3D打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計專業(yè)實踐教學探究

李小梅

摘 要：眾所周知，3D打印技術(shù)是一種新興的技術(shù)，并且在制造領(lǐng)域掀起了改革的風暴。本文首先介紹了什么是3D打印技術(shù)，并根據(jù)目前實踐教學應(yīng)用3D打印技術(shù)的問題與不足，探討了具體改進的方法，并通過具體的應(yīng)用，向大家展示3D打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計實踐教學成果，希望可以起到一定的參考作用。

關(guān)鍵詞：設(shè)計；3D打??；實踐；創(chuàng)新

將3D打印技術(shù)合理運用到實驗教學中，不僅可以培養(yǎng)學生的動手能力，還能夠開拓學生的思維，有利于幫助學生更好地理解3D打印技術(shù)，并且與實際生產(chǎn)、加工和制造產(chǎn)生聯(lián)系，全面提高學生的素質(zhì)和能力，為社會輸送高質(zhì)量的人才。

一、3D打印技術(shù)

（一）3D打印技術(shù)概述。3D打印技術(shù)指的是一種能夠通過特定的材料按照數(shù)字模型進行逐層打印，實現(xiàn)對三維實物的構(gòu)造的技術(shù)。這種打印技術(shù)是通過數(shù)字技術(shù)完成的，主要是在工業(yè)設(shè)計、模具制造、汽車工業(yè)、建筑工程、醫(yī)療產(chǎn)業(yè)等相關(guān)領(lǐng)域中得到非常廣泛的應(yīng)用。如美國通過3D打印技術(shù)實現(xiàn)了脊髓骨架的3D制作，中國也在2020年完成了太空3D打印實驗工作［1］。

（二）3D打印技術(shù)原理。普通的打印設(shè)備是通過計算機進行相關(guān)屏幕物品的設(shè)計，并利用打印機進行相應(yīng)的印刷工作［2］。傳統(tǒng)的2D打印技術(shù)使用的相關(guān)材料是墨水和紙張，而3D打印技術(shù)使用的材料是具有實際性的材料，如金屬、塑料、陶瓷等相關(guān)材料。在計算機中通過相關(guān)軟件設(shè)置數(shù)字三維模型，然后將計算機與3D打印機連接，最后將模型進行實體打印。這種打印技術(shù)能夠?qū)⒃O(shè)計的內(nèi)容進行一層一層地疊加，從而可以實體打印計算機中的3D圖形。其可以打印多種內(nèi)容，如機器人、玩具、食物等。3D打印技術(shù)的主要原理是根據(jù)普通打印機的打印原理發(fā)明而來的，能夠?qū)Σ煌牧线M行3D模型塑造，具有非常好的效果［3］。

（三）3D打印技術(shù)步驟。在使用3D打印技術(shù)時，先應(yīng)該進行三維設(shè)計工作，利用計算機軟件進行相應(yīng)的建模工作，然后進行切片處理，最后進行逐層打印工作。在進行切片處理時，可以利用打印機讀取相關(guān)模型信息，然后利用相應(yīng)的材料進行橫截面的打印工作，再將所有界面進行黏合，從而進行三維實體的制作。在進行三維模型的打印時，需要精確設(shè)計其厚度，一般為0.1mm，專業(yè)3D打印機還能夠進行16μm的厚度設(shè)計，從而能夠更好地進行相關(guān)模型的打印。這種3D打印技術(shù)持續(xù)的時間比較長，短則幾個小時，長則十幾個小時，而具體的打印時間需要根據(jù)模型的尺寸和工序的復雜程度共同決定。進行3D打印技術(shù)工作時，不僅要打印模型的相關(guān)材料，還需要打印一些支撐物，比如可以制作一些可溶物來支撐物體，這樣更加容易進行相關(guān)實物的制作。

二、3D打印在工業(yè)設(shè)計專業(yè)教學中的應(yīng)用研究

以3D打印技術(shù)為平臺的實踐教學作為一種新的實踐教學形式正被越來越多的高校采納，借助3D打印技術(shù)將學生與學生、學生與教師以及學生與所學專業(yè)有機結(jié)合起來，使學生從單獨學習轉(zhuǎn)變?yōu)楹献魈接懀尳處煆膫鹘y(tǒng)的傳授知識模式轉(zhuǎn)變?yōu)樘岢鰡栴}和巧妙引導模式，充分營造出一種探究合作式的學習氛圍。江西工程學院（簡稱本校）結(jié)合工業(yè)設(shè)計專業(yè)課程特點和實踐要求，在基于將3D打印技術(shù)與專業(yè)特色相融合的實踐教學方面做了一些探索和嘗試，以期將3D打印這種先進制造技術(shù)與工業(yè)設(shè)計專業(yè)相結(jié)合，并以實踐教學為平臺，實現(xiàn)豐富實踐教學內(nèi)容、提高學生綜合能力的目的。

（一）3D打印實驗室。本校3D打印創(chuàng)新綜合實驗室（簡稱3D打印實驗室）創(chuàng)建于2013年，根據(jù)學院《實踐教學的規(guī)定》，結(jié)合學院現(xiàn)有3D 打印設(shè)備數(shù)量及其功能、專業(yè)指導人員以及工業(yè)設(shè)計專業(yè)特點和課程需求，制定了3D打印實訓教學大綱。3D打印軟硬件設(shè)施。在硬件設(shè)備方面，3D打印實驗室包括熔融和光固化兩種3D打印機及計算機10臺。主要用于模型的打印，在軟件方面，每臺計算機都裝有SolidWorks、UG、犀牛等通用三維建模軟件供學生使用和學習，學生可先在計算機上通過三維建模軟件對目標模型建模后，再通過指定STL格式傳輸至3D打印機進行打印。

3D打印教學實踐指導人員。3D打印實驗室專業(yè)指導人員由8名具有不同專業(yè)背景的教師組成，所學專業(yè)涵蓋機械工程、材料科學、物理學以及數(shù)控技術(shù)等專業(yè)，既具有扎實的專業(yè)理論知識又具備豐富的實踐教學經(jīng)驗，并且其中有多位教師能夠熟練使用3D打印機和參與過3D打印技術(shù)相關(guān)項目。

三、3D打印實踐教學及應(yīng)用

本實驗室開展的3D打印實踐教學始終以遵循依托專業(yè)、服務(wù)專業(yè)為原則，以調(diào)動學生動手積極性為方法，以提高學生創(chuàng)新能力為目標，其實踐教學內(nèi)容及應(yīng)用主要包括以下三個方面：

（一）3D打印與專業(yè)課程相結(jié)合。將3D打印與專業(yè)課程相結(jié)合，既能激發(fā)學生學習專業(yè)課程的積極性，又能在實踐過程中牢固掌握所學知識。借助3D打印技術(shù)增添學習樂趣，讓學生在玩與學中形成良性循環(huán)。

（二）3D打印為課程提供教具。教具是課堂教學中重要的組成部分，借助教具的演示教師可以將抽象的內(nèi)容具體化，將平面的圖形立體化，利用3D打印技術(shù)，教師和學生可以根據(jù)課程需要，自主為課堂設(shè)計制作教具，如《工程制圖》中“截交線”和“相貫線”內(nèi)容，學生可分組合作，在教師的指導下建立不同幾何體三維模型并打印出幾何體實物模型，教師與學生利用這些打印出的自制教具對課程進行講解，學生通觀察教具模型即可掌握“截交線”與“相貫線”的相關(guān)知識，最后教師再對打印出的教具進行評價和總結(jié)，并對合格模型進行展示。由學生自行創(chuàng)建的不同回轉(zhuǎn)體截交三維模型，使學生親身參與到教學過程中來，既鍛煉了學生的動手能力，也實現(xiàn)了學院教具的自給自足。

（三）3D打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計專業(yè)教學實踐。以我校工業(yè)設(shè)計專業(yè)為例，教師在展開實驗教學時，推廣和使用了先進的3D打印技術(shù)，在學生內(nèi)部產(chǎn)生了強烈的反響，學生不僅了解了機械結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的發(fā)展情況，還加深了對制造工藝特點的認識。特別是進行課程實驗的過程中，學生踴躍地參與，實驗熱情空前高漲，學生能夠主動發(fā)現(xiàn)、提出和解決問題，這樣極大地提高了學生自身的主體地位。在打印過程中，學生可以自主調(diào)節(jié)切片的熔融溫度以及放置角度，同時能夠分析和預判噴嘴的運動軌跡，這樣能夠提高打印結(jié)果的準確性，并且節(jié)省材料和資源。在基于3D打印技術(shù)的實驗教學過程中，學生發(fā)揮創(chuàng)新能力，制作出了種類多樣的作品，科技含量很高，并且在不斷探索的過程中實現(xiàn)了自身的成長。近年來，一些高校大學生利用3D打印技術(shù)設(shè)計了很多設(shè)計作品，并且獲得了不俗的成績。

四、結(jié)束語

實踐教學在作為理論教學的補充和延伸方面發(fā)揮著十分重要的作用，通過創(chuàng)建3D打印實驗室、開展具有專業(yè)特色的3D打印技術(shù)實踐教學，這在激發(fā)學生學習興趣、提高學生動手和創(chuàng)新能力方面起到了積極的引導和推動作用。同時，教師借助3D打印技術(shù)的優(yōu)勢，將前沿科技與專業(yè)學科進行交叉與結(jié)合，對實踐教學內(nèi)容進行不斷設(shè)計和改革，最終會形成良性的循環(huán)發(fā)展。

參考文獻：

［1］郝磊，房武強．高校3D打印的應(yīng)用實例［J］．科技經(jīng)濟導刊，26（30）：166—167．

［2］李青，王青．3D打?。阂环N新興的學習技術(shù)［J］．遠程教育雜志，2021，31（4）：29—35．

［3］譚躍剛，陳章念，張帆，等．3D打印創(chuàng)新教學實驗室及其應(yīng)用［J］．實驗室研究與探索，2023，35（9）：246—249+295．