## 第一章三维打印原理
三维打印,又称3D（Three-Dimensional）打印。随着三维打印技术的发展,许多应用领域都出现了三维打印的产品,小到钥匙扣,大到航天设备上的某个特殊部件,三维打印产品在我们生产生活中的应用日渐增多,三维打印产品的设计与制造也成为一个新兴产业。
通过本章的学习,你将了解三维打印技术的原理、发展历程和应用领域,理解三维打印技术应用的普遍性,了解基于熔融沉积成型工艺的三维打印机的运行过程和所受的技术限制,了解获得三维打印模型数据的途径,知道如何正确、安全地操作三维打印机，逐步提升技术意识。
## 第 1 节 三维打印技术概述
第 2 节 三维打印机的操作
## 第 1 节 三维打印技术概述
## 学习目标
1. 了解三维打印技术的历史。2. 了解三维打印技术的原理。3. 了解三维打印技术的应用领域。
任何一门新技术的形成都不是一蹴而就的,都会经历一个从出现到日渐成熟的发展过程。三维打印技术从构想萌芽到快速发展经历了一个多世纪的时间,它将为各行各业带来新的发展机遇。
目前,运用三维打印技术 (图1-1) 制造产品与传统制造技术 ( 如车、铣、磨、钻等,如图1-2所示) 相比,具有产品造型结构多变、耗材利用率高、生产过程简化、成型速度快等许多优势,但同时也存在生产成本高、打印时间长、材料选择面窄、制造效率不高等一系列的问题。究竟什么样的产品适合运用三维柩印技术制造?
图 1-1 三维打印技术
图 1-2 传统制造技术
判断一个产品是否适合运用三维打印技术制造,首先要了解三维打印技术的原理。
## 一、三维打印技术的原理
三维打印技术，又称为增材制造技术，属于快速成型技术的一种。制作蛋糕时的裱花过程就是增材制造的一种形式。三维打印技术是以数字模型文件为基础,通过逐层打印可䵑合材料（如特殊蜡材、粉末状金属或塑料等）构造三维物体，概括地讲就是“分层制造，逐层叠加”。三维打印技术将机械、材料、计算机、通信、控制、生物、医学等技术相结合,是一种新型的制造工艺。随着时代的发展,利用三维打印技术,可以将虚拟的数字模型快速地制造出来，得到个性化的产品，尤其是形状复杂、结构精细的物体。
## 拓展阅读
制造技术除了增材制造技术，还有等材制造
技术和减材制造技术。等材制造技术是指在制造过程中，基本上不
改变材料的量，或者改变的量很少。典型的等材
制造技术有铸造、焊接、锻压等。减材制造技术是指对毛坯进行加工，去除多
余的材料，使毛坯由大变小，最终形成所需要形状的零件。典型的减材制造技术有车削加工、钻
削加工、磨削加工等金属切削加工技术。相对于传统的等材或减材制造技术，增材制
造技术即三维打印技术，是采用将材料逐层累加
的方法制造实体零件的技术，是一种“自下而
上”的制造方法。
## 案例
## 运用传统手工技术与三维打印技术制作牙冠
运用传统手工技术制作牙冠 ( 图 1-3 ),首先要根据患者的口腔印模灌注出石膏模型，其次根据石膏模型制作出烤瓷牙的蜡型,最后进行金属牙冠的铸造,主要包括铸道安装、包埋、失蜡、铸造等步骤。
在加工过程中,制作蜡型的蜡容易收缩变形;在后续的热加工环节,铸造牙冠的金属材料也会产生变形。因变形引发尺寸偏差的牙冠,需要返工,致使患者的就医时间增加,牙冠的加工成本增加。运用传统手工技术制作牙冠的效果主要取决于牙科技师个人技术和经验。
图 1-3 牙冠
三维打印技术制作的牙冠采用金属粉末为加工材料,通过数字化口腔模型扫描、建模、三维打印等步骤完成制作。在口腔模型的扫描、建模之后，金属牙冠的生产全部是由数字化技术来完成的。
传统手工技术与三维打印技术制作牙冠的工艺步骤比较如表1-1所示。
## 表1-1 传统手工技术与三维打印技术制作牙冠工艺步骤比较
传统手工技术印模/模型、蜡型、铸道安装、包埋、失蜡、铸造、表面处理、饰面、完成
## 讨论 \& 交流
通过牙冠的制作案例,结合三维打印原理,你认为三维打印产品与传统手工产品在制作工艺上有何区别?
## 二、三维打印技术的应用领域
三维打印技术可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转化为具有一定功能的原型或零件,为原型和零件的制作、新设计思想的校验等提供了一种高效率、低成本的实现手段。随着制造业技术的进步，三维打印技术在各行各业中的应用将会越来越广泛。现在，它在消费电子产品、汽车、航空航天、医疗、军工、地理信息、艺术设计等方面都得到了广泛的应用。在不久的将来，三维打印机也会像计算机、手机和互联网一样进人我们的学校和家庭。
## 案例
## 行业创新
## 三维打印乔梁
2019年1月12日,一座大规模的三维打印㴯凝土桥梁在上海落成启用,如图 1-4所示。这座桥长 $26.3 \mathrm{~m}$,拱长 $14.4 \mathrm{~m}$,宽 $3.6 \mathrm{~m}$,借鉴了我国古代赵州桥的单拱承重结构。该桥采用三维实体建模进行设计，桥体由桥拱、桥栏板、桥面板三部分组成。前期通过三维打印技术耗时 $450 \mathrm{~h}$ 完成全部构件的打印，后期运用现代施工技术进行拼装。与同等规模的普通桥梁相比，三维打印桥梁的造价只有其三分之二。
## 三维打印免充气轮胎
2019年6月,某两家公司联合研发并推出了一款三维打印免充气轮胎 (图 1-5)。这种免充气轮胎,将使轮胎维护大幅度减少,大大地提高车辆的运营能力。
图 1-4 三维打印桥梁
图 1-5 三维打印免充气轮胎
## 拓展阅读
三维打印技术的核心思想最早起源于 19 世纪末,经过科学家们不解的努力,20 世纪 80 年代,三维打印技术得以实现。回顾三维打印技术的发展历程，大致可以将其分为萌芽期、奠基期和爆发期。
(一) 萌芽期
1860 年,弗朗索瓦・威廉 (François Willème ) 用 24 台照相机将物体环绕 360 度并进行拍照,然后使用与切割机相连的比例绘图仪绘制物体轮廓，再进行雕刻。
1892 年，J. E. 布兰瑟（J. E. Blanther) 将地形图轮廓线印在一系列的蜡片上,并按轮廓线切割蜡片，将其黏结在一起进行处理,得到三维地形图。
## （二 ) 奠基期
20 世纪最后 30 年是三维打印技术的奠基期，在此期间科学家们提出了现代快速成型技术的基本概念,形成了现代快速成型的核心技术，为三维打印技术的商业化应用奠定基础。
19 世纪 80 年代，查尔斯 $\cdot W$. 赫尔 ( Charles W. Hull ) 获得了立体光固化成型（Stereolithography Apparatus，SLA）的专利,研发了立体光刻 ( Stereolithography，STL ) 文件格式。STL 格式逐渐成为计算机辅助设计 (Computer Aided Design,CAD）及计算机辅助制造 (Computer Aided Manufacturing,CAM) 系统接口文件格式的工业标准。1987年,商用SLA打印机（图 1-6) 推向市场，标志着三维打印商业化的起步。
1989 年，S. 斯科特・克伦普 $($ S. Scott Crump ) 提交了另一种三维打印工艺一熔融沉积成型 (Fused Deposition Modeling，FDM) 的专利申请。同年，卡尔・R. 德卡德 ( Carl. R. Deckard) 的选择性激光烧结成型（Selective Laser Sintering，SLS ）获得专利。SLS工艺支持多种材料成型，如尼龙、蜡、陶瓷和金属。三维打印生产走向多元化。
## 思考 \& 练习
1. 谈谈你见到过的三维打印产品，借助幻灯片进行一次三分钟的讲解。2. 你还知道哪些应用三维打印技术的案例?请选择一例进行简单介绍。
图 1-6 商用三维打印机
1992 年，第一台基于 FDM工艺的三维打印机面世，标志着FDM工艺步入了商用阶段。
1993 年，伊曼纽尔・M. 萨克斯（Emanuel M. Sachs）的三维印刷工艺（Three-Dimensional Printing,3DP）获得专利,3DP工艺通过黏合剂把金属、陶瓷等粉末黏合成型。
## （三）爆发期
2001 年，桌面级三维打印机面世。价格低廉的成型材料使三维打印机更趋于民用化。
2005 年，第一台高精度彩色三维打印机出现，让三维打印走进了彩色时代。
2008 年，第一款开源的桌面级三维打印机发布，为三维打印机普及浪潮揭开了序幕。
2012 年，第一台廉价的高精度 SLA 消费级桌面三维打印机发布。
2013 年以来，三维打印技术（图 1-7）已进入爆发式增长阶段,新技术、新材料及新型应用成果陆续发布，三维打印领域呈现百花齐放的盛况。
图 1-7 三维打印实体零件
## 第 2 节 三维打印机的操作
## 学习目标
1. 了解三维打印的实施流程。2. 了解基于FDM工艺的三维打印机的运行过程。
三维打印技术需要通过三维打印机来实现。三维打印机的运行过程类似于传统打印机，只不过传统打印机是把墨水打印到纸上形成二维的平面图,而三维打印机则是把液态光敏树脂材料、熔融的塑料丝、石膏粉等通过光固化、挤出或喷射黍结剂等方式层层叠加形成三维实体。
在进行立体几何的教学时,数学教师需要定制一个垂直截面为如图1-8所示的梯形厚度为 $30 \mathrm{~mm}$ 的几何体模型来做教具。这个教具可以用三维打印技术来制作吗?如果可以，它的实施流程和打印过程又是怎样的?
根据已学的三维打印原理,可以初步判断,该几何体可以运用三维打印技术实现。但是如何实现?具体操作又是怎样?要解决这些问题,需要先从了解三维打印的实施
图 1-8 几何体模型垂直截面流程和打印过程入手。
## 一、三维打印的实施流程
三维打印是如何将一个数字模型文件变成一个真实立体模型的呢?下面通过图 1-9 来了解一下三维打印的实施流程。
图 1-9 三维打印的实施流程三维打印的实施流程可细分为十个步骤,这十个步骤又可归纳为三个部分,即获取 STL 文件、模型打印过程、零件加工处理。
## （一）获取 STL文件
STL文件格式,是目前三维打印制造设备使用的通用接口格式。我们可以通过两个步骤获得 $\mathrm{STL}$ 文件，首先是获得一个三维模型,然后将三维模型转换成 STL文件。通常我们可以通过以下三种途径实现。
## 1. 通过三维建模获取 STL文件
大部分三维设计软件,在进行三维模型创建之后,都可以导出 STL 文件。
## 2. 通过三维扫描获得 STL文件
三维扫描仪 ( 3D scanner) 是一种科学仪器,主要功能是获取真实空间中实际物体的形状信息,将其数字化后直接输人计算机,通过配套的软件将此数字信息组织和整理后转换成 STL 文件,随后便可进人模型打印环节,如图 1-10 所示。
## 3. 通过网络下载STL文件
目前网络上已经有很多比较成熟的三维模型网站，这些网站会提供一些可下载的STL文件。通过网络查找并下载 STL文件是较方便快捷的途径，但是模型的造型也相对单一、模式化。
图 1-10 三维扫描仪扫描获取物体信息示意图
## （一）模型打勿过程
首先，运用专用软件对 STL文件进行切片分析，并生成一个切片文件。
然后,将切片文件输人三维打印机（图 1-11) 内,操作打印机,使打印机开始预热。显示面板中会显示当前温度,待喷头和打印平台升温至设定温度时,打印平台缓慢上升直至碰到喷头,正式开始打印。打印过程中可观察显示面板，对打印情况进行实时监控。
最后,打印结束,喷头自动归位。为了便于
图 1-11 三维打印机取下打印好的模型,可以先将打印平台拆下,然后用专用的铲刀将模型从底部铲起，从打印平台上取下。
图 1-12 去除打印支撑
## （三）零件加工处理
由于三维打印机使用的打印材料以及打印精度不同，一般还需要对打印出来的作品进行简单的后期处理，如去除打印物体的支撑，如图 1-12 所示。如果打印精度不够，物体上会有毛边或多余的棱角,后期处理可以解决这些问题。
## 二、三维打印机的运行过程
三维打印技术可以分为很多种,比较常见的有熔融沉积成型 （FDM ）工艺、立体光固化成型（SLA）工艺、选择性激光烧结成型 ( SLS ) 工艺等。在此以FDM工艺为例,介绍一下 FDM 三维打印机的运行过程。
基于 FDM 工艺的三维打印机运行过程示意可参考图 1-13,具体如下: 将丝状材料由供丝机构送至喷头,加热至熔融状态,然后选择性地涂覆在打印平台上,快速冷却后形成截面轮廓;一层成型完成后,喷头上升一个截面层高度,再进行下一层的涂覆,如此循环，最终形成三维零件。
图 1-13 FDM三维打印机的运行过程示意图
## 讨论 \& 交流
通过对三维打印的实施流程和三维打印机运行过程的学习,你认为数学教师需要的这个几何体模型应如何用三维打印技术制作?请简述操作过程。
## 设计 \& 操作
请尝试运用 STL文件的三种获取方式中的一种,帮助数学教师获取所需的几何体模型 STL 文件，并用三维打印机打印该模型。
## 拓展阅读
进行三维打印操作前，需要对三维模型进行调整。
首先,是调整模型的放置方向。基于FDM 工艺的三维打印过程是一个自下而上的塑形过程，模型的上层结构必须要有下层部分的支撑,如图 1-14所示,所以一旦被打印模型的某些部位悬空了，打印时就需要设计支撑结构或者改变模型的放置方向,避免悬空部位塌陷。
其次，是调整模型的尺寸大小。在模型设计的过程中，会出现原始尺寸与打印模型所需的尺寸不一致的情况,我们可以重新设定模型的长宽高,达到我们需要的大小。
最后，是调整打印的位置。打印位置的调整分 $X、Y、Z$ 个轴线方向上的调整,其中最重要的是 $Z$ 轴方向的调整,它决定了模型与打印平台的贴合程度。如果 $Z$ 轴方向出现问题,就有可能出现悬空打印的情况,导致打印失败。
图 1-14 有下层部分支撑的模型打印
## 思考 \&练习
1. 在运用三维打印技术完成几何体模型的制作之后,请思考：在打印过程中，有哪些应该注意的问题?有哪些专业网站可以下载STL文件?可以用什么软件对STL文件进行分层切片?2. 请你在图 1-15 中,选择你认为能够一次打印成型的模型,并给出理由。
( a )
( b )
(c)
( d )
图 1-15 三维打印模型
## 本章小结
三维打印技术与传统制造技术的主要差别体现在制造过程中材料的增减上,三维打印技术的特有优势也体现在增材制造的加工方式上。例如,可以很大程度地利用原材料,制造传统技术无法实现的特殊结构的产品,因节省开模费用而在小批量生产上具有成本优势，在产品研发过程中可以快速制造样机等。
三维打印技术这些优点无疑是传统制造技术所不具备的。但是,我们还要考虑三维打印在规模制造中的经济性这一关键指标。
三维打印设备很难做成通用设备,有些场合要根据不同的打印材料更换相应的喷头,甚至打印机。这种非通用的特点削弱了三维打印的分布式制造的优势,毕竟,并不是所有三维打印的支持者,都有经济实力来购置多台三维打印设备。
既然三维打印技术无法完全替代传统制造技术，那么，从产业高度看，传统制造技术和三维打印技术就应该是互补技术，只不过在不同的制造领域或者制造不同的产品时，两者在制造过程中的工艺占比不同。
## 本章学习评价表
| $\begin{array}{l}\text { 课程目标/ } \\ \text { 实践项目 }\end{array}$ | 评价指标 | 评价方式 |  |  |
| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |
|  |  | 自评 | 互评 | 师评 |
| 三维打印技术概述 | 说出三维打印技术的原理 |  |  |  |
|  | 说出三维打印技术产生的时间 |  |  |  |
|  | 说出一个应用三维打印技术的案例 |  |  |  |
| 三维打印机的操作 | 画出基于FDM 工艺的三维打印机的运行过程图 |  |  |  |
|  | 说出获取 STL 文件的三种途径 |  |  |  |
等级标准: $\mathrm{A} \longrightarrow$ 优秀,$\mathrm{B} \longrightarrow$ 良好,$\mathrm{C} \longrightarrow$ 合格,$\mathrm{D} \longrightarrow$ 待改进
## 第二章三维打印产品技术分析
我们的世界里有形形色色的三维打印产品,它们使我们的生活更加丰富多彩。生活中的产品有多种制造方式,从这一章开始,我们将重点学习三维打印产品的设计与制造。
通过本章的学习,你将了解三维打印产品设计与制造方案的构思方法、编制过程,初步学会根据发现与明确的问题构思方案、编制方案、比较与优化方案,最终确定解决方案。你将了解三维打印产品技术分析的方法,并能结合FDM工艺的特点,对三维打印产品进行技术分析,从而形成一定的工程思维,提升分析问题、解决问题的能力。
## 第 1 节 三维打印产品设计制造方案
第 2 节 三维打印产品设计分析与打印分析
## 第 1 节 三维打印产品设计制造方案
## 学习目标
1. 了解三维打印产品设计与制造的一般流程。2. 了解三维打印产品设计与制造方案的构思方法、编制过程,初步学会根据发现与明确的问题构思方案、编制方案。3. 初步学会比较、权衡和优化方案,最终确定解决方案。
三维打印产品的产生需要经历设计与制造两个环节,这两个环节的一般流程是: 发现与明确问题一制订设计制造方案一制作模型一测试、评估及优化一批量生产或个性化制造。
三维打印产品的设计与制造遵循产品设计与制造的一般流程,但需考虑加工技术与方法、加工设备与材料等方面与传统工艺的区别,要根据设备、材料、工艺、成型特点及价格等综合因素制订设计制造方案。新材料、新技术、新工艺使个性化设计与制造成为可能,使产品更具有个性,突显了概念化、差异化的特征,满足了人们追求多样化的心理需求。请你观察图2-1所示的三维打印产品,它们有什么特点?如果你来设计制造这些产品,制订方案时会考虑哪些因素?
图2-1 各式各样的三维打印产品
三维打印产品的设计与制造要基于需求，在发现与明确问题的基础上，通过构思方案,编制方案,比较方案,最终形成设计制造方案,为打印实物奠定坚实的基础。
## 一、构思三维打印产品设计制造方案
三维打印产品在构思设计制造方案时,需要考虑产品设计、加工设备及材料等因素,明确制造的条件,以确保构思的产品可以制造。构思的方案应包含方案名称、编制人员、产品要求、产品构思等关键要素。可以用头脑风暴法开展小组讨论,集思广益;可以用列举法罗列研究对象各方面特征;还可以用设问法多角度提出问题,找到解决问题的突破口。从原理、结构、功能、造型、工艺、材料等各个方面突破思维限制，开展设计，构思方案。
## 案例
## 构思多功能手机支架设计制造方案
发现问题: 小明有一个简易的手机支架,这个支架功能较单一,且无法满足小明将手机坚放的时候一边充电一边观看视频的需求。小明想购买或自己设计制造一个不仅能放置手机、迷你平板电脑,还能放几支笔，有充电线插头插入位置的多功能手机支架。
明确问题: 小明到商店实地查看,发现没有符合他要求的多功能手机支架。小明通过网络查找,发现某网站有各式各样的手机支架,但也没有同时满足这几种功能的手机支架。这说明有必要自己设计制造多功能手机支架。表2-1为小明初步构思的多功能手机支架设计制造方案。
## 表2-1 构思多功能手机支架设计制造方案
| 方案名称 | 多功能手机支架 | 编制人员 | 小明 |
| :--- | :--- | :--- | :--- |
(1) 可放置手机、迷你平板电脑、笔，放置电子设备的位置均有田槽可让充电线插头插入。
（2）防滑设计，防止手机或迷你平板电脑滑落。
产品要求 (3) 支架宽度满足安全要求,放置物品后平稳。
(4) 手机或迷你平板电㷰放置后观看视频角度适中。
（5）制造周期短，不超过 $6 \mathrm{~h}$，材料费用不超过 10 元。
采用列举法罗列研究对象各方面特征。
(1) 功能: 是否多样化，是否能满足需求。
基本功能：可放置手机、迷你平板电脑一两侧设计支撑架;有充电线插头插入位置一一两侧设计充电线㕲槽;可放2 3 支笔一一设计笔筒。
（2）结构造型: 是否稳定、安全。
对称设计：重心靠下，扩大支撞面。防滑设计：支摸部位两边设计挡板，㑔鈄角度合理。
产品构思 (3) 材料：是否方便易得、符合环保要求。
方便易得: 市场可购买 ABS 材料 (丙烯腈一丁二烯一苯乙烯共聚物)、PLA 材料（聚乳酸)、光敏树脂材料。环保要求: 无毒无味。
(4) 设计制造: 是否满足软件、硬件条件。
软件条件：设计软件、切片软件。硬件条件：三维打印机、打印材料、电脑等。
( 5 ） 打印时间及成本: 是否符合预期。
打印时间：不超过 $6 \mathrm{~h}$。打印成本：材料费用不超过 10 元。
## 常见的三维打印材料
$\mathrm{ABS}$ 材料：丙烯腈-丁二烯一苯乙烯共聚物 (Acrylonitrile-butadiene-styrene,ABS) 是常用的三维打印材料之一,其电绝缘性、耐磨性、尺寸稳定性、染色性都较好,缺点是热变形温度较低、可燃。
PLA 材料: 聚乳酸（Polylactic Acid,PLA ) 是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物,使用可再生的植物资源（如玉米) 所提炼出的淀粉原料制成,可以生物降解,是一种环保的材料。其生物相容性、光泽度、透明性较好。相比 $\mathrm{ABS}$ 材料,在使用 PLA 时,一般情况下不需要预先加热底板，更简单方便。
光敏树脂材料: 光敏树脂是SLA工艺的重要原料,由聚合物单体与预聚体组成,其中加有光引发剂 (或称为光敏剂),在一定波长的紫外光照射下会立刻引起聚合反应完成固化。光敏树脂的种类很多，有液态的、半固态的。使用光敏树脂的 SLA工艺成型精度比FDM工艺高,可用于制作生物模型或医用模型。
亚克力材料: 化学名称为聚甲基丙烯酸甲酯,又叫 PMMA ( Polymethyl Methacrylate ) 或有机玻璃。亚克力材料可以打印出透明和半透明的产品，表面光洁度好。
尼龙铝粉材料: 尼龙铝粉是 SLS工艺的常用材料。尼龙铝粉是在尼龙的粉末中掺杂了铝粉,使打印出的三维零件有金属光泽。
不锈钢材料: 不锈钢粉末采用SLS工艺进行三维烧结,具有很好的抗腐蚀性及机械性能,适用于制造功能性原型件和系列零件，被广泛应用于工程和医疗领域。
除了上面介绍的三维打印材料，目前用到的还有橡胶、陶瓷、石膏、人造骨粉、细胞生物原料、铁铂合金、钛合金以及砂糖等材料。
## 二、编制三维打印产品设计制造方案
编制方案是在发现问题、明确问题、构思方案之后,对问题提出系统的、具体的解决方案并进行规划,是解决问题的过程,是设计思路落到实处的体现
编制三维打印产品设计制造方案需呈现产品的功能、结构、造型、规格、工艺、材料、制造方式等要素。可综合运用表格、文字、草图等编制方案，如表2-2所示。
## 表2-2 编制三维打印产品设计制造方案
| 方案名称 | $\quad$ 编制人员 |
| :---: | :--- |
| 产品功能 | (说明产品功能、设计栨解决的问题及创新之处) |
| 产品加工方式 (制造工艺) | $\begin{array}{l}\text { (说明产品加工方式或制造工艺，需要组装的产品要说明组装步骤，如采用 } \\ \text { 新材料、新技术、新工艺要进行备注) }\end{array}$ |
| 产品制造条件 | (说明产品制造需要的设备、工具、材料等情况) |
产品安全环保信息
## 产品设计准备及其他补充
产品草图 ( 图样 ) （说明产品安全环保方面的情况）
( 说明产品设计前期准备工作、预估存在的困难等 )
(绘制产品草图或图样，展示产品结构与造型，标明尺寸规格等)
## 案例
参照表2-2,可编制多功能手机支架设计制造方案,如表2-3 所示,并绘制如图所示的草图。
## 表2-3 编制多功能手机支架设计制造方案
方案名称
产品功能
产品加工方式
产品制造条件
产品安全
环保信息
产品设计准备
及其他补充
## 编制人员明
产品功能：可同时支撑手机、迷你平板电脑;可放置 $2 \sim 3$ 支笔;有充电线插头放置位置，可在手机或迷你平板电脑坚放时边充电边看视频。
产品创新之处: 除手机支架基本功能外,进行个性化设计制造,不仅可以在电子产品坚放时边充电边观看视频，还可以放置笔。
产品加工方式主要有数控、手工、三维打印机打印等,这里采用三维打印机打印（FDM 工艺或SLA工艺）的方式进行制作。
多功能手机支架为一体结构，无须组装。
打印机：FDM 打印机、SLA 打印机
打印材料: PLA材料、ABS 材料、光敏树脂材料。
安全性: 底部平整，重心位置靠下，支㨃部分有防滑设计。
环保性: 采用可降解材料打印，保证无毒环保。
前期准备工作: 测量使用的手机、迷你平板电脑的尺寸;测量充电线插头的尺寸;测量笔的直径与高度;测量观看视频时较邻适的倾斜角度范围。
可能存在的困难：对三维设计软件不熟悉，在设计的过程中可能无法将构思很好地表达出来
产品草图
## 讨论 \& 交流
上述案例中,多功能手机支架设计制造方案对产品名称、产品功能、产品加工方式、产品制造条件、产品安全环保信息和产品草图等信息进行了说明。你认为这些信息还可以如何改进优化,从而更加完整准确地对设计进行表达。
## 三、比较三维打印产品设计制造方案
三维打印产品的产生需要经历设计与制造两个环节。设计的安全性、合理性、创新性，制造的设备、材料、工艺等都将影响产品的质量。
设计制造方案往往有多种，需要在设计制造时比较权衡，选取满足需求的最优方案。产品优化的途径有许多：可以把复杂的模型进行模块化分解，再进行组装，从而减少打印支撑，降低成本；还可以在满足设计要求的基础上合理地设置填充率，节省打印时间,减少打印耗材。例如,设计一个带盖的茶杯，有以下两种方案。方案 1,把茶杯和盖子合在一起设计打印；方案 2,把茶杯和盖子分开设计，分开打印。方案 1 需要对茶杯内部进行完全支撑，耗费的时间和相应的成本会增加，同时也增加了后期表面处理成本；而方案 2 只在打印杯盖时需要部分支撑,不仅节约材料,而且后期表面处理时间将大幅缩短。再如，设计台灯灯罩时，在保证强度的基础上，应尽量使灯罩薄一些,以减轻重量，同时能够节约打印材料、缩短打印时间,因此可以将填充率设置得低一些。
## 案例
## 比较多功能手机支架设计制造方案
以多功能手机支架设计制造为例,设计制造者可形成多种加工方案,可以选择不同类型的三维打印机打印产品,也可以选择同一台三维打印机,但使用不同的材料打印产品。设计制造者需要对多种方案进行权衡比较,选取最优方案。
下面，以相同填充率、相同壁厚、不同类型打印机、不同打印工艺的两种设计方案为例进行比较，如表2-4所示。
## 表2-4 不同方案比较1
| 打印工艺 | 精细度 | 材料成本 | 打印时间 | 后期处理 | 环保 |
| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |
| FDM | $0.4 \mathrm{~mm}$ | 8 元 | $5 \sim 6 \mathrm{~h}$ | 去除支撑,容易 | 环保 |
| SLA | $0.005 \mathrm{~mm}$ | 55 元 | $7 \sim 10 \mathrm{~h}$ | 处理废液,烦琐 | 较环保 |
通过比较可以得知,FDM打印的产品精细度低,比较粗䊁,但材料成本低,打印时间短,后期去除支撑比较方便,而且环保。SLA打印的产品虽然精细度高,但材料成本高,打印时间较长,后期废液处理较为烦琐。小明对多功能手机支架的精细度没有特殊要求,但对其成本有要求,SLA打印不符合成本要求。因此,可选取FDM打印产品。
下面,以相同打印机使用不同材料的两种方案为例进行比较,如表2-5所示。
## 表2-5 不同方案比较2
| 打印材料 | 强度 | 㓞性 | 预热 | 成本 | 环保 | 其他 |
| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |
| ABS | 强 | 强 | 需要预热 | 58 元/卷 | 较环保 | 易开裂 |
| PLA | 强 | 强 | 无须预热 | 39 元/卷 | 环保 | 不易开裂 |
通过比较可以得知,ABS打印材料与PLA打印材料,均能满足产品强度、㓞性需求,但PLA材料不仅成本较低,而且加工过程中不需要对底板进行预热,打印的产品不易开裂。因此,优先选择 PLA材料进行打印。
结论：在设计方案相同的情况下,根据加工条件,比较权衡打印工艺与打印材料,发现采用 FDM工艺，选择PLA材料打印产品能达到最优效果。
上述案例仅比较了工艺与材料两方面信息，实际上，一件产品在制订设计制造方案的过程中,不仅要根据使用者的需求从安全性、规范性、实用性、创新性、稳定性、耐久性等方面考虑，还要考虑加工难易程度、成本、环保等综合因素,才能确定最终解决方案。
## 思考 \& 练习
小明需要一款个性化多功能台灯，要求台灯底部平稳、灯头可自由转动，台灯高度不超过 $60 \mathrm{~cm}$,且有笔筒、时钟等多种功能。请同学们构思与编制设计制造方案,并利用这节课所学知识与技能进行方案的比较分析。根据完成情况，填写表 2-6。
| 评价项目 | 评价指标 | 评价方式 |  |  |
| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |
|  |  | 自评 | 互评 | 师评 |
| $\begin{array}{c}\text { 构思与编制 } \\ \text { 设计制造方案 }\end{array}$ | 构思的方案对主要要素的呈现 |  |  |  |
|  | 编制的方案对主要要素的呈现 |  |  |  |
|  | 从多个角度比较方案 |  |  |  |
|  | 形成合理的解决方案 |  |  |  |
|  | 团队成员分工合作 |  |  |  |
等级标准: $\mathrm{A} \longrightarrow$ 优秀,B—一良好,$\mathrm{C} \longrightarrow$ 合格,$\mathrm{D} \longrightarrow$ 待改进
## 第 2 节 三维打印产品设计分析与打印分析
## 学习目标
1. 了解三维打印产品技术分析的方法。2. 能结合FDM 的工艺特点,对三维打印产品进行技术分析。
用三维设计软件设计产品,再用三维打印设备打印制造产品,满足人们的个性化需求,是以新工艺、新设备、新材料为代表的新技术的发展方向。设计的产品是否能满足使用者的需求?制造的产品是否安全、实用?这些需要设计者、制造者对产品进行技术分析。产品的技术分析是优化产品的关键步骤。
小明利用三维设计软件设计了多功能手机支架三维模型,并用三维打印机打印了三件产品 (图2-2),他想让同学们对产品进行体验并作出评价。如果你是体验者,你觉得应该从哪些方面对它们进行分析?
( a )
( b )
( c )
图 2-2 多功能手机支架
对三维打印产品的技术分析可以从设计分析和打印分析两个方面入手。
## 一、设计分析
设计分析指对三维打印产品结构、造型等方面的设计进行分析,它决定了产品设计是否能够满足使用者的需求,也影响着产品的质量与效益,是产品设计的关键。
结构设计分析重点考虑结构是否稳固、安全,是否轻量化、一体化等。在保证安全稳固的基础上,尽量采用一体化设计,减少组装;在保证强度的基础上,尽量采用中空结构或点阵夹芯结构等,减少产品重量，节约制造成本。造型设计分析重点考虑产品是否能满足使用者的需求,同时考虑安全、符合人体工程学、美观、节约材料等因素。在不影响结构或外观的情况下，尽量减少悬挂或减少使用倾斜角度大于 60 度的造型设计。
## 案例
## 多功能手机支架设计分析
结构设计分析：多功能手机支架左右两侧可以分别支撑手机、迷你平板电脑等,中间可以放置 2 3支笔;采用一体化结构,无须组装,底面平整,重心位置靠下,增强了它的牢固度与稳定性。如图2-4所示,利用三维设计软件的应力分析功能对多功能手机支架进行应力分析,在外壳壁厚为 $1 \mathrm{~mm}$ 时，对如图2-3所示的支撑部分的侧面施加 $10 \mathrm{~N}$ 的力，对支撑凹槽处的充电线凹槽左右两边各施加 $5 \mathrm{~N}$ 的力,其安全系数最小值为 6.84,符合安全规范。(应力分析的具体操作,将在下一章进行详细讲解 )
图2-3 利用三维设计软件对产品进行应力分析
造型设计分析: 多功能手机支架的两侧支撑部分均设计挡板,防止设备滑落,保证使用安全。两侧的支摚凹槽尺寸合理，能平稳放置不同类型手机或迷你平板电脑，倾斜角度符合人体工程学。中间笔筒深度为 $60 \mathrm{~mm}$,能安全摆放长度为 $120 \sim 150 \mathrm{~mm}$ 的笔。支架两侧均设计充电线凹槽,能插入市面上大部分常见类型的充电线，满足使用者在坚放电子设备时充电的需求。
## 拓展阅读
## 以轻量化为目的的三维打印结构设计
三维打印有很多优点，如生产周期短、产品多样化、节省材料等，其最大优点之一就是能够打印出复杂结构的零件。在对零件结构设计时可充分发挥三维打印的优点，尽量轻量化以节约打印材料。以轻量化为目的的三维打印结构设计主要有以下几种。1. 桁架/刚架结构。桁架是一种由多个刚体杆件彼此在两端用铰链连接而成的结构。刚架结构是结构力学中杆系结构的一种，是由梁、柱等直杆通过结点连接组成的框架结构,其部分或全部结点为钢节点,承受垂直和水平荷载。此类结构，可节省材料，同时满足物理强度、受力稳定性、自平衡性等要求。
2. 点阵夹志结构。点阵夹志结构是一种模拟分子点阵构型而设计出来的含静定/静不定多孔有序微结构的仿生结构。点阵夹芯结构的特点是在优化结构、减轻重量的同时，保证材料具有足够的强度。3. 中空结构。中空结构是外壳为薄壁、内部中空或内部添加简单支柱的结构。这种结构虽然可以减轻重量、节约材料，但需要内部支撑，且支撑有时难以或无法去除。
## 二、打印分析
打印分析指根据 FDM 的工艺特点,对支撑、壁厚、填充密度等打印参数设置及后期处理进行的分析。它凸显了产品制造的细节,同时也影响着产品的质量。
支撑设置分析重点考虑在产品打印前,切片软件中预设的产品摆放位置及产生的支撑,应以打印时产品稳固及产生尽量少的支撑为原则摆放与设置。如图 2-4 ( a ) 所示,几何体模型大的截面朝上放置时,打印需要更多的支撑,如无支撑则将导致打印失败。而图 2-4（b ) 中，几何体模型大的截面朝下放置时，打印无须支撑。
( a )
(b )
图 2-4 几何体模型不同摆放位置设置的打印效果对比
壁厚的设置影响产品的强度和重量,应在满足产品结构稳固安全的前提下，设置合理的壁厚。壁厚不能小于打印机喷嘴的直径,否则会出现打印错误或失败的情况。
填充密度会对产品的强度及打印时间、耗材产生影响。一般情况下，填充密度越大，产品的强度越强，打印时间越长，耗材越多。
因此,选择FDM工艺进行产品打印,应尽量避免悬空设置,减少支撑。除此之外，要考虑壁厚、填充密度对产品质量和打印时间、打印耗材的影响,设置合适的壁厚及填充密度,力求产品设计的最优化
## 多功能手机支架打印分析
支撑设置分析：本产品放置时底面与打印平台贴合，由于中间笔筒设计及手机支架两侧充电线凹槽设计,产生了部分悬空,导致产品内部必须有支撑。采用切片软件默认设置,自动添加支撑。
壁厚设置分析：本产品用来支撑手机或迷你平板电脑,对强度要求不高,通过应力分析,在达到安全系数的情况下,将壁厚设置为 $1 \mathrm{~mm}$,既满足了产品强度的要求,保证了产品安全,又节约了材料。
填充密度设置分析：本产品要便于移动，为使其轻便、耗材少、打印时间短,设置填充密度为 $20 \%$。产品后期处理分析：本产品由于内部有支撑，所以后期需要去除支撑。用铲刀或手去除支撑，用砂纸对表面进行打磨，最终达到产品表面光滑细致的效果。
图2-5为多功能手机支架去除内部支撑前后效果对比，合理设置支撑可减少后期处理成本。
图 2-5 多功能手机支架去除内部支撑前后效果对比
## 设计 \& 操作
设置不同的壁厚、不同的填充密度并打印多功能手机支架模型,列表比较分析它们的重量、支撑情况、打印时间、耗材、光洁度等，选出你认为较合适的一种方案并说明理由。
总之，产品的设计与制造是相辅相成的，设计水平对制造会产生重大影响。没有好的设计，就没有好的制造。在设计时，结构简单的产品可采用一体化设计，对于结构复杂的产品，可先将其进行模块化分解，便于产品打印制造，同时尽量减少支撑，节约打印与后期处理成本。制造者的制造水平会影响制造结果。三维打印技术通过三维打印机快速成型，虽然对制造者的要求不高，但制造者也应掌握基本的打印技巧，避免产品出现戋边、底部收缩、打印件倾斜或错位、丢失层、裂痕等现象。在打印完成后，制造者还需对产品进行去除支撑物、打磨、组装等后期处理，这些操作也考验着制造者的水平。
## 讨论 \& 交流
小明利用三维打印机打印了多功能手机支架，却发现产品有丢失层现象,而且表面不够精细。是什么原因造成了这种现象?请同学们查阅相关资料,讨论并列举可能存在的原因。
## 本章小结
三维打印产品的设计与制造遵循产品设计与制造的一般流程,但还需要考虑设备、材料、工艺、成型特点及成本等多种因素。
在发现与明确问题的基础上,可通过构思方案，编制方案,比较方案,最终形成设计制造方案。构思的方案应包含方案名称、编制人员、产品要求、产品构思等关键要素。编制方案需呈现产品的功能、结构、造型、规格、工艺、材料、制造方式、产品草图等要素。比较方案则需要设计制造者从安全性、规范性、实用性、创新性、稳定性、耏久性等多方面考虑,还要考虑加工难易程度、成本、环保等综合因素，最终确定解决方案。
对三维打印产品的技术分析可从设计分析和打印分析两方面入手。设计分析主要对三维打印产品的结构、造型等进行分析;打印分析以FDM工艺为例,主要对产品的支撑、壁厚、填充密度等打印参数及其后期处理进行分析。
## 本章学习评价表
| $\begin{array}{c}\text { 课程目标/ } \\ \text { 实践项目 }\end{array}$ | 评价指标 | 评价方式 |  |  |
| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |
|  |  | 自评 | 互评 | 师评 |
| $\begin{array}{l}\text { 构思三维打印产 } \\ \text { 品设计制造方案 }\end{array}$ | 根据发现与明确的问题提出产品设计要求 |  |  |  |
|  | 罗列产品特征|  |  |  |
| $\begin{array}{l}\text { 编制三维打印产 } \\ \text { 品设计制造方案 }\end{array}$ | 说明产品功能 |  |  |  |
|  | 说明产品加工方式或制造工艺 |  |  |  |
|  | 列举产品制造条件 |  |  |  |
|  | 说明产品环保信息 |  |  |  |
|  | 绘制产品草图 |  |  |  |
| $\begin{array}{l}\text { 比较三维打印产 } \\ \text { 品设计制造方案 }\end{array}$ | $\begin{array}{l}\text { 从结构、功能、工艺、材料、成本等多个角度比较 } \\ \text { 方案 }\end{array}$ |  |  |  |
|  | 权衡优化方案,最终形成设计制造方案文稿或图样 |  |  |  |
| 设计分析 | 说出设计分析的定义 |  |  |  |
|  | 列举设计分析重点考虑的问题 |  |  |  |
| 打印分析 | 说出打印分析的定义 |  |  |  |
|  | 㕷举打印分析重点考虑的问题 |  |  |  |
等级标准: $\mathrm{A} \longrightarrow$ 优秀,B— 良好,$\mathrm{C} \longrightarrow$ 合格,$\mathrm{D} \longrightarrow$ 待改进
## 第三章三维模型设计
三维模型设计是建立在平面和二维设计的基础上,让设计目标更立体化、形象化的一种新兴设计方法。它能用图形将所要设计的产品直观地展示出来,并能方便地进行修改,使之完善,是创意表达的重要途径。
通过本章的学习,你将了解常用三维设计软件的特点及其功能,初步学会三维数字模型的设计、装配、测试和优化等,并能将三维数字模型转换成二维机械加工图和三维打印机的运行指令文件,逐步培养创新设计和图样表达能力。
## 第 1 节 简单模型设计
第 2 节 模型测试与优化
第 3 节 组合模型设计与切片
## 第 1 节 简单模型设计
## 学习目标
1. 知道三维设计软件界面各按钮的功能。2. 掌握三维设计软件中草图绘制的一般方法,并能将草图转换成三维数字模型。
在一般的三维设计软件中,草图是三维模型的基础,绘制草图是创建模型结构的第一步。在绘制草图的基础上,使用拉伸、旋转、扫掠、放样等草图特征工具,将二维草图形变成三维模型。数学教师张老师为了让学生了解常见的几何体,决定制造几何体模型作为教具,如图 3-1所示。张老师计划利用三维设计与制造技术来制作这些模型。她首先要利用三维设计软件进行模型设计,然后利用三维打印技术将设计方案物化。你知道张老师的这些模型是如何用三维设计软件设计出来的吗?下面,以一款三维设计软件为例，向大家介绍简单模型设计的方法。
图 3-1 几何体模型图
## 一、进入三维设计环境
## （一）启动三维设计软件
启动三维设计软件,打开“新建文件” 对话框,如图 3-2 所示。“新建文件”对话框提供了用于创建文件的各种模板，见表3-1,根据需要选择文件模板即可。例如,新建标准零件文件时,选择“Standard.ipt” 模板,创建零件。
图 3-2“新建文件”对话框
## 表3-1 常用模板
| 图标 | $\square_{\text {Smendordipt }}$ | 用 | Ssandardide | randed $1 \mathrm{mog}$ | $\underset{\text { randerdipn }}{\substack{\text { gan }}}$ | Sheet MetaLipt | Werdmeriam |
| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |
| 类型 | $\begin{array}{l}\text { 标准 } \\ \text { 零件 }\end{array}$ | $\begin{array}{l}\text { 标准 } \\ \text { 部件 }\end{array}$ | $\begin{array}{l}\text { 工程图 } \\ \text { (idw ) }\end{array}$ | $\begin{array}{l}\text { 工程图 } \\ (\mathrm{dwg})\end{array}$ | $\begin{array}{l}\text { 表达 } \\ \text { 视图 }\end{array}$ | $\begin{array}{l}\text { 钣金 } \\ \text { 零件 }\end{array}$ | $\begin{array}{l}\text { 焊接 } \\ \text { 组件 }\end{array}$ |
## （ 二 ）工作界面及其功能
三维设计软件的工作界面包括菜单栏、快速访问工具栏、标题栏、工具栏、浏览器、ViewCube、导航栏、坐标系、状态栏和作图区，如图3-3 所示。
图 3-3 三维设计软件工作界面
(1) 菜单栏：用于新建、保存、打开、导出及打印文件等。
（2）快速访问工具栏: 提供常用的工具,如新建、保存、撤销、恢复等。
（3）标题栏：显示当前操作文件的名称。
(4) 工具栏：按照逻辑关系分类存放各种工具,不同类型的工. 具存放在不同的选项卡中。对于零件、部件、工程图等不同环境,工具栏与选项卡也有所不同。
（5）浏览器：显示特征、零件、部件、工程图等的组织结构层次。对每个工作环境而言,浏览器都是唯一的,并总是显示激活文件的信息。
( 6) ViewCube：用于选择或调整三维模型的观察角度。
（7）导航栏：包含平移、缩放、旋转、观察方向等工具。
( 8 ) 坐标系：显示当前操作状态的坐标范围。
（9）状态栏：提供关于当前正在窗口中编辑的内容状态以及草图状态等信息。
（10）作图区：是用户建立图形的区域，用户完成一张设计图的主要工作都是在作图区中进行的。
## 讨论 \& 交流
你了解三维设计和三维设计软件吗?它们经常应用于哪些领域?请结合一个三维设计软件的应用案例,向同学们介绍一款三维设计软件。
## 二、简单模型设计
## （一 ）使用拉伸特征生成圆柱体
## 1. 绘制草图
（1）进人草图环境。在工具栏“三维模型”选项卡中选择“开始创建二维草图”，选择“XY 平面”作为基准平面创建草图 1。
（2）绘制草图。在“草图”选项卡中选择“圆心圆”，绘制任意直径的圆。在“草图” 选项卡中选择“尺寸”，对草图进行约束,草图如图 3-4所示。草图中尺寸均默认以毫米为单位。
（3）退出草图环境。点击“完成草图”按钮,退出草图环境。
## 2. 拉伸形成实体
在“三维模型”选项卡中选择“拉伸”,在弹出的对话框中选择“截面轮廓”,点击“草图 1”;在“范围” 内选择“距离”,并输人数值 30;点击“确定”,拉伸形成高 $30 \mathrm{~mm}$ 的圆柱体。如图 3-5 所示。
图3-4 绘制草图
图 3-5 拉伸形成圆柱体
## 绘制草图
绘制草图是三维建模的基础,是创建零件的第一步。在创建二维草图时,必须先确定草图所依附的平面，即确定草图坐标系的坐标面。图3-6为绘制草图的工具，其具体说明可参考表3-2。
图3-6 绘制草图工具
## 表3-2 绘制草图工具说明
绘制草图选项
| 槽 | $\begin{array}{l}\longrightarrow \text { 口 } \\ \text { 中心栖中 } \\ \text { 中到中 }\end{array}$ |
| :---: | :---: |
|  | $\circlearrowright \begin{array}{l}\text { 槽 } \\ \text { 整体 }\end{array}$ |
|  | $\begin{aligned} \therefore \text { 中蓸 } \\ \text { 中心点 }\end{aligned}$ |
|  | $\infty \frac{\text { 槽 }}{\text { 三点圆弧 }}$ |
|  | 真心兽挀 |
| 多边形 | 边形 |
| 投影 | 影几何图元 |
|  | 投影切割边 |
|  | 影到三担亘至 |
| 圆角 | 圆角 |
| 倒角 | . |
选项说明
创建由槽中心线、长度及槽宽度定义的线性槽。
创建由方向、长度及宽度定义的线性槽。
创建由中心点、槽圆弧圆心的位置及槽宽度定义的线性槽
创建由三点中心圆弧和槽宽度定义的圆弧槽。
创建由中心点、两点中心圆弧及槽宽度定义的圆弧槽。
创建最多可含 120 条边的多边形。
将现有对象中的边、顶点、定位特征、回路和曲线投影到当前草图平面上。
将与激活草图平面相交的模型边投影到草图中
将几何图元从激活的二维草图投影到选定面。
在拐角或两条线的交点处放置指定半径的圆弧
在任意两条非平行直线的交点处放置一个倒角
## 拉伸
拉伸是为绘制的二维草图添加深度,拉伸特征效果如图3-7所示。草图截面轮廓必须是封闭的，才能创建实体。
图 3-7 拉伸特征效果
## （二 ）使用旋转特征生成圆锥体
## 1. 绘制草图
（1）进人草图环境。在“三维模型” 选项卡中选择“开始创建
图 3-8 绘制草图
二维草图”，选择“YZ平面”作为基准平面创建草图 1。
（2）绘制草图。在“草图” 选项卡中选择“直线”,绘制直角三角形。在“草图” 选项卡中选择“尺寸”,对草图进行约束,草图如图3-8所示。
（3）退出草图环境。点击“完成草图”按钮，退出草图环境。
## 2. 旋转形成实体
在“三维模型”选项卡中选择“旋转”，在弹出的对话框中选择“截面轮廓”，点击“草图 1”；选择“旋转轴”，点击直角三角形中的长直角边；点击“确定”,旋转形成圆雉体。如图 3-9所示。
图 3-9 旋转形成圆锥体
## 拓展阅读
旋转
旋转是通过绕轴旋转一个或多个草图截面轮
廓来创建特征或实体，旋转特征效果如图3-10
所示。可以将截面轮廓旋转任意角度（最大360度）。旋转轴可以是截面轮廓的一部分，也可
以在偏离截面轮廓的位置。截面轮廓和旋转轴
必须共面。
图 3-10 旋转特征效果
## （三）使用放样特征生成圆台
## 1. 绘制草图
（1）进人草图环境。在“三维模型” 选项卡中选择“开始创建二维草图”,选择“XY平面” 作为基准平面创建草图 1。
（2）绘制草图 1。在“草图”选项卡中选择“圆心圆”,以坐标原点为圆心，绘制任意直径的圆。在“草图”选项卡中选择“尺寸”,对草图 1 进行约束,草图 1 如图 3-11 所示。
图3-11 绘制草图 1
图3-12 创建新的工作平面
（3）退出草图环境。点击“完成草图”按钮，退出草图环境。
（4）创建新的工作平面。在“三维模型”选项卡中点击“平面”下方的下拉箭头，选择“从平面偏移”，打开浏览器的“原始坐标系”,选择“XY平面”,输人数值 $30 \mathrm{~mm}$,即产生了一个距离 $\mathrm{XY}$ 平面 $30 \mathrm{~mm}$ 的工作平面 1,如图 3-12 所示。
（5）进人草图环境。点击工作平面 1,选择“创建草图”，进人新的草图环境,如图 3-13 所示。
（6）绘制草图2。在“草图”选项卡中选择“圆心圆”,以坐标原点为圆心，绘制任意直径的圆。在“草图” 选项卡中选择“尺寸”,对草图 2进行约束,草图 2如图 3-14所示。
（7）退出草图环境。点击“完成草图”按钮,退出草图环境。
图 3-13 进人新的草图环境
图 3-14 绘制草图2
## 2. 放样形成实体
在“三维模型” 选项卡中选择“放样”,在弹出的对话框中选择“截面”，点击“草图 1”;继续选择“截面”,点击“草图 2”。点击“确定”，放样形成圆台。如图 3-15 所示。
图 3-15 放样形成圆台
## 讨论 \& 交流
开始着手建模之前，对模型的形状结构进行细致的分析很重要。有些模型可以使用不同的特征生成三维立体结构,请举例并说明某一模型结构可以分别使用哪此特征来生成。
## 拓展阅读
放样
放样是在两个或更多草图之间创建过渡形状,放样特征效果如图 3-16所示。
图3-16 放样特征效果
## （四）使用扫掠特征生成内六角扳手
## 1. 绘制草图
（1）进人草图环境。在“三维模型” 选项卡中选择“开始创建二维草图”，选择“XY平面” 作为基准平面创建草图 1。
（2）绘制草图 1。在“草图” 选项卡中选择“多边形”,过原点绘制一个正六边形。在“草图” 选项卡中选择“尺寸”,对草图 1 进行约束，草图 1如图 3-17所示。
图3-17 绘制草图 1
（3）退出草图环境。点击“完成草图” 按钮，退出草图环境。
（4）进人草图环境。在“三维模型” 选项卡中选择“开始创建二维草图”，选择“XZ平面” 作为基准平面创建草图 2。
( 5 ）绘制草图 2。在草图选项卡中选择“直线”,绘制如图 3-18 所示的草图 2。
图3-18 绘制草图 2 （6）退出草图环境。点击“完成草图”按钮，退出草图环境。
## 2. 扫掠形成实体
在“三维模型” 选项卡中选择“扫掠”。在弹出的对话框中选择“截面轮廓”，点击“草图 1”；选择“路径”，点击“草图2”。点击“确定”，扫掠形成实体。如图 3-19所示。
图 3-19 扫掠形成内六角扳手
## 拓展阅读
扫掠
扫掠是沿选定路径扫掠一个或多个草图截面轮廓,扫掠特征效果如图 3-20 所示。路径可以是开放回路,也可以是封闭回路,但是必须穿透截面轮廓平面。
图 3-20 扫掠特征效果
## 讨论 \& 交流
观察如图3-21 所示的常见生活用品,说说它们可以用什么特征来生成三维数字模型,并试着在纸上画出它们的草图。
图 3-21 常见生活用品
## 设计 \& 操作
如图 3-22 所示是一块 U形磁铁，请根据U形磁铁的形状特征，在三维设计软件中生成三维模型，尺寸可查阅参考相关资料。
图 3-22 U形磁铁
## 第 2 节 模型测试与优化
## 学习目标
1. 学会将设计方案转换成三维数字模型。2. 学会对三维数字模型进行测试和优化。3. 学会将三维数字模型转换成二维机械加工图。
三维设计软件不仅可以进行三维模型建构,还可以进行应力分析。通过应力分析,设计者能够在设计阶段就知道所设计零件的材料和形状是否能够满足应力要求。此外，三维设计软件还可以把三维数字模型转换成二维机械加工图,从而便于设计者进行工艺的选择和加工。
第二章中小明构思的多功能手机支架设计制造方案最终能否实现?能否通过方案测试和优化，让支架既能满足设计要求又能节约制造成本?让我们一起根据如图 3-23 所示的草图，帮助小明实现他的心愿。
图 3-23 多功能手机支架草图
## 一、模型分析
## （一）结构组成
根据草图分析,多功能手机支架主要包含四个功能部分：支架主体、笔筒内腔、挡板和充电线凹槽。
## （二）结构分析
（1）支架主体: 前后对称,前后方向上各截面的轮廓一致。绘制草图时，应充分考虑支架各部分的尺寸。
(2) 笔筒内腔：应充分考虑所需放置笔的数量和长度。
(3) 挡板：左右各一块,不宜过高而遮挡手机或迷你平板电脑的屏幕。
（4）充电线凹槽: 左右各一个,位置要合适,方便插、拔充电线,大小应能满足市面上大部分常见手机或迷你平板电脑充电线的要求。
## 二、模型建构
## （一）生成支架王体
新建一个标准零件文件,在二维草图环境中,绘制如图 3-24所示草图 1。
图 3-24 绘制草图 1
选择“拉伸”,将草图 1拉伸 $65 \mathrm{~mm}$,形成支架主体,如图 3-25 所示。
图 3-25 完成支架主体创建
## 讨论 \& 交流
如上页图3-24 所示,多功能手机支架的侧面倾斜角度是 65 度，这个角度是否合理?在什么情况下需要调整该倾斜角度？应该怎么调整？
## (二) 生成笔筒内腔
在支架主体的上表面生成新的二维草图环境,在二维草图环境中绘制草图 2，草图 2 的4条边与上表面相应的棱间的距离均为 $3.5 \mathrm{~mm}$。如图 3-26 所示。
图3-26 绘制草图 2
选择“拉伸”，利用布尔运算“求差”，将草图 2 拉伸 $60 \mathrm{~mm}$,形成笔筒内腔，如图 3-27所示。
图 3-27 完成笔筒内腔创建
## （三）生成挡板
在支架主体前表面生成新的二维草图环境,在二维草图环境中绘制如图 3-28 所示草图 3。
图 3-28 绘制草图 3
选择“拉伸”，将草图 3拉伸 $65 \mathrm{~mm}$,形成挡板，如图 3-29 所示。
图 3-29 完成挡板创建
## （四 ）生成充电线凹槽
在支架主体前、后表面的正中间创建一个与前后表面平行的新工作平面,并在该平面生成新的二维草图环境,如图 3-30所示。
图3-30 创建新的工作平面及二维草图环境在二维草图环境中,单击鼠标右键,选择“切片观察”,绘制如图 3-31 所示草图 4。
图 3-31 绘制草图4
选择“拉伸”，利用布尔运算“求差”，在“范围”处选择“对称”,将草图 4 拉伸 $16 \mathrm{~mm}$,形成充电线凹槽,如图 3-32 所示。
图3-32 完成充电线凹槽创建
## （五）去除内填充
选择“抽壳”,去除支架主体的内填充,形成厚度为 $2 \mathrm{~mm}$ 的支架主体空腔，如图 3-33 所示。
图 3-33 去除支架主体的内填充
## 拓展阅读
抽壳
抽壳指从零件内部去除材料,创建一个具有指定厚度的空腔，抽壳命令效果如图3-34所示。可以选择要删除的面以创建开口，清除链选面选项以允许选择单个相切的面。
## 讨论 \& 交流
在多功能手机支架的设计中,去除内填充的目的是什么?内填充值是否越低越好?它会对产品哪些方面产生影响?
## 设计 \& 操作
生活中的手机支架造型多样，如图3-35所示。请自主设计一个个性化手机支架，它的个性化既可以体现在外观上，也可以体现在功能上。
图 3-35 造型各异的手机支架
## 三、应力分析
## （一）进入应力分析环境
在零件环境下，单击“环境”选项卡“开始”面板上的“应力分析”按钮，进人应力分析环境。
单击“应力分析” 选项卡“管理” 面板上的“创建分析”，打开“新建分析” 对话框，指定名称，单击“确定” 按钮，激活应力分析命令。
## （二）创建边界条件
指定材料。单击“应力分析”选项卡“材料”面板上的“指定” 按钮，打开“指定材料”对话框。点击“替代材料”，选择“ABS 塑料”。
固定约束。单击“应力分析”选项卡“约束”面板上的“固定约束”，打开“固定约束”对话框。单击“位置”，选择手机支架底面作为固定面。如图 3-36所示。
添加力。单击“应力分析” 选项卡“载荷” 面板上的“力”按钮，打开“力”对话框。单击“位置”,选择支撑部分的侧面,单击“大小”,输人数值 $10 \mathrm{~N}$,为支撑部分的侧面添加 $10 \mathrm{~N}$ 的力,如图 3-37所示。用同样的方法,在另一侧添加同样大小、垂直于侧面向下的力;再用同样的方法,为支撑凹槽处的充电线凹槽两侧各添加 $5 \mathrm{~N}$ 的力。
图3-36 添加固定约束
图3-37 添加力
## （三）查看应力分析结果
运行分析。单击“应力分析” 选项卡“求解” 面板上的“分析” 按钮，打开“分析” 对话框，点击“运行” 开始进人分析。
查看分析结果。应力分析结果如图3-38所示,由于目前状态下,支架的安全系数最小值大于等于 15,所以图中末出现颜色变化的区域。同时,还可以在“应力分析” 浏览器中的“结果” 目录下查看其他分析结果。
图3-38 应力分析结果 1
## 拓展阅读
## 应力分析
应力分析计算的应力结果有等效应力、最大
主应力、最小主应力等。对用户来说，应力分析
结果中一个重要的量是“安全系数”。三维设计
软件应力分析的安全系数是基于计算的等效应力
结果和已知的材料屈服强度计算出来的。在一个结构中，材料在高应力区，其安全系数就低，在
低应力区，安全系数就高。当等效应力等于材料
的屈服强度时，安全系数等于1，材料在该处就
会发生屈服，结构就会失效。在工程设计中，最
小安全系数的值一般要求为1.5 ~ 5。
## 讨论 \& 交流
优化是设计中的一个重要环节,借助三维设计软件应力分析提供的参数变化功能,可以帮助设计者进行决策,从而实现设计优化。在保证设计零件符合产品安全要求、满足产品功能之外,也需要考虑成本等其他因素。请同学们思考,在满足产品安全要求的条件下,还可以对手机支架进行哪些优化。
## 四、模型优化
## ( 一) 优化参数
降低手机支架的内部填充率,将外壳厚度由原来的 $2 \mathrm{~mm}$ 改为 $1 \mathrm{~mm}$。
## （二）运行分析并查看分析结果
保持原有边界条件不变,运行分析,应力分析结果如图 3-39 所示。此时,支架的安全系数最小值为 6.84,图中出现了颜色变化的区域。
图 3-39 应力分析结果 2
## 设计 \& 操作
经过分析我们发现,外壳厚度为 $1 \mathrm{~mm}$ 时,支架的安全系数最小值为 6.84,仍能满足产品安全要求。请同学们设计一个方案,测试并分析当手机支架在承受多大重量的物体时,支架零件会失效（最小安全系数接近 1 )。
## 案例
## 港珠澳大桥建设中三维建模的应用
港珠澳大桥 ( 图 3-40) 是连接香港、珠海和澳门的超大型跨海通道,横跨珠江口伶仃洋海域,全长约 $55 \mathrm{~km}$。
图 3-40 港珠澳大桥
由于地质结构复杂、施工环境恶劣、地层与高抗震设防标准存在着巨大差距,桥梁从开工建设到完工通车,一路面临着种种超乎想象的困难与挑战。
团队利用三维建模技术制作了所有桥梁、隧道和人工岛屿的模型，如图 3-41所示,很好地展示了如何利用参数化技术解决复杂桥梁设计中的技术问题。同时,三维模型直观的显示效果让团队间沟通效率有所提升。
图 3-41 港珠澳大桥设计效果图
## 五、二维机械加工图生成
新建一个工程图文件,进人工程图环境。单击“放置视图” 选项卡“创建” 面板上的“基础视图” 按钮,打开“工程视图” 对话框,在对话框中选择需要创建视图的“多功能手机支架” 零件。在“工程视图” 对话框中,分别设置视图的方向、缩放比例、样式,如图 3-42 所示。
图 3-42 创建基础视图
创建好的基础视图如图 3-43 所示。
图 3-43 多功能手机支架基础视图
在“标注” 中选择“尺寸”,依次标注零件各个方向上的尺寸。标注好尺寸的二维机械加工图如图 3-44 所示。
图 3-44 标注多功能手机支架基础视图尺寸
## 拓展阅读
## 工程图
工程图由一张或多张图样构成，每张图样包
含一个或多个二维工程视图和标注。在实际生产
中，二维工程图依然是表达零件信息的一种重要
方式。创建完视图后，需要对工程图进行尺寸标注。它关系到零件的加工、检验和使用各个环
节。工程视图中的尺寸标注是与模型中的尺寸相
关联的，模型尺寸的改变会导致工程图中尺寸的
改变。
## 思考 \& 展评
请根据你的手机尺寸和功能需求,思考并完善该多功能手机支架模型,并对模型进行测试,生成模型的二维机械加工图。再根据表3-3,对模型进行评价。
## 表3-3 多功能手机支架模型评价表
| 评价项目 | 评价指标 | 评价方式 |  |  |
| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |
|  |  | 自评 | 互评 | 师评 － |
| 模型设计 | 符合设计要求 |  |  |  |
|  | 造型美观，便于使用 |  |  |  |
| 测试优化 | 测试方案合理 |  |  |  |
|  | 环保,安全性强 |  |  |  |
| $\begin{array}{c}\text { 二维机械 } \\ \text { 加工图 }\end{array}$ | 视图完整 |  |  |  |
|  | 尺寸标注准确 |  |  |  |
等级标准: $\mathrm{A} \longrightarrow$ 优秀,B—一良好,$\mathrm{C} \longrightarrow$ 合格,$\mathrm{D} \longrightarrow$ 待改进
## 思考＆练习
请用本节学习的三维模型建构的方法,设计一个马克杯。并用三维模型测试和优化的方法,测试马克杯的安全性并对其进行优化。
## 第 3 节 组合模型设计与切片
## 学习目标
1. 学会对三维数字模型进行渲染。2. 学会设计简单组合结构的三维数字模型,并对设计好的三维数字模型进行装配。3. 理解切片软件的主要参数,学会使用切片软件对所设计的三维数字模型进行切片，并转换成打印机的运行指令文件。
三维设计软件不仅可以完成零件的建模,还可以在部件中完成零件的组装,使静态的零件运动起来。
图 3-45 玩具
玩具 ( 图 3-45) 在我们生活中随处可见，给人们带来了很多乐趣。在各种玩具中,有一类舞动的玩具 ( 图3-46)，例如,通过摇动手柄就可以使其鼻尖的球上下跳动的海狮，自由旋转的芭蕾舞者等。通过观察我们可以发现，舞动的玩具是由多个不同零件组成的，不同玩具的运动方式也不一样，有上下运动、旋转运动、左右运动等。各个零件是如何装配在一起实现这些不同运动的呢?接下来,让我们一起探索并设计一个舞动的玩具吧。
图 3-46 舞动的玩具
## 常见的传动机构
生活中很多物品都使用了传动机构,如脚踏缝㧅机、自行车、搅拌机等。通过传动机构,可以根据需求,改变动力所提供的运动方式、方向或速度。常用机械传动方式有齿轮传动、带传动、链传动和凸轮机构传动等。
齿轮传动（图 3-47) 由分别安装在主动轴及从动轴上的两个齿轮相互齿合而成,可以实现回转运动和直线运动之间的转换,是机械传动中应用最为广泛的一种传动方式。
图3-47 齿轮传动
带传动(图3-48),一般由主动轮、从动轮和传动带组成,利用张紧在带轮上的传动带进行运动或者动力传递。根据工作原理的不同,可分为摩擦带传动和啮合带传动两类。
图 3-48 带传动链传动（图 3-49) 由主动链轮、链条和从动闭合链轮组成,工作时主动链轮的齿与链条的链节相啮合,带动与链条相啮合的从动链轮来传递运动和动力。
图3-49 链传动
凸轮机构（图3-50）一般由凸轮、从动件和机架组成。凸轮一般为主动件,通过凸轮的回转运动或往复直线运动带动从动件连续或间歇地摆动或移动。
图 3-50 凸轮机构传动
## 一、组合模型分析
假设要制作由手摇杆控制两个舞者上下运动的双人舞玩具,在进行三维建模前,我们需要对其进行结构分析,并完成主要零件的草图绘制。
首先,我们可以选择通过凸轮机构传动的方式实现舞者的上下运动，需要使用支架、手摇杆、两个凸轮、两个舞者及舞者的支撑件等零件,如图 3-51 所示。
然后需要对零件进行草图绘制。以主零件支架为例，在设计时,应该考虑到它的形状和尺寸是否都能与其他零件进行合理装配。图 3-52就是一个简易支架的草图设计,既包含了零件的主要尺寸,也在结构上留出了与手摇杆和舞者连接的圆孔。
最后，使用三维设计软件完成各个零件模型的设计。
图 3-51 双人舞玩具组成零件
图3-52 支架草图
## 讨论 \& 交流
1. 从打印的角度来看,图 3-53、图 3-54所示的两个不同造型的支架,哪个造型的支架更容易打印?为什么?
图 3-53 支架造型 1
图 3-54 支架造型 2 2. 如图 3-55 所示,如果要实现摇动手摇杆时京剧花旦水平移动的效果,可以使用什么传动机构?需要哪些零件?
图 3-55 移动的花旦
## 二、模型渲染
三维模型的渲染是对模型的美化,可根据具体软件功能和需求,为模型设置相应的外观、材质、光照以及场景等。
以支架为例,在材料浏览器和外观浏览器里选择“ABS 塑料” 和“黄色”，对支架进行渲染，如图 3-56所示。也可根据喜好，选择自己喜欢的外观。
图 3-56 支架渲染
## 三、模型装配
在三维设计软件中,可以模拟完成多个零部件的装配,提前检验模型安装效果。装配过程中一般需确定一个主要的基准零件,将其固定，然后对其他零部件按照由内到外的原则依次进行位置或者运动方式的约束。
## （一）装配支架与手摇杆
新建标准部件,如图 3-57所示,并保存。在创建的部件中,将支架、手摇杆、舞者和凸轮等都放置进来,并在浏览器里右击“支架” 零件，选择“固定”，将支架固定，作为基准零件，如图 3-58 所示。
图 3-57 创建部件
图 3-58 固定基准零件
使用约束,选择“配合约束”,如图 3-59所示,“选择1”为手摇杆表面,“选择 2” 为支架表面,两个面配合偏移量为 $10 \mathrm{~mm}$。再次选择“配合约束”,“选择 1” 为手摇杆轴线,“选择 2 ” 为支架孔轴线,偏移量为 $0 \mathrm{~mm}$,完成支架与手摇杆的装配。
图 3-59 手摇杆与支架约束
## 拓展阅读
## 配合约束
配合约束是将选定的零部件面对面放置或者使其表面齐平，约束效果如图 3-60所示。选择对象通常是一个零部件面,但也可以选择曲线、平面、边或点。
图 3-60 配合约束效果
## （二）装配凸轮
同样使用配合约束的方式完成两个凸轮与手摇杆的装配，如图 3-61 所示。
图 3-61 凸轮与手摇杆约束
使用偏移量为 $25 \mathrm{~mm}$ 的配合约束完成凸轮与支架两侧的位置约束，如图 3-62所示。
图 3-62 凸轮与支架约束
使用约束中的“运动”,如图 3-63 所示,“选择 1” 为手摇杆的轴线,“选择 2 ” 为凸轮孔的轴线,传动比为 $1.000 \mathrm{ul}$,实现两个凸轮与手摇杆的同步运动。
图 3-63 凸轮与手摇杆运动约束
## 讨论 \& 交流
如果使用运动约束制作时钟,分针和秒针的传动比是多少?
## 拓展阅读
## 运动约束
运动约束主要是指两个转动零件之间的运动关系,通常用于轴承、齿轮和带轮,约束效果如图 3-64 所示。
图 3-64 运动约束效果
## （三）装配舞者
使用配合约束，完成两个舞者与支架的装配，如图 3-65 所示。再使用插人约束，如图 3-66所示，完成舞者与支撑件装配,“选择 1 ”为舞者零件的底面,“选择 2”为支撑件中孔的下表面。
图 3-65 舞者与支架约束
图 3-66 舞者与支撑件约束插入约束是将平面配合和轴配合作为单个约束放置在选定的圆柱面或边之间,约束效果如图 3-67 所示。
图 3-67 插人约束效果
## （四）装配支撑与凸轮
使用相切约束,“选择 1”为支撑零件的底面,“选择 2 ”为凸轮的曲面,求解方式为“外边框”，完成支撑与凸轮的装配。
## 拓展阅读
## 相切约束
相切约束用于定位面、平面、圆柱面、球面、圆锥面和规则的样条曲线,使它们相切,约束效果如图 3-68 所示。相切约束将删除一个线性平动自由度。圆柱与平面相切时,它将删除一个线性自由度和一个转动自由度。
图3-68 相切约束效果角度约束能够控制边或平面之间的角度,约束效果如图 3-69所示。
图 3-69 角度约束效果
## 对称约束
对称约束指根据平面或平整面对称地放置两个对象,约束效果如图3-70所示。
图 3-70 对称约束效果
## (五) 检查装配结果
摇动手摇杆观察运动效果,并选中所有零件,查看有无干涉,如图 3-71 所示。
图 3-71 干涉检查尝试自主设计一个舞动的玩具,玩具的运动方式、造型等可以多种多样,如图 3-72所示。请根据你的设计,填写表 3-4,并完成各零件的模型设计与组装。
图 3-72 不同的舞动的玩具
## 表3-4 舞动的玩具设计表
舞动的玩具设计表
作品名称
功能描述
传动方式
草图绘制
(可附纸)
其他
## 四、模型切片
三维打印机是如何控制模型的打印层数、打印时间和打印路径的呢?其中，需要经过“模型切片” 这一重要环节，计算形成一个打印文件，以片层的方式来描述模型，这个打印文件会精确地定义后续三维打印机工作时每一层模型的具体打印进程。
模型切片环节需要通过切片软件来完成。切片软件将三维模型细分为可以打印的薄度,然后计算其打印路径,也就是计算三维打印机喷头的运动路径。模型切片后,将得到的文件导人三维打印机,可以控制打印机根据切片软件预先设定好的参数、路径来进行工作。接下来,将以支架模型为例完成切片。
## （一）生成 STL文件
点击左上角应用程序菜单中的“导出”,选择“CAD格式”,如图 3-73所示。在弹出的文件对话框中,点击保存类型下拉窗口,在其中勾选“STL文件”,勾选后可以根据需要更改文件名,如图 3-74 所示。点击“选项”,可更改单位等参数,如图 3-75 所示。最后,点击“保存”。
图 3-73 以 CAD格式导出文件
图 3-74 生成 STL文件
图3-75 更改单位等参数
## （二）切片参数的调节
目前，市面上的FDM桌面级三维打印机厂商都会提供配套的三维切片软件,以匹配其三维打印机的性能特点。不同品牌、不同型号的三维打印机通常会对应不同的切片软件,但切片过程具有共性。本书以一款开源切片软件为例说明切片过程。
## 1. 认识切片软件
(1) 界面: 打开切片软件后,标准模式面板如图 3-76所示,左侧是参数配置面板，右侧是模型显示区域。
图 3-76 切片软件界面
(2) 参数配置面板: 在打印模型时,需要设置一些相关参数,这些参数都跟模型的打印效果息息相关,参数设置在切片软件的参数配置面板中完成,如图 3-77所示。
图 3-77 切片参数设置
## 2. 切片设置
图 3-78 读取模型文件
（1）导人文件。点击“文件”,选择“读取模型文件”,将 STL文件导人进来，如图3-78 所示。
(2) 调整模型位置和大小。使用旋转工具、缩放工具和镜像/垂直翻转工具,将模型调整到合适的切片位置以及大小,如图 3-79所示。
（3）设置基础配置。对于支架模型来说，为了缩减打印时间,可以将打印层厚设置为 $0.2 \mathrm{~mm}$;由于硬度要求不高,可以将底层/ 顶层厚度设置为 $0.6 \mathrm{~mm}$，填充密度设置为 $20 \%$；从结构上看,打印不需要支撑，支撑类型选择“None”;底部面积较大,为了避免打印时产生逎边,可以加个底,粘附平台选择“Brim”。如图 3-80所示。
图 3-79 调整模型位置和大小
图 3-80 设置基础配置
## 支撑类型与粘附平台
支撑类型：在支撑类型设置中，可以选择
在哪些地方打印模型的支撑。可以选择不要支
撑（“None”选项），也可以只在需要的地方打印
支撑（“Touching buildplate”选项），还可以选择
在任何悬空状态下都打印支撑（“Everywhere”
选项）。粘附平台：开启这个选项后，三维打印机会在打印的模型下面打印一层底座，用来保证模型
牢牢地粘附在板子上。这一功能可以在一定程度
上防止模型底面翘边。“Brim”选项会使打印对
象在第一层打印时向外围延伸，以扩大接触面，增
强附着力。“Raft”选项则是指在打印模型之前，额外再打印一片面积比模型底面更大的平板，来
增大打印对象底部与打印平台的接触面积。
## （三）生成打印文件
参数设置完成后，点击软件左上角的“文件”，在下方选择“保
存Gcode”，生成打印文件。
## 设计 \& 操作
请根据你自主设计的舞动的玩具中各零件的特征,思考适合它们的打印参数,并将它们打印出来进行组装。
## 思考 \& 展评
请根据表3-5，对你自主设计的舞动玩具模型进行评价。
## 表3-5舞动的玩具模型评价表
|  |  | 评价方式 |  |  |
| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |
| 评价项目 | 评价指标 | 自评 | 互评 | 师评 |
| 产品设计 | 具有创新性 |  |  |  |
| 模型渲染 | 造型美观 |  |  |  |
|  | 装配完整 |  |  |  |
| 组装检测 | 运动方式合理 |  |  |  |
|  | 切片参数设置合理 |  |  |  |
| 切片打印 |  |  |  |  |
等级标准: $\mathrm{A} \longrightarrow$ 优秀,B—良好,C—合格,D—待改进
## 思考＆练习
请用本节学习的三维模型装配和切片的方法,设计一款手脚可活动的机器人玩具,并使用三维打印机完成模型打印。
## 本章小结
人类社会及自然界中存在的东西几乎都可以用三维模型表示。人们获取三维模型的途径和方法有很多,最常用的是利用三维设计软件进行三维模型设计。目前,市场上三维设计软件的种类很多,它们的共同特点是利用一些基本的几何元素,如长方体、球体等,通过一系列操作,如平移、旋转、拉伸以及布尔运算等,来构建复杂的几何场景。
三维设计软件的建模通常从草图开始,对草图添加特征生成实体,并细化完成零件设计,然后将多个零件装配成一个部件,最后输出工程视图。三维设计软件还能对零件进行应力分析,使设计者能够在设计的阶段就知道所设计的零件的材料和形状是否能够满足应力要求,变形是否在允许范围内等,从而达到改进和优化零件的目标。
根据零件三维数字模型进行加工制造的方法很多,可以将三维数字模型转换成二维机械加工图,进行工艺的选择和加工,还可以将设计好的三维数字模型转换成三维数据STL文件,在切片软件中进行各项参数设置,并将其转化成打印机的运行指令文件，输入三维打印机进行产品制造。
## 本章学习评价表
| 评价项目 | 评价指标 | 评价方式 |  |  |
| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |
|  |  | 自评 | 互评 | 师评|
| 简单模型设计 | 知道三维设计软件界面各按钮的功能与应用 |  |  |  |
|  | 正确绘制二维草图 |  |  |  |
|  | $\begin{array}{l}\text { 运用拉伸、旋转、放样和扫掠特征将二维草图转换成三 } \\ \text { 维数字模型 }\end{array}$ |  |  |  |
| $\begin{array}{l}\text { 模型测试与 } \\ \quad \text { 优化 }\end{array}$ | $\begin{array}{l}\text { 从功能、外形和尺寸等角度对产品进行规划设计,并将 } \\ \text { 设计方案转换成三维数字模型 }\end{array}$ |  |  |  |
|  | 合理创建边界条件,并对三维数字模型进行应力分析 |  |  |  |
|  | 从安全、环保等角度对三维数字模型进行测试和优化 |  |  |  |
|  | $\begin{array}{l}\text { 将三维数字模型转换成二维机械加工图,并正确标注 } \\ \text { 尺寸 }\end{array}$ |  |  |  |
| $\begin{array}{c}\text { 组合模型设计 } \\ \text { 及切片 }\end{array}$ | $\begin{array}{l}\text { 对组合模型的零件组成、造型设计等方面进行结构分析,} \\ \text { 并绘制草图 }\end{array}$ |  |  |  |
|  | 使用三维设计软件渲染美观的三维数字模型 |  |  |  |
|  | 使用三维设计软件完整地装配组合模型 |  |  |  |
|  | 检测组合模型装配的完整性和运动方式的合理性等 |  |  |  |
|  | 说出切片的主要参数及其作用 |  |  |  |
|  | $\begin{array}{l}\text { 使用切片软件合理设定切片的主要参数,并输出打印 } \\ \text { 文件 }\end{array}$ |  |  |  |
|  | 对打印模型进行后期处理,并完成实物组装 |  |  |  |
等级标准: $\mathrm{A}-$ 优秀,B— 良好,$\mathrm{C}-$ 合格,$\mathrm{D} \longrightarrow$ 待改进
## 第四章三维打印技术应用
通过前面的学习,我们已经掌握了三维打印产品设计和打印的一般过程,体会到合理的技术分析能够提高三维打印产品的质量,现在可以应用三维打印技术来实现你自己的设计,解决生活中的实际需求了。生活中遇到的问题往往都不是单一问题,而是综合项目,需要用工程思维进行整体考虑、综合判断。工程思维是以系统分析和比较权衡为核心的一种筹划性思维。
本章将带领大家通过对一系列真实情境中可能发生的案例进行设计和制造,体验三维打印技术特有的加工功能,利用三维打印技术解决实际问题,逐步形成工程思维、创新技术能力和物化能力。
## 第 1 节 组合结构的产品制造 第 2 三节 三维扫描与打印
## 第 1 节 组合结构的产品制造
## 学习目标
1. 初步学会设计并制作一个实用且具有简单组合结构的产品。2. 学会对三维打印的产品进行后期处理、模型组装与功能测试。3. 学会对三维打印的产品进行改进。
三维打印技术具有一体成型的加工特点,但在三维打印产品的设计过程中,我们却常常遇到具有简单组合结构、甚至是嵌套结构的产品。在使用三维打印技术对创意进行实体化的过程中,针对不同的产品特点与功能需求,需要不断权衡与优化设计方案。“如何将打印对象在打印平台的坐标轴中进行放置?"“如何优化打印效果?” 都是我们需要考虑的问题。本节我们将通过实例来讲解两个实用且具有简单组合结构的产品的设计与打印。
哨子是体育课上常用的用品,可以传达体育教师的指令。可是,最近某班体育教师对新购置的哨子却不太满意，觉得它吹出的声音过于刺耳。
当你们准备开始一局棋类游戏时,却发现丟失了一颗重要的棋子。
学习时,缺少一款舒适满意的阅读灯。
在节日里想要为家人、朋友送上一份独一无二的礼物。
在生活中,遇到各种各样的需求或问题 (图4-1) 时,你们能否运用所学的三维打印技术，探索解决方案呢?
图4-1 生活中各种场景需求
## 一、简单组合结构产品设计与打印
简单组合结构的产品是指由两个以上独立构件组合而成的产品。下面将以带有振动弹子的哨子为例,设计并打印一款音质合适的哨子。
## （一）哨子的结构分析
哨子的音质主要取决于声音的音量和音高,即哨声响度的大小和哨声音调的高低。在设计一个音质合适的哨子前,首先需要了解哨子的基本结构与发声原理。但哨子种类多样、用途广泛,其设计构造也各不相同。设计三维模型时,可以挑选一个满足基本功能的哨子作为参照,我们选择最常见的带振动弹子的哨子 (图4-2) 作为建模参照。这
图4-2 带振动弹子的哨子款哨子的结构主要分为外壳和内部弹子两个部分。外壳部分为壳体结构,含有一个共鸣腔,并设有“进气口” (哨子嘴）和“出气口” 两处开口。
## 拓展阅读
哨子的种类多样，发出的声响各有不同，用
途也很广泛，有的用于演奏音乐，有的用于发出
信号，有的则是玩具。在不同的划分标准下，哨
子的种类也不同：按哨子有无核可分为有核哨、无核哨，按哨音所包含的单音数目可分为单音
哨、双音哨和三音哨，按哨子的制作材料可分为
金属哨、塑料哨和胶木哨，等等。还可以按哨子
的样式等分类。哨子的发声与气流的流动有着密切的关系。气流按照哨子的内部形状进行流动，从而使空气振动，发出声音。即哨子的发声原理为气流高速
地从一个比较窄的缝隙中流过，造成空气振动，从而发出声音。哨子嘴是进气口，主要作用是让气流进入，引起哨子内空气的振动。哨子发出声响时，受到
挤压的空气会通过出气口流出。影响哨子音质的因素包括哨子的材质、哨孔
的大小及位置、哨腔内径等多方面，设计时应考
虑使用质密耐用的材料，同时考虑到哨孔设计的
合理性。
## 讨论 \& 交流
请你观察实物,收集更多相关资料,在设计之前尽可能多地了解捎子的结构和发声原理。根据你的观察和收集到的资料,针对影响哨子发声的因素提出合理的猜想和假设。
## （二）哨子的三维模型设计
## 案例
## 带振动弹子的哨子的三维模型设计
以图 4-2中带振动弹子的哨子为例,可以将模型分为内外两部分单独设计。外部结构为具有一定的流线型特征且对称的壳体结构,通过这些特征可以确定在三维设计软件中使用“草图绘制”“抽壳特征”“镜像特征” 等关键建模方法。内部结构为一个简单的球形弹子,与外部结构组合后可得到一个完整的哨子模型。具体绘制流程和建模要点可参照以下建模步骤及图 4-3。
建模步骤:
（1）绘制二维草图: 在二维平面上绘制出壳体的大致形状。
(2) 拉伸草图: 拉伸,将二维草图拉伸至半个壳体的高度。
(3 ) 抽壳特征: 从模型顶面进行抽壳。
(4) 添加进气口。
( 5 ) 添加出气口。
(6) 倒角特征: 给出气口添加倒斜角和倒圆角特征。
(7) 倒角特征: 给模型底面的边缘添加倒斜角特征。
(8) 镜像特征: 将半个壳体模型进行镜像复制。
(9) 在壳体内部放入弹子。
(10） 将模型拼合为一个完整的哨子。
(11) 为哨子添加挂环等细节。
图4-3 哨子三维模型建模步骤
## 思考 \& 练习
回顾哨子的建模过程，你认为还可以通过其他的建模方式绘制此类哨子模型吗?在你的哨子的三维模型设计中，有哪些创新点可以与同学们分享?
## （三）哨子模型的打印
带有振动弹子的哨子模型，在打印时需要重点考虑“弹子部分如何嵌人外部壳体？”“怎样保证球形弹子能够独立活动?” 等问题。
## 1. 方法一：分三部分进行打印
在设计哨子模型时，我们采用了“设计一半壳体一镜像复制一放人内部弹子一壳体拼合” 的方式进行建模。其实就相当于在建模软件中完成了一次哨子的组装过程。借鉴这一思路,将哨子模型几部分组合的步骤放至打印后完成,即可达到拼装要求。模型切片预览如图4-4所示。
图 4-4 分三部分打印切片预览
## 2. 方法二：选择水溶性支撑进行一体打印
选择FDM工艺对整个哨子模型进行一体打印的难点在于，哨子的内部支撑无法去除,支撑材料会将内部弹子与外部壳体黏连到一起。
现在市场上针对复杂模型支撑不好去除的问题，出现了专门为配合高质量打印设计的水溶性支撑材料: 适用于FDM工艺的PVA 材料。这类材料专为形状复杂的零部件在打印时提供支撑，打印对象成型后,将其放人常温水中，一段时间后,PVA材料将完全溶解于水中,留下 PLA或者ABS 材料的打印主体。使用这种支撑材料,需要配备双喷头的三维打印机,两个喷头分别接人普通打印材料 ( PLA 或者 ABS 材料) 和水溶性 PVA材料,两个喷头分别设定为主体打印喷头和支撑打印喷头,协作打印即可。
在条件允许的情况下，选择双喷头打印机，配合水溶性 PVA材料用于支撑打印,能够快速有效地去除哨子模型的支撑材料。
## 3. 方法三：利用三维打印机暂停打印功能
大部分三维打印机带有暂停打印甚至断点续打的功能,利用这一功能同样能够打印出目标对象。将内部弹子和外部壳体分成两
图4-5 暂停打印并放人弹子个独立模型，分开打印，面临的组装问题将简化为“如何将弹子置人外部壳体?” 这一问题。
利用基于FDM工艺的三维打印机增材制造、层层叠加的原理,我们可以在打印外部壳体的过程中将弹子放置其中。先打印出弹子模型备用,在外部壳体的打印过程中,暂停三维打印机工作,将弹子放人哨子的壳体中 ( 图4-5)，再继续打印完成即可。
## 思考 \& 练习
在打印出哨子模型后,每位同学检验自己的哨子是否能够发出哨声。如果存在问题,请大家一起寻找失败的原因,并尝试制订解决方案,对这些作品进行调整,并完成表 4-1。
## 表4-1 哨子模型失败原因及解决方案
模型末设计开口处
内部弹子表面不够光滑圆润
## （四）哨子音质的改进
哨子的音质取决于声音的响度和音调,响度与音调变化受多种因素影响,如哨子的形状、哨子的内腔尺寸、哨子进气口与出气口的大小等。
## 拓展阅读
声音的强弱称为响度。分贝（decibel）是
人们用来表示声音强弱等级的单位，符号为dB。按照正常人的听觉，我们可以把分贝大致换算为
一些更容易被我们理解和感知的声音现象，便
于我们快速地认知、自测声音强弱等级，如表
4-2。市面上也出现了很多应用程序或者软件，能够更准确地测试环境音的强弱等级，图4-6 即
一款能够测量声音强弱等级的手机应用程序。通过测试得到哨声的分贝数，能直观地判
断哨子的音量是否合适。例如：70 dB以下哨声
过小；70 ~ 100 dB哨声适中；100 dB以上哨声过
大，会损伤听力。
## 表4-2 分贝自测表
| 声音强弱的等级 | 声音示例 |
| :---: | :---: |
| $1 \mathrm{~dB}$ | 刚能听到的声音 |
| $30 \mathrm{~dB}$ | 耳语的声音 |
| $40 \mathrm{~dB}$ | 冰箱的“嗡嗡”声 |
| $60 \mathrm{~dB}$ | 正常交谈的声音 |
| $70 \mathrm{~dB}$ | 闹市区的环境音 |
| $85 \mathrm{~dB}$ | 汽车穿梭的马路上的声音 |
| $95 \mathrm{~dB}$ | 摩托车启动的声音 |
| $100 \mathrm{~dB}$ | 电钻的声音 |
| $110 \mathrm{~dB}$ | 大声播放音乐的声音 |
| $120 \mathrm{~dB}$ | 飞机起飞时的声音 |
| $150 \mathrm{~dB}$ | 燃放烟花爆竹的声音 |
图 4-6 分贝测量应用程序
## 设计 \& 操作
改变哨子模型的某一参数,打印模型后进行试验,探究这一要素对哨子发声的影响,发现并归纳哨子发声的规律。
运用控制变量法,对影响哨子发声的因素进行试验。在三维设计软件中建立不同规格的哨子模型,将模型打印出来后,通过试吹、试听,感受不同规格模型的音高,记录、比较试听情况,并测算出哨子的平均音量,记录数据。例如,可探究出气口大小对哨子响度及音调的影响，并做如表4-3 的记录。
## 表4-3 试验数据记录
| 探究因素 | 尺寸 | 分贝 | 音调情况 |
| :---: | :---: | :---: | :---: |
|  | $2 \mathrm{~mm}$ |  |  |
|  | $4 \mathrm{~mm}$ |  |  |
| 出气口 | $6 \mathrm{~mm}$ |  |  |
| 宽度 | $8 \mathrm{~mm}$ |  |  |
|  | $10 \mathrm{~mm}$ |  |  |
## 讨论 \& 交流
哨子的发声效果受到各种因素的影响。请与同学们讨论交流,是否能够运用哨子的发声规律来改进我们的哨子。
## 思考 \&练习
运用哨声规律改进哨子模型的过程中,你和同学们又有哪些好的创意?是否能够制作出外形独特、音质良好的哨子呢?
## ?思考 \& 展评
请根据哨子模型的设计情况和打印效果，填写表 4-4。
## 表4-4 哨子模型评价表
| 评价项目 |  | 评价方式 |  |  |
| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |
|  |  | 自评 | 互评 | 师评 |
| $\begin{array}{c}\text { 哨子模型的 } \\ \text { 设计 }\end{array}$ | 三维建模思路清晰,操作流畅 |  |  |  |
|  | 所建的模型造型美观,具有一定创新性 |  |  |  |
| $\begin{array}{c}\text { 哨子模型的 } \\ \text { 打印制作 }\end{array}$ | 能够选择合理高效的模型打印方式 |  |  |  |
|  | 打印的哨子成品响度、音调适中 |  |  |  |
等级标准: $\mathrm{A} \longrightarrow$ 优秀,B—一良好,$\mathrm{C} \longrightarrow$ 合格,$\mathrm{D} \longrightarrow$ 待改进
## 二、组合结构产品设计打印与改进创新
创意的实现不但需要独特创新的构思，还需要整体考虑、合理规划、具体实施以及后期的调试和优化。例如,设计阅读灯时,需要根据使用者的阅读习惯,针对不同场景,设计个性化、照明范围合适的阅读灯。
针对不同的场景和个性化需求,市面上出现了各种各样的阅读灯。例如,为无良好照明条件的阅读者,设计了如图 4-7 所示的便携式阅读灯。这款阅读灯既可以在阅读纸书时使用,又可以搭配电子书阅读器使用。
图 4-7 便携式阅读灯
针对每天面对电脑的人保护眼睛的需求,设计师设计了如图 4-8所示的可夹在屏幕上的阅读灯。
图 4-8 可夹在屏幕上的阅读灯
## （一）台灯的结构分析
台灯是生活、学习中必不可少的物品,在设计之前,先仔细观察身边常见的台灯 ( 图 4-9),了解其基本结构和部件。
图 4-9 常见的台灯
通过观察可知,台灯通常由多个部件构成,所以一般不会将其设计为单一模型,而是分多个零部件进行设计和打印。台灯的结构部件主要可以分为灯头、连接杆和底座三部分,灯泡以外的其他电路元件主要放在底座中。据此,可将台灯分为灯头模型、连接杆模型和底座模型三部分进行设计。
台灯应有一个较大的底座以保证结构稳固,底座中空,为后续电路元件的安装提供空间。要实现照明功能,灯头部分应考虑灯泡的安装空间,灯罩应较薄。连接杆部分应考虑设计为可活动的连接方式,方便打印后与其他两部分相连。
依照分析,可以在纸上为预备建模的台灯画出设计草图,如图 4-10 所示,预先考虑好每个零部件的形状、尺寸比例及连接方式。
图 4-10 台灯结构草图示例
## （二）台灯的三维模型设计
根据已有的设计草图,需要在三维设计软件中建立三维模型。在建模时,针对每个部件结构的特点,需要先思考建模方法、确定主要建模步骤,然后再在三维设计软件中进行具体绘制。
在绘制三维模型时，一般遵循先粗后精、先整体后局部的原则。例如,灯头部件,我们可以参考图 4-11进行建模,将其大致看作长方体和半球体的组合,组合后抽壳就可以得到一个大致的灯罩形状。具体步聚如下。
(1) 绘制二维草图。在平面上绘制圆形 (直径 $45 \mathrm{~mm}$ ) 和长方形 $(18 \mathrm{~mm} \times 20 \mathrm{~mm})$ 草图。
(2) 拉伸草图。将绘制好的草图分别拉伸形成圆柱体 (拉伸 $15 \mathrm{~mm}$ ) 和长方体 ( 拉伸 $10 \mathrm{~mm}$ )。
(3) 进行倒圆角。选择圆柱体的一个底面,进行倒圆角处理,将圆柱体处理为近似半球体的结构。
(4) 进行布尔运算。调整半球体结构与长方体的位置,将它们组合形成灯头的整体形状。
(5) 进行抽壳。选择移除面,进行抽壳,选择 $1 \mathrm{~mm}$ 壁厚,形成一个开放的空腔作为灯头。
(6) 添加连接孔。在灯头后部两侧对称的位置预留出安放插销或螺钉的插孔（直径 $2 \mathrm{~mm}$ ）
图4-11 灯头的建模流程
对连接杆部件建模时,可以先绘制部件的剖面草图,然后通过拉伸塑造出它的形状。底座部件主要运用的建模方法有草图绘制、拉伸、倒圆角、抽壳和布尔运算。
## 设计 \& 操作
参照表4-5 中的建模思路对台灯各部件进行三维模型设计。在建模时要注意三个部件的尺寸，应使其大小比例保持一致。
## 表4-5 台灯部件的建模方法
## 讨论 \& 交流
回顾各部件的建模方法和步骤，在实践过程中，你和同学们有哪些改进和完善的建议呢?是否有其他的建模方法能够达到同样的效果?
## （三）台灯的打印及组装
建模完成后，就可以进行切片和打印了。每个部件在台灯中承担不同的功能，打印时的关注点也会有所不同。灯头部分主要起到灯罩的作用，应在打印质量允许范围内尽量打印得薄、轻，对应参数应减小壁厚值和填充率;支撑杆需要撑起灯头部分,需要较高的强度，可以增大其填充率;底座部分作为基底,可以通过增加重量来增强整个台灯的稳定性,可以通过增大填充率达到这一要求。具体参数可参照表4-6。
## 表4-6 建议打印方向及重要参数设置
| 台灯部件名称 | 建议打印方向 | 切片参数设置 |
| :---: | :---: | :---: |
| 灯头 |  | $\begin{array}{l}\text { 层厚 } 0.2 \mathrm{~mm} \\ \text { 壁厚 } 0.6 \mathrm{~mm} \\ \text { 填充率 } 10 \%\end{array}$ |
| 连接杆 |  | $\begin{array}{l}\text { 层厚 } 0.2 \mathrm{~mm} \\ \text { 壁厚 } 1.0 \mathrm{~mm} \\ \text { 填充率 } 50 \%\end{array}$ |
| 底座 |  | $\begin{array}{l}\text { 层厚 } 0.2 \mathrm{~mm} \\ \text { 壁厚 } 1.0 \mathrm{~mm} \\ \text { 填充率 } 50 \%\end{array}$ |
## 设计 \& 操作
结合以上打印建议,在灯头部分的打印过程中,与同学设计试验,记录数据,探寻灯头部分的最佳打印参数。
各部件打印完成后，对模型进行简单处理，将部件用紧固件组装起来，如图4-12所示，得到一个基本的台灯模型。为台灯模型接入电子元件,完成台灯模型的搭建。
图4-12 台灯模型组装后效果
## 思考 \& 练习
在设计和打印过程中,或者组装好部件模型后,你是否发现了一些需要解决的问题?能够从哪些方面进行改进与完善?
## （四）台灯模型的改进与完善
我们可以从功能、结构和外形等不同角度进行思考,用自己独特的想法有创意地对现有的台灯模型进行设计改进,并自主进行打印和制作，完善作品。
## 案例
## 台灯改进方案
方案一
改造目标：灵活调整照明范围。
参考方案：参照陀螺仪的设计,将灯头设计成旋转灯头。将灯头架和灯罩分开打印,预留轴孔的位置,利用轴承配件，实现灯头转动，可参考图4-13。
图 4-13 旋转灯头设计参考
## 方案二
改造目标：灵活调整照明高度。
参考方案：提升连接杆的收缩灵活性。参照部分台灯连接杆多段可折叠、可调整的特征,将单节长连接杆换为多节短连接杆,增大台灯连接杆的活动空间,如图 4-14 所示。
方案三
改造目标：拓展台灯功能，如将台灯改进为光控台灯。
参考方式: 改建电路,增加所需功能。查找光控灯电路的相
图4-14 多节短连接杆台灯设计关资料,制作含光控电路的电路板,将电路板嵌入底座部分。参考
## 讨论 \& 交流
与同学们组织一场“产品发布会”,设计师们以产品发布的形式,介绍讲解自己的作品,其他同学作为观众可针对产品进行提问。
提示：文字介绍、作品展示、多媒体的视频介绍等，都可以作为产品发布会的展示方式。
## 思考 \& 展评
请根据表4-7,对台灯模型的设计、打印和改进完善情况进行评价。
## 表4-7 台灯模型评价表
| 评价项目 | 评价指标 | 评价方式 |  |  |
| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |
|  |  | 自评 | 互评 | 师评 |
| $\begin{array}{c}\text { 台灯模型的 } \\ \text { 设计 }\end{array}$ | 台灯各部件设计合理 |  |  |  |
|  | 三维建模思路清晰,操作流畅 |  |  |  |
|  | 台灯模型整体造型美观,具有一定创新性 |  |  |  |
| $\begin{array}{l}\text { 台灯模型的 } \\ \text { 打印制作 }\end{array}$ | 正确打印出各部件 |  |  |  |
|  | $\begin{array}{l}\text { 部件间尺寸相吻合,能正确完成台灯各部件的 } \\ \text { 装配 }\end{array}$ |  |  |  |
| $\begin{array}{l}\text { 台灯模型的 } \\ \text { 改进完善 }\end{array}$ | 改进方案具有创新性 |  |  |  |
|  | 作品达到预设改进目标,且效果良好 |  |  |  |
等级标准: $\mathrm{A} \longrightarrow$ 优秀,B— 良好,$\mathrm{C} \longrightarrow$ 合格,$\mathrm{D} \longrightarrow$ 待改进
## 第 2 节 三维扫描与打印
## 学习目标
1. 知道三维扫描仪的基本工作原理和操作步骤。2. 学会利用三维扫描仪获取三维模型数据。3. 理解三维产品设计与制造中逆向工程的作用。
三维扫描属于逆向工程的一种,指通过扫描实物的外形来获取其数字化模型数据。
近年,部分博物馆借助三维扫描、虚拟现实 (Virtual Reality,VR ) 等先进技术,推出“VR体验馆” ( 图4-15 ),让游客仿佛突破了时空限制,在历史场景中行走、触摸和体验。某茶艺博物馆要建立一个“VR茶具展览馆”，在线上展出各种不同造型的茶具 ( 图4-16 ),并针对几款茶具推出文化创意产品。你们知道什么技术可以帮助博物馆快速获取茶具虚拟模型，并快速制造文化创意产品吗?
图 4-15 VR体验馆
图 4-16 各种不同造型的茶具
## 一、三维扫描技术
三维扫描是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，属于逆向工程的一种。通常使用快速立体测量设备三维扫描仪对实物进行扫描,从而获得物体的形状、外观 (如颜色、表面反照率) 等信息的三维数字模型数据。
如图 4-17 所示,三维扫描仪搜集到的数据被用来进行三维重建计算,并创建实际物体的数字模型。重建后的三维模型又可以用三维设计软件进行操作,操作后的模型还可以通过三维打印技术进行打印。
三维扫描仪的重要意义就在于能够将实物的具体信息转换为计算机能直接处理的数字信号,为实物数字化提供了相当方便快捷的手段。
图 4-17 三维扫描过程示意图
## 二、三维扫描模型过程
通过三维扫描仪,能够快速获取各类茶具的三维模型。扫描获取三维模型通常分为以下三个阶段。
## （一）准备阶段
步骤 1：确保三维扫描环境稳定。
进行三维扫描前,首先要确保三维扫描仪在一个稳定的环境中: 三维扫描仪稳固;光环境稳定,避免强光和逆光对射。
步骤2：三维扫描仪相机标定。
三维扫描仪要知道自身在什么环境下进行扫描，才能扫描出准确的三维数据。这里的校准行为在三维扫描中通常称为“标定”。标定过程中,会根据三维扫描仪预先设置的扫描模式,计算出扫描设备相对于扫描对象的位置。
步骤 3：对扫描物体表面进行预处理。
有些物体由于材质问题不易扫描,如透明、半透明、反光及纯黑色物体。对于透明、半透明、反光物体,需要在表面先喷洒哑光白色显像剂,之后再扫描；对于黑色物体,需要调高亮度再扫描。
## （二）扫描阶段
准备工作完成后便可以对物体进行扫描了。用三维扫描仪对扫描物体从不同的角度进行三维数据捕捉,改变物体摆放方式或调整三维扫描仪相机方向,对物体进行全方位的扫描。这里以一个陶杯为例,展示扫描过程,如图 4-18 所示,具体步骤如下。
（1）确定扫描模式。根据陶杯的大小,确定使用含转台的固定扫描模式,并连接转台。
(2 ）新建工程。在指定位置新建一个用于存放扫描数据的工程文件。
(3) 选择纹理。结合扫描物体的特点,确定选择纹理扫描。
（4）进行第一次扫描。将陶杯倒置于转台上,扫描获取外表面及底部数据。
（ 5 ）进行第二次扫描。调整陶杯方向,扫描获取内表面数据。
图4-18 三维扫描陶杯过程
## （三）后期处理阶段
首先,进行点云处理。
在逆向工程中,通过测量仪器获得物体表面每个采样点的空间坐标后,得到的是一个点的集合,这个点数据集合称为“点云”。
目前市面上主流的三维扫描仪的点云处理方式均为点云自动拼接（图4-19)，无须后期手动拼接，即对物体表面扫描完成后，系统会自动生成物体的三维点云图形，操作人员仅需要对扫描得到的点云数据去除噪点（即多余的点云）以及对其进行平滑处理。
图 4-19 陶杯点云拼接处理
然后,进行数据转换。
点云处理完后，要对数据进行转换，并添加纹理（图 4-20)。目前,系统软件可自动将点云数据直接转换成 STL文件,生成的 STL 文件可以与市面上通用的三维设计软件对接。
图 4-20 转换为 STL 文件及纹理的添加
## 设计 \& 操作
选择喜欢的茶具进行三维扫描,获取模型的 STL 文件。在三维设计软件中对获取的模型文件进行简单的修改或修饰，设计一款文化创意产品。
## 讨论 \& 交流
请收集更多相关资料,了解三维扫描仪的现有应用领域，并对末来三维扫描仪可能应用的领域提出合理的设想。
## 本章小结
生活中遇到的问题往往都不是单一问题,而是综合项目,需要用工程思维,整体考虑,综合判断。工程思维是以系统分析和比较权衡为核心的一种筹划性思维。当我们应用三维打印技术来实现创意、解决问题时,也不仅仅限于单一模型的设计,我们可以从功能、结构和外形等不同角度进行思考。
在产品的设计与制造中,数字模型的建立应当服务于最终的打印方式和产品效果。在制造过程中,尤其针对具有相对复杂结构的产品设计,需要综合考㤫产品功能、设计的独特性、三维打印技术的特点等一系列因素，进行打印方式的确立。
三维模型设计是从无到有地设计三维数字化产品，与建模技术关系密切。然而,并非每一件产品都需要从零开始进行设计建模。逆向工程中的三维扫描技术同样能够服务于产品的设计制作。三维扫描技术能通过扫描实物的外形来获取其三维数字模型，这一技术可广泛应用于文物保护、汽车制造、工业检验、医疗等行业,以提高生产效率。
## 本章学习评价表
| 评价项目 | 评价指标 | 评价方式 |  |  |
| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |
|  |  | 自评 | 互评 | 师评 |
| $\begin{array}{c}\text { 组合结构产品 } \\ \text { 的认识 }\end{array}$ | 知道什么是组合结构产品 |  |  |  |
|  | 举例说明如何优化打印效果 |  |  |  |
| $\begin{array}{c}\text { 哨子的设计与 } \\ \text { 制作 }\end{array}$ | 说出哨子发声原理,分析哨子结构 |  |  |  |
|  | 流畅地完成哨子模型设计 |  |  |  |
|  | 合理选择哨子打印方式 |  |  |  |
|  | 改善哨子发声效果 |  |  |  |
| $\begin{array}{l}\text { 台灯的设计、} \\ \text { 制作与改进 }\end{array}$ | 正确分析台灯的结构 |  |  |  |
|  | 流畅地完成台灯模型设计 |  |  |  |
|  | 正确完成台灯的打印及装配 |  |  |  |
|  | 提出改进方案,达成改进效果 |  |  |  |
| $\begin{array}{c}\text { 三维扫描技术 } \\ \text { 应用 }\end{array}$ | 叙述三维扫描技术的基本工作原理 |  |  |  |
|  | 说出三维扫描的一般过程 |  |  |  |
|  | 正确使用三维扫描设备 |  |  |  |
|  | 举例说明三维扫描技术的应用领域及案例 |  |  |  |
等级标准: $\mathrm{A} \longrightarrow$ 优秀,B——良好,$\mathrm{C} \longrightarrow$ 合格,$\mathrm{D} \longrightarrow$ 待改进本套教科书根据教育部颁布的《普通高中通用技术课程标准 ( 2017年版)》编写并经国家教材委员会专家委员会审核通过。
编写过程中,上海市通用技术教学研究基地（上海高校“立德树人”人文社会科学重点研究基地 ) 及基地所在单位华东师范大学等单位给予了大力支持。石生俊参与了本册提纲和内容的讨论。
在此感谢所有为本套教科书提出修改意见,提供过帮助与支持的单位以及专家、学者、教师和社会各界朋友!


## 第1课 工艺与文化
## 基本问题
工艺与生活有什么关系?
## 情境导入
中国的传统工艺源远流长,种类繁多,技艺精湛,科学技术高超和文化内涵极为丰富。最初,人们为了生活的便利,因地制宜,就地取材,创造了一些手工制品。手工艺是农耕社会自给自足自然经济的产物,是生活需要的反映,同时也真实地反映了当时文化的发展程度和人们的生活方式。实用功能、生产条件和时代风格构成了手工艺的历史。现在,很多传统手工艺都已被认定为非物质文化遗产。我们要怎么理解这些手工艺背后的历史与文化呢?手工艺对我们今天的生活都有哪些影响呢?
中国人通常所说的“工艺”，有两种含义。一是“工艺美术” 的简称,通常指的是在外部形式上经过艺术地处理、带有明显审美因素的日常生活用品以及装饰品,即中国古代文献中所说的“百工之艺”;二是如《辞海》中所解释的“利用生产工具对各种原材料、半成品进行加工或处理（如量测、切削、热处理),使之成为产品的方法”,即通常所说的产品加工的技艺。尽管工艺和技术是两个不完全相同的概念,但它们之间有着密切的联系。可以说,技术自从有人类存在就产生了,在此基础上也就有了工艺。工艺,就其本质而言,最重要的是其核心技术，通过外在形式的附加,成为具有一定技巧性和艺术性的创作活动。它利用系统的工具通过手工操作完成课题,例如木工艺、纸工艺、金属工艺、制陶工艺、纤维工艺等。
工艺课程是为了帮助我们掌握传统行业中需要保存的技术,同时,运用创新的思维,对它们进行重新定义,设计创造出符合现代需求的作品。通过对这一过程的训练,我们可深刻意识到工艺背后隐藏的文化价值,并培养将这种文化价值转化到日常生活中的能力,这是对传统、对工艺的传承与尊重。所以,通过对本课程的学习,我们将广泛地接触各种材料,掌握各类自然材质的性质和特点,认识功能与形式的关系，提高策划、设计、绘图、制作能力，并形成创造意识。
文化、生活与工艺
中国古代璀玷的物质文明建基于传统工艺,可见传统工艺对于民族和社会的发展起着重要的助推作用。石器时代,在石头敲击、拍打中逐渐成形的各类骨针、刃器,为狩猎、取火等基本生存方式提供了必要保障；夏商周时期神秘的饕䬸纹盘旋在青铜器之上,既标示了地位与礼仪,又能让我们洞悉当时人们生活陈设和蒸煮炊具的奢华;隋唐之后迅猛发展的陶瓷技艺，演绎了一曲水、火、土的艺术之歌，至今，在我们的生活中，陶瓷依然继续发挥作用。
旧石器时代尖状器
旧石器时代陶器
商周时期青铜器
传统工艺遍及社会生活的各个方面,它表达了与社会生活、道德礼仪相一致的价值观念，揭示出一种基于久远、旨在朝向无限末来的文化永续价值。我们生活中所见的所有传世和出土的人工制作的文物，几乎都离不开传统工艺。
汉代漆器
明代家具
## 向经典致敬
四羊方尊,商代青铜器。尊的肩部四角各有一个卷角羊头，其中羊角是先铸成后合范浇铸而成,因为高超的技术而浑然一体，被史学界称为“㻅 于极致的青铜典范”，是十大传世国宝之一。
河北蔚县青砂器是纯手工制作的传统工艺品。䒬县西北山一带蕴藏的丰富的天然瓷土是制作青砂器的极好材料。如今我们享受着科学与技术发展带来的便捷,同时也淡化了手工艺在生活中的角色，抺灭了其在历史舞台上的痕迹。标准化、程序化的机器生产,让我们的生活与环境趋向同一化。生活中,渐渐缺失了工艺的手工质感、温暖的人情味和丰富多彩的生活情趣。于是,工艺,特别是手工艺,让我们意识到它们曾经的角色和其背后潜移默化的文化影响力。
## 工艺的现代启示
## 拓展思维引领我们走得更远
工艺，不仅能对动脑能力进行开发训练,还能够培养观察能力和学科交叉运用的能力。由认识工艺到实践活动,不仅需要观察自然、了解材料,还需要不断扩充一些物理学、自然科学等多学科领域的基础知识。在提升综合能力的基础上,眼光更加长远,眼界更加广阔。参与者不仅是以学习者的身份,更是以一个生活创造者的身份,去审视生活中常见的各类工艺品,不断深人对制造艺术的了解,提高自身对创造艺术的表达能力；同时,为将来的生存、立足与发展开辟一条参考路线。可以这样讲，在传统手工艺中，蕴含着现代技术的因素和成分。因而，工艺实践的意义在于不仅能钗炼人的能力,而且能启发人的智慧,使创造思维更加活跃。
传统榫卯结构与现代家具设计
传统折扇形态与现代灯具设计
## 向经典致敬
《考工记》是中国现存最早的手工技艺汇编典籍，成书于春秋末战国初，记录了官营手工业各工种规范和制造工艺，包括木工、金工、皮革、染色、刮磨、陶瓷 6 大类 30 个工种的内容,反映了当时中国所达到的科技水平及工艺水平。
黄道婆是宋末元初著名的棉纺织家、技术改革家，由于传授先进的纺织技术以及推广先进的纺织工具而受到百姓的敬仰。
蔉衣是中国最原始的民间防雨工具，是中国人适应农耕需要创造的手工艺，至少有 1000 多年的历史。在中国的大江南北，蒸衣编织的方法各不相同。
总之,工艺是一种审美创造活动,兼具实用功能,涉及面非常广泛,与我们的日常生活息息相关。工艺设计内容丰富多彩、包罗万象,真正做到“学以致用” 就需要手脑并用,融设计和工艺为一体,展现物品的设计意图,兼具实用性和工艺性,赋予普通材料以艺术生命力,表现美,创造美。不管是现代设计还是传统工艺,都要求设计感,如能有新颖独特的创意和趣味,更能获得大众喜爱,“老”工艺也能焕发出时代活力。
陶瓷拉坯与吊灯设计
竹子编织装置与现代舞
## 工匠精神
## 传统工艺的现代价值不容忽视
随着工业的发展和城市现代化建设,很多传统的手工制作被效率更高的机器生产所取代,很多传统的手工艺已经濒临消失。但是,作为中华民族固有文化重要组成部分的传统工艺,既是弥足珍贵的科学遗产,也是技术基因的载体,连接这一载体的纽带,就是“大国工匠”。中国自古就很重视手工艺者。我国第一部手工技艺汇编典籍、春秋战国时期的《考工记》,开宗明义地说“国有六职,百工与居一焉”,可见工匠的重要地位。他们在创造丰富而精美的作品的同时,也孕育、厚植和传承着一种精神,即“工匠精神”。它体现了人们对人与自然关系的正确认知,对材料的精挑细选,对技术的精益求精，对生活的美好追求。
我们对传统工艺的珍视与继承,不仅要关注制作技术层面的问题,学其“艺”,练其“术”,还要在思想和修养范畴更进一步,将手工艺与人文精神、审美情趣、思维意境紧密地联系起来。这样,在提高动手能力的过程中,我们对美好生活的追求会更加迫切,并真正成为生活的创造者,使我们的世界更加丰富多彩。在实际学习这门课程时,我们首先要认知各种手工艺品,识别手工艺的品种和鉴赏其艺术特色,理解手工艺和工匠精神,对中国传统手工艺产生兴趣。我们也要通过对各种工艺的实践与操作,了解不同手工艺品的材质、造型、色彩和制作方法,探索其与功能性、审美特征和现代生活的关系,并将宝贵的工匠精神倾注于我们的作品当中。
## 学习活动
我们将通过这门课程,认识各种材料的性质和特点,了解工具的类型和作用,完成多种手工艺（如陶瓷工艺、扎染工艺、蜡染工艺、造纸工艺、草编工艺、竹编工艺、纺织工艺、刺绣工艺、皮影工艺、椎卯工艺、木工工艺、刻模工艺、剪纸工艺、花灯工艺、风筝工艺、折扇工艺 ) 的制作,并在最后一课学习装帧工艺,完成一本属于自己的工艺作品集。
## 知识链接
椎卯 ( sǔn mǎo),古代中国建筑、家具及其他器械的主要结构方式，是在两个构件上采用凹凸部位相结合的一种连接方式。
皮影，中国民间古老的传统艺术，老北京人都叫它“驴皮影”。据史书记载，皮影戏始于西汉，兴于唐代，盛于清代,元代时期传至西亚和欧洲,可谓历史悠久，源远流长。
## 第2课 陶瓷工艺
## 基本问题
瓷土是通过怎样的工艺变成各种陶瓷器物的?
## 探究与发现
由历代碗的形态可以看出,随着人们审美水平和制作技法的不断提高,碗在造型、色彩和纹样装饰上越来越讲究。但是我们发现,碗的圆形形状以及砣口直径大小并没有太大变化,都是碗口宽大碗底乍小的构造，这是由它的使用功能决定的,并且圆形的弧度更加适合手掌的承托。
## 安全提示
请同学们在使用铲刀、刮刀、修坏刀、环形雕塑刀的时候注意安全。
## 情境导入
在日常生活中,我们都离不开的陶瓷器皿是碗,碗的形状是否规整、大小薄厚是否合适、表面是否光滑,都直接影响我们的使用。一个圆形的碗，看似简单，但承载了人们由古至今的智慧。通过完成制作一个最简单的圆形碗的任务,我们来体会陶瓷中蕴含的工艺精神,了解传统工艺与生活之间的关系。
新石器时代陶制碗唐代碗宋代斗笠碗元代碗
明代青花碗
$仓$ 清代五彩碗一、材料和工具的准备
材料：黏土、水、秞浆、青花料
拉坏工具: 转轮（转盘)、铉刀、刮刀、钢丝、三角片、陶拍、修坯刀、环形雕塑刀
施秞工具：竹水句、杯、桶、分
画坏工具: 毛笔、碟、毛刷二、工艺实践
## 1. 揉泥
揉泥有讲究吗?有哪些不同的揉泥方法呢?
羊头形揉泥法:
(1) 揉泥: 将泥团由中部推压向台面,使底部形成一层层泥饼,直到黏土干湿程度均匀,外形像羊头。
(2) 收成柱状: 向下按压的力逐渐减小,使之逐渐形成一个柱体。收成柱状是为了上拉坯机。
菊花形揉泥法:
(1) 取一块黏土放在工作台面上,左手扶住作为支点,右手揉压泥团,使泥团以 $45^{\circ}$ 角倾斜。
## 2. 拉坯
(1) 定中心: 来回几次将泥团拉上来再压下抬起，反复几次，定好中心。
(4) 留泥靶: 器底留下 10 厘米左右的泥靶(柄)。
(5) 借助三角片或刮刀对碗口进行调整处理,使其均匀光滑。
(2) 开孔: 大拇指垂直向下,再垂直向外拉伸。
(3) 拉坯抬高: 左手辅助,右手向外慢慢扩张。
(6) 取坯: 让转盘慢速转动,两手拉住钢丝线来回割几次,等待粗坯稍干,双手中、食指叉开,向下向里掐底部泥料,取下晾干。
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不同地方的泥土质地和成分不同,会直接影响陶瓷在后期烧制中的变化。“瓷都” 景德镇有优质的高岭土,因高岭村而得名。质纯洁白细拭的高岭土成就了景德镇瓷器“白如玉、明如镜”的美誉。
优质高岭土
景德镇陶瓷
## 向经典致敬
中国陶瓷历史悠久，流传下来许多经典的瓷器器型,每种器型都有其相对应的功能，例如号称“天下第一器型” 的梅瓶最早出现于唐代,瓶体修长,因口小只能揷梅枝而得名
梅瓶
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建成,说的是建窑的黑釉茶碗,点茶御用之器。主要器型分为束口、敛口、撒口、敞口四种,束口稳重典雅,玫口浑圆小巧,撒口舒展匀停,敞口直率阔朗,其中束口成最为典型。
束口盏敛口盙
撇口或敞口盙
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陶瓷有很多装饰技法,俗称画坯。釉下彩、釉中彩、斗彩、粉彩、素彩、金银彩、珐花、绞胎、开片、刻花、划花、印花、堆花、贴花等都是我国传统的陶瓷装饰手法。著名的瓷器―一青花瓷,属于釉下彩。釉下彩的青花还能再次用釉上彩装饰,这就是斗彩。人物、动物、植物、诗文等都是常见的青花纹样
$仓$ 斗彩碗
## 3. 挖足
(1) 用环形刀顺着中心削去底部外围的泥。
4. 利坯
(1) 快速转动转盘,用修坏刀由底下修至器型口部。
## 5. 画坯
(2) 接着两手扶住修坯刀,由内圈至外圈将底足修
(3) 顺着口部,用平快的刀修整光滑。
(2) 削掉底足内围多余的泥,修出底足形状,并始终保持与外圈形状基本一致。整至光滑。
画坯时需屏息凝神,一气呵成。同学们可以按自己的创意绘制花纹。
(1) 绘制内壁: 慢速转动转盘,勾勒均匀线条,并绘制自己的创意图案。
(2) 勾线: 运用较轻细的线条把主要结构勾勒出来。
(3) 混水: 运用传统水墨的染法,营造优美细悈有层次的花纹。
## 6. 施釉
施釉有多种方法,即使是瓷坏的内壁和外壁,施釉的方法也是不一样的。
(1) 釉调好后用两个手指捏一捏再张开,感觉一下黏度和吸附性。
(2) 拿竹水勺舀釉,倒进杯里,注意不能倒满。
(3) 然后再将釉旋转着倒出。
(4) 试着用不同的颜色进行创作。
(4) 最后用轻轻一接那个最后挂釉的点。这种施釉方法叫荡釉。
## 7. 烧窑
施完釉的瓷坏自然阴干后,就要进行烧窑了。陶瓷的烧成温度一般在 1300 摄氏度上下,不同温度对最终烧成的陶瓷成品有不同的影响。
(1) 将待烧的瓷坏合理分布于窑体内,留出火道烟道。
(5) 待内壁表面釉质干透,手托内壁,再舀釉浆浇在坯体外壁。这个过程叫浇釉。
(2) 温度为 1330 摄氏度,(3) 经过12 18小时自然冷却,待温度降至常温,就可以开窑了。
## 拓展练习
制作陶瓷砣的方法是最基础的圆形拉坯法。事实上,陶瓷器皿种类繁多，除了圆形拉坯法,还有很多其他的成型方法,每种方法都有各自的审美与功能价值。同学们可以继续探索,试试制作其他形状
的陶瓷器，并尝试其他成型的方法,仓泥条盘筑作品例如泥条盘筑或泥片粘接法等。
## 知识链接
除了荡釉和浇釉，还有浸釉、刷釉、吹釉、酒釉、喷釉等施釉方法。根据器物造型、大小、精细等不同因素，选用不同的施釉方法。一般来说,无色釉施釉宜薄,着色釉施釉宜厚。
狔釉喷釉
中国“五大名窑” 分别为钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑,这五大名窑各有特色。
上: 钓窑瓷下：定窑白瓷
我国陶瓷产区分布广泛，各地使用的窑炉不同。例如,馒头窑窑壁厚,升温、降温都比较慢,保湿性好,适用焙烧胎体厚重的瓷器,著名的钧窑、定窑都使用馒头窑
馒头窑
## 第3课 扎染工艺
## 探究与发现
扎染工艺在我国秦汉时期就已经被普遍使用。今天，我国很多地区，如云南、湖南、四川等地,依然能见到扎染作品，扎染是这些地方常见的手工艺。除了在中国外，世界上其他国家和地区也有许多的扎染爱好者,因此扎染是一项世界性的手工艺术,且不同地区的扎染各具特色。我们还能从不同的扎染作品中,感受不同国家和地区的人文。如今，很多时尚设计师也喜爱将扎染工艺用于设计,诸如围巾、挎包、帽子、手套等生活用品中都能看到扎染的身影。
## 基本问题
怎样利用扎结染色工艺创造千变万化的图案,体现对自然美的追求呢?
## 情境导入
母亲节快到了，作为儿女，亲自制作一条朴实的扎染围巾送给母亲，把对母亲的爱融入这条“世间仅此一件” 的围巾中，是不是比任何礼物都有意义呢？其实制作一条扎染围巾并没有想象中那么难,让我们一起来学学扎结和染色方法，并完成一件送给母亲的礼物吧。
中国云南扎染
巴基斯坦扎染
秘鲁扎染
## 一、材料和工具的准备
材料：布料 1 米（天然纤维的衣服或布料）、靛蓝染料、固色剂、水
拉坏工具: 橡皮筋、针、细棉线、麻线、夹子、小剪刀、小木棍或䇦子、水桶、橡胶手套一工艺实践
扎染工艺主要分扎结和染色两个部分。那么都有哪些不同的扎结方法呢?
## 1. 扎结
扎结的主要技法有结、捆、包等。
结: 将布料按需要折叠、扭曲成各种形状后,直接打结。由于布料的薄厚不同,结的大小以及松紧也不同,使打结形成的图案丰富多变。
(1) 将布料均匀折叠成条状
(2) 打环成结
(3) 将结拉紧
(4) 打结完毕
(5) 打结法扎染完成后的效果
捆: 用线或绳在布料的特定部位进行捆绑,使之形成多样的图案变化。制作时,可根据实际情况灵活运用。
(1) 均匀折叠布料
(2) 双手反向扭曲
(3) 用棉绳缠绕捆绑
## 知识链接
扎染工艺多种多样，各有特色，不同的扎结方法直接影响最后的染色效果。常见的扎染花纹有散点、圆形、菱形、环形等抽象几何纹样,也有叶纹、花纹、波浪纹等异形和具象纹样
$\ominus$ 多种扎结方法结合
## 知识链接
扎染具有浓郁的民族艺术风格。在我国,扎染布是大理白族和彞族特有的工艺产品，在大理城乡随处可见它的踪影。
大理扎染
## 知识链接
聪慧的古人总能从大自然中获得造物的灵感,草木染这种天然的染色方法就是其中一种。著名的蓝染使用的蓝草是一种可制取靛青的植物,它独特的落色效果,是化学染料所不能熜美的。蓝草的根即著名中药板蓝根。除了蓝染,同学们可以再试试其他的草木染材料。
蓝草材料与蓝染的成品
## 探究与实践
不同的色彩相互融合,由于比例不同,颜色会千变万化。例如,同样是红色,在中国的传统色彩目录里就有大红、樱桃色、海棠红、桃红、绛紫、绯红、胭脂、朱红、火红、殷红等。同学们可以试试将不同颜色融合去创造色彩。
## 知识链接
中国染色工艺在长期发展过程中有各地的特,点,例如西藏地区出红花,可染出优质的红色,所以藏红布色彩的藏红很有名。
西藏地区的藏红布
包:
(1) 将硬币摆放整齐并作
(2)从中心开始包扎
(3) 依次包扎标记
(4) 包扎完毕
(5) 完成后的效果
2. 染色
3. 等待氧化
使用靛蓝染的布料刚出来的颜色呈现绿色,经过几分钟氧化,颜色会变深蓝。为了确保染色充分,可以小心地掀起一个角落,看看里面的状况。如果颜色不够深,可以再重复上面的步骤。
## 4. 拆线、清洗
用清水彻底洗去布褶中的残留染液,水洗后拆线。拆完线后再用清水洗一遍。
## 5. 晾干
戴好手套,将展开的围巾挂起来,自然阴干,晾时不断翻动布料,防止出现不均匀的色斑。
## 拓展练习
想一想，扎染除了用捆绑、扎结的方式创造纹理，还能用什么方式去创造纹理呢?试试用缝线的方式做遮挡去创造纹理,或者试试用夹染工艺的印染方式去创造纹理板夹染作品
## 欣赏与评述
扎染的美与灵气给了现代设计师许多创作灵感,现代艺术作品中经常可以看到扎染艺术的运用。
## 第4课 蜡染工艺
## 基本问题
怎样巧用物理防染原理,借助反向思维染色,形成美丽图案?
## 知识链接
美丽的事物总会伴随着一个美丽的故事,祇得它更加神秘与美好。关于蜡染的起源,也有一个美丽的传说。相传在苗族,有一位美丽的姑娘不满足身上的衣服只有一种单调的颜色,总是希望能在衣服上染出更加美丽动人的图案来。有一天,这位姑娘发现,被蜡滴过后的布能染成美丽的白色花朵,从此蜡染技术就在苗族和周围布依族、瑶族等所在地区流传开来。蜡染艺术在今天依然受到很多人的喜爱,可见它的魅力非同一般。
## 情境导入
出门逞街购物的最佳单品之一,当属经济实用又结实的环保袋了。质地轻盈又能装大量的东西，搭配起来自在随意有气质。但是环保袋的结构设计一般都比较简单，如何为这个简单的环保袋增添一些亮点呢?通过对蜡染工艺的学习,我们可以将自己设计的图案印染在环保袋上,这可给其素色的外观带来更多个性化的元素，使人眼前一亮。
一、材料和工具的准备
材料：纯棉环保袋一个（提前用水煮过）、靛蓝染料、固色剂、水、蜡（白蜡／黄蜡／黑蜡／回收蜡)
制作工具：尉斗、旧报纸、尺子、铅笔、蜡刀（各种尺寸)、熔蜡小锅、煮水锅、䇦子 (点蜡用)、水桶、橡胶手套
二、工艺实践
## 1. 画草图
蜡染的草图有特殊要求吗?
发挥自己的个人创意,在纸上画好草图。在袋子上用指甲或者铅笔画出方格参考线，将报纸垫在袋子里，防止画蜡的时候粘到袋子另一面。
## 2. 画蜡
怎么正确使用蜡刀呢?点、线、面都应该怎么画呢?
一定要用蜡刀才能画蜡染吗？有没有其他工具能替代呢?
(1) 加热将蜡熔化,等待蜡完全熔化,用蜡刀瞧取少量的蜡,先在废布或者废纸上练练手感。
(2) 手握蜡刀,使蜡刀呈图中向前方倾斜状,在参考线里点上第一笔,画线的时候由上向下、由左向右画。画大面积蜡的时候,先画外轮廓再涂满全部。
3. 泡水
将画好的袋子完全浸泡在清水里几分钟,直至袋子完全浸透。稍微拧干,注意不要搓裂画好的蜡。
## 知识链接
防染材料有：1. 蜂蜡,即黄蜡，黍性强且软，适量加入白蜡或混合蜡一起使用效果更佳；2. 石蜡，俗称白蜡，较硬和脆，如单独使用会产生较多裂纹，可与其他蜡混合一起使用；3. 黑蜡，重复使用的蜡，重复的次数越多颜色越深,俗称老蜡，㓞性适中；4. 混合蜡，涵盖以上三种蜡的混合体，㓞 性适中
蜂蜡石蜡
黑蜡混合蜡
## 探究与实践
基础纹样绘制方法
## 知识链接
熔蜡温度：蜡液的温度一般为 $70 \sim 90$ 摄氏度,在画蜡之前需要测试效果
温度过高,温度过低,温度适中,线条不受蜡液成坨线条流畅控制
## 探究与实践
绘制“拉链形花边”:
先用指甲在布上划多排间距为 2 毫米的道子。然后在预定的位置上用蜡画两条辅助的细线,接着在中间画一排连续的短线,再在短线的上排错位并空一格画短线。
## 探究与发现
纹样中的“规矩” :
通过观看蜡染的绘制过程,我们发现很多传统的蜡染纹样骨架多为方形、菱形,再加上对角线的基本结构,也就是“九宫格”“米字格” 的基本结构。纹样在框架约束中形成规律,并可变化出丰富多彩的纹样组合。
## 想一想
常见的蜡染纹样都有哪些寓意?4. 染色
第一遍染色
(1) 将靛蓝染料倒进水桶里,加入固色剂。
(2) 将泡好水的袋子放进染液里面,注意需要将袋子完全泡进液体里,不然会染色不均匀。
(3)刚从染液里面拿起的袋子呈现绿色，需要静候几分钟待其氧化成蓝色。注意打开袋子后，袋子里面也完全氧化才可以。氧化后用清水将多余的染料冲洗干净。
第二遍染色
将染完第一遍的袋子再次放进染液里面进行第二遍染色,同样需要其完全氧化。完全氧化的袋子滴出的水是清水。氧化后再次用水冲洗。
## 5. 脱蜡
脱蜡需要特殊的材料吗?脱出的蜡怎么处理呢?
(1) 水煮沸,将染好色的袋子放进沸水里，反复搅动直到蜡完全熔化。
(2) 用䇦子将袋子挑起，在清水里面将蜡洗掉。用礿子将锅里面的蜡舀出收集起来形成回收蜡,可以二次使用。
6. 晾干、完成
可以进行多次染色,随染色次数增加,袋子的颜色越来越深,晾干需要自然阴干。
## 拓展练习
学会了单色的蜡染工艺,同学们可以尝试一下彩色蜡染。想一想,彩色蜡染和单色蜡染的工序以及它们的审美价值又有什么不同呢?
$仓$ 彩色蜡染
## 向经典致敬
安顺蜡染
蜡染是贵州著名的民间传统工艺，其中以安顺最为有名。贵州安顺蜡染被誉为“东方第一染”，安顺也被誉为“蜡染之乡”。
宋代鹭鸟纹彩色蜡染祤裙
安顺蜡染
## 探究与发现
“冰纹”:
在浸染中，“蜡封”因折叠而损裂,于是便产生天然的裂纹,往往会使蜡染图案层次更加丰富，尤具魅力
蜡染冰纹效果
## 第5课 造纸工艺
## 基本问题
怎样用最普通的植物纤维,通过工艺制作出纸张呢?
## 知识链接
传统手工纸品以宣纸最为经典,宣纸是文房四宝之首。宣纸的名称来源于安徽宣城。宣纸不只用于文人题词作画,也用于我国许多高级档案和史料记载,例如大量珍贵的古籍、名家的书画墨迹，大都用宣纸保存,流传至今,依然完好如初。现代手工宣纸还增添了很多新的元素,例如添加花草或酒银。
## 安全提示
在使用剪刀、尉斗和榨汁机等工具时,需在老师的指导下，以正确的方法使用。
## 情境导入
贺卡是人们互相表示问候时用的一种卡片，是人与人之间情感交流的一种表达方式，一张手工制作的贺卡，更是弥足珍贵。教师节即将到来,我们可以制作一张手工贺卡,并将自己想对老师说的感谢话语写在贺卡中，赠予老师，来感谢老师对自己的教育之恩。所以,接下来我们要先学习手工制造出特殊的纸张，然后再裁切成珍贵的贺卡。
## 一、材料和工具的准备
材料：废纸、喜欢的花草
制作工具：吸水材料（羊毛毡、毛巾、棉布等）、滤网、海绵、木板、水桶、托盘、榨汁机、剪刀、慰斗
二、工艺实践
## 1. 制作纸浆
废纸和水的比例有要求吗？纸浆越细拭越好吗？
(1) 准备材料,将废纸撕成碎片,放入搅拌机里。
(2) 倒入温水,没过碎纸,浸泡到碎纸柔软,打开搅拌机将浸泡过的碎纸打碎,形成完全的纸浆。
(3) 向搅拌机内倒入一些新鲜花瓣和叶子,再按下搅拌机搅拌均匀。想要纸张薄一些，就多打几次,让纸浆更加细腻。
(4) 将搅拌好后的纸浆倒入一个大盆里面,加入水,纸浆和水的比例为 $1 / 3$ 到 $1 / 2$。比例越高，纸张越厚。
## 知识链接
宣纸只是我国传统手工纸的一种。我国传统手工纸种类繁多，大致分为麻纸、皮纸、藤纸、竹纸、宣纸五大类。
## 查一查
不同手工纸各有什么特点?实际使用中有什么不同呢?
## 探究与发现
宣纸有多种分类方法,按纸面洇.墨程度分的话,可以分为生宣、半熟宣、熟宣。生宣容易使,墨迹产生丰富的军染变化,所以常用来画山水画。生宣还有很多种类,例如夹贡、玉版、净皮、单宣、棉连等,每种宣纸对于,墨迹的吸色程度都不一样。同学们可查一查这些不同种类宣纸的用途。
生宣的晕染效果熟宣的上墨效果
罗纹宣纸制作拓片
## 查一查
宣纸还有哪些其他的分类方式呢?
## 知识链接
纸的发明离不开中国古代人民长期积累的生活经验,是古人的智慧结晶。纸是我国古代四大发明之一，也是人类文明史上非常伟大的发明和创造。尤其是在蔡伦改良了造纸术以后,更使得千家万户都能掌握这项发明技术，代代受益。
东汉蔡伦像
## 知识链接
宣纸的种类繁多,檀皮是制作宣纸的主要原材料,檀皮所占比例的多少决定最后的书画效果的不同。按檀皮所占比例可以将宣纸分为棉料、净皮、特净三大类。檀皮所占比例越大,墨迹层次和军染效果越好,而且越能经受笔的反复搓揉。特净是檀皮含量最高的一种，比例高达 $80 \%$ 以上。所以,画画多用特净，书法多用棉料。
书法使用的棉料宣纸
特种净皮制作的册页
## 2. 制作湿纸
纸浆和水怎么分离呢?纸张的薄厚怎么控制呢?
(1) 将纸浆液体搅拌均匀,使用自制的篮网 (一张滤网,上下用木框夹紧),以 $45^{\circ}$ 角握住笑网,入水然后舀起,快速来回晃动,让纸张均匀。
(2) 沥干水分,去掉上面的木框。
## 3. 转移湿纸
再翻过来,把另一面平扣在事先准备好的吸水布上,拿掉第二个木框,实现湿纸张的转移。
## 4. 添加花草
新鲜的花草能直接用吗?怎样排布花草才能使构图更加好看呢?
将鲜花用微波炉干燥一下或者使用一些干花,平放在湿纸张表面会更好看,接着盖上吸水布，擀平。
## 5. 干燥纸张,制成成品花草纸
通过什么方法能快速去除去纸张里面的水分呢?
(1) 使用海绵等吸水材料吸掉纸张的水分,用厚木块压实,挤压多余水分,用慰斗熨平干燥。
(2) 将半干的纸张掀开,晾晒几天,待完全晒干后收集起来。
(3) 裁切成想要的尺寸,制作成贺卡。
## 拓展练习
除了使用花草装饰，试试用其他的方式制作特种手工纸。试试洒银工艺的效果，并谈一谈其制作方法跟花草宣纸制作有什么不一样呢？## 欣赏与评述
在云南腾冲，古法造纸术依然与环境和谐相处,一代代手艺人默默无闻地生产着纸张,在艺术传承中留下了属于自己的印记。
面对工业化对非遗文化的冲击,一张薄薄的手工纸,带着亲切朴素的质感，这是工业技术所不可比拟的,古法手工、代代传承、文化积淀,令古法造纸术传承至今。
纸艺扇子
纸艺钱包
## 第6课 草编工艺
## 基本问题
草编工艺技巧如何制作出富有创意的作品?
## 知识链接
草编是中国的一项传统工艺,在民间,人们常以各种柔㓞性强的草本植物为原料加工编制成工艺品。朗朗上口的“青䇿笠，绿蓑衣，斜风细雨不须归”，更是形象地说明了草编蓑衣在我国古代人民生活中的普遍程度。中国历史上最早的草编文物是挖掘出来的，由公元前 5000 年的河姆渡人制作，距今已有 7000 年之久。
## 安全提示
请同学们在使用打火机、缝针、剪刀的时候注意安全。
## 情境导入
在日常生活中,我们经常会吃煮玉米,剥下的玉米皮直接扔了可惜。刚好新买的杯子缺一个杯套,不如就地取材，变废为宝,用玉米皮编织一个杯套吧！生活中的许多小智慧,常常需要我们发挥创意和想象去发掘。草编自古就有,如今发展出许多美观有趣的编织纹样，这种智慧是人们变废为宝的生活理念的体现
一、材料和工具的准备
材料：蒲草、线
制作工具：杯子、剪刀
## 知识链接
1. 起头: 立“经线”
(1) 首先,在模具底部系绳 (2) 把“经线”下端内折小子一圈,作为立“经线”角,倒挂在绳子上。
的辅助。
(4) 用横向的蒲草进行编 (5) 继续倒挂“经线”,用织,具体方法是前面的一两根纬线上下交织固定根蒲草绕到“经线”后面,“经线”。
两条“纬线”用“上下交织” 法固定“经线”。
## 2. 编制：上下交织法、“拾一压一”法
(3)把蒲草对折变成两条“纬线”,挂在第一根“经线" 上。
(6) 同样方法继续,把一圈“经线”立完。
(1) 续接蒲草：把新的蒲草 (2) 继续用两根“纬线”上
揷在“经线”后面的下方。下交织
(4) 把最先编制的一根“纬 (5) 接下来用“拾一压一”法进行编制。具体方法是:“拾线” 尾巴折细,用后面一一根经线,压下一根经线”,也就是经纬线的相互交织。根“纬线”压住遮挡。纬线二合一变成一根。中国比较常见的草编种类有草编、棕编、藤编、柳条编、玉米皮编、竹编等。因南北方气温和降水量的差异,长江流域多生长苏草、金丝草、蒲草等,北方黄河流域则多为玉米皮、席草、芧草、麦秸等，因此在物品制作风格的形成上也有所差异。
草编
芦苇编
玉米皮编
## 想一想
不同材质的草编都分别适合用来编织什么物品呢？
## 知识链接
草编在我国分布广泛,如山东、山西、河南、天津等的麦草编和玉米皮编,还有上海嘉定、广东高要和东莞的黄草编，浙江的金丝草编，湖南的龙须草编以及台湾的草席等。
上海徐行草编
## 探究与发现
草编虽然有其自然本色,因为对生活的热爱,广大劳动人民依然以其智慧,赋予草编更丰富的外在色彩。不同色彩的配合编织,所构成的图案色泽富于变化又协调统一。色彩的加工有熏、漂、染、煮等方式。
## 探究与实践
编织是草编最基本的工艺方法。“编” 主要是用一根或几根草料,按一定规律运用搓拧、盘绕、掩压等手法以构成形体;“织” 是按经纬穿揷交织而成型。草编的编织主要有平编、绞编、勒编、编辨、编花等。编织花纹主要有十字格、人字纹、米字格、几何纹、文字纹，以及空心方角、六角眼、八角眼、梅花眼等。
人字纹编织
宽窄斜纹绞编织
六角眼编织
合双辡子编织
(6) 用“拾一压一”法继续编制,直至想要高度。
## 3. 结尾：锁边整理
(1) 续接蒲草: 把新的蒲草揷在“经线” 后面的下方。
(3) 把“经线” 上方多余的部分折下,上面留有空隙,便于之后穿线。
(5) 同样方法把所有的“经线” 折下,两根“纬线”上下交织一到两圈,固定折好的所有“经线”。
(2) 两根“纬线” 用之前的“上下交织法” 横向编制，固定每一根“经线”。继续编制一圈，使“经线”固定。
(4) 继续折下一根“经线”,用两根“纬线”上下交织，使其固定。
(6) 把蒲草多余的部分或者单独的线,穿过折好的“经线” 空隙。
(7) 穿过一圈之后,把“经线”多余部分拉下。
(9)把“经线和纬线”多余部分剪断,杯套编制完成。
(8) 拉紧“经线”,使编制部分上端整齐。
(10) 整理并剪掉多余的蒲草接头,即可完工。
## 拓展练习
掌握了最基础的草编方法,可以再试试其他的编结纹样或多色草编，还可以尝试运用其他自然材料进行编结,比如柳条,体验不同材料在编结过程中的不同质感和效果。
## 探究与发现
因为草编的原材料来自自然界中非常常见的植物，所以草编工艺广泛存在于世界各地，特别是非洲、美洲东南亚国家 $\cdots \cdots$ 因为特殊的地理和气候，其风格也更加多样。至今,各类草编用品仍使用在以上地区的家居生活之中
## 想一想
多色草编的编织方法和顺序应该是怎样的呢?
## 想一想
生活中还有哪些美观实用的草编物品呢?
## 第7课 竹编工艺
## 基本问题
怎样巧用竹子的性状,利用其结构原理,编织出更多样的器物?
## 知识链接
日常竹编器皿专用名词:
箕
笑箅
篮 : 用竹编成的带有提梁的盛物器
箕 $[j \bar{j}]$ : 用竹筬制成的扬去糠麸或收拾垃圾的器具。
笄 $[s h \bar{a} i]$ : 用竹子做成的一种有孔器具,把细东西漏下去,粗的留下。
箅 [bi]：“界” 意为“把谷物放在支架上蒸者”。“竹”与“界” 联合起来表示“竹制蒸架”,包括竹蒸架，蒸锅中的竹屉后指有空隙而能起间隔作用的器具。
## 安全提示
请同学们在使用工具的时候注意安全
## 情境导入
书桌上的小东西太多,看着凌乱不堪,影响了学习的心情,我们需要怎么分类收纳呢?学习竹编篮的编织,做好对各类物件的整理,事实上也是在整理自己的生活环境。生活有秩序,做事也会条理清盺。随着时代进步、人们生活的丰富化,竹编从最初用来存放食物的盛具发展成品种多样的竹编作品，从中可以看出人们对生活多姿多彩的艺术追求。
一、材料和工具的准备
材料：竹子 ( 也可以用藤条代替)、胶带
制作工具：尺子、餐刀、夹子、柴刀（专用的砍竹工具)、小二链锯 (将大毛竹锯断)、剪子（用来剪断㓞性好的竹筬)、剑门（主要用来平整竹筬边缘）
一工艺实践
## 1. 做底——“挑压编”
如何使收纳篮的底更加平实呢?
(1) 将竹条剪成段,最短的一段长度决定篮子的大小。下面我们要做的是一个正方形的小篮子,所以横向和纵向两边的竹条长度和数量完全一样,都是 7 条,长度都是 18 厘米。将其中的 7 条经箋紧密排列在一起,中间用胶布固定,也可以用厚重的书压住。
(2) 开始编织,垂直于经簚,如图顺序逐根放入纬筏,第二条与第一条错开位置。
也可以使用两种不同颜色的竹条交织形成花纹,注意经纬箋的上下层次关系,不同的层次影响编织后的纹样呈现。
(3) 当所有竹条编织完,已经形成一个
(4) 测试一下竹条,看看弯曲的方式和小正方形。
## 知识链接
中国人对竹子有一种特别的情结,古人认为竹子品性高洁、坚㓞不屈、虚心等，是君子的写照。我国竹子的品种敏多,但并不是每种竹子都能成为竹编的材料。竹子的种类、竹龄、部位等都是人们在挑选竹材时需要考虑的因素。适宜作竹编的竹子一般高大、端直、柔㓞、节长、健康少斑点。我国常用的竹编竹材主要有毛竹、兹竹、淡竹、水竹等。
## 知诏链按
经与纬的挑压是竹编工艺的基本技法,被挑压的筬为“经”，而编织的筬为“纬” 箴丝之间的挑压交织可以编织出千变万化的图案。竹编工艺大致可以分为三大类：平面竹编、立体竹编、平面与立体混合竹编
## 向经典致敬
除竹编编织外,我国古代劳动人民还会选择木、枝条、茎、皮、叶等能够在自然环境中比较轻易地直接获取的天然材料加工后使用,形成草编、藤编、柳编、麻编、棕编、葵编及“竹木牙角雕” 等工艺。
明代墣仲谦明代竹雕竹雕竹枝笔筒荷花香筒
## 知识链接
瓷胎竹编是竹编的一种,由传统竹编发展而来,其竹丝纤细如发,紧扣瓷器,又名竹丝扣瓷。瓷胎竹编所用竹丝在薄厚粗细上都有严格要求,厚度仅有一两根头发丝厚,宽度只有四五根头发丝宽,细胢精致，堪称一绝。
瓷胎竹编
## 2. 编织侧面
如何折弯竹条并保持不断裂呢?底部和侧面怎么编织衔接呢?
(1) 借助钢尺,将四边的竹条依次弯折,可适当喷些水。
(3) 这是编织好的三根竹条。
(5) 将第一面和第二面竖起,继续让 3 根竹条绕着编织。
## 3. 连接成型
(1) 竹条交会的地方,剪掉多余的部分,只留下大约 5 厘米长的末端,彼此交替着编织。
(2) 接下来,在一边再次编织三根竹条。
(4) 再次用钢尺,弯折三根竹条。
6) 折叠,编织第三和第四面,直到形成一个正方形。
(2) 至此,小篮基本成型,如果觉得高度不够，可以再增加竹条。
## 4. 收边整理
如何使收纳篮的边平整硬挺呢?
(1) 先将朝外的竹条向内弯曲,可以使用刀叉等辅助硬物,将它揷入编好的竹条中去。
(2) 为了增加篮口的强度,内侧增加一根竹条,并用木夹固定。然后,将内向的竹条弯折,揷入竹条中。
(3) 竹条交会的地方,用胶水粘好。至此,小篮子正式完成。
## 拓展练习
竹编，在传统文化中被运用到节庆灯具、儿童玩具及用品编制等领域，今天还被应用到灯具、茶具、家居饰品、工业建筑等领域当中。试做一个其他形状的竹编作品吧！
## 探究与实践
竹编制品看起来变化万千，其实全系于经纬之间的反复变化，基本的类别有垂直挑压编织法、多角挑压编织法、翻转弹揷编织法和其他穿揷编织法。不同技法编织出来的竹编有不同的观赏性和实用性。
垂直挑压编织法:
人字编十字编
多角挑压编织法:
人字编
十字编
## 欣赏与评述
竹编的现代语言：
## 第8课 纺织工艺
## 基本问题
怎样通过工具把经线和纬线组织起来,成为生活中不可
或缺的布?
## 情境导入
依飘窗而坐，欣赏窗外的美景，是一件非常悝意的事倘若在冬天,于暖黄的灯光下翻开自己喜爱的书,伴着窗外雪花飘僄,好生浪漫。但是冬天的窗台比较凉,如果此刻能有一张座垫,该多么温暖！接下来我们就学习一下如何编织座垫。科学技术飞速发展,给我们的生活带来了许多便利,手工织布的时代已经离我们很远,难以想象出古人织一块布需要花费多少时间,但也正因为难得，所以古人更懂得珍惜辛苦得来的那块布。通过编织一块座垫,让我们体会古人的编织乐趣，同时感受古人对物件的珍惜之情。
## 知识链接
纺织工艺是什么？是根据纺织材料的性能、工艺特点加以织造、织花,从而形成织品的工艺。中国是世界上纺织生产最早的国家之一,纺织品历史悠久,品种丰富,技术先进,在世界上久享盛誉。现如今,纺织品也是我们日常生活中难以替代的物品
树纹锦 ( 北朝 )
联珠对囱纹锦 ( 唐朝 )
黄地缠枝牡丹纹锦
（清朝 $)$
## 分析与讨论
织布机的基础织布原理是怎样的?织布机体积都很大吗?今天我们的织布机还这么复杂吗?我们怎么制造简易织布机呢?
## 工艺实践
材料和工具的准备
制作织布机材料: 四根长度相同的木棒、一根长度大于前四根的木棒
织布机制作工具：铅笔、标尺、电钻、胶布、手锯、
长铁钉、钻头
约织座垫材料：粗细相等的棉线（三种颜色以上)
纺织座垫制作工具：织布机、剪刀、粗毛线针、梭子、齿梳
第一步：制作织布机
1. 刻线
(1) 将两根木棒用美纹胶布绑在一起。
(4) 按照标记线,在木棒上
(2) 用铅笔和标尺，按 0.5 里米的间距标记位置
(5) 锯出刻线的效果锯大约1里米深度的刻线。
## 知识链接
中国的纺织材料:
中国的纺织材料主要有两种，以葛、麻及棉为代表的植物材料和认毛，丝为代表的动物材料。起初，这此动植物材料都取自大自然,为野生材料后来，随着人们需求的增力口，才开始采用人工种植和人工饲养的方法获取更多的原材料随着社会的发展、技术的革新,化学材料被发明并在现代普遍使用
葛麻棉毛虫
古代记录织布场景：
中国古人喜欢将社会之事藏于诗中，用诗记录时下人们的生活和风父。所以,我们可认通讨古诗去追寻中国的纺织故事。古代的织布不像现在这么便捷,讨程远比我们想象中的艰辛
(6) 制作与上面步骤一样,但是要按1厘米的间距标记《耕织图》南宋
## 知识链接
古时候有位非常勇敢而伟大的人，人称黄道婆。黄道婆生于南宋理宗年间,13 岁时因为不愿意当童养媳，便逃到了崖州水南村。水南村里居住着善于棉纺织技术的黎族人,黄道婆向黎族人悉心学习了棉纺织技术,并发明了纺纱车和织布机。这个发明比欧洲早了 400 年
黄道婆像
## 探究与实践
纺织物组织结构:
纺织物的经纬组织非常复杂，因而产生了锦、绫、纱、罗、缎、绉等各种织物的名称。
织物循环单位经纬线组织
各种纱罗组织结构
## 2. 安装固定
(1) 用电钻打孔。
(2) 与带刻度的木棒相对而放,然后用螺丝固定综框,不需要固定安装。
(3) 最后制造出的效果。
第二步：织布
## 1. 缠绕经线
缠绕经线的目的是什么呢?缠绕经线要注意什么?有什么技巧吗？
(1) 取红色毛线为经线,将毛线一头打结,固定在综框梳齿木条的一侧。
(2) 以S形形状将毛线缠绕在综框两边的齿梳木条上。其中经线要绷紧,为下一步做好准备。
## 2. 经线分层
综在纺织中的作用是什么呢?如何正确使用综呢?
(1) 将综揷入织布机框架与线之间，与综框上带有梳齿的木条平行。
(2) 排线的时候注意深浅凹槽,将经线一上一下排列好,形成上、下两个水平面。
(3) 这一步是为下一步做准备,让纬线穿梭在经线中间。
## 3. 穿梭纬线
怎么在织布的过程中变换颜色呢?
(1) 取蓝色毛线为纬线,将毛线缠绕在毛线针（传统做法是用梭子)上,留出 30 厘米待用。
## 4. 打结完成
(2) 用缠好的毛线针,在经线中间横向穿过,使经线与纬线交错缠绕。
## 知识链接
在毛织工艺中，地毛是一个重要的毛织品种,它不仅产量大，质地优良,生产遍及全国,而且具有较高的艺术性,是美化人们生活环境的工艺美术品。我国地毛制作历史悠久,早在新石器时代就已经发现
中国地毯
## 向经典致敬
锦作为纺织品中的高级织物,如同它的字一样,是“金” 和“帛”的组合，如同金子一般珍贵。它的华丽是其他纺织品无法媲美的。“锦绣前程”“锦上添花” 等成语都表明了它的贵气,同时也寄托了人们的美好愿望。云锦、宋锦、蜀锦、织锦缎、壮锦、苗锦等都是中国著名的织锦。
云锦
壮锦宋锦
蜀锦
## 第9课 刺绣工艺
## 基本问题
刺绣工艺有哪些基本技巧?
## 情境导入
和同学一起去参观了刺绣艺术展,被美艳绝伦的刺绣图案深深地吸引了，感叹刺绣人细㖪的手艺和超强的耐心,自己也想绣出一幅作品,但对复杂多变的针法无所适从。传统的刺绣作品虽然看起来精致复杂,但其实都是采用基本的刺绣针法,好的刺绣作品最终还是得益于日积月累的练习。所以，我们通过制作一幅简单的刺绣装饰画，来学习刺绣的针法，感受刺绣人持之以恒的专注精神
刺绣:
刺绣是针线在纺织物上绣制的各种装饰图案的总称,是用针将丝线或其他纤维、纱线以一定图案和色
彩在绣料上穿刺，以绣迹构成花纹的装饰艺术。刺绣是中国民间传统手工艺之一，在中国至
少有两三千年的历史。
立体绣:
立体绣是一种立体的概念,是现代刺绣的表现,由于立体绣有更强的立体视觉享受,更加形象化、逼真化,因此在现代生活中逐渐深入人心。立体绣在材料使用和刺绣手法上也更丰富多样材料：麻布、各色绣线、相框
制作工具：铅笔、橡皮、复写纸、$A 4$ 纸、剪刀、花绷子、大头针、顶针、水消笔、细铁丝、镊子、绣花针
## 一工艺实践
1. 画稿
(1) 将画好的绣稿用复写纸拓在绣布上。
(2) 在花绷子上把布绷紧。
## 2. 刺绣立体花
刺绣立体花只用线刺绣吗?有什么辅助工具吗?
(1) 将绿色的线穿过针眼。
(3) 注意长短要一致,然后用穿过针眼的绿线末端开始捆绑。
(2) 选用花瓣颜色的线以 $S$ 形缠绕在两指上。
(4) 将花瓣中心绑紧,不必剪开。
## 安全提示
请同学们在使用工具的时候注意安全
## 知识链接
刺绣是怎么来的呢?在原始社会,原始人喜欢用文身、文面对身体进行装饰。到后来,人们学会了织布,有了各种用纺织品制成的衣裳,就开始在衣服上尝试各种装饰,绣上美丽的图案和纹样。据《尚书》记载,早在四千多年前就有了“衣画而裳绣” 的章服制度
用于刺绣的底布大致有三类: 植物纤维布、动物纤维布、化纤布。不同的底布，对用线、针工和图案的要求各不相同绣线有纯棉细绣线、纯棉粗绣线、合股线、麻线、真丝线、机绣线、毛线、金银线、化纤线、丝带、涤纶绣花线等
## 向经典致敬
中国四大名绣:
著名的四大名绣分别为苏绣、粤绣、湘绣、蜀绣。苏绣，是以苏州为中心的江苏地区的刺绣,以广州和潮州为生产中心；當绣是广绣和潮绣的总称;蜀绣是以成都为中心的四川地区的刺绣;湘绣则是湖南长沙及其周围地区的刺绣的总称。
苏绣
仓粵绣
(5) 将绣线绣入样式草稿的花托处。
6 花瓣固定在布上。
(7) 利用绿色绣线缠绕花瓣,形成花托。
(8) 绿色绣线依然不能剪断,之后在每根缠绕的线上,都绑一个结,形成一个脊。
(9) 最后，绣针结束，绣入开始时候的花托处。
## 3. 刺绣花枝
花枝需要用到什么刺绣针法呢?花朵与花枝怎么衔接呢?
(1) 花托刺绣完成后,即可缝制花枝,使花瓣花托更牢固、美观。
(2) 花枝使用“扭针”针法,长度根据个人爱好调整。
蜀绣
湘绣
## 4. 完成花朵刺绣
(1) 用同样的方法,完成三朵立体花的刺绣。
5. 制作立体叶子
片的形状画出来。(2) 对齐花样将金属丝用“钉线绣”针法固定。(1) 在绣布上用水消笔把叶
(2) 最后修剪花瓣,使花瓣看起来更整齐。
(3) 用“齐针 (斜针) )”针法沿着叶子的外轮廓绣出饱满的叶片。
## 知识链接
我国少数民族一直以来都对各种传统工艺拥有强烈的热情,刺绣这项工艺也不例外。苗族、布依族、侗族等都非常热爱刺绣,并制作出非常优秀的作品,特别是苗族的五彩丝绣,更是刺绣中的精品。水族马尾绣更有“中国刺绣活化石” 的美誉。马尾绣还入选了第一批国家级非物质文化遗产名录。
$仓$ 水族马尾绣白族刺绣
苗族刺绣
## 探究与实践
传统的刺绣技巧非常复杂、技法多变,经过了长期的实践积累,在实际的刺绣过程中，刺绣匠人能熟练地运用各种各样的针法,并总结出各种花纹的适用针法,例如“齐针”常用于绣叶子和花瓣,“扭针” 常用于刺绣花枝等,这些都是宝贵的经验,值得我们学习和借鉴。
1. 齐针 (竖针)
3. 齐针 (横针)
5. 打子
7. 钉线
9. 扭针
11. 辩绣
刺绣基础针法
2. 齐针 (竖针)
4. 齐针（斜针）
6. 回针
8. 盘轮
10. 锁边
12. 坝针
(4) 渐变颜色，使叶片更立体。
(5) 预留7毫米边缘，把叶子剪下来。
绕着缝合,最后用绣线组合完成。
(7) 完成刺绣,将布绷摘掉,将刺绣部分剪下来,用相框裱起来,刺绣装饰画完成。
## 拓展练习
掌握了最基础的刺绣针法,可以再试试其他的刺绣针法,还可以再想想除了传统针线刺绣方法,还有什么其他特殊有趣的方法能够展现立体效果呢?除了绣线,试试用其他材料,看看有什么特殊效果。
## 欣赏与评述
刺绣与当代艺术:
刺绣作为一门传统的手工艺术,其独特的艺术魅力一直延续到今天,并在现代生活中找到连接古今的方式,从写实主义肖像到独一无二的服装再到文具，我们都能见证它的历史传承
花鸟图刺绣 [ 明］ 韩希孟
花鸟刺绣 $[$ 清 $]$ 沈寿
当代刺绣高凤兰
$仓$ 学生作品
## 第10课 皮影工艺
## 探究与发现
一个灵活的皮影角色，它的身体会被拆成哪几个部件?它们之间是如何衔接的?
皮影人“装配式” 的制作:“头”“盔帽”“身子”是皮影人重要的三大部分，接椎装置在每个部位都有安装，只有少数特定人物有专用的服装,其他大多数均可通用。
皮影工艺
## 基本问题
如何以图案与光影来展现戏剧艺术?制作皮影人有哪些技巧?
## 情境导入
“三尺生绢作戏台,全凭十指逞诙谐。有时明月灯窗下,一笑还从掌握来。”这首宋代流传下来的诗句生动形象地描绘出皮影戏这一传统的民间艺术文化。每个皮影人的造型看似简单,但它对匠人的制作工艺要求却极高,不仅要有一定的绘画基础，还要有独特的创造力和精湛的刀工。让我们通过学习制作皮影人，来领悟皮影中承载的人们生活的文化韵味。
传统皮影人
$\odot《$《葫芦兄弟》
《功夫熊猫》
皮影风格动画角色
皮影风格电影角色
## 想一想
皮影艺术的特点是什么?有哪此文化寓意?
## 一、材料和工具的准备
材料: $A 4$ 纸、硫酸纸、牛羊皮子（塑料软片)、针线（鱼线)、一次性䇦子（竹枝)、铁丝、矿物质颜料（水彩颜料）等
制作工具: 铅笔、橡皮、画针、尺子、皮影雕刻刀（美工刀）、图钉、蜡版 ( 软木板)、水桶、调色盘、毛笔、小钳子
## 二、工艺实践
## 1. 画稿
通常在皮影戏中所有出场的人物角色都不露正脸,大多都是侧身五分脸或者七分脸形象。我们将设定角色的整体侧面形象画出来，下面以制作五分脸的孙悟空角色为例。
(1) 人物动态：
(2) 画大轮廓:
(3) 角色完成:
(4) 标出连接点:
将孙悟空肩颈、肘关节、胯部、膝关节等连接点标注清楚，并把前后的透视画出来。
(5) 拿一张硫酸纸覆在角色图稿上,在硫酸纸上将人物的肢体分解并设计好刀口,般一个角色可分解成: 头 1 个,身子 1 个,上节腿 2 个,下节腿 2 个,上胳膊 2 个,下胳膊 2 个,手 2 个,共 12 个部件。( 注: 图中双线条就是需刻掉的刀口部位 )
## 知识链接
皮影角色性格的塑造: 最重要的是头部的塑造，人物五官以外的面部全部镂空制作是皮影典型的表现手法，其下颌方化、角化以直线构成脸形，使得人物造型巧妙精美
东亭皮影：人头和道具
## 查一查
我国还有哪些著名的皮影?
## 知识链接
各部件皮子薄厚的选择:
身子部位选取最薄最软的皮子,便于做扭头转身动作;腿部选取最厚的皮子,以增加皮影垂感。
雕刻方法大致分为阳刻阴刻两类。阳刻就是“空底” 刻法,将画稿空白处刻掉,留下线条。这种刻法能产生强烈的对比色彩效果,非常醒目阴刻便是将画稿上的线条刻去,留下大面积的底子,叫作“实底”。将这两种雕刻方法结合使用，会产生更好的艺术效果。
阳刻法
阴刻法
## 安全提示
在使用画针和刻刀等工具时,需在老师的指导下,以正确的方法使用。
## 2. 过稿（透图）
选取合适的皮子放在硫酸纸图稿上,再用画针把各个部件的轮廓和设计图案分别描绘在皮面上。
3. 镂刻
将皮子和图稿套准后固定在蜡板上，用小刀把双线条部分全部雕刻镂空。( 注: 这里所用的镂刻手法是阴刻法,同学们也可以发挥创意使用不同的雕刻方法)
## 4. 敷彩（染色）
(1) 涂色块: 上色要一气呵 (2) 涂渐变色: 先涂抺一层
(3) 涂完颜色以后还要风成,因为皮子都有毛孔,颜薄薄的颜色,再逐渐渐变色上错后无法修改。加深。干压平，最后再涂上透明自喷漆固定颜色。
## 5. 缀结（装订）
用针线在各个关节连接处打上死结,打完结后两个线头需剪断。将操作杆末端的铁丝圈固定在两只手和脖子的部件上。
最后完成角色制作。
## 拓展练习
根据小组的小剧本中某一场景描述，尝试做些风格统一的物件,如动物 (马)、家具等,来配合你们的角色进行更好的皮影戏表演。
## 知识链接
现代皮影艺术:
由于皮影制作工艺复杂、对技师技艺的要求标准非常高，这项已经传承了上千年的手艺如今已经极少看到了。但现在有很多艺术作品以皮影艺术作为创作元素，表现人生百态。这可以说是艺术的生命力所在,也是皮影的另一种艺术传承方式。
皮影戏系列首饰作品
皮影元素的时装设计作品
## 第11课 榫卯工艺
## 探究与发现
下面这些鲁班锁各自有什么结构特点?鲁班锁蕴含了怎样的智慧?
鲳班球
十八柱
太空球
八角球
$仓$ 大菠夢
大酒桶
三通
心锁
十姐妺
梅花锁
## 基本问题
什么是椎卯结构?制作鲁班锁有哪些技巧?
## 情境导入
说起中国传统的益智玩具,不得不提鱼班锁。鱼班锁看似简单,却暗含玄机,其最大的特点在于完全靠自身内部凹凸结构连接而成,不需要任何钉子或外力。鲁班锁之所以成为好玩的益智玩具,在于它不仅让我们的手指变得灵活,更有利于大脑的开发。接下来让我们通过制作一个鲁班锁,体会古代工匠的聪明才智。
公根鲁班锁
## 想一想
如何打开六根鲁班锁?它的结构是怎样的?一、材料和工具的准备
材料：数根长木条
制作工具：手工刨、卷尺、钢尺、铅笔、橡皮、锯、砂纸、钳
一、实践技巧
## 1. 则木与开料
使用平则和压则法对切割好的木材进行再加工。手工刨是制作中国传统家具常用工具之一。包削就是刨床在人力向前推动中则刃不断地切削木材的过程。由卷尺测量后,用锯条将长木条截出 20 毫米 $\times 20$ 毫米 $\times 100$ 毫米长的木条六根。( 各木条分割线的距离为 $2 \sim 3$ 毫米 )
## 注意
木条上有结疤时尽量让过去,不要让它出现在锯口处,锯割截断木料后，要用砂纸打磨断面棱边的毛刺。
## 知识链接
椎卯结合方式：常见的有燕尾椎、揷肩椎、格角椎、抱肩椎、托角椎、套椎、粽角椎、夹头椎、札椎、龙凤椎、樱钉椎、围栏椎、挂椎及半椎等。
楔钉榫
抱肩榫
长刨长450 550毫米，中刨长 $300 \sim 350$ 毫米,短刨长 180 毫米左右。可根据使用者的习惯、加工物件以及木料来选择。
## 安全提示
在使用钳、包、锯、刀、业、钉、锤等工具时,需在老师的指导下,以正确的方法使用
## 知识链接
6 根鲁班锁结构示意图
木条 6
## 2. 测量与画线
使用钢尺测量和用铅笔画线。A. 长边的中线要垂直于长棱，并将一面的中线延伸；B. 宽边的中线要平行于长棱，四个面都要画;C. 居中取 40 毫米,四周画线垂直于棱;D. 根据结构要求，标示保留面和需要凿去的部分。
## 3. 开槽
锯切：将木条夹持在钳工台上，使用钢锯沿画线的内侧切割。
注意: 选手工钢锯或线锯,体积较小,操作的安全性比较高。任何情况下,都必须垂直向下拉锯，这样才能使木条垂直不歪，不把线锯掉。
凿切：把锯开的中间部分凿去。要求：凿槽需要用凿子和锤子两种工具。凿子要垂直使用，锤子力度不宜过大，否则木条易裂开。
## 4. 精加工 ( 削锉 )
削锉加工：要将锯切和凿切的面削锉平整,确保尺寸修正到位,相互平行与垂直的平面关系不能发生变化。
组合测试及修正：用锉刀和砂纸对表面仔细进行修整，直至能较紧密地组合。
先用木锉打磨,然后再用砂纸打磨,也可以把砂纸缠到长木方上打磨,打磨时需注意不能把棱角打掉,保证加工件边沿的方正。
## 5. 组装
## 拓展练习
掌握了最基础的六根鱼班锁制作工艺,和同学们一起讨论,再尝试着制作一个其他结构造型的鲁班锁，探究不同种类的鲁班锁制作工艺有何不同。
## 知识链接
鲁班锁构造原理：
我们常见的也最为经典的鲁班锁是由截面都为正方形的六根木棍构成的。两根为一组，三组互相垂直且彼此制约。鲁班锁的神奇所在就是木棍的交叉部位。在这里凹凸交错,一根去掉的部分另外两根必会垂直填补
椎卯工艺:
椎卯结构是中国古代建筑、家具的一种主要承接方式,至今一直被人们广泛地应用可以说椎卯工艺是我国传统木制建筑和家具的灵魂。“椎” 为凸出来的部分,“卯” 为凹进去的部分。连接构造不用一钉、一丝，全部采用椎卯咬合的方式,使得各个部件完美衔接。椎卯工艺遵循力学原理,各个部件力道相互制约,实用性极强,而且外形精致唯美,互补共生,一盈一亏缺一不可，体现了中国匠人的大智慧。
紫禁城建筑屋顶
天坛祈年殿屋顶
## 第12课 木工工艺
## 探究与发现
有哪些発子还传承着木工手艺?哪种结构的発子更具有稳定性呢?
## 基本问题
如何制作一把四平八稳的八字脚板登?
## 情境导入
生活中有很多木制的家具，如桌、椅、板癶等，它们做工精细,设计巧妙。制作一个小板発,虽然看似简单,却十分不易。不仅要熟练地使用斧、业、锯、刨等传统木工工具将木料加工成形，而且还要使制成的小板発平稳不倒,这就体现出了木工精湛的技法。如果想为房间增添一件自已亲手制作的小家具，那就从一个拥有创意、漂亮又实用的小板発开始吧！从中我们能感受到传统木匠严谨的手艺精神和文化
## 猜一猜
你知道下面的这些古代坐具的具体名称吗?都有何功能?哪一个是无束腰直腿长方登?一、材料和工具的准备
材料：木材
制作工具：锯、手工刨、凿子、卷尺、钢尺、铅笔、橡皮、砂纸、必要的量具（角尺、卷尺）、工作台（包括工作长発）、F夹、铅笔、木胶水、油漆等。
选择木材并没有特殊要求,只要木材不过于松软即可。松木家具于视觉上先“色” 夺人,质感朴实、纹理清晰、色泽亮丽,能够把家居环境装点得素雅、纯静,给人一种融人自然的和谐与安宁的感觉。
## 分析与讨论
上等家具用的都是什么木材？有何特性?
## 二、实践技巧
## 1. 测算与画图
拜师学艺是传统木工技艺的传承方式,学习方式多半是言传身教。家具式样与尺寸在工匠学艺与谋生的反复实践中已然烂熟于心。对于我们则需要先设计出一个小板癷的造型，然后绘制出其结构图和三视图,以便可以合理地备料,并按照尺寸进行制作。
单位: 毫米
## 知识链接
椅的差异不在高矮，而在于椅出现了靠背这一显著特征。
$\odot\langle$《戏猫图》
椅，在宋代被写成“倚”,其可倚靠的功能显露无疑。宋人还给靠背椅装上了扶手，于是便有了扶手椅。椅比発更加强调了坐的舒适感
刘松年的《十八学士图・展书》
在宋代还有另一种常见的墩形坐具，从造型上看,它比癹更为美观,这就是“坐墩”。从外形上分类,坐墩可以分为方墩、圆墩和鼓墩。
《梧阴清暇图》
## 知识链接
八字脚板登的尺寸参考:
発面长 230 毫米,宽 160 毫米,高 230 毫米。初步锯切出一块癷板 230 毫米 $\times 160$ 毫米 $\times 25$ 毫米,两根横枨 180 毫米 $\times 26$ 毫米 $\times 20$ 毫米,四根脚料 250 毫米 $\times 30$ 毫米 $\times 25$ 毫米。
画一条有角度的线:
首先我们要将所需角度在金属量角器上设定好,然后将角尺座内边靠紧金属量角器的活动臂,同时角尺活动臂的内边靠紧金属量角器的底边,取好角度后,旋紧活动角尺的蝶形螺母,再把活动角尺的底座一边靠紧木料边缘,用铅笔沿角尺活动臂画线。
榫眼画线方法:
根据椎眼宽度在针式画线器上的画线针固定好,也可按照亚刃的宽度来设定。眼边线与工件侧面的间距可由调节画线器挡块位置来设定。挡块要靠紧工件边缘来画线
## 2. 下料与配料
通常根据要做的家具的尺寸来下料,为了避免在安装后出现瞎眼榫等现象，这种八字脚板癹的脚料其明椎更要留足余量。
## 3. 净料与画线
准确的尺寸是净料的关键所在,整理好的木料要直、平且直角精准。做好家具的基础和关键就在于这一步。在净料时选好所用木料的两个基准面，并标注墨线为下一工序做好准备。
注：木面没有全部净光有瑕疵也不要紧,只要避开基准面就行。
癹子八字脚两个方向的斜度都为 $5: 1$,也可用其他比例或者两个不一样方向的斜度,只要看着协调，并校正好活动角度尺就行。
确定 $5: 1$ 的斜度,10 厘米线段,开 2 厘米画斜线。
## 安全提示
在使用斧子、刨、锯、凿等工具时，需在老师的指导下，以正确的方法使用。
## 4. 打眼、开椎、截椎与塑形
要把握好榫眼双向斜度的角度,变换角度打是透椎两面打时的关键。板癹塑形和则圆的地方很少，基本都是素面,相对比较简单。
癷面双向斜榫用4分丵（12毫米）打眼
开榫截榫塑形
## 5. 校准组装、净面与打磨
板癹组装不必用胶,校准各部件的尺寸和角度后就可以组装、打实定型了。
校准组装
打磨
## 拓展练习
掌握了最基础的小板癷制作工艺,同学们可以再试试制作一个富有创意的其他木制小家具，例如小桌子、小茶几等
## 知识链接
木制家具的椎卯结构特点:
一、椎卯结构历史悠久。
二、椎卯结构能够有效地限制木料之间向不同方位的扭动，这也是铁钉连接做不到的，因此用椎卯结构制造的家具远比用铁钉连接的家具更结实耐用。
三、用椎卯结构制造的家具更加便于运输。许多家具是拆装运输的,到了目的地再组合安装起来，十分便捷
四、用椎卯结构制造的家具便于维修
五、椎卯品质高。
榫卯结构的三大类型
一、面与面、边与边、面与边的交接构合
二、“点”的结构方法。
三、三个构件相互连接、
合为一体的构造方法
## 第13课 刻模工艺
## 探究与发现
各式月饼使用的模具有什么不同呢?中国传统月饼模具的独特魅力又体现在什么地方呢?
京式月饼
广式月饼
港式月饼
## 基本问题
如何制作一个可以承载着文化寓意的月饼模具?
## 情境导入
“小饼如嚼月,中有酥和饴”,一块小小的月饼,不仅要经过一道道繁杂的工序精心制作,而且是承载着人们内心真切的祝福和想念的载体。月饼模具多为匠人手工制作,生活和艺术在小小的模具中合二为一,丰富多彩的 $凡$ 图案与千姿百态的形式是代代匠人手艺传承的结晶。通过学习制作一个月饼模具,体会生活中做月饼的乐趣，同时感受老一辈人通过饮食
追求文化艺术的生活态度。
一、材料和工具的准备
材料：硫酸纸数张、木料（橡皮章)
制作工具：铅笔、橡皮、尺子、胶水、剪刀、锯子、木雕刻刀、锤子、辅助机械工具 (没有可用手工代替)、切割机、刨木机
工艺实践
1. 画稿
月饼的形状一般以圆形为主,象征团圆和幸福美满。
(1) 用铅笔在硫酸纸上画一 (2) 画好图案后在硫酸纸反面再勾勒一次,这样刻到模个直径约 10 厘米的月饼模子上的图案是反面的,而印出来的月饼才会是正面的具图案，线条要描绘清晰。图案。
## 2. 模具选料
(1) 将选好的木料都锯成长 25 厘米、宽 15 厘米、高 4 厘米的木块。
(2) 可以照着原来的模子将大轮廓画出来,也可以直接画。
3. 打边牙
(1) 用刻刀从中间向
(2)刻出大轮廓外扩展，将饼模的后,使用锤子辅助细丵。(3) 将木料用切割机按大轮廓切割好,再用机器包平。刨过的木料要厚度一致，上下平整、表面光滑。大轮廓刻出来。
(3) 在模子四周刻出整齐的花纹。这道工序不仅增强了月饼的装饰性,还便于月饼顺利脱离月饼模具。
## 安全提示
在使用剪刀、刻刀、锯子、锤子、切割机等工具时，需在老师的指导下，以正确的方法使用。
## 知识链接
糕饼模具：
糕饼模具，是专门将糕饼的形式和图案压制成型的模具。定型是糕饼制作过程中必不可少的一道工序。我国使用印模工具已有数千年的历史，对于制作模具的历史可以追溯到青铜时代。
“大泉五十” 铜母范
在唐代就出现了专用糕饼模具。唐代经济繁㭉、政治稳定,这使得唐代各民族间以及和周边国家的文化交流、经济贸易更加频繁，印模也就应世而生。
传统糕点模具
传统的糕点模具材料较多选用束木、梨木等。这此木料不仅经久耐用，还便于保存，其木纹纤细不易开裂，板面光滑便于雕瑑。木料对最后呈现的饼模品质起着决定性作用。
## 知识链接
糕饼纹样:
印花糕板的纹样与民俗活动有着不可分割的联系,而祭祀与象征寓意等传统文化都包含在民俗活动之中,印花糕板的诞生即是这些文化的体现。
寿桃纹木范
在民间图案艺术承载着吉祥如意、平安福顺等重要的文化内涵。自古以来“吉祥”二字就寓意着福瑞喜庆、诸事顺利。汉墓中出土的带有吉祥图案的文物㞓见不鲜,而更早可追溯到商代。印花糕板自然而然地就成为这些文字与图案的承载体,并一代代地传承下来
双喜字花，草纹木范
洋果子木质模具
## 4. 精雕细琢
雕刻月饼模具凹面的图安，这道工序即畐㞄点晴之举,月饼的正面图案全靠此工序呈现。
(1) 可以将画好的图案用剪刀剪下来贴在模子里面,也可以用刻刀将花纹轻刻在模子里面,形成图案的暗纹,再接着由中心向外逐渐雕刻。
(2) 雕花纹的时候,左手助 (3) 模具的凹处即月饼的凸处,在凹处要一层一层地削力,右手雕刻。去表面不平整的部分。
(4) 刀锋要先平揷进木料,再䤜开,这样得到的纹理才更平整。
(5) 最后呈现的“饼模”图案要纹理清晰,边缘匀致,这样才易于脱模。模具使用前用清水冲洗干净，再用食用油浸泡两天,使油慢慢地渗透到模具里,以便使用。
## 想一想
生活中你还能在哪此地方看到吉祥纹样呢?
## 5. 印月饼
接下来，我们使用雕刻好的“月饼模”来制作蛋黄广式月饼。
(1) 将准备好的面团平均分成若干个小面团,每个25克,同时将馅料混合搓成小球备用。
(3) 将搓好的月饼球放入制作好的“月饼模” 中,均匀地压实。
(5) 烤盘底部刷油,防止粘连,将成型月饼放入烤盘,用 $160^{\circ} \mathrm{C}$ 烤 10 分钟。
(2) 将馅料小球包裹在面团里。
(4) 将模具向桌面快速拍出。
(6) 出炉。做好的月饼冷藏 3 5天，囸油之后,口感更佳。
## 拓展练习
如今市场上的甜点各式各样,和同学一起思考如何运用传统制作月饼的工艺技法,制作出外形具有创意、美观新颖的点心
## 想一想
中国还有哪些传统节日?它们各自有哪些习俗和特色?
## 第14课 剪纸工艺
## 探究与发现
剪纸的分类因不同地区的研究者有不同的出发点及不同的视角而有所不同,其中以用途为据可分为以下四类：装饰类 (如窗花)、俗信类 (如门神)、稿模类 (如绣稿）、设计类 (如电影或电视的片头)。不同类别的剪纸在生活中都有何寓意?中国民间剪纸和艺术家创作的作品的各自特色和区别是什么?
## 知识链接
古代剪纸:
1959-1966 年,我国曾在新疆古丝绸之路附近的阿斯塔那古墓群中陆续出土不同纹样的剪纸。
对马团花
## 基本问题
如何制作一幅具有纹样寓意的窗花?
## 情境导入
过去,一到过年,全国各地,每家每户都会贴上喜气洋洋的窗花,以此来烘托节日红红火火的喜庆氛围。而今随着社会的发展,人们渐渐淡忘了过年贴窗花这一传统习俗。为此,我们通过学习剪窗花来激发艺术构思,并重温传统习俗。
喜花清代
彩色剪纸近代
福禄寿明代
彩色剪纸现代
## 安全提示
在使用剪刀、刻刀、订书机等工具时，需在老师的指导下，以正确的方法使用。材料：彩色宣纸
剪纸工具：剪刀、刻刀（刻制剪纸的主要工具，刀片有斜尖和圆口两种，也可用美工刀）、蜡盘 （木质结构,蜡质松软，㓞性适中，适合精细制作)、铅笔、订书机等。
## 一、工艺实践
## 1. 纸张选取
艺术剪纸多采用特制的彩色宣纸，其纤维细胢、质地平整、色彩纯正不反光。毛边纸质地较粗粘,更适用于普通剪纸。普通大红纸表面粗糙、质脆、易褪色，但因色彩鲜艳又
经济实用，也适合做窗花用纸。
## 2. 画稿
(1) 构思：一个虎头图案,以轴对称方式表现。
(2) 折叠: 将纸张横向对折，套在一起。
(3) 起稿: 在白纸上将虎头图案绘制出来,刻对称的稿子,画一半即可。（注: 在画好虎头的白纸后面套上彩色宣纸。最多套 2 张宣纸，太厚了不便用刀刻）
## 知识链接
剪纸的题材的特征: 象征性、比喻性、寄托性、谐音性
## 想一想
生活中你还见到过哪些题材的剪纸作品?
彩色剪纸:
点染剪纸、套色剪纸、分色剪纸、填色剪纸、木印剪纸、勾绘剪纸
套色剪纸兔爸
## 知识链接
图案造型
(1) 写实: 用剪纸的方式将真实的事物表现出来
(2) 写意: 将事物的意象用简单的轮廓与线条表现出来。
(3) 夸张变形: 把剪纸作品的形状用夸张的手法表现出来。
(4) 添加装饰法: 剪纸除了主体，还会在旁边添加一些装饰点缀,使剪纸作品更加完整和美观。
剪纸手法:
剪影法
阴剪法
阳剪法
混合剪 (4) 将一沓宣纸和描绘好的样稿订 ( 缝) 在一起。
3. 剪刻
剪纸的三种主要手法：刻纸、剪纸、撕纸。
刻纸顺序：由小到大、由局部到整体。
刻纸,样稿粗细程度不同，选用的刻刀也不同。剪刻时要由中心慢慢向四周刻，如人物先刻五官，花鸟先刻细部，这样才能保证形象的准确。刀的顺序要由小到大,由细到粗,由上到下，由局部到整体。要避免重复刀，刻断不要的部位。
内部细节刻好了后,可以使用剪刀或者刻刀来处理剪纸的外轮廓，以便将剪纸作品剥离出来。
## 4. 展开、揭离
不同的纸张展开手法不同。比较容易揭开的纸有纸面光滑的线面纸和电光纸,宣纸和粉连纸的纸质轻薄,上色和闷潮后就容易互相粘连，所以在揭离时需轻轻揉动纸板,使纸面分离后再轻轻揭起第一层纸角,一边揭一边用嘴吹可更好地将纸揭开。
撕纸,是一种类似剪纸的平面镂空艺术,不需要画草稿和其他工具,是完全凭自己的手感经验完成的艺术形式。
## 拓展练习
学会了单色剪纸中最基础的折叠剪纸,同学们可以发挥主观能动性,运用学到的剪纸技法,尝试制作一些富有创意的彩色剪纸作品
## 知识链接
南方代表一一佛山剪纸、福建剪纸、浙江剪纸、扬州剪纸
福建剪纸
浙江剪纸《杭州欢迎您》方建国
北方代表一一䒬县剪纸、山西剪纸、陕西剪纸、山东剪纸
陕西剪纸
## 查一查
前纸各方派系的艺术风格有何不同?
## 第 15 课 花灯工艺
## 探究与发现
花灯最早可以追溯到什么朝代?用处是什么?
## 基本问题
如何运用纸张的折叠结构来制作一盏“无骨花灯”?
## 情境导入
元宵佳节赏灯游园是我们自古以来的习俗，唐代诗人苏味道曾写下这样的诗句：“火树银花合，星桥铁锁开。暗尘随马去，明月逐人来。” 可见当年上元花灯节的盛况。传统的花灯作品虽然看起来精致复杂,但都是运用最基本的扎制法，通过裁剪、绘图、针刺、折叠等制作出来的。接下来我们将尝试制作一只简单的“无骨花灯”。若是提着它去逰灯会，会不会有别样的感受?
宫灯
走马灯
龙灯
纱灯
花灯在我国有几千年的历史,起源应与照明及祭祀活动相关联。据《拾遗记》记载,周穆王时就有了花灯,周穆王三十六年 (公元前 942 年),东巡大骑之谷春宵宫,集合方士仙术之要,夜间设长生灯以自照,灯名恒辉。秦汉时期,也有类似的花灯。如《西京杂记》中记载汉武帝所用花灯：“七龙五凤,杂以英华莲䰤之齐。” 可见在秦汉,燃灯祭佛可能已成风俗。一、材料和工具的准备
## 二、工艺实践
1. 画稿
(1) 在一张卡纸上画一个边长10厘米的五边形
(4) 一共画11个同样大小的五边形
2. 绘制图案、上色
(1) 画出一个五边形的对角线
(3) 其他四个角同样折好,这时候出现一个五角星形状
## 知识链接
花灯与民俗:
在古代,“灯”的字音与“丁” 相似，民间有添灯就是添丁的意思。而“竹”与“德” 同音,因而人丁兴旺、福泽延绵便是竹子灯笼所带有的美好寓意。
## 知识链接
花灯可追溯的历史久远，各地花灯都有着鲜明的形态特色,潮汕的油纸灯笼就是其中一项。“写灯笼”是制作灯笼过程中最关键,也是最难的一步写着姓氏和宗族的郡望的是挂在家门口或者宗祠前的,如果写着“天后圣母”“玄天上帝”“接福迎祥”“风调雨顺” 等字样,则是挂在庙宇宫殿前的。
## 想一想
中国其他地方的花灯是怎样的?有什么特点?
潮汕地区油纸灯笼
## 知识链接
有关灯笼的民俗活动:
在中国宗教活动及民间祭祀活动中,放河灯是悼念逝去亲人的一种仪式,同时也含有对活着的人的祝福。人们通常是在每月初一、十五或逝世忌日进行。
莲花灯
花灯与戏剧:
中国西南地区花灯艺术的一支重要流派当属“秀山花灯”,它将宗教、民俗、杂技、歌舞、纸扎等艺术结合为一体,是民间文化现象和表演艺术的结晶。“秀山花灯”有一套完整的演出程序,包含设灯堂、启灯、跳灯、辞灯等。
## 查一查
花灯戏剧是怎样发展的?以后还会有怎样的形式?
$仓$ 秀山花灯表演
## 3. 连接五边形
(1) 将两个五边形摆在一起,用胶水涂好一个边
(4)一共连接5个五边形,形成一个圈
(7) 将剩下的一个五边形粘贴在窄口边上
(2) 将两个五边形粘贴在一起
(5) 连接好的两个圈
(8) 形成花灯的底部
(3) 用同样方法粘贴第三个五边形
(6) 在一个五边圈的基础上,用胶水涂在窄口边上
99 取出另一个五边圈
(10) 在窄口处涂上胶水
## 4. 收边整形
(1) 将两个单独的单元连接在一起
(11) 翻转过来,将边折进花灯内部
(2) 用胶水在边上涂好
(3) 将边粘牢固
(4) 收好边的花灯
## 5. 最终效果
将蜡烛或者电子灯放进花灯里面,美丽的五角星花灯就完成了。同学们可以发挥自己的创意，在这个基础上进行装饰，例如粘贴、绘制、镂空。
## 拓展练习
在我们的生活中，还有很多种传统花灯。试试制作传统纱灯笼和六角灯笼，还可以在纱灯上作画，会另有一番不同的体验。
## 知识链接
传统花灯的再设计：
2014 年 9 月，年轻设计师柴受和“花灯之王” 郑祥霖合作了新式花灯――竹球灯”，灵感来源于郑师傅所做的舞龙灯里的龙珠,竹球可有各种图案和色彩变化,它既是一枚轻巧好玩的球,又可以组成一啔美观的灯。
## 想一想
你认为传统花灯还可以有怎样的发展呢?
竹球灯
日本有一种用细竹条和纸糊形成的灯笼叫“Chochin”，和中国制作灯笼的方式类似。著名视觉艺术家 Mic Itaya,曾塑造出一系列现代大胆的艺术作品。在现代居住空间中,这些作品亦可以作为灯具完美地融入。
## 第16课 风筝工艺
## 探究与发现
风筝最早除了娱乐身心，还有什么样的作用呢?
下面这些风筝的形状大都来自什么?
## 安全提示
在使用钳子、剪刀、锉刀、酒精灯等工具时,需在老师的指导下,以正确的方法使用。
## 基本问题
制作一只平衡性好又美观的风筝有哪些技巧?
## 情境导入
春天来了，蓝蓝的天空中飘起了各式各样的纸茑。看到这个欢乐场景，你是否也想拥有一个精美的“沙燕儿”和家人或朋友一起来放放呢？虽然放风筝是个很普通的活动，但制作一个“沙燕风筝” 却是非常有讲究的。除了需要熟练掌握制作风筝的工艺技法和装饰的艺术性,更重要的是能够让风筝带着你的梦想飞起来。让我们来探索其中的奥秘吧!
## 一、材料和工具的准备
材料：竹筬、502胶水、硫酸纸、无纺布、丙烯颜料、水、纱纸条、马拉纸、细棉线、乳胶
工具：铅笔、酒精灯、橡皮、直尺、卷尺、尖头钳子、剪刀、锉刀、画笔、小碟子
一工工艺实践
硬翅沙燕风筝是京式沙燕风筝里最具代表性的,它是以燕子为原型进行艺术夸张变形而来的。
## 1. 处理竹条
扎包括：选、憵、弯、削、接。扎骨架时,尽量让骨架的左右对称,这样风筝才会平衡。
(1) 挑选骨架料,选用碗口粗细的毛竹来制作骨架。不要选用生长期短和让雨水浸泡发霉的竹子。
(3) 将憵好的竹料进行刮和针。将刀刃部分平放在竹子表皮上,同时用力将竹条抽出，可以用力均匀地将竹条受风化的表皮刮掉。
## 2. 扎骨架
(1) 所需要的门条是有弧度的,要用火烤制,左右晃动使其受热均匀。用线绑制一天使其定型。
(3)从门条两边底端向上 16 里米处各憵开一条 1 厘米长的口子。
(4) 憵好后将上膀条从门条
(2) 将竹料憵好,用刀将竹筬破开,约 $1 / 3$ 粗度，为之后的刮和锉做准备。
(4) 锉竹条的目的是将竹节部分的竹皮和竹裏锉平,以保证两边和中间的厚度一致。刮铎完的竹条很薄,但还要憵制到 3 毫米左右，要注意手的力度。
## 知识链接
相关传说:
风筝有四种起源传说，即斗笠、树叶说,帆船、帐篷说，飞鸟说，李邸说。世界风筝界一致公认风筝起源于中国。
仓中国龙头蜈蚣风筝
风筝的形状:
风筝主要模仿大自然的生物形象,而图案方面也因个人喜好而设计。曹雪芹在其著作《南鹞北窎考工志》中,介绍了数十种不同形状的风筝的扎制方法：斗尖子风筝、软拍子风筝、硬拍子福字风筝、软翅风筝、筒子式风筝、蘑萜伞风筝、串担子风筝、硬翅风筝等。
## 查一查
不同类型的风筝都有什么样的特色呢?
(2) 在门条底端的部分憵出 1 厘米左右的口子。
(5) 将下膀条揷入门条两端。
硬翅蝴蝶风筝
仙童形象风筝
软翅蜻蜓风筝寿字风筝
## 知识链接
风筝四大流派:
我国风筝遍布各地,由于地域文化的丰富多彩,风筝也形成了不同的流派和艺术风格。其中最为著名的是北京、天津、南通、潍坊的风筝,即风筝的“四大流派”。北京的代表有“风筝哈”、金家风筝、曹氏风筝等;天津的代表是魏元泰一家的“风筝魏” 和杨柳青风筝;南通以有独特音响效果的“板鹞” 著称;潍坊被誉为“世界风筝之都”,是风筝文化的艺术交流中心
蝶恋花风筝天津
云南滇派硬翅风筝
## 查一查
各个流派的风筝都有什么样的特色呢?
6) 用细棉线将门条和下膀条以十字交叉法相互系牢。
(7) 将多余的竹条剪掉。
(8) 勒膀线以增加风筝的抗风性能。
(9)最后用 502 胶水黏合牢固。
## 3. 绘花彩
绘包括：色、底、描、染、修。沙燕风筝的绘画题材丰富多彩，绘制也十分精细，这其中包含着对美好理想的寄托。
(1) 空白硫酸纸,左右对称折中线。把骨架平放在纸上,左右均匀。按外轮廓把半边图形标记在纸上。
(3) 将描好后的图纸铺在硫酸纸上,拓出图案。硫酸纸对折将另一边的图案画出来。
(6) 先画外轮廓,再画胸腹和翅膀。
(2) 单画翅膀的轮廓。找一张和翅膀大小差不多的纸张搭在框架上,将轮廓轻轻描绘下来。
(4) 用直尺在胸腹部 1/4 处画出尾条直线和配花。
(5) 之后将无纺布平铺在硫酸纸上,将图案勾画出来。
(7) 上颜色。上色的时候要由浅入深。先画头部,由的风筝画晾干。
(8)上完颜色后,将画好上向下，最后画翅膀。
## 4. 糊纸面
糊包括：选、裁、糊、边、校。
(1) 先糊风筝的两个翅膀。将画有翅膀的无纺布从翅膀骨架后面穿入。
(2) 涂上乳胶,将画面和骨架合在一起,轻轻按实。晾置两个小时后,剪去多余部分。
## 5. 拴提线
(1) 要缝好上膀条与门条的 (2) 下膀条的中心处也用针 (3) 将上提线与风筝面的夹交叉处,并打上结,将上膀线缝好,打上结,形成下角调整为 $65^{\circ}$ 时,即可打上条的两根线拧成一股并打提线。注意下提线要比上死结,扎制也就完成了。结，形成上提线。提线稍长一些。
## 6. 放风筝
放包括：风、线、放、调、收。
## 拓展练习
传统风筝一般都是纸做肉,竹子为骨架,现代科学的发展为我们提供了更多新的复合材料,同学们想想还有哪些材料可以用来做风筝呢?
## 知识链接
风筝文化衍生品:
风筝主题邮票
北京扎燕风筝从区级非遗保护项目到市级非遗保护项目，再到成功申请为国家级非遗保护项目,从挖掘到成功申报经历了八年的历程。北京扎燕风筝作为中国传统民间艺术深受大众的喜爱，2008 年北京奥运会吉祥物之一的北京扎燕风筝―一福娃妮妮也由此走进了千家万户
福娃妮妮
## 第17课 折扇工艺
## 基本问题
折扇的制作技巧有哪些?
## 探究与发现
生活中的折扇由于选材和工艺的不同，其功能性有一定的差异。随着市场需求的多样化和制作技法的不断提高,折扇的选材、图案以及色彩也越来越多样化。想一想，下面这两把折扇分别具有哪些功能和寓意?
乾隆帝绘寿萱图并书奉侍皇太后观荷诗折扇清乾隆二十五年 $(1760)$
## 想一想
这些名扇都具有哪些特点和功能?
檀香扇（江苏 $)$
## 情境导入
在酷热难耐的夏天，如果有一扇在手，我们便可以自在地消暑度夏。折扇携带方便，既可扇风，又可遮阳。若是在扇面上题诗、作画，它就成为一件艺术品。制作一把既美观又实用的折扇,除了需要熟练掌握制作折扇的工艺技法,还需要了解它的材料、艺术装饰方式等知识。现在,让我们通过手工制作一把折扇，来体会折扇中的文化内涵吧。
檀香扇
## 知识链接
中国五大名扇：
真丝扇（安徽）
火画扇（广东）仓竹丝扇（四川）仓绫绢扇（浙江） 一、材料和工具的准备
材料: 竹片（或木片）10条、白纸2张、宣纸 1 张、金属丝 1 根、扇坠 1 个
工具：尖嘴钳、剪刀、圆规、图钉、铅笔、毛笔、颜料、笔刷、白乳胶等
## 想一想
匠人们在制作一把精美的折扇时，会用到哪些专业工具?
## 二、工艺实践
一把精美的折扇,其制作工序非常繁杂,费时费力。接下来，我们一起试着制作一把独特的折扇吧！
## 1. 备料
备料是指准备制作扇骨、扇页、扇面、扇钉等所需的材料。
(1) 扇骨和扇页的材料多为竹、木,竹料要经过锯筒和䢃 料，木料则需要开料。
(2) 扇面以光滑匀净、洁白绵软的㓞纸为主。
(3) 扇钉多用金属材料,如牛角钉、银钉、铜钉等。
(4.)扇坠与扇囊一般都是现成的部件。
## 2. 制作扇骨、扇页
扇骨和扇页的制作工序达 40余道，比如选料、晒、削、憵、烘、造型、钻孔、髤漆、包砂、合股、打磨、上钉、雕刻、镶嵌等。
(1) 用图钉在木片的一端䧸出一个小孔。
(2) 所有木片都要濯孔，位置相同。
## 知识链接
扇子用料:
(1) 扇骨、扇页的材料有竹、木、象牙 (今禁用以保护生态）、㺷瑁、牛骨、珐珢、玉石等。竹料一般要选长于阳坡肥沃土壤上的 $6 \sim 8$ 年的竹子,湘妃竹、毛竹、斑竹、罗汉竹等均可。
湘妃竹扇骨
(2) 扇面的材料有绢、绫、罗、纸、羽毛、竹筬、象牙丝、树叶、麦秆、牛骨等。
宣纸
开通：截取竹节适用的部分。
开片：将竹节开成适用长度的片。
憵黄：截取竹节适用的竹黄部分。
煮竹：将竹片放入锅内水煮半小时,竹色呈青黄,者出竹内脂浆可防虫蛀。
晒干：将熟料暴晒三四天，呈均匀黄色即可。
拖边：用刀轻轻刮去熟料外皮
断边：量好需要的竹片尺寸，将多余部分锯掉
## 知识链接
扇骨尺寸和档数:
档数即大骨和小骨的数量之和,最少的为 9 档,另有 $11、12、13、14、16、18、$ 20、22、24、30 乃至 40 档不等。9 档扇骨子少,其折扇排口最大;40 档扇骨子多，则折扇排口最小。最为流行的一种是 16 档扇骨,扇骨长 30 至 32 厘米，展开后呈 $140^{\circ}$ 左右,视觉舒适，使用方便，颇得大众赞赏与认可
扇面折叠技巧:
按照上面的折叠方式将宣纸裁切成扇面
(3)用金属丝或者铜钉将所有木片穿起来。
(4) 木片穿好后，把金属丝拧一下，完成扇骨的制作。
## 安全提示
在使用剪刀、钳子、圆规等工具时，需在老师的指导下，以正确的方法使用。
## 想一想
扇骨的尺寸和数量对视觉美观性和实用性分别有什么影响?
## 3. 制作扇面
(1) 宣纸的长宽比例为 2:1。
(3) 用剪刀于图中位置剪开。
(4) 展开后的扇面稿。
(5) 接下来是设计扇面图案,先用铅笔画出 66 在扇面背面写上书法文字。草稿，接着用国画颜料勾画出图案。
## 4. 粘贴扇面
(1) 在扇面上定好大小骨的位置。
(3) 将刷好白乳胶的大小骨贴在扇面上,另外一面也粘好完成。
## 5. 装饰折扇
在扇骨与扇页上进行绘画、镶嵌、雕刻等加工手段,使折扇整体更加美观精致,更具艺术魅力。
(1) 挂上扇坠。
(2) 配上复古味道的扇钉,一把中国传统味道十足的扇子就做好了。
## 拓展练习
折扇命名因其制作材料和方法不同而不同，如春扇、香扇、瞧郎扇、三面扇、靴扇等。挑选其中的一种和自制的扇子进行比较，分析它们制作工艺的不同之处。
## 知识链接
扇面装饰:
常见的扇面有素纸扇面、浑金笺面、金笺面、发笺面、砚宣面、绫绢面、棉纸面、泥金面等。绫绢多为工艺扇扇面，用得极少;棉纸面多为僧人所有,大多用金泥在面纸上书心经,绘罗汉图,因其透光多以棕竹为骨;泥金面通体用泥金绘以工笔画,配八寸 32 档扇骨,多为戏曲艺术中女性之物。一把扇子的收藏价值需要综合扇面质量、作者、年代、绘画方式和题材等多个方面来评断。
荷花扇面
扇坠的作用:
折扇的扇坠相当于一张名片,既可当文玩雅物,亦能体现所有者的情趣格调，玉、木等都可作为扇坠。小巧精致的扇坠可融合抽象和意象等传统工艺，充满雅趣。
## 想一想
你见过的折扇的外观上的装饰有哪些?都有什么功能?
## 第18课 装帧工艺
## 探究与发现
各式各样的笔记本都用到什么材料呢?这里面都运用到哪些传统工艺呢?哪些笔记本更加结实耐用呢?哪些笔记本更有设计感呢?你喜欢哪一款?
## 想一想
精装笔记本各个结构的作用是什么呢?装帧工艺
## 基本问题
纸张如何装订成册?制作一本精装笔记本的技巧有哪些?
## 情境导入
通过本门课程,同学们学习了许多的工艺,拥有了很多工艺作品和记录制作过程的图片,对工艺和生活也有了很多的感悟和新认识。有许多同学希望制作出属于自己的作品集,然后将这本作品集予以收藏或展示。你肯定会觉得一个手工作品集的制作过程非常复杂,但是当我们了解了整个手工作品集的制作过程之后,就能够发现,手工作品集的装帧工艺实际上非常简单,尤其是和大家在一起讨论中学习，会变得更加轻松。
## 一、了解精装笔记本的结构
在设计之前,我们先来了解一下精装笔记本都包含哪些部分。精装笔记本主要由以下9部分构成。1. 封壳 (护封)；2. 堵头布;3. 脊柱 (中径纸板)；4. 书背纸;5. 纱布；6. 封壳纸板；7. 环衬；8. 内页；9. 书签带。
二、设计一个什么样的笔记本呢?
对于需要笔记本的同学来说，可以利用日常容易得到的白色纸张来制作精美的笔记本。还可以根据你的需要制作出不同尺寸的笔记本,这就是手工笔记本的最大乐趣！大家讨论一下: 最常用的笔记本尺寸应该是多大的?自己现在需要一个多大的笔记本?
## 书本尺寸
一般的书籍的大小,是和一大张纸的尺寸 $31 \times 43(78.74$ 厘米 $\times 109.22$ 厘米)有关联的。对折一次成为两张 (四页),叫对开;再度对折以后,折成为四张 (八页),叫四开;再度对折以后,折成为八张 (十六页),叫八开;以此类推。这就是书籍尺寸大小的历史由来，现在也仍采用此种称呼。
## 三、材料的选择
日常很多东西都可以成为手工笔记本的制作材料。一般来说,我们会分页面和封面来进行选择。1. 选择笔记本内页的纸张材料,普通纸、速写纸、素描纸、水彩纸都可以;2. 笔记本封面材料,可以
选择布、纸张（质量和㓞度相对比较好的纸）、厚纸板、皮革,甚至是木板。
## 分析与讨论
不同材料的笔记本在实际使用中，有什么不同体验呢?
## 四、工具的准备
材料：普通纸、硬纸板、封面纸或布、线、缝针、弯针、蜡、布带
工具：笔刷、铅笔、橡皮、尺子、美工刀、前刀、折纸刀、重物或夹子、白乳胶、雉子等
## 向经典致敬
文字、图案印刷在纸张上以后，如何将大量的纸张装订在一起呢?这就涉及装帧的问题了。在长期的经验累积中,人们归纳总结了许多实用美观的装订方法,除了本课中提到的精装，另外还有卷轴装、册页装、经摺装、蝴蝶装、包背装、线装等多种装帧工艺。不同的装订方法决定书籍不同的装订风格，也影响书籍的阅读体验。
包背装
线装
经摺装
## 分析与讨论
这些工具都用来做什么呢?
## 探究与实践
内页的装订图解:
$\mid$ a $\mid=\alpha$
[c]
$[b]=\beta$
[d]
[c]
[f]
## 知识链接
西汉时期,由于生产成本的低廉以及纸张的轻便性,纸张很快就被广泛用于图书的制作,成为制作书籍的主要原材料。但是最初的图书制作,依靠的是逐字逐句的抄写，一本图书的制作需要耗费很多的时间和大量的人力，非常不利于知识快速和广泛地传播。后来，人们从长期的印章经验中得到了创造的灵感，促进了印刷技术的发明，图书生产得以快速进行。
印刷术
## 五、工艺实践
制作过程包括内页的装订、精装书皮的制作、封皮和内页的总体结合。
制作内页
在制作内页过程中,需要我们解决几个问题。
1.按照预想中的尺寸,我们需要把纸张裁切出来对折。裁多少张合适呢?这取决于我们想要的笔记本的厚度,讨论一下笔记本一般都有多厚呢?
2. 制作出来的内页要平整、压实，有什么方法让内页更加平整呢?3. 内页怎么装订在一起才更牢固呢?需要用到什么材料呢?
折好纸张
缝线
扎孔
压实内页
## 分析与讨论
缝线能否当作一种装饰呢?下面这些缝线效果都是怎么做出来的呢?
## 怎样才能让内页更牢固呢?
由于笔记本需要翻阅使用,我们经常遇到一个问题,纸张翻阅久了容易散开,所以我们需要对缝好的纸张进行牢固加工。加工的部位就是笔记本的脊柱,让我们来看一看都有哪些方法技巧。
在脊柱上贴上纱布
用白乳胶刷上书背纸
## 分析与讨论
纱布需要剪多宽呢?纱布与封面的关系是什么?
使用双线缝制
打结处涂上白乳胶
缝好后将两端剪掉
完成效果
## 安全提示
在使用刀、针、锥子等工具时，需在老师的指导下,以正确的方法使用
在两端堵头布部位用线缝好
## 分析与讨论
装订只有一种缝法吗?
它除了加固纸张还有什么作用呢？
## 探究与实践
堵头布的包边图解:
贴合脊柱
## 制作封皮
封皮一般用厚纸板来做,厚纸板的质量好,做好的书,不易损坏，但是裁纸板的时候，会比较吃力，需要一些技巧。
裁好尺寸
用折纸刀压实 $仓$ 裁好纸壳包边
用白乳胶把边粘好
## 封皮和内页的结合
精装封皮和内页的结合方法有很多，每种方法的审美和牢固效果都不一样。
脊柱内部结构
堵头布和封套结构
## 分析与讨论
下面这些结合方法都是怎么实现的呢?哪一种效果制作起来比较简单呢？哪一种更牢固实用？你喜欢哪一种?
## 拓展练习
学会了制作精装笔记本的原理,我们再拓展一下思维,笔记本必须是四方形的吗?还可以设计成什么形状呢?其装订方法是怎样的呢?
## 知识链接
特种印刷是现代科技与传统工艺的结合,广泛用于今天的印刷制作中,主要用于书籍封面或高档卡片等的制作,通过机器的辅助得到特殊的印刷工艺,具有特殊的审美效果。其中凹凸印刷、立体印刷、烫金工艺、激光全息虹膜等都属于特殊印刷工艺。
激光雕刻
队凹凸印刷除了用纸张进行印刷，现代还发展出了许多特殊的承印材料,例如玻璃、木材、塑料、金属、陶垐等，并且都有各自的印刷方法。随着科学技术的发展,更多的特种印刷方法还将会出现。
## 非物质文化遗产
工艺与非物质文化遗产
习近平总书记指出“文化自信是更基本、更深沉、更持久的力量”。我们要在自觉自信的基础上,修复民间工艺生态，留存工艺斦心，
守望文化乡愁。传承匠心文脉,建立传统与当代的连接,从材质、工艺、艺术语言、文化思想内容等各方面找到与当代生活的血脉联系。研究工艺基因谱,推广工艺产业品牌,制定工艺文化策略,在国际上建立工艺的民族文化形象。在国内市场和城市社区、农村生活中营造工艺匠心的文化认同,使其成为具有中国文化内涵和特色的文化创意产业,使千百年来积淀发展的造物文脉有新的传承。
非物质文化遗产是指各族人民世代相传并视其为文化遗产组成部分的各种传统文化表现形式,以及与传统文化表现形式相关的实物和文化场所。其中包括民间美术、民间手工技艺。非物质文化遗产之所以要保护,不是因为好看,而是因为有用!它关系一个民族的文化与精神的传承,较之有形遗产而言，它如指间之沙，稍有不慎，就会流失殆尽。
近年来，随着非遗保护工作的开展，传统手工艺以其悠久的历史、高超的技艺逐渐引起了各界的广泛关注，其自身也获得了跨越式的发展。当然,在城市化和工业化大潮的冲击下,地区的传统手工艺的传承和发展也出现了各种问题。如何保护传统手工艺,对当前整个中国的非遗保护工作和传统手工艺的复兴,无疑具有重要意义。