文|STEAM在线 Uriah Fu

这是一个很有意思的现象，人类的科学发展，就像是人类进一步“懒惰”的过程，便利和智能成为了技术爆发时代的主题思想，机械或者说智能加工也逐渐从高不可攀的神坛跌落到了平凡的生活之中。曾被认为是科学界才可能接触到的3D打印技术，现在也不过是一个流行的词汇而已。

2019年4月15日，特拉维夫大学的研究人员使用患者自己的细胞和生物材料「打印」了世界上第一个 3D血管化心脏，并在《Advanced Science》中发表了研究成果。但如何正视和了解什么是3D打印技术，如何开展3D打印，如何把3D打印融入到教学课程，尤其是向学龄前儿童推广科普，对于现下的教育界而言是一个迫切需要思考的问题。

3D打印简言之就是通过3维软件建模后，通过系统编程导出数控加工程序，导入到数控教工中心或是3D打印机中，利用数控机械或者机械手臂来加工生产特定物品的过程。然而想要学习这个过程，即使是相对起点较低的3维建模软件，难度对于成年人而言也不是轻而易举的，更何况要将其简化到孩子们可以是使用操作的水平，难度可想而知。简单举例，电脑从诞生到dos操作系统再到现在的windows平台就经历了几代人的共同努力。

此文主要是为教师介绍和推荐一些相对可以接触或是掌握的3维操作软件，显然，这些软件并不是能够一蹴而就的，更不要说在短期内向孩子们推广，但是老师可以在过程中掌握什么是3D打印技术，并且能够在接触使用软件的过程中启发新的教育模式和课程开发。

以下几款是业内相对比较流行，而且在国际上使用最为广泛五个软件，适用范围涉及游戏、动画、建筑、装饰、艺术、机械、生物、科学等各种领域，此文为大家简单介绍其相关使用和功能，下一次再为读者提供更为系统的介绍并提供相应的部分模型库。

3D MAX，真实度高，时间长

3D Studio Max，常简称为3d Max或3ds MAX，是Discreet公司开发的（后被Autodesk公司合并）基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。其前身是基于DOS操作系统的3D Studio系列软件。3D Studio Max + Windows NT组合的出现一下子降低了CG制作的门槛，首先开始运用在电脑游戏中的动画制作，后更进一步开始参与影视片的特效制作，例如X战警II，最后的武士等，后因和VR渲染器能够充分匹配，因其高仿真度，也被广泛用于空间设计的效果图制作。

点评：3D Max最大的优点是渲染的图片真实度是非常高的，但是，这软件需要一定的美术功底，曲面建模相对比较复杂，而且对电脑本身的内存、配置和空间的要求也非常高，渲染的时间也非常漫长。

Sketch Up，方便快捷，效果一般

Sketch Up又名“草图大师”， 是一款可供您用于创建、共享和展示 3D 模型的软件。不同于3dsmax，它是平面建模。通过一个使用简单、内容详尽的颜色、线条和文本提示指导系统，让人们不必键入坐标，就能帮助其跟踪位置和完成相关建模操作。就像人们在实际生活中使用的工具那样，Sketch Up为数不多的工具中每一样都可做多样工作。

通过对该软件的熟练运用，人们可以借助其简便的操作和丰富的功能完成建筑和风景、室内、城市、图形和环境设计，土木、机械和结构工程设计，小到中型的建设和修缮的模拟及游戏设计和电影电视的可视化预览等诸多工作。

点评：这款软件操作方便快捷，并且生成效果图的速度也很快，对电脑的配置相对也是不高的，但是，其呈现的效果也比较一般，而且软件本身的功能的局限性也比较大。

SolidWorks，获利最高，容易入门

SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。

由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145000名学生通过SolidWorks的培训课程。在美国，包括麻省理工学院（MIT）、斯坦福大学等在内的著名大学已经把SolidWorks列为制造专业的必修课。

点评：对于机械类的相关软件而言，SolidWorks的操作界面和系统比较简单，容易入门，但是曲面功能相对比较欠缺，并且在做有限元分析的时候，数据的精确度比较低，并且不能够直接生成数控加工程序，而是需要倒入其他插件。

Pro E，市场主流，综合实力较强

Pro-e是Pro/Engineer的简称，更常用的简称是Pro E或Pro/E，Pro/E是美国参数技术公司 （Parametric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。pro-e作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的模具和产品设计三维CAD/CAM软件之一。 

Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。

Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。

点评：ProE的功能相对比较综合，各方面的指标都比较平均，并且生成的加工程序也比较合理，冗余和错误比较少，后期修改和试运行比较方便快捷。

UG，数学解析能力强，操作挑战高

UG的开发始于1969年，它是基于C语言开发实现的。UG NX是一个在二维和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。

一个给定过程的有效模拟需要来自于应用领域(自然科学或工程)、数学(分析和数值数学)及计算机科学的知识。然而，所有这些技术在复杂应用中的使用并不是太容易。这是因为组合所有这些方法需要巨大的复杂性及交叉学科的知识。一些非常成功的解偏微分方程的技术，特别是自适应网格加密（adaptive mesh refinement）和多重网格方法在过去的十年中已被数学家研究，同时随着计算机技术的巨大进展，特别是大型并行计算机的开发带来了许多新的可能。

点评：这款软件的数学解析能力非常强，有限有分析可以和ansys比肩，常被用于航空航天都高科技领域，但是操作极其复杂，一般没有坚实的物理数学力学材料等相关工程学的基础，几乎无法使用该软件。