浅谈基于3D打印技术的机械制图教学新尝试

吴玉文

摘 要：随着科学技术的不断进步，机械制图课程的教学内容、方式和手段也不断地随之变革，3D打印技术带给机械制图教学的改变也势不可挡。作为人力资源供给的教育系统，不断进步是教育教学的本质，将三维建模纳入制图教学工作中，是教师对变化进行的积极响应，是正常的也是必须的。本文从职业学院教师的角度，谈谈3D打印技术对机械制图的教学工作的影响，探讨教学应努力的方向。

关键词：3D打印；机械制图；教学

1 传统机械制图课程教学框架

1.1 传统教学中机械制图框架

在传统的机械制图课程中，粗略地说可以分为以下几个部分：制图基础知识、三视图基础、机件的表达方式、零件图和装配图。学习的主要目标是学生在领悟机械制图国家标准的同时，学会识图和绘图。教学过程是将制图标准等理论学习与计算机辅助制图的操作训练结合起来，而计算机辅助制图通常广泛采用的AutoCAD的二维制图手段。

1.2 机械制图国家标准的学习依然重要

虽然技术在不断进步，但机械制图国家标准对机械制造行业仍然是极其重要的，在科技不断发展的过程中，国家标准也不断地补充与更新，国标的制图理论是简洁与适用的，对行业的指导作用是强大的。

比如对各种线型的规定，让图形变得简洁流畅易于识别；对视图的表达方式的规定，在符合视图规律的前提下简单明了地表述了丰富的信息等，并赋予枯燥的图形以美感。

机械制图国家标准的学习是重要的理论基础，绘图手段的更新是找到了更多的表达图形的方式，更加利于现代制造业。

2 3D打印技术发展对机械制图教学的影响是从平面制图转向三维建模

2.1 3D打印技术与三维图形

3D打印技术是一种立体平面印刷术，始于二十世纪八十年代的美国，它先从计算机图像制作实体对象，然后再进行三维打印，输入为三维电子数据，在STL文件中使用面片网格展现生成零件，此过程也称为快速成型。经过多年的发展，现在已经得到长足发展，可以利用快速成型机直接生产塑料或金属零部件，广泛用于航空航天工业、汽车工业、建筑、电子、珠宝、医学等行业，并且和其他技术相结合形成具有广阔发展前景的新的产业。

Solid Works是基于Windows的一款三维图形软件，由美国Solid Works公司推出，自1995年问世以来，以其优异的性能、易用性和创新性，极大地提高了机械工程师的设计效率，在与同类软件的激烈竞争中已经确立了其市场地位，称为三维机械设计软件的标准。当输出Solid Works零件或装配体文档为STL 文件时，可设定输出选项，在3D打印机上打印出来所需要的零部件。STL文件格式是由3D SYSTEM 公司于1988年制定的一个接口协议，是一种为快速原型制造技术服务的三维图形文件格式，用这种格式输入3D打印机直接快速成型实体模型，工业设计比较常用。

2.2 三维建模与计算机辅助二维制图之区别

基于计算机技术的发展，以AutoCAD为代表的软件为制图工作带来了便利，机械制图从手工绘图迈向了计算机辅助制图，但这样的制图思路仍然局限在以平面投影图形代替立体影像，视图直接的相关关系靠外部控制，不能自适应，对零件图装配图中局部的更改，视图之间不能自动变更。例如平面图形中的圆是通过多边形逼近而得到的，但三维建模软件是建立几何模型得到的。

三维建模软件可以表达物体表面的轮廓形状几何位置信息，表达几何体之间关系的拓扑信息，因此可以通过STL文件驱动3D打印机完成零部件的制作。

3 基于3D打印技术的机械制图课程的教学构想

3.1 在传统的教学框架内，增加三维建模学习

我们是一所高等职业技术学院，机械制图教学是一门重要的技术基础课程，对学生的机械素质和专业素质的培养很重要，机械制图教学通常开设二个学期，第一学期为制图基础的教学，第二学期为计算机制图教学，主要是学习AutoCAD制图软件。从2014级开始，我们尝试将Solid Works纳入学习范围，从2015级开始，增加学习课时，从二个学期延伸到第三个学期。通过三维建模软件的学习，增强学生学习机械的兴趣。

3.2 组织学习小组，开发多样的教学形式

将网络与实时教学有机地组合起来，充分利用互联网资源，以学生为中心组织教学，我们在课堂教学以外，发挥多种教学手段激励学生自主学习，举办学习小组学习Solid Works，让先行的学生帮助其他的学生装机，通过建立Solid Works学习群的形式，形成学习氛围，在2014级的学生中对有兴趣的学生进行教学，取得了很不错的效果。

3.3 寻找实战机会，激发学习兴趣

我们积极创造机会，让部分学生参加了省级相关比赛，利用Solid Works软件出设计图，取得了好成绩，极大地激发了学生的学习兴趣。

参考文献：

[1]Autodesk公司.Solid Works 2013帮助文件.

[2]北京兆迪科技有限公司.手把手教你学Solid Works基础指南[M].北京：电子工业出版社，2012年3月.