3D打印技術(shù)及其在中職教學(xué)中的應(yīng)用

朱笛

摘 要：3D打印技術(shù)作為一門新興加工技術(shù)，將成為未來制造工藝中的重要組成部分，開設(shè)3D打印課程，讓學(xué)生充分了解3D打印的原理、工藝方法及從三維建模到操作3D打印機(jī)生成實(shí)物加工的全過程，培養(yǎng)中職學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，深化中職教育改革，要求教師在開展教學(xué)過程中，將創(chuàng)新精神融入到教學(xué)中去。

關(guān)鍵詞：3D打印;教育應(yīng)用;設(shè)計(jì);創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：G718 ????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

3D打印技術(shù)是目前全球最受關(guān)注的新興技術(shù)之一，在工業(yè)設(shè)計(jì)、裝備制造、航空航天、電子電器、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用?！暗谌喂I(yè)革命”浪潮中，3D打印技術(shù)將成為重塑社會(huì)生產(chǎn)關(guān)系的核心手段之一。3D打印作為助推智能制造的關(guān)鍵技術(shù)，在“中國制造2025”的背景下火速升溫，3D打印行業(yè)人才需求不斷擴(kuò)大。越來越多的學(xué)校開始將3D打印技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)，尤其傳統(tǒng)加工制造專業(yè)，為了使學(xué)生能夠與時(shí)俱進(jìn)，提高他們的創(chuàng)新能力，有些學(xué)校已經(jīng)將3D打印納入課程設(shè)計(jì)。如何有效的發(fā)揮3D打印技術(shù)的最大效果則是我們需要深入了解研究的話題。

1探究3D打印技術(shù)的特點(diǎn)

3D打印帶來了世界性的制造業(yè)革命，以前是部件設(shè)計(jì)完全依賴于生產(chǎn)工藝能否實(shí)現(xiàn)，而3D打印機(jī)的出現(xiàn)顛覆了這一生產(chǎn)思路，這使得企業(yè)在生產(chǎn)部件的時(shí)候不需要再考慮生產(chǎn)工藝問題，任何復(fù)雜形狀的設(shè)計(jì)均可通過3D打印機(jī)來實(shí)現(xiàn)。

1.1直接數(shù)字化制造

3D打印直接數(shù)字化制造，從三維CAD模型直接制造出產(chǎn)品，減少或省略了毛坯準(zhǔn)備、零件加工、裝配等中間工序，且無需昂貴的刀具或模具，從而極大地縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率。加工過程中無振動(dòng)、噪聲和切削廢料，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保。

1.2制作個(gè)性化

3D打印制造的是完全定制的、個(gè)性化的獨(dú)特產(chǎn)品，設(shè)計(jì)空間無限，特別是在醫(yī)療領(lǐng)域可以根據(jù)病人條件，量身定做，提高了效率。

1.3產(chǎn)品研制周期短

傳統(tǒng)模型制作過程往往要經(jīng)過多道工序所用時(shí)間過長，3D打印技術(shù)減少了模具的制造過程，有效地縮短了模型的制造時(shí)間。

1.4材料利用率高

數(shù)據(jù)打印能夠最大限度地發(fā)揮材料的特性，而不在意制品構(gòu)造是否復(fù)雜，僅把材料放在有用的地方，材料無限組合，大大減少了材料的浪費(fèi)，提高了材料的利用率，降低了成本。

2 3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 3D打印對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極作用

2.1.1提高學(xué)生的動(dòng)手設(shè)計(jì)能力

3D打印從設(shè)計(jì)到制作都需要學(xué)生自己動(dòng)手參與操作，這樣對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力，操作能力和創(chuàng)新力有積極地推動(dòng)作用。

2.1.2激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

3D打印通過打印機(jī)將學(xué)生的構(gòu)思轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸?shí)立體并且具有色彩的立體模型，將抽象變?yōu)榫呦?，增加學(xué)生的興趣，是他們獲得成就感，擁有繼續(xù)探究的動(dòng)力。

2.1.3培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性和創(chuàng)造力

3D打印技術(shù)可以融入生活，學(xué)生將生活的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，將腦中的奇思妙想通過自己動(dòng)手變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，這樣不但提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，還有效的提高了學(xué)生的創(chuàng)新性，使學(xué)生多方面發(fā)展，對(duì)于國家培養(yǎng)創(chuàng)新性人才起到了積極意義。

2.2以“制作手機(jī)支架”任務(wù)為例作詳細(xì)闡述

本文以Solidworks三維軟件制作“手機(jī)支架”模型，以創(chuàng)想三維3D打印機(jī)為例，詳細(xì)闡述一下如何由三維模型到模型實(shí)體的實(shí)現(xiàn)，以提高學(xué)生的創(chuàng)新精神。

Dreality 3D（創(chuàng)想三維切片軟件）是由深圳創(chuàng)想三維科技公司推出的一款Cxsw3d創(chuàng)想三維機(jī)器專用程序，支持FDM機(jī)器打印?？蛇M(jìn)行3D切片操作，根據(jù)不同的打印機(jī)和物品進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整，打印出來的模型作品效果非常逼真，且支持單個(gè)或者多個(gè)同時(shí)打印。

2.2.1設(shè)計(jì)制作三維模型

（1）學(xué)生根據(jù)自己手機(jī)的尺寸，根據(jù)參考樣例，確定可支撐手機(jī)的手機(jī)支架總體尺寸，再根據(jù)自己的興趣愛好，繪制出自己設(shè)計(jì)的手機(jī)支架草圖。

（2）根據(jù)繪制的草圖，用Solidworks三維軟件制作“手機(jī)支架”模型，保存為“stl”格式文件。

2.2.2 3D打印機(jī)準(zhǔn)備工作

（1）清潔平臺(tái)，貼美紋紙。

（2）調(diào)平熱床，用A4紙輔助調(diào)節(jié)噴嘴和熱床距離。

（3）噴嘴預(yù)熱，檢查材料的用量，根據(jù)自身需求進(jìn)料或換料。

2.2.3 3D打印流程

（1）將制作完成的.stl格式模型導(dǎo)入到創(chuàng)想三維切片軟件中，界面會(huì)顯示打印該模型所需時(shí)間和耗材。

（2）設(shè)置參數(shù)。操作者可設(shè)置層高、壁厚、打印速度等參數(shù)。

（3）變換模型。在該軟件中，可對(duì)模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，鏡像，縮放等操作。操作者可通過變換模型，從界面顯示中得到最優(yōu)的打印時(shí)間。

（4）導(dǎo)出模型。將該模型以.gcode格式導(dǎo)出，存在可移動(dòng)磁盤中。

（5）將模型導(dǎo)入打印機(jī)。將可移動(dòng)磁盤插入到打印機(jī)中，操作者可選擇準(zhǔn)備、控制、語言、存儲(chǔ)卡打印等按鈕進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)。

（6）設(shè)置打印參數(shù)，包括噴床溫度、熱床溫度、風(fēng)扇速度等。設(shè)置完畢后即可打印。打印界面中會(huì)顯示打印進(jìn)度，工作時(shí)的噴床溫度、熱床溫度、噴床的實(shí)時(shí)坐標(biāo)等信息。

（7）打印完成。打印完成界面可獲得本次打印時(shí)間，耗材損耗等信息。能夠掌握打印信息，做到有據(jù)可依，為下次打印做好充分的準(zhǔn)備和計(jì)劃。

3結(jié)語

本文通過探究3D打印技術(shù)的特點(diǎn)，得到其對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極作用。又通過具體案例闡釋，將3D打印機(jī)和三維軟件結(jié)合進(jìn)行教學(xué)，一方面不僅深化課堂學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，同時(shí)激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性;另一方面，陪養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新能力，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，使學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和能力在科技創(chuàng)新活動(dòng)中得到全面提升。

參考文獻(xiàn)

[1]楊繼全，鄭梅等.3D打印技術(shù)導(dǎo)論[M].南京：南京師范大學(xué)出版社，2016.

[2]鮑開美，李曉峰.3D打印的教學(xué)組織研究[J].科技風(fēng)，2018（09）：10.

[3]劉靜，李永盼，張道更.基于三維建模的3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用[J].智時(shí)代，2018（09）.