匮乏，尤其在经济不发达的地区，更是如此。教师基本无法使用道具进行演示，只能利用课件、播动画和视频来替代。学习知识不应该和活动情景分离而独立抽象存在[5]，在情境中学习，与社会实践活动结合起来的学习将有利于学习的横向拓展和纵向深入。3D打印不受图形限制，可以打印出结构复杂的教学模型，教师将内部认知结构可视化，化抽象为具体，化复杂为简单[6]。理工科的课程中，实体化、可拆卸与装配、可运动的教学道具更能激发学生的兴趣和想象力。在制作个性化、非大批量的教学道具中，可以很好地利用3D打印的打印能力。

2.2.1 3D打印在地理课程中的应用 在地理课程的学习中，应用到大量的实体模型。实体模型能培养学生视空间能力，如教师可以打印出可运动的太阳系模型(其中包含可拆卸的太阳、水星、金星和地球等模型)，在不同节气改变地球的位置;可以打印出不同时间段物体或现象的标志性状态的模型;也可以打印出可拆卸的房屋模型，用以演示地震对房屋的破坏;或者打印天气现象的运动模型，用以表现气旋、冷锋、暖锋等天气现象的运动;再比如使用模型层层分离的展示方式，展示不同地带的地形地貌、山岳的形状等。

通过打印图2的恒星系统，如太阳系(组件均来自3D打印)。教师可以结合课本介绍太阳系，并且移动地球等行星，以及对节气等知识点进行介绍。还可以从系统中拆卸地球模型，取出内部的每一层结构进行细致地讲解，让学生从宏观到局部系统地了解太阳系的结构。通过实物化的可运动太阳系系统，可以使知识生动形象，加深学生的认识。

2.2.2 3D打印在物理课程的应用 在物理的课程学习中，物理的许多电路、定律皆可由3D打印模型演示。如对自由落体、胡可、弹性碰撞等定律进行验证，或是合力的箭头模型、同步卫星模型、地球模型、实验电路模型的演示以及电阻、电容、电感等模型的类比演示等。同时，制作的3D模型可以与电子电路相结合，使模型能够完成相应的演示功能，如模型的LED发光、自行水平移动、垂直移动和旋转等。

通过打印如图3设备(含打印的无盖盒子、机械结构、排液管等，除了电压表、电源以及导线外，其他结构均由3D打印而成)的零件，可以引导学生在宏观上对电容有一个深刻的认识。在盒子里倒入导电液体，与电源、电压表连成闭合电路后，旋转可移动间距的旋钮，调整盒子的间距，或者调整排液旋钮，排出一定量液体，观察电压表的电压示数变化。随后教师可以通过联系所学知识，解释实验现象。学生能调整盒子间距、导电液体的量、以及更换“电容”介质等进一步加深对电容的重要公式及相关知识的理解。3D打印类似的实验装置可以很好地应用于教学，不仅可以验证理论的正确性，还能培养学生的动手能力，激发他们的想象力和兴趣。只要有3D模型就能随时打印并组装，快捷且方便。

2.2.3 3D打印在生物课程中的应用

在生物课程的学习中，能应用到大量的实体模型。使用3D打印的技术，可以打印出可拆卸的细胞、细菌、病毒的结构模型、可拆卸的多肽链、多糖、蛋白质、核酸等大分子的化学球形结构模型或者可运动的细胞膜的结构模型。打印理解难度较大的细胞有丝和无丝分裂等模型可以很好地解决学生的理解问题。

通过打印出细胞模型，如图4所示的半截面的植物细胞模型。3D打印出层1(细胞壁)、层2(细胞液)外壳以及各种不同的细胞器(使用不同颜色材料的打印，以增加细胞器的区分度)后，再组合起来。因为打印的难度不大，整体耗材少，所以可以打印出整班的数量。教师进行相关知识的讲解前，可以把打印好的模型分发给所有的学生。学生除了能在课堂上结合老师的讲解和课本的介绍，利用细胞的立体模型对植物细胞的知识进行深入了解外，课下还可以用模型做进一步的对照复习。通过拆卸细胞模型，可充分调动学生的视觉、触觉等感官，加深其对知识的理解。

在中学阶段，除了在课堂教学上使用结合3D打印的教学用具外，可以适度举行涉及3D打印的竞赛，竞赛可以采用外观设计、组合结构、教学用具创新等形式。考虑到中学生的3D设计能力并没有良好的基础，因此学校或比赛举办方可以提供相关的模型给学生参考。如在机器人DIY竞赛中，比赛举办方提供种类繁多的3D模型包，学生可以自行设计机器人的结构图，并从模型包中取出相应的3D模型并打印，最后根据结构图组装起来。

2.3 大学教学 在目前的大学教学中，3D打印技术使用比较广泛。涉及到实物的外观、结构、机械、电路等的课程，皆可使用3D打印技术。除了在高等数学、大学物理、机械原理与设计、材料力学等基础课或专业课程的教学中使用3D打印的教学模型外，也能在实验、课程设计中使用3D打印。

随着各专业学科的交叉与融合，以及3D打印技术的日益成熟，它与各相关学科的结合会越加紧密，其作为“桥梁”性质的实现方式会越来越重要。各高校的专业设置虽涉及到3D打印，但并没有开设3D打印技术的相关课程，因此学生建模水平不高，设计出的成品与实际需求相距甚远。

3D打印本科专业建设的核心是“创新、设计、建模”。由于3D打印的接口面广，因此专业课设置要在不同方向上有所侧重。要学习的课程分为公共基础课、专业基础课、专业课以及课程设计。公共基础课包括高等数学、大学英语、大学物理、工程制图、线性代数、机械原理及设计、电工电子技术等。鉴于目前缺少适用于大学教学的3D打印教材，在此仅提供基础专业课的教学课程有：3D打印导论、3D打印原理、常规3D打印机的结构及组装、3D打印基础设计、3D建模基础与提高(使用目前流行的3DMAX、MAYA、Rhino等软件进行学习与应用)等。

学生自行选择不同行业方向的专业课，如动漫、机械、建筑、汽车、首饰等。以首饰专业课为例，它涉及到首饰设计、加工工艺、创意设计以及结构美学等课程。在选择相应的方向后，应增加该行业的相关知识的课程，以提高学生的基础。公共基础课、专业基础课作为学习基础，专业课则作为所学知识的综合运用。课程由浅至深，逐层递进和深入，最终促使学生掌握创新、应用的技能。教师在教授专业课时应注重引导学生的创新思维能力、发散思维能力，在实验、课程设计上应设计弹性大的题目。

至此，可以通过表1总结出小、中、大学不同学习阶段学生特点、教学基础、教学目标和教学内容。

3 教学实践中的问题与建议

3D打印在本质上是多媒体技术的延伸，是虚拟现实技术的延伸，它拓展了人的感觉和知觉，促进了人的思维能力的进一步发展，它与教学的融合势在必行[7]。

目前，3D打印在教学实践中存在诸多问题或空白，拓宽教学实践的各环节将促使3D打印与教学实践进一步的融合与发展。以下提出相关的建议。

3.1 学校安装相关配套的3D打印机 目前大多数学校没有配备相关配套的3D打印机，而3D打印机是进行教学、研究的基础设备。如果教学条件允许，还可以配备相关的外围设备，如3D Camega、KinectDIY等专业3D扫描仪。此外政府可以出台相关的政策，为大中小学配备3D打印机及相关设备。据了解，我国政府计划将在两年内为全国四十万所小学安装3D打印机，用于学校的教学和研究。未来可能会在大、中学推行进一步的相关政策。

3.2 编撰规范化的教材 3D打印技术虽然不是一门新兴的技术，发展的时间也相应的比较长，但目前的教学中仍然缺少内容丰富、案例经典的教材作为教学的参考。因此可编写适合大中小学使用的3D打印技术的书籍作为教学的材料。但不强制要求各学校必须采用，学校也可以自行编写符合自身教学要求的教材。规范化教材编写的主要出发点是用于规范化的教学。

3.3 对教师进行培训 3D打印教师应该在技术和教学设计等层面进行学习和提高，做好领路人的角色。课程设计应该围绕“切合实际、拓展思维和激发想象力”的目的。在中小学教师的培训上，培训人员除了教授相应的3D打印原理、机械结构、耗材等知识外，应该将重点放在培训教师对学生的思维与想象力进行引导的方法和技巧上。培训大学和职校教师，应该使其“各习所长”，即在他们的专业方面，针对性地教授不同专业的结构、建模、耗材、支撑等方面的知识和经验，辅以典例为佳。

3.4 相关竞赛设计 在各类大中小学竞赛中，学生往往只能使用举办方所提供的配套组件进行组装和二次开发，这在很大的程度上阻碍和限制了学生想法的表达，不利于学生在实践中自由发挥和拓展。3D打印能很好地提供解决方案，学生可以根据自己的想法设计并打印出相应的模型，并组装在自己的参赛作品中。此外，为了使3D打印能更好地与教学、实践等融合，可以举行不同主题的比赛。竞技类型，如机器人足球、机器人篮球、机器人搏击比赛、竞速、花样飞行、抢夺比赛等;解决任务型，如智能辅助;开拓思维型，如组合联动结构。也可以举行开拓参赛团队思维的比赛，设计并打印出新颖、独特、具有创造性的机器人零部件、外壳、骨架等。鼓励比赛优秀的作品进行进一步的研发。这样的比赛除了能促进3D打印的技术更新和发展外，还能拓展学生对控制芯片的编程、机械结构、模拟电路的认识。

3.5 成立相关委员会 目前的3D打印并没有很好地纳入规范化的组织和管理中，成立相关的委员会是行之有效的方法。通过成立相关委员会，创立评选制度，可以支持大中小学的学生对感兴趣的方向进行创新。可以通过评选项目提供必要的资金，并配给相应的指导老师。再者，如果学生能够靠自身的能力切实改进了3D打印的技术，并有相应的展示方式，通过委员会的审核后，可报销其费用，并给予相应的奖励。

3.6 其他 授课老师引领学生发挥想象力，记录下他们对3D打印的想法(学习方法、技术的改进)等，将想法在大中小学校的网络共享平台上进行汇总，让不同的想法互相“碰撞”。也可以邀请相关方面的专家来校演讲，或是组织学生到政府、公司等开设的3D打印展区进行参观，使学生能接触到3D打印行业的新方向，了解3D打印的最新进展。

4 总结

重视3D打印，就是要发挥一切积极的因素，使3D打印的课程和实践在学校教学中进行交叉与融合，不断循环发展。在3D打印教学的创新中，可以结合现在的在线教育、大数据等新技术，不断挖掘3D打印在课程教学的潜能和优势。在建设3D打印课程的体系中，需要多方协调和政策的支持，才能形成良好的教学和研究的氛围。

未来3D打印在教学、研究、设计、制造等方向的应用和实践将会进一步的深入和发展，它将以其独特的方式影响着人们生活的方方面面。

参考文献：

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[6]杨洁.3D打印在教育中的创新应用[J].中国医学教育技术，2014(1).

3d打印在教学中应用范文第3篇

(一) 电气互联技术

电气互联技术可以说是目前世界上电子产品先进制造技术的顶尖技术, 其能够把电、光、磁、机集于一体, 是一项综合性较强的技术。印制电路板组件的组装工艺是电气互联技术的主体技术之一, 其发展历程一般可分为四个主要的阶段, 现如今正处在微组装、高密度组装以及三维立体组装的技术阶段, 不过其本质仍是表面组装。3D打印技术的应用将其与上述组装技术完美的进行融合, 使得电气互联技术的发展到达新的领域。

现阶段, 微组装等组装技术的发展逐渐成熟化, 综合这些技术形成的光电互联技术、以无铅焊接技术为代表的绿色组装技术、以共形天线组件互联为代表的机电紧密结合的结构功能构建互联技术也在不断的发展。集成电路与电气互联技术的发展, 让电路组件的立体化不再是空谈。但由于现代的组装技术发展还不够成熟, 在应对结构形体日益复杂的问题时有些力不从心。例如战机共形天线的结构功能构件, 这是一种新型构件, 将磁、电、机进行综合, 这种构件的组成复杂, 其组装的工艺涵盖面广, 若是利用传统的工艺会使其无法达到让人满意的质量, 不过将其和3D打印技术相结合, 使其成为电路组件3D打印组装这一新型技术就能够顺利的解决这类问题, 并实现技术上的重大变革。

(二) 3D打印技术的发展

快速成型技术在上个世纪八十年代出现, 其常用的方法有光固法、叠层法掩模固化法以及三维印刷法三种。其中后者属于代表性技术, 因此也得到了广泛的应用应用, 例如工业设计、各种模具的制造和医疗行业中医疗配件的制作, 随后被应用到航空航天行业中, 极大的推动了航空航天行业的发展。

3D打印技术成功的将机械工程、激光技术、数控技术等多种技术融合。利用了CAD技术得到了零件的三维CAD数据, 利用快速成型机, 从点到面的逐渐进行“堆积”, 最后再进行必要的处理使其能够在外观、强度以及性能上符合使用要求。具有快速、设计灵活性、不需开模、用低技能得到高精度产品的优点。

二、电子产品制造中的3D打印技术分析

(一) 3D打印技术在电子产品制造中的应用分析

随着科学技术的快速发展, 近几年3D打印技术也取得了不小的成果, 其不仅在快速制造塑料、石蜡以及合成的绝缘材料方面发展逐渐成熟, 在微电子器件的制造和电子产品组件的制造方面取得了令人骄傲的成果。

例如国外有大学就研制出喷墨打印机的打印电路技术, 这种技术使用工具简单, 只需要电脑喷墨打印机即可, 然后利用石墨烯自身的性质就可以实现晶体管的打印, 操作十分的简便。不仅如此, 其研究人员通过举一反三认为其还能够打印出标准的金属氧化物半导体结构的晶体管。同样我国的相关研究机构这方面也取得了相应的进展, 我国研究人员利用常温下液态金属电路的3D打印机打印电路, 液态金属是墨水, 将电路直接在承载体上进行打印。利用常温的状态是液体金属, 在普通的喷墨打印机直接打印出电路板, 这种打印的好处在于其不局限打印的载体, 既可以在纸张上、玻璃上完成也可以在塑料等材料甚至是树叶等任何材料上进行打印。

我国已经自主研发出液态金属电子电路打印机, 这是打破传统的室温液态金属打印方法, 其改善了我国传统打印方法精度有限的问题, 其采用的是上下敲击式进墨、旋转运输等流体运输方式, 使得金属表面张力高造成不能用常规的方法驱动的问题被解决, 获得的产品精度高、质量好。

(二) 3D打印技术在电子产品制造行业中的局限

3D打印技术如今在电子产品制造方面应用有几个主要的特点, 首先是打印成形原材料绝大多数都是较为单一的材料且使用通用的成形设备进行制造, 精准性不高以及成形原材注射头多为单个、3D技术还有待提高和其相应的研究进度较慢, 能够应用的范围不大, 在我国的应用更是存在许多的局限, 发展还不够成熟。

就目前的发展现状来说3D打印技术与制造业的需求有着一定的差距, 因此不仅要向3D技术发展成熟的领域学习借鉴, 还应抓住重点领域加以研究, 投入更大的人力和物力, 例如那些传统制造工艺目前无法完成的构件或者是含有多种复杂工艺的组合材料。

三、结束语

3D打印技术因为技术特点造就了其无可比拟的优势, 并且正悄然的改变着传统的制造技术。3D打印技术的先进性注定了其将会是第三次工业革命中的代表性技术之一。如今, 3D打印技术受到了全球各界的广泛关注, 因此其正处在蓬勃发展阶段, 与其相关的研究正在如火如荼的进行中, 电子产品制造业同样如此。不过随着其不断发展, 必然会在技术上出现越来越多的难题, 因此这就要求我们应不断研究与探索将其一一攻克。

摘要：随着科学技术的发展, 各种先进的技术开始走进人们的生产生活中, 改善了人们生活质量, 其中以3D打印技术为代表的快速成型制造的技术为人们所熟知, 并且得到了广泛的推广与应用。3D打印技术与传统的制造形式有着根本上的差别。3D打印技术让全球的制造业实现了根本性的变革, 其不仅加快了制造的过程, 同时制造形体结构的复杂性也在逐渐提高, 现如今3D打印技术多应用于电子产品的零件制造, 使得传统制造业的限制不再存在, 真正的实现了机电结合, 带来了十分深远的意义和影响。在本文中, 将对电子产品电气互联中3D打印技术的应用进行探讨, 希望通过分析可以为后者提供适当的借鉴参考意义。

关键词：电子产品,电气互联,3D打印,应用探讨

参考文献

[1] 张波.电子产品制造中3D打印技术的应用探讨[J].科技创新与应用, 2017 (1) :291-291.

[2] 施纪红.创客时代3D打印技术在高职创意电子课程中的应用研究[J].河北农机, 2017 (10) .

3d打印在教学中应用范文第4篇

旅游英语是一门实践性较强的专门应用学科, 而3D教学法正是针对这一特点而设计的的教学方法。它本着学生为主体, 教师为主导的原则, 按照情景设计 (Designing) 、模拟指导 (Directing) 、案例讨论 (Discussion) 的教学步骤安排教学。学生在独立设计, 角色模拟, 突发事件应急处理的过程中, 通过教师的理论指导, 学生对过程中所出现的问题进行总结性讨论的形式, 达到丰富理论知识, 提高应用能力的教学目的。

1 对象与方法

(1) 对象。选取旅游英语专业2007级全日制大专生2班共计101名。一班50人为实验组实行3D教学法, 二班51人为对照组, 采用传统教学法。实验组又分为10个小组, 每组10人。两班学生的年龄及在校学习成绩无明显差异 (P>0.05) 。 (2) 方法。以《导游词讲解》 (Simulating for Tour Guides) 为3D教学法实施课程。 (1) 情景设计。本步骤分为两个部分, 即教师设计和学生设计。教师设计即教师在剖析知识点, 并将各个知识点有机结合后, 设计模拟情景及现场, 导入相关教学基本原则与问题;学生设计即围绕教师导入之原则与问题, 通过参阅相关资料和利用网络资源, 发挥主观能动性展开具有一定个性化的设计。 (2) 模拟指导。通过声、光、电多媒体手段, 模拟所设计的现场情境, 通过学生自我设计角色, 在不同情境中模拟处理各种旅游过程中所出现的情况, 其间教师可根据实际情况加入突发事件, 已达到培养学生应急处理能力。在模拟过程中, 角色分组互换, 协调学生轮换角色, 保证机会均等, 避免两极分化。 (3) 案例讨论。学生通过上一阶段的实践与理论指导, 对所要求掌握的知识点有一定的理解, 在此基础上, 教师截取个案让学生进行分组讨论, 发现问题, 通过启发式教学方法, 使学生发现问题, 并寻找出有效地解决途径, 加深对知识的理解, 进一步提高实践应用能力。在模拟过程中, 一组扮演导游, 另一组扮演游客, 教师可用多种手段。在讨论部分中, 教师通过回放模拟个案, 让学生进行分组讨论, 教师通过对汇报的总结, 指出相关问题。进而, 使理论教学与实践应用紧密联系, 使学生达到对知识的融会贯通, 学以致用。对照组采用传统教学方法进行教学。 (3) 教学效果评价。对教学效果的评价分两部分。一是学生的主观评价, 共发放测评表105份, 收回105份, 回收率100%, 问卷有效率100%。调查者对问卷内容进行百分率统计。二是客观评价, 对两组学生进行理论考试 (试题内容相同) , 60～74分为及格, 75～84分为良, ≥85分为优。 (4) 统计学处理。学生考试成绩以 (±S) 表示, 应用SPSS 13.0软件进行t检测。

2 结果

(1) 两组学生的理论成绩比较。实验组学生的理论考试成绩明显高于对照组 (P<0.01) (见表1) 。

注:与对照组比较, P<0.01。

(2) 两组学生对教学法的主观评价。大多数学生较为喜欢3D教学法 (见表2) , 尤其是英语水平较高的学生。3D教学法提高了学生学习积极性, 增强了学生的语言应用能力, 培养了学生的综合素质。

3 讨论

(1) 3D教学法的优点。在3D教学过程中学生的学习积极性高, 参与意识强, 激发了学习热情。通过学生的自我设计, 角色扮演, 分组讨论使学生学习的独立性、主动性与积极性再问题的探究过程中得到了激发和提高, 这是十分有利于学生终身自学能力的培养 (见表2) 。

(2) 在3D教学过程中, 以注意以下几点。 (1) 在设计之处, 教师要把情境设计在能过通过相对并不复杂的准备即可达到部分目标的范围内, 即学生的“最近发展区”。所设计的项目应用除围绕教学主题之原则外, 亦应尽可能贴近学生所处的实际环境经历, 联系当前社会所出现的现象, 使设计更具有现代感、真实性, 以引起学生的共鸣, 增加学生参与的兴趣。 (2) 在语言应用中, 教师应把握尺度, 根据学生所能达到的语言应用水平, 程度难易适中。 (3) 在角色扮演中, 应注意多角色, 多场景的变化, 以吸引学生对相关知识点的应用, 全方位, 多层次的锻炼学生的发散思维和突发情况应对能力。 (4) 讨论是重中之重, 是经过一系列过程后, 最终完成教学目标的阶段, 因此在讨论过程中, 教师应积极的引导、组织学生的探讨热情, 通过组内、组间、师生之间的充分讨论集思广益, 发现不足, 寻求更符合实际的解决方案, 以达到开拓学生发散思维, 增强对知识的理解与应用能力。真正做到, 融会贯通、学以致用这一教育理念。

摘要：目的研究3D教学法, 即以情景设计 (Designing) 、理论指导 (Directing) 、案例讨论 (Discussion) 为内容的教学法, 在旅游英语教学中的应用与评价。方法101名旅游英语专业学生被分为传统教学组 (51名) 和3D教学组 (50名) , 分别采用传统教学法和3D教学法, 通过理论考试和问卷调查分别对两种教学法进行评价。结果2组学生的理论考试成绩和个人问卷调查的差异有显著性意义 (P<0.01) 。结论3D教学法在旅游英语教学中可以提高学生学习兴趣, 增强学生英语语言应用能力, 且在发挥学生的主观能动性、提高综合能力等方面优于传统教学法。

关键词：3D教学法,旅游英语

参考文献

[1] 江新华.小议情景教学法在大学饭店服务英语中的运用[J].辽宁行政学院学报, 2007 (10) .

[2] 夏铮.论情景教学法在高职旅游英语中的应用[J].河北旅游职业学院学报, 2009 (1) .

3d打印在教学中应用范文第5篇

一、小学阶段开设相关课程的价值与意义

素质拓展课程是传统课堂教学的必要补充，是全面推进素质教育的有效途径，它注重个性塑造和创新能力的培养，旨在开拓学生视野和提升学生设计和动手的能力。随着各地教育教学水平和科学技术水平的发展，越来越多“新鲜”课程走进中小学素质拓展课堂。

小学阶段的学习是学生成长和成才的基础，对学生今后的发展方向起到引领作用。3D打印作为二十一世纪的朝阳产业，理应在人群中推广。“3D打印教育”由高等教育特定领域向基础教育普通课堂过渡，逐渐推向中小学课堂是其发展的必然趋势。目前，国内外对3D打印技术的教学应用处于起步阶段，还需不断摸索。可以明确的是，3D打印可以把新技术和创造性学习联系到一起，让学生体验新技术带来的巨大能量的同时，在项目探究中体会创新的乐趣。

二、3D打印技术在小学的教学内容

1. 3D打印的定义

3D打印是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的快速成型技术，它是一种增材制造技术。

2. 3D打印的应用领域

与传统的减材制造相比，3D打印技术摆脱了模型复杂程度的束缚，实现了完全数字化，降低了制造的难度，提高了制造的速度。近年来，3D打印被越来越多地应用于各个领域，如创业产业领域、制造业领域、航空航天领域、文物保护领域、医疗卫生领域等。

3. 3D打印机

在小学教学中，我们主要使用了HOFI-X1 3D打印机。HOFI-X1 3D打印机是基于熔丝沉积制造(FDM)原理的3D打印设备，它与台式电脑或笔记本电脑通过USB电缆连接就可以打印出三维实体模型。3D打印的方式是逐层打印，每一个层都在上一层上堆积而成，上一层起到支撑的作用。随着打印时长的推移，3D打印作品逐步完成。学生可以清晰地看到打印的整个过程。这种设备结构一目了然，机器坚固耐用，性能稳定十分适用于小学教学。

4.制图软件介绍

Sketchup使用简便，学生可以快速上手，是一个极受欢迎的三维设计软件，它就像“铅笔”一样，可以画出理想的图形。TinkerCAD是一个基于浏览器的3D建模平台，没有软件安装条件的学生可以选择这个绘图方式。UG NX可以用于绘制二维和三维图形，是一款专业级的制图软件，多用于工程制图，功能强大，学生学习基本操作也不难上手。AutoCAD是一款计算机辅助设计软件，同样可以用于二维制图和基本三维设计，使用无需懂得程序设计，即可自动制图，因此它可以用于土木建筑、装饰装潢、工业制图、工程制图、电子工业、服装加工等多个领域。

5.三维扫描仪

三维扫描仪可以扫描出静态或者动态物体，由于三维扫描仪的扫描范围有限，因此需要变换扫描仪与物体的相对位置或将物体放置于电动转盘上，在光线充足的条件下经过多次扫描以拼凑物体的完整模型。三维扫描出的模型可以直接导入到3D打印机，并打印出来。

6.沙盘制作

学习了三维制图和打印机的使用后，学生已经具备自己设计制作简单模型的能力，他们不再满足于制作个人的小物品。给学生分组，以团队的形式分工合作制作沙盘，让他们在合作中真正实现自主创意、自主管理、自主学习，通力合作。学生自主创意的作品有颇具天津特色的天塔湖公园等。

三、结语

3D打印技术的原理、电脑制图是本课程的难点。小学生学起来还是需要一定时间，需要教师耐心教授。创意设计和模型制作是本课程的重点，教师应引导学生，并随时对他们提出的问题给予指点和反馈。3D打印技术在小学是一门全新的课程，教学没有经验可循，教师可通过总结归纳的方式，把学生提问的知识点转化为系统的知识结构。

素质拓展课程是激发学生兴趣和培养小学生动手能力的重要途径，这一阶段的学习对其终身发展起着至关重要的作用，值得重视。如今，3D打印的风暴已经波及全球，让学生接触并学习3D打印技术对于我国的科技发展具有战略性意义。

参考文献：

[1]兀旦晖，赵晨飞.3D打印技术在教学中的应用研究[J].教学信息，2013.

3d打印在教学中应用范文第6篇

该软件最新版本为2010, 不但包含了AutoCAD 2010的全部功能, 同时提供了三维动态的土木工程模型, 为勘测、场地规划、土方工程、道路、水利等项目提供强大的工具。

该软件对地质环境治理工程设计最有价值的部分是三维数字地形模型。利用三维数字地形模型, 既可直观地查看地质灾害现场的三维效果, 也可用于精确、快捷的土方计算、纵横断面绘制等设计与计算功能。

本文以Autodesk Civil 3D 2008 (以下简称Civil 3D) 版本为例, 介绍该软件在《秦皇岛市北戴河区丁庄石矿矿山地质环境治理工程施工图设计》、《河北钢铁集团矿业有限公司石人沟铁矿矿山地质环境恢复治理二期工程初步设计》、《河北省秦皇岛市海港区北港镇南王庄石矿矿山环境治理与生态恢复工程施工图设计》中的实际应用。

1 实际工程设计应用

1.1 秦皇岛市北戴河区丁庄石矿矿山地质环境治理工程施工图设计

丁庄石矿遗留废弃采坑为倒立不规则台形 (见图1) , 上边最长处190m, 宽100m, 坑内常年积水, 水平面海拔14.8m, 水面以上宕面高3m～21m, 水面以下深2m～17m。

根据勘查并结合当地实际情况, 采用裸露宕面不稳定块体清理+采坑回填 (回填至水面标高以上0.5m) +绿化的治理措施。由于采坑体积巨大, 所需回填土石方量较多 (经过计算需9万多方) , 且采坑形状不规则, 难以直观测量所需体积, 为避免因工程量计算误差大而影响施工, 因此需要对回填土石方量进行比较准确的计算。

笔者用Civil3D只需3步, 即可比较准确的计算出所需土石方量。

(1) 把原始测量点数据读入。对实际测量所得的XYZ数据进行分类, 根据地物不同分类保存成PENZ格式的TXT文件, 用Civil3D读入这些点文件并命名即可 (图1) 。

(2) 根据不同的地物点生成对应的三维曲面。这里为计算所需回填土石方量, 需要对建立水面以下的采坑曲面和水面曲面两个曲面 (图2) 。

(3) 创建三角网体量曲面。创建类型为三角网体量曲面的曲面, 并添加第二步生成的两个曲面依次为基准曲面和对照曲面, 这样, 在体量曲面的统计信息选项卡里自动生成了回填土石方量体积数据。

该治理工程目前已完成采坑回填, 通过设计与实际完成工程量对比, 误差小于相关规范要求。通过该软件, 简化了大量的人工繁琐计算, 且相比其他相关软件操作简便, 计算准确 (图3) 。

1.2 河北钢铁集团矿业有限公司石人沟铁矿矿山地质环境恢复治理二期工程初步设计

2009年完成的河北钢铁集团矿业有限公司石人沟铁矿矿山地质环境恢复治理二期工程初步设计主要针对石人沟铁矿5座排土场进行边坡放坡及台面平整并复垦绿化。

石人沟铁矿经过30多年的露天开采, 形成的5座排土场体积巨大, 企业为建设生态型可持续矿山, 决定对5座排土场不稳定边坡进行全面治理并复垦绿化。

5座排土场共占地约118万m2, 目前现状见图2, 因此边坡放坡及台面平整工程量巨大, 为了准确计算土石方平整工程量及设计施工方法及顺序, 需要直观、准确、便捷的软件辅助设计计算, 笔者通过Civil3D, 利用测量数据计算出了庞大而准确的土石方平整工程量数据, 生成了排土场三维现状图、三维效果图、土石方平整施工图, 为治理方案设计提供了有力支持 (图4、图5) 。

通过Civil 3D统计分析信息, 5座排土场总量已达2151.1万m3, 按照治理方案设计, Civil 3D可以计算出各排土场台面平整的挖方和填方区, 分析出最优施工工序, 避免重复倒方, 使土石方工程量达到最小, 通过生成的图像, 可以使设计人员直观地了解设计治理后的效果, 并随时调整设计方案, 因为Civil 3D在各曲面、剖面之间可以保持实时动态关联, 一个对象改变, 相关对象都将动态更新, 真正做到思想与成果同步, 从而使方案设计达到最佳。

1.3 河北省秦皇岛市海港区北港镇南王庄石矿矿山环境治理与生态恢复工程施工图设计

南王庄石矿遗留两个采坑, 在《河北省秦皇岛市海港区北港镇南王庄石矿矿山环境治理与生态恢复工程施工图设计》编制初期的治理方案比选中, 其中一个方案是对两个采坑进行回填, 通过Civil3D对测量数据分析, 两个采坑回填需要大量土石方, 但当地无法提供如此多的土石方量, 因此该方案无法实施, 可以让设计人员把更多的精力投入到合理的治理方案编制中去。

2 Civil3D功能简介

上面笔者用到的只是Civil3D软件全部功能的一小部分, 从设计、分析、文档制作到施工, 新版本的Civil3D软件支持以协调一致的数字模型为中心的整个流程。

2.1 从Google Earth中导入航拍图片、卫星图片和地形模型

航拍图片、卫星图片在此次四川汶川大地震地质灾害排查、治理中发挥出的重要作用是的众所周知的, Civil3D支持直接从Google Earth中导入航拍图片、卫星图片和地形模型, 生成带有三维数据曲面, 供设计人员使用, 大大缩短项目工作流程。

2.2 借助分析和可视化优化设计

在设计流程开始之前对更多假设方案进行评估, 从而缩短设计时间并提高设计质量。

(1) 利用复合体积算法或平均断面算法, 更快地处理现有曲面和设计曲面之间的土方量。生成土方调配图表, 以分析适合的挖填距离, 要调配的材料数量及移动方向, 确定取土坑和弃土点。

(2) 自动生成施工图, 如标注完整的截面图、剖面图和放坡设计图等。最重要的是, 使用外部参考和数据快捷键可生成多个图纸的草图。这样, 在新的工作流程就支持利用一个模型实例生成施工图纸。一旦模型变更, 您可以更快地更新所有的施工图。

(3) 依据Civil3D精确的专业模型做出来的三维效果图以及巡航动画, 不仅在设计、施工过程中能够非常精确地反应出工程项目的真实状况, 而且可以有效避免在不同设计者之间、设计者与评审者之间、施工单位之间交流过程中信息的曲解和丢失。

3 结语

应用Civil3D, 笔者顺利的完成了多个地质环境治理工程设计工作。从对原始地形数据的整理到精确的原始地形曲面和设计曲面的建立以及到三维可视化图形建立, Civil3D在为实际工程设计提供非常有价值的参考数据 (如土方填挖量、边坡面积等) 的同时, 使笔者个人的工作效率和设计成果的质量得到一个本质上的提升。

在当今对设计成果质量要求越来越高、设计周期越来越短的环境下, Civil3D的三维设计模式和理念必定会给地质环境治理设计人员带来更大的工作激情、完成更出色的设计, 进行真正意义上的创意设计而不再是简单低级的重复劳动!

摘要：本文结合近年本单位地质环境治理工程实践, 简要介绍Civil 3D软件在实际工程中的应用。

关键词：Civil 3D,地质环境治理,工程设计

参考文献

[1] 苏凯.秦皇岛市北戴河区丁庄石矿矿山地质环境治理工程施工图设计, 2009, 2.

[2] 苏凯.河北钢铁集团矿业有限公司石人沟铁矿矿山地质环境恢复治理二期工程初步设计, 2009, 6.