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明天小小科学家
“明天小小科学家”奖励活动由中国科学技术协会、中国科学院、中国工程院、国家自然科学基金委员会、周凯旋基金会共同组织实施，旨在深入贯彻落实全民科学素质行动计划纲要实施方案（2016-2020年），选拔和培养具有科学潜质的青少年科技创新后备人才。第19届“明天小小科学家”共有1785名高中生注册申报，在为期6天的比赛中，参赛学生历经研究项目问辩、综合素质考察、知识水平等一系列测评环节，江苏共有7名同学入围终评，江苏省科学传播中心新闻采编部独家采访了这些获奖选手。
在南京外国语学校，邓介铭是学校里人尽皆知的小小发明家。说起他的发明秘诀，那就是爱观察、爱提问、爱思考。从简易保温袋的改进到便攜式无线实物投影仪的制作，无不体现他过人的洞察力和超强的动手能力。
处处留心皆学问
就拿这次获得“明天小小科学家”全国一等奖的全色3D打印机来讲，原本是2018年年初，邓介铭去上海参加机器人竞赛，在前期的调试过程中，机器人上的一个连接轴损坏了。等到第二天比赛，邓介铭利用竞赛主办方提供的3D打印机打印零件，由于时间仓促，再加上当时因为打印丝颜色的局限，零件并没有能按照设想的效果打印出来，对此留下了小小的遗憾。
比赛结束后，邓介铭一直在思考：如果3D打印机体积尽可能小并能折叠随身携带该多好？如果打印件不受打印丝颜色限制该多好？由此，他产生了去研制一台全色3D打印机的欲望。于是2018年4月，他从网上购买了一台DIY的3D打印机，花了整整3天时间，自己动手成功组装好了这台3D打印机。在组装过程中，弄明白了目前3D打印机的结构系统、连线电路、工作原理等，为日后制作全色3D打印机的设计与制作打下了良好的基础。绝知此事要躬行
邓介铭查阅了大量有关3D打印机的资料，发现尽管市场上的3D打印机品种很多，但是全色3D打印机几乎为零。仅有的一种变换颜色的3D打印机，也只是两种颜色之间喷头的转换。如果需要顾及成品的外表美观，只有在成品外表采用另外喷色的方法，3D打印机本身并不能实现全彩色覆盖的打印。
首先，机身的设计。邓介铭设计了几款3D打印机机身，尽可能使打印机的体积变小，并且可以折叠。最初想到的折叠是用铰链、用锁扣，最后还是受了iPhone手机的磁扣式充电器的启发，决定采用磁吸式，达到便携、牢固的效果。另外，邓介铭精心设计了3D打印机所有重要元件的位置，使其结构更加合理化，达到体积最小化。
其次，色彩的调试。四色印刷是印刷的种类之一。它是用青（C）、品红（M）、黄（Y）、和黑（K）四种颜色来按减色混合原理实现全彩色复制的平版印刷方法。理论上，四色印刷可以获得成千上万种颜色，以Y，M，C和K四种颜色组合，而不重复。单色——Y，M，C和K四种;双色——Y M，Y C，Y K，M C，M K，C K六种;三色——Y M C，M C K，Y C K，Y M K四种;四色——Y M C K一种，共计15种颜色。以此推理下去，四色印刷可以获得全彩色。邓介铭发现印刷所用的三原色是青、品红、黄（CMY），但在传统纸张印刷中，由于三原色实际不可以高纯度地还原黑色，因此在纸张是白色的基础上，普通打印机采用了青、品红、黄、黑四色印刷原理。那么3D打印机想要实现全彩色打印，仅仅是四色印刷原理是不够的，因为没有白色的纸张，所以还需要加入白色。因此全色3D打印机基本颜色应当有青、品红、黄、黑、白五种颜色。要想实现全色打印，就需要基于四色印刷原理，根据CMYK四色比例，以黑色（K）为优先，剩下的用青、品红、黄（CMY）填充，再用白色（w）填充。
梅花香自苦寒来
“五色进混色出”的方案确定后，后期在研发全色3D打印机过程中，邓介铭遇到的困难依然不少，但是均能一一克服。最困难、最迷茫的阶段是全色3D打印机的喷头设计。第一次设计的喷头是五个进线围在一起，起初是考虑到假如一字排开的话，会出现左右最边上的喷头进丝不畅。可是在测试过程中，邓介铭发现不仅没有出丝，熔化后的材料全部挤在了喷腔内，不能挤出就只能从接缝处溢出，且因为温度过高，喷头上的输入端（是3D打印的连接处）全部烧化。仅一个喷头设计，一下就出现了3个问题。
经过反复的思考，第二次设计时邓介铭改变了温度传感器的位置，以提高打印丝熔化的速度和挤压力。另外，考虑到散热问题，在喷头处增加了一个风扇。再者，改变了进丝结构，由耐高温管线引导进丝。这种改进貌似可行，但随着测试次数的增多，发现又出现一个新的问题：某个颜色一段时间不出丝，其端口温度下降，打印丝则会凝固。而因为压力等问题，导致新的凝固口变粗，打印丝堵塞不畅，特别是再次需要这个颜色时，电机无法推进打印丝。如何让打印丝不回流呢？经过反复研究，进行了第三次喷头装置的设计。在喷头上部再增加一个风扇，以达到冷却与加热部位的明显分割，保证对温度的控制。
经过多次不断改进，最终的喷头分为上下两个部分，为了隔绝热量的传递，中间是断开的。
在后续研究中，邓介铭又增加了“色彩调配”实验，对不同比例不同颜色混合的效果进行实验并记录数据，将大数据建构的配比模型应用在编程中，以期达到更满意的色彩效果。在控制五色输出的控制系统由软件控制每种色的挤出量时，将1秒钟分成约100份，再以1秒钟为循环，利用主控板在不同的时间分别控制其中一色电机挤丝，以实现全色打印。由于将时间分割尽量小，每一次只运转一个电机，几乎感觉不到，但这样却可以将每种颜色的量尽可能合理化地挤出，即五种不同的颜色，控制其输出时间的比例为：
不增加时间，又达到美观效果。比如，需要打印的为纯白色，那么输入RGB（1024，1024，1024），电脑系统自动计算CMYKW为（0，0，0，0，1024），因此控制器只控制白色出丝;若需要打印的为黑色，那么输入RGB（0，O，0），电脑系统自动计算CMYKW为（0，0，O，1024，0），因此控制器只控制黑色出丝;若需要打印的是灰色，那么输入RGB（ 512，512，512），电脑系统自动计算CMYKW为（0，O，O，512，512），因此控制器控制黑色和白色共同轮换出丝。五种颜色打印丝会受程序控制进料，经进料管、输料管导引进入自行设计的“五进丝单挤出”喷头装置，在熔腔内熔化。在挤出力的推动下从喷嘴喷出，实现全彩色打印。 指导老师眼中的他
在我看来，这个孩子的最大特点有三个：第一点就是执着。现在孩子的兴趣点很容易分散，但邓介铭非常执着，一直都很喜欢机器人，喜欢发明创造，他的这份执着是一般孩子很难坚持的;第二，邓介铭特别爱思考，爱提问，对生活中的一些现象很关心，喜欢追根究底;第三点，也是这个孩子的过人之处，就是他有了问题以后还会想办法去解决它。比如，他自己就有记录本，把问题一个个记录下来，能够解决的问题，就努力去实现它;暂时完成不了的发明梦想，就不断去思索。这是一种难能可贵的品质。
发明心得
这一次小发明来源于我参加机器人比赛零件缺失的窘境，遇到问题需要解决，不断思考、动手、分析、调试、再改进，终于发明了全色3D打印机，过程漫长而且痛苦和失望相伴。从2018年4月到2019年3月，通过近一年时间的项目研究，我学习到了很多知识：通过组装3D打印机的实作法认识了3D打印机的各部分零件以及作用;SOLIDWORKS建模虽然之前学过，但这次需要完整画一台机器，而且不能出差错，这让我巩固了不少建模知识;软件编程不是我的强项，李骏扬老师教会了我编程的思维和方法;电路焊接是我以前没有接触过的，需要边学边做。何学军老师在机械制图与加工等方面不厌其烦地教我，特别是喷头的设计与加工，何老师凭借自己的经验给我出了很多的主意。我将学习过程中的点点滴滴记录在了我的工程记录本上。整个研究过程，也让我明白了做科学发明过程的艰辛，这些都是我利用业余时间完成的，有时为了一个小的连接点，需要尝试很多遍，一遍遍、一次次。记得在提交南京市赛的前一个晚上，我和指导老师还有我的父母，七八个脑袋一起贴在地下看是否顺畅出丝，一直折腾到凌晨12点半。虽然最终没有成功，但还是找到了问题的根源，老师鼓励我市赛回来后继续修改。同时，科学也容不得半点马虎。在研究过程中，一次我遇到模棱两可的情况时，存在侥幸心理，不小心烧坏了整个主板。在后面的研究中，再碰到需要商榷的问题时，再也不敢心存侥幸。我还是一名高中生，知识积累不够丰富，技术操作也没有经验，每次我都去查阅文献，虚心向技术专家和指导教师请教来求证，然后再做决定。
全色3D打印机发明后，我拿到机器人比赛中去试用，得到同伴们的肯定和赞赏，能用自己的能力来为大家提高服务的感觉真好。虽然研究及试验过程烦琐辛苦，但是经过不断尝试与改进，我体验到了科学探究的基本过程，保持和发展对未知世界的好奇心和探究热情，发展自己的学习能力、思维能力、实践能力和创新能力，形成尊重事实、乐于探究、与人合作的科学态度。感谢我们学校的孙风波老师，孙老师鼓励我不放弃、再试试，让我明白了过程比结果更重要。最后，要感谢我的妈妈，她对我的不懈支持和在生活、学习上的关心使我毫无顾忌地走进研究3D打印的世界，用心思考问题，分析寻找解决方法，不懈尝试与优化，更重要的是我学会了如何在实践中思考、在实践中创新。在今后的学习中，我将继续保持严谨的工作态度和勇于探索、不怕困难的精神，这将是我的人生成长历程中的宝贵财富！
（责任编辑：曹伟 责任校对：白玉磊）采访手记
在采访中，笔者感觉邓介铭同学的自律性非常强，而且爱好广泛，不仅是个小小发明家还是位泰拳高手，家长是不是从小就刻意去引导、培养他去做这些呢？邓介铭的妈妈说：“发明创造和机器人這些爱好都是他自己特别喜爱，从小就主动投入的。至于泰拳，还是需要通过鼓励来坚持的，但很多事情，坚持之后就成了自然。”
“明天小小科学家”奖励活动由中国科学技术协会、中国科学院、中国工程院、国家自然科学基金委员会、周凯旋基金会共同组织实施，旨在深入贯彻落实全民科学素质行动计划纲要实施方案（2016-2020年），选拔和培养具有科学潜质的青少年科技创新后备人才。第19届“明天小小科学家”共有1785名高中生注册申报，在为期6天的比赛中，参赛学生历经研究项目问辩、综合素质考察、知识水平等一系列测评环节，江苏共有7名同学入围终评，江苏省科学传播中心新闻采编部独家采访了这些获奖选手。
在南京外国语学校，邓介铭是学校里人尽皆知的小小发明家。说起他的发明秘诀，那就是爱观察、爱提问、爱思考。从简易保温袋的改进到便攜式无线实物投影仪的制作，无不体现他过人的洞察力和超强的动手能力。
处处留心皆学问
就拿这次获得“明天小小科学家”全国一等奖的全色3D打印机来讲，原本是2018年年初，邓介铭去上海参加机器人竞赛，在前期的调试过程中，机器人上的一个连接轴损坏了。等到第二天比赛，邓介铭利用竞赛主办方提供的3D打印机打印零件，由于时间仓促，再加上当时因为打印丝颜色的局限，零件并没有能按照设想的效果打印出来，对此留下了小小的遗憾。
比赛结束后，邓介铭一直在思考：如果3D打印机体积尽可能小并能折叠随身携带该多好？如果打印件不受打印丝颜色限制该多好？由此，他产生了去研制一台全色3D打印机的欲望。于是2018年4月，他从网上购买了一台DIY的3D打印机，花了整整3天时间，自己动手成功组装好了这台3D打印机。在组装过程中，弄明白了目前3D打印机的结构系统、连线电路、工作原理等，为日后制作全色3D打印机的设计与制作打下了良好的基础。绝知此事要躬行
邓介铭查阅了大量有关3D打印机的资料，发现尽管市场上的3D打印机品种很多，但是全色3D打印机几乎为零。仅有的一种变换颜色的3D打印机，也只是两种颜色之间喷头的转换。如果需要顾及成品的外表美观，只有在成品外表采用另外喷色的方法，3D打印机本身并不能实现全彩色覆盖的打印。
首先，机身的设计。邓介铭设计了几款3D打印机机身，尽可能使打印机的体积变小，并且可以折叠。最初想到的折叠是用铰链、用锁扣，最后还是受了iPhone手机的磁扣式充电器的启发，决定采用磁吸式，达到便携、牢固的效果。另外，邓介铭精心设计了3D打印机所有重要元件的位置，使其结构更加合理化，达到体积最小化。
其次，色彩的调试。四色印刷是印刷的种类之一。它是用青（C）、品红（M）、黄（Y）、和黑（K）四种颜色来按减色混合原理实现全彩色复制的平版印刷方法。理论上，四色印刷可以获得成千上万种颜色，以Y，M，C和K四种颜色组合，而不重复。单色——Y，M，C和K四种;双色——Y M，Y C，Y K，M C，M K，C K六种;三色——Y M C，M C K，Y C K，Y M K四种;四色——Y M C K一种，共计15种颜色。以此推理下去，四色印刷可以获得全彩色。邓介铭发现印刷所用的三原色是青、品红、黄（CMY），但在传统纸张印刷中，由于三原色实际不可以高纯度地还原黑色，因此在纸张是白色的基础上，普通打印机采用了青、品红、黄、黑四色印刷原理。那么3D打印机想要实现全彩色打印，仅仅是四色印刷原理是不够的，因为没有白色的纸张，所以还需要加入白色。因此全色3D打印机基本颜色应当有青、品红、黄、黑、白五种颜色。要想实现全色打印，就需要基于四色印刷原理，根据CMYK四色比例，以黑色（K）为优先，剩下的用青、品红、黄（CMY）填充，再用白色（w）填充。
梅花香自苦寒来
“五色进混色出”的方案确定后，后期在研发全色3D打印机过程中，邓介铭遇到的困难依然不少，但是均能一一克服。最困难、最迷茫的阶段是全色3D打印机的喷头设计。第一次设计的喷头是五个进线围在一起，起初是考虑到假如一字排开的话，会出现左右最边上的喷头进丝不畅。可是在测试过程中，邓介铭发现不仅没有出丝，熔化后的材料全部挤在了喷腔内，不能挤出就只能从接缝处溢出，且因为温度过高，喷头上的输入端（是3D打印的连接处）全部烧化。仅一个喷头设计，一下就出现了3个问题。
经过反复的思考，第二次设计时邓介铭改变了温度传感器的位置，以提高打印丝熔化的速度和挤压力。另外，考虑到散热问题，在喷头处增加了一个风扇。再者，改变了进丝结构，由耐高温管线引导进丝。这种改进貌似可行，但随着测试次数的增多，发现又出现一个新的问题：某个颜色一段时间不出丝，其端口温度下降，打印丝则会凝固。而因为压力等问题，导致新的凝固口变粗，打印丝堵塞不畅，特别是再次需要这个颜色时，电机无法推进打印丝。如何让打印丝不回流呢？经过反复研究，进行了第三次喷头装置的设计。在喷头上部再增加一个风扇，以达到冷却与加热部位的明显分割，保证对温度的控制。
经过多次不断改进，最终的喷头分为上下两个部分，为了隔绝热量的传递，中间是断开的。
在后续研究中，邓介铭又增加了“色彩调配”实验，对不同比例不同颜色混合的效果进行实验并记录数据，将大数据建构的配比模型应用在编程中，以期达到更满意的色彩效果。在控制五色输出的控制系统由软件控制每种色的挤出量时，将1秒钟分成约100份，再以1秒钟为循环，利用主控板在不同的时间分别控制其中一色电机挤丝，以实现全色打印。由于将时间分割尽量小，每一次只运转一个电机，几乎感觉不到，但这样却可以将每种颜色的量尽可能合理化地挤出，即五种不同的颜色，控制其输出时间的比例为：
不增加时间，又达到美观效果。比如，需要打印的为纯白色，那么输入RGB（1024，1024，1024），电脑系统自动计算CMYKW为（0，0，0，0，1024），因此控制器只控制白色出丝;若需要打印的为黑色，那么输入RGB（0，O，0），电脑系统自动计算CMYKW为（0，0，O，1024，0），因此控制器只控制黑色出丝;若需要打印的是灰色，那么输入RGB（ 512，512，512），电脑系统自动计算CMYKW为（0，O，O，512，512），因此控制器控制黑色和白色共同轮换出丝。五种颜色打印丝会受程序控制进料，经进料管、输料管导引进入自行设计的“五进丝单挤出”喷头装置，在熔腔内熔化。在挤出力的推动下从喷嘴喷出，实现全彩色打印。 指导老师眼中的他
在我看来，这个孩子的最大特点有三个：第一点就是执着。现在孩子的兴趣点很容易分散，但邓介铭非常执着，一直都很喜欢机器人，喜欢发明创造，他的这份执着是一般孩子很难坚持的;第二，邓介铭特别爱思考，爱提问，对生活中的一些现象很关心，喜欢追根究底;第三点，也是这个孩子的过人之处，就是他有了问题以后还会想办法去解决它。比如，他自己就有记录本，把问题一个个记录下来，能够解决的问题，就努力去实现它;暂时完成不了的发明梦想，就不断去思索。这是一种难能可贵的品质。
发明心得
这一次小发明来源于我参加机器人比赛零件缺失的窘境，遇到问题需要解决，不断思考、动手、分析、调试、再改进，终于发明了全色3D打印机，过程漫长而且痛苦和失望相伴。从2018年4月到2019年3月，通过近一年时间的项目研究，我学习到了很多知识：通过组装3D打印机的实作法认识了3D打印机的各部分零件以及作用;SOLIDWORKS建模虽然之前学过，但这次需要完整画一台机器，而且不能出差错，这让我巩固了不少建模知识;软件编程不是我的强项，李骏扬老师教会了我编程的思维和方法;电路焊接是我以前没有接触过的，需要边学边做。何学军老师在机械制图与加工等方面不厌其烦地教我，特别是喷头的设计与加工，何老师凭借自己的经验给我出了很多的主意。我将学习过程中的点点滴滴记录在了我的工程记录本上。整个研究过程，也让我明白了做科学发明过程的艰辛，这些都是我利用业余时间完成的，有时为了一个小的连接点，需要尝试很多遍，一遍遍、一次次。记得在提交南京市赛的前一个晚上，我和指导老师还有我的父母，七八个脑袋一起贴在地下看是否顺畅出丝，一直折腾到凌晨12点半。虽然最终没有成功，但还是找到了问题的根源，老师鼓励我市赛回来后继续修改。同时，科学也容不得半点马虎。在研究过程中，一次我遇到模棱两可的情况时，存在侥幸心理，不小心烧坏了整个主板。在后面的研究中，再碰到需要商榷的问题时，再也不敢心存侥幸。我还是一名高中生，知识积累不够丰富，技术操作也没有经验，每次我都去查阅文献，虚心向技术专家和指导教师请教来求证，然后再做决定。
全色3D打印机发明后，我拿到机器人比赛中去试用，得到同伴们的肯定和赞赏，能用自己的能力来为大家提高服务的感觉真好。虽然研究及试验过程烦琐辛苦，但是经过不断尝试与改进，我体验到了科学探究的基本过程，保持和发展对未知世界的好奇心和探究热情，发展自己的学习能力、思维能力、实践能力和创新能力，形成尊重事实、乐于探究、与人合作的科学态度。感谢我们学校的孙风波老师，孙老师鼓励我不放弃、再试试，让我明白了过程比结果更重要。最后，要感谢我的妈妈，她对我的不懈支持和在生活、学习上的关心使我毫无顾忌地走进研究3D打印的世界，用心思考问题，分析寻找解决方法，不懈尝试与优化，更重要的是我学会了如何在实践中思考、在实践中创新。在今后的学习中，我将继续保持严谨的工作态度和勇于探索、不怕困难的精神，这将是我的人生成长历程中的宝贵财富！
（责任编辑：曹伟 责任校对：白玉磊）采访手记
在采访中，笔者感觉邓介铭同学的自律性非常强，而且爱好广泛，不仅是个小小发明家还是位泰拳高手，家长是不是从小就刻意去引导、培养他去做这些呢？邓介铭的妈妈说：“发明创造和机器人這些爱好都是他自己特别喜爱，从小就主动投入的。至于泰拳，还是需要通过鼓励来坚持的，但很多事情，坚持之后就成了自然。”