3D打印技术在基础地质矿物教学中的应用.doc
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1、3D打印技术在基础地质矿物教学中的应用 矿物是基础地质教学的重要内容。针对以往矿物教学中实体模型笨重及平面图无法充分展示矿物晶体三维特征的问题,基于矿物学基本理论,利用三维建模技术实现矿物晶体的三维数字建模,利用软件切片及3D打印技术实现矿物晶体教学模型的3D打印。打印出的三维模型用于矿物教学,对于实现参与式直观教学具有重要意义和实用价值。 在传统的基础地质矿物课程讲授中,一般以平面教学为主,仅能利用有限的大型实体教学模型和平面透视图展示矿物晶体的三维形态特征,实体模型笨重且平面图不直观。本文将矿物三维建模和3D打印技术引入矿物教学模型的制作,基于晶体对称分类,利用矿物晶体数字建模技术建立晶体
2、的三维模型,利用3D打印技术制作小型、轻质化的矿物晶体模型,进而用于基础地质矿物教学具有重要意义和实用价值a。 一、晶体的对称分类 要实现矿物晶体教学模型的三维建模和3D打印,首先要系统地分析矿物晶体的基本形态特性。在晶体学中,对称概念仅指物体在空间中的变换性质1,是通过对称操作来进行晶体结构描述的一种重要方法。晶体按照其所具有的点群结构对称要素特点可以划分为4大晶族,7大晶系,32种对称型2-4。 二、晶体对称型的三维数字建模 配合3D打印技术的建模方法包括(1)正向建模,即通过相关的软件进行正向的数字化设计建模;(2)反向建模,即通过扫描设备扫描物体三维点云数据,通过三维重建技术进行反向的
3、数字化建模。对于基础地质教学用矿物晶体的建模而言,主要采用第一类方法。 根据可能存在的对称要素及其组合规律,晶体中可能出现的对称型(点群)有32种,晶类见表1。利用Shape V7.1软件5对每个晶体的晶系以及相应的对称型建立三维数字框架模型。 以等轴晶系中对称型为3L24L3的单形为例,其单形的推导见图1。 利用Shape V7.1推导矿物晶体的对称型后,可采用3Ds Max、Rhino、Pro/E、AutoCAD、CAXA等软件进行三维建模工作(图2)。 数字化建模完成之后,需对得到的三维面层模型进行支撑网格划分和切片处理,建立3D打印模型使3D打印机逐层填筑模型。所谓支撑网格划分就是将三
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