3D打印技術及教學改革初探

熊義君　張榮　王國榮

摘 要 3D打印技術發(fā)明于20世紀90年代， 如何把3D 打印技術與現(xiàn)代工科高校應用型人才培養(yǎng)目標有機融合，是目前高等教學改革研究的前沿課題。本文首先對3D打印技術的2個步驟進行了介紹，然后圍繞高校制造專業(yè)特點，從教與學兩方面提出《3D 打印技術》課程教學內容改革思路，《3D 打印技術》教學內容改革思路在節(jié)省了更多時間及財力的情況下，還有利于激發(fā)學生學習熱情，對于激發(fā)學生創(chuàng)新思維能力和鍛煉工程實踐能力具有較好的促進作用。

關鍵詞 3D打印技術 機械制造 教學改革

中圖分類號：G633.55；G434 文獻標識碼：A

0引言

3D打印技術 是利用光固化和紙層疊等技術的最新快速成型裝置。它無須機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短了產品的研制周期，提高生產率和降低生產成本。

3D打印新技術勢必帶來教學、學習和研究領域的創(chuàng)新。各大高校以及相繼開展了相關課程的教學，如何把3D打印技術與現(xiàn)代工科高校應用型人才培養(yǎng)目標有機融合，是目前高等教學改革研究的前沿課題。本文著眼于3D 打印技術特點， 提出面向機械制造專業(yè)的《3D 打印技術》課程教學內容改革舉措，為培養(yǎng)應用型機械制造工程領域人才拓寬教學思路。

1 3D打印技術

3D打印技術為用戶提供了新的設計、創(chuàng)作和制作方法。從3D 打印的制作過程出發(fā)，可以分為如下2個階段：

1.1設計階段——3D 建模

在設計階段，三維模型的建立通?？梢杂?種方式來獲得三維模型。第1種正向造型，可使用Pro/E， SlidWorks及UG等建模軟件按照打印物體的尺寸要求創(chuàng)建三維模型。第2種是采用逆向工程技術，使用3D激光掃描儀對需打印物體的空間外形和結構進行掃描。

1.2 打印階段——分層累積

3D打印也稱為增材制造（Additive Manufacturing），其實質是2D打印的逐層疊加，把三維模型導入分層處理軟件，設定打印參數(shù)，將三維模型沿水平方向“切割”成一定數(shù)量的2D薄片， 讀取文件中的橫截面信息（圖1所示為某軟件的切片效果圖），對每一層使用高性能復合材料等多種材料逐層打印，最后將各層截面以各種方式粘合起來，最終構建出3維的實體。

2教學改革措施

2.1課堂教學方式改革

傳統(tǒng)的機械專業(yè)教學中有很多專業(yè)課中需要實體與模型，造價高而且使用上不能靈活更改，課堂教學顯得沉悶，往往是教師一言堂，學生不能互動式的參與模型的制造。利用3D 打印機，學生足不出戶自己打印自己設計的各類減速器、裝配部件，體驗理論設計與現(xiàn)場加工的完美快速結合，一方面可以將課堂學到的理論知識進行實踐運用，提高學生的設計能力和動手能力。同時提升對三維造型軟件的操作能力及應用實踐能力。學生體會到新的教學方式帶來的機械加工的快樂，極大地促進了教學效果的提高。

2.2學習方式的改革

在學習機械制圖課程工程中，對于復雜的組合體以及相貫線等知識點，學生如果只是在課堂上聽教師講解是不夠的，教師的講解也只是理論及二維的展示，如果我們提供給學生自己使用3D打印機的機會，開放實驗室，讓學生自己建模打印，打印好的模型學生可以自己帶著，也可以放在課堂，自習室甚至宿舍，這樣，模型可以被所有學生傳看，也方便了在課堂上就這些困難問題展示積極討論。我們發(fā)現(xiàn)，這種靈活的學習方式極大地激發(fā)了學生的學習興趣，上課提問的積極性及課堂出勤率均提高了很多。

3 討論

3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。它將抽象概念和設計引入到現(xiàn)實世界，對教學內容中的抽象概念進行可視化展現(xiàn)，通過快速靈活的打印，使得學生獲得更多的認知體驗，將傳統(tǒng)教學顯示的模型轉化為可觀察、可觸摸的實體模型，提高思維能力和動手及感知能力，提供學習興趣的同時，拓展創(chuàng)造性思維，從而最終提高了學習效果。

參考文獻

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