3D打印技术及教学改革初探

熊义君　张荣　王国荣

摘 要 3D打印技术发明于20世纪90年代， 如何把3D 打印技术与现代工科高校应用型人才培养目标有机融合，是目前高等教学改革研究的前沿课题。本文首先对3D打印技术的2个步骤进行了介绍，然后围绕高校制造专业特点，从教与学两方面提出《3D 打印技术》课程教学内容改革思路，《3D 打印技术》教学内容改革思路在节省了更多时间及财力的情况下，还有利于激发学生学习热情，对于激发学生创新思维能力和锻炼工程实践能力具有较好的促进作用。

关键词 3D打印技术 机械制造 教学改革

中图分类号：G633.55；G434 文献标识码：A

0引言

3D打印技术 是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它无须机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短了产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。

3D打印新技术势必带来教学、学习和研究领域的创新。各大高校以及相继开展了相关课程的教学，如何把3D打印技术与现代工科高校应用型人才培养目标有机融合，是目前高等教学改革研究的前沿课题。本文着眼于3D 打印技术特点， 提出面向机械制造专业的《3D 打印技术》课程教学内容改革举措，为培养应用型机械制造工程领域人才拓宽教学思路。

1 3D打印技术

3D打印技术为用户提供了新的设计、创作和制作方法。从3D 打印的制作过程出发，可以分为如下2个阶段：

1.1设计阶段——3D 建模

在设计阶段，三维模型的建立通常可以有2种方式来获得三维模型。第1种正向造型，可使用Pro/E， SlidWorks及UG等建模软件按照打印物体的尺寸要求创建三维模型。第2种是采用逆向工程技术，使用3D激光扫描仪对需打印物体的空间外形和结构进行扫描。

1.2 打印阶段——分层累积

3D打印也称为增材制造（Additive Manufacturing），其实质是2D打印的逐层叠加，把三维模型导入分层处理软件，设定打印参数，将三维模型沿水平方向“切割”成一定数量的2D薄片， 读取文件中的横截面信息（图1所示为某软件的切片效果图），对每一层使用高性能复合材料等多种材料逐层打印，最后将各层截面以各种方式粘合起来，最终构建出3维的实体。

2教学改革措施

2.1课堂教学方式改革

传统的机械专业教学中有很多专业课中需要实体与模型，造价高而且使用上不能灵活更改，课堂教学显得沉闷，往往是教师一言堂，学生不能互动式的参与模型的制造。利用3D 打印机，学生足不出户自己打印自己设计的各类减速器、装配部件，体验理论设计与现场加工的完美快速结合，一方面可以将课堂学到的理论知识进行实践运用，提高学生的设计能力和动手能力。同时提升对三维造型软件的操作能力及应用实践能力。学生体会到新的教学方式带来的机械加工的快乐，极大地促进了教学效果的提高。

2.2学习方式的改革

在学习机械制图课程工程中，对于复杂的组合体以及相贯线等知识点，学生如果只是在课堂上听教师讲解是不够的，教师的讲解也只是理论及二维的展示，如果我们提供给学生自己使用3D打印机的机会，开放实验室，让学生自己建模打印，打印好的模型学生可以自己带着，也可以放在课堂，自习室甚至宿舍，这样，模型可以被所有学生传看，也方便了在课堂上就这些困难问题展示积极讨论。我们发现，这种灵活的学习方式极大地激发了学生的学习兴趣，上课提问的积极性及课堂出勤率均提高了很多。

3 讨论

3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。它将抽象概念和设计引入到现实世界，对教学内容中的抽象概念进行可视化展现，通过快速灵活的打印，使得学生获得更多的认知体验，将传统教学显示的模型转化为可观察、可触摸的实体模型，提高思维能力和动手及感知能力，提供学习兴趣的同时，拓展创造性思维，从而最终提高了学习效果。

参考文献

[1] 蔡恩泽.3D打印颠覆传统制造业[J].中国中小企业，2012（11）：46-47.

[2] 李青，王青.3D打印：一种新兴的学习技术[J].远程教育杂志，2013（4）：29-35.

[3] 杨雪荣，何利乐，成思源，等.基于逆向工程技术的产品创新设计实验教学[J].实验技术与管理，2013，30（10）：152-154.

[4] 吴问霆，成思源，张湘伟，等.手持式激光扫描系统及其应用[J].机械设计与制造，2009（11）：78-80.