3D 打印開發(fā)創(chuàng)新教具在高職專業(yè)教學中的應(yīng)用研究*

李紅莉 沈姍姍

(浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院,浙江紹興 312000)

在機械專業(yè)課程教學中,理論與實踐的相關(guān)性強,對學生的空間想象和構(gòu)造能力要求較高,學習難度大。雖然近年來推進的多媒體教學,取得了不錯的教學效果,但局限于虛擬技術(shù),對學生的空間想象能力有一定要求。同時,在實際教學中發(fā)現(xiàn),學生對三維實物模型教具更感興趣。而傳統(tǒng)的實物教具模型過于老舊,加工成本較高,更新周期長,且沒有與不斷更新的創(chuàng)新型教學案例相結(jié)合,不能得到廣泛應(yīng)用[1-3]。

基于DLP型3D打印技術(shù)的機械創(chuàng)新教具開發(fā)與應(yīng)用,將創(chuàng)新型實物教具模型引入課堂,將先進制造技術(shù)融入課堂教學,將教學實物化,是一種教學和科研相結(jié)合的創(chuàng)新思路。

1 3D打印技術(shù)

圖1 3D 打印設(shè)備(MoonRay S)Fig.1 3D printing device(MoonRay S)

3D打印技術(shù),又稱“增材制造”,是以創(chuàng)建的數(shù)字三維模型為基礎(chǔ),使用粉末狀、絲狀或液態(tài)等可粘合性材料為原料,通過逐層打印堆積的方式構(gòu)造物體的技術(shù),可以快速精確地將設(shè)計者創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品,從而有效的縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期[4-6]。

3D打印技術(shù)是一種先進制造技術(shù),有光固化成型、疊層實體制造、熔融沉積成型、選擇性激光燒結(jié)等[7]多種成型方式。其中,光固化成型中的D L P 型技術(shù)發(fā)展較為迅速,應(yīng)用較為廣泛[8-10]。本次設(shè)計與開發(fā)過程中,采用浙江訊實科技有限公司的DLP型教育3D打印機(MoonRay S)進行機械創(chuàng)新教具模型打印,該設(shè)備集成了多項先進技術(shù),廣泛應(yīng)用于教育、工藝及醫(yī)療等領(lǐng)域。打印設(shè)備如圖1 所示。

2 機械類創(chuàng)新教具開發(fā)與應(yīng)用研究

根據(jù)高校機械類專業(yè)課程的創(chuàng)新型項目化教學需要,結(jié)合機械專業(yè)教學過程中所需的實物教具類型,進行實物教具產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計,利用D LP 型3 D 打印技術(shù)進行創(chuàng)新型教具的開發(fā)制作,建立機械創(chuàng)新型教具的數(shù)據(jù)庫,并投入實際教學使用,進行產(chǎn)品評價和創(chuàng)新型教具的市場推廣。

2.1 結(jié)合《機械制圖》課程的創(chuàng)新型教具開發(fā)與應(yīng)用研究

根據(jù)高校機械類專業(yè)課程標準及各位授課老師的教學研討,進行創(chuàng)新型實物教具模型的整理與設(shè)計。結(jié)合《機械制圖》課程,進行了零件圖部分教學內(nèi)容對應(yīng)的創(chuàng)新教具的設(shè)計與加工。包括軸類零件、板蓋類零件、叉架類零件和輪盤類零件等,如圖2所示。

圖2 《機械制圖》創(chuàng)新型教具實物Fig.2 The innovative teaching aids of mechanical drawing

圖3 《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程創(chuàng)新型教具三維模型Fig.3 Three dimensional model of innovative teaching aids for mechanical design basis course

圖4 《機械設(shè)計》課程創(chuàng)新型教具產(chǎn)品Fig.4 Innovative teaching aids for mechanical design course

《機械制圖》創(chuàng)新型教具實物的教學使用情況反饋良好,學生即能從實物入手構(gòu)建空間想象能力,增強三維模型的理解和認知,又能在創(chuàng)新教具設(shè)計和開發(fā)中,提升對先進制造技術(shù)的興趣,為后續(xù)課程的開展奠定基礎(chǔ)。

2.2 結(jié)合《機械原理》課程的創(chuàng)新型教具開發(fā)與應(yīng)用研究

結(jié)合《機械原理》課程,對平面連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、蝸輪蝸桿傳動、鍵連接等教學環(huán)節(jié)所需的教具機構(gòu)進行了創(chuàng)新設(shè)計,完成相關(guān)創(chuàng)新型教具產(chǎn)品的三維模型圖,如圖3所示。

機構(gòu)各個零件打印加工完成,進行必要的后處理操作,完成的創(chuàng)新教具產(chǎn)品,如圖4。

在《機械原理》課程中進行創(chuàng)新型教具產(chǎn)品的設(shè)計、開發(fā)和組裝使用,學生們體現(xiàn)出了良好的動手能力和高昂的創(chuàng)新熱情,強化了教學效果。

2.3 結(jié)合《機械創(chuàng)新設(shè)計》綜合實踐課程的創(chuàng)新型教具開發(fā)與研究

將《機械原理》課程相關(guān)的創(chuàng)新教具機構(gòu)于教學環(huán)節(jié)中進行操作使用,并收集課堂教學反饋結(jié)果。結(jié)合學生興趣點,在《機械創(chuàng)新設(shè)計》綜合實踐課程中,進行創(chuàng)新型組合型教具產(chǎn)品的開發(fā),組合教具開發(fā)模型及打印加工實物產(chǎn)品,如圖5所示。

圖5 組合教具開發(fā)模型及打印加工實物產(chǎn)品Fig.5 Development model of combined teaching aids and printing and processing physical products

3 結(jié)語

DL P型3 D 打印機械創(chuàng)新型教具開發(fā)與應(yīng)用,創(chuàng)新性地將DLP型3D打印技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、機械類專業(yè)課程教學結(jié)合起來,一方面解決傳統(tǒng)教學中的不足,提升教學質(zhì)量,加強教學效果,實現(xiàn)多樣化的實物教學,順應(yīng)創(chuàng)新型教育發(fā)展的趨勢,實現(xiàn)先進制造技術(shù)與職業(yè)教育教學模式的結(jié)合;同時,給先進制造技術(shù)應(yīng)用拓展,提供了新的產(chǎn)品方向,實現(xiàn)實物教具定制化服務(wù),成為產(chǎn)業(yè)化平臺的基礎(chǔ)。