3D打印技術(shù)在機(jī)械創(chuàng)新教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用探索

楊冬喆

摘 要：隨著3D打印技術(shù)的成熟與普及，其價(jià)值和優(yōu)勢(shì)在眾多行業(yè)中已取得了領(lǐng)先，而且應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大和評(píng)價(jià)也日趨提升。作為培養(yǎng)技術(shù)技能型人才的職業(yè)教育，在改革創(chuàng)新中應(yīng)該加大對(duì)3D打印技術(shù)的引入和探索，使其為課堂教學(xué)帶來實(shí)效性的助力。通過應(yīng)用3D打印技術(shù)，不僅可以將課堂教學(xué)變得生動(dòng)形象，而且有助于促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手能力和空間想象能力的穩(wěn)固形成。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);機(jī)械教學(xué);創(chuàng)新應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G712? ??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、3D打印技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

近年來隨著3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，3D打印在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越受到關(guān)注，在教學(xué)、學(xué)習(xí)和研究領(lǐng)域帶來一系列令人矚目的創(chuàng)新與變革。與傳統(tǒng)的數(shù)控加工相比，3D打印技術(shù)生成真實(shí)三維實(shí)體的時(shí)間已經(jīng)縮短了數(shù)倍乃至數(shù)十倍。3D打印加工時(shí)間的長短僅取決于所打印實(shí)體的大小、復(fù)雜程度以及3D打印機(jī)性能。而傳統(tǒng)的數(shù)控加工根據(jù)模型的復(fù)雜程度、機(jī)器的性能、刀具的性能等，通常需要幾小時(shí)到幾天。3D打印技術(shù)不需要任何刀具、模具、夾具或機(jī)械加工過程，可以直接將在CAD軟件中繪制的三維數(shù)字模型轉(zhuǎn)換成真實(shí)三維實(shí)體，極大地簡化了制造過程，提高了制造效率。

二、3D打印技術(shù)在機(jī)械創(chuàng)新教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用探索

1.將3D打印產(chǎn)品應(yīng)用到課堂教學(xué)的方式規(guī)劃

在課堂教學(xué)過程中使用3D打印產(chǎn)品，分為兩個(gè)層面。首先是單純地將3D打印產(chǎn)品帶入課堂，即教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)，將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)模型利用課前準(zhǔn)備時(shí)間，通過3D打印機(jī)制作好模型教具，在授課過程中通過與二維圖片、幻燈片、實(shí)物模型演示等手段相結(jié)合，對(duì)學(xué)生進(jìn)行講解，使學(xué)生能夠直觀地學(xué)習(xí)。然后是讓學(xué)生在參與3D產(chǎn)品的制作過程中，從建模到制造成形，全都親身動(dòng)手操作，體驗(yàn)制作的全過程，實(shí)現(xiàn)在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)與掌握關(guān)鍵部件制圖方式的前提下，以此拓展學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)。

2.創(chuàng)新特色

基于3D打印技術(shù)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新型教具與以往的傳統(tǒng)教具不同，該教具適當(dāng)?shù)厝谌肓恕稒C(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》里面的一些機(jī)械結(jié)構(gòu)，貼合教學(xué)內(nèi)容，最大限度地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。在機(jī)械實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中適當(dāng)運(yùn)用書本上介紹的機(jī)械機(jī)構(gòu)，充分發(fā)揮其特點(diǎn)做成組合式機(jī)械結(jié)構(gòu)教具，這對(duì)提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量是非常有利的。在操作機(jī)械的時(shí)候，可以讓學(xué)生們深切體會(huì)機(jī)械機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理。

3.實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目開展

3D打印技術(shù)應(yīng)用在前期培訓(xùn)過程中要根據(jù)學(xué)生專業(yè)和層次，充分利用多媒體課件和視頻，并結(jié)合打印零件實(shí)物對(duì)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)講授和技術(shù)指導(dǎo)，采用多種教學(xué)方法著重介紹3D打印技術(shù)的加工過程、工藝原理和應(yīng)用特點(diǎn)，使學(xué)生深入了解3D打印技術(shù)，掌握從概念設(shè)計(jì)到零件制造的一般工藝流程。明確實(shí)訓(xùn)任務(wù)和要求后，在指導(dǎo)教師的協(xié)助下，學(xué)生進(jìn)入實(shí)訓(xùn)階段，主要過程分為三個(gè)步驟：首先，學(xué)習(xí)并運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)三維建模軟件，提交創(chuàng)意設(shè)計(jì)方案，自主設(shè)計(jì)出具有一定創(chuàng)新性、實(shí)用性的作品;其次，學(xué)習(xí)將作品模型轉(zhuǎn)換成3D打印的STL格式，并在切片打印軟件中對(duì)STL文件進(jìn)行正確的切層處理及對(duì)各項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)置;最后，熟練掌握3D打印機(jī)的裝絲料、設(shè)備維護(hù)、上機(jī)打印等操作步驟，“真刀真槍”地打印出零件實(shí)物模型。

4.提高學(xué)生的動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力

項(xiàng)目課程實(shí)施是采用行動(dòng)導(dǎo)向法進(jìn)行的，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、打印和裝配均由學(xué)生合作完成，學(xué)生的動(dòng)手能力得到了很大的提高，設(shè)計(jì)中有所創(chuàng)新。而且3D打印需要漫長時(shí)間，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任感有了一定的促進(jìn)作用。將3D打印技術(shù)引入項(xiàng)目課程的應(yīng)用實(shí)施已初有成效，但也存在不足，需要繼續(xù)完善。不過實(shí)施后所獲取的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于今后更好地將3D打印技術(shù)與現(xiàn)有的三維建模課程有效銜接、進(jìn)行教學(xué)資源的開發(fā)甚至是“合二為一”、滿足學(xué)生不斷增長的好奇心都具有一定的借鑒意義。

總之，3D打印技術(shù)對(duì)于職業(yè)教育機(jī)械專業(yè)教學(xué)改革具有不可替代的作用和價(jià)值，它不僅能夠讓學(xué)生感受到機(jī)械工程的魅力，進(jìn)而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和潛力，而且通過實(shí)踐體驗(yàn)和感知能夠輕而易舉地在教學(xué)中高效掌握知識(shí)技能，確保教學(xué)流程與人才培養(yǎng)實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接的目標(biāo)。而且最為關(guān)鍵的是能夠開闊學(xué)生視野并強(qiáng)化創(chuàng)新思維，最終為新時(shí)期機(jī)械專業(yè)教學(xué)優(yōu)化工作帶來有力的支撐。

參考文獻(xiàn)：

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