浅谈3D打印技术在机械专业课教学中的新尝试

黄龚　陈曦

摘 要 随着我国政府对制造行业各项发展要求的提出，职业院校机械专业的教学工作也应该作出调整和改革。3D打印技术是制造领域的新技术，对于制造领域或其他相关领域的发展起到了推动作用。通过该技术进行产品生产和制造，大大提高了生产效率和质量，并且显著缩短生产周期。因此，将3D打印技术应用到机械教学工作中有十分重要的意义。

关键词 3D打印技术 机械专业教学 应用 尝试

0引言

传统的三维模型教学制造周期长，且制造精度和质量不高，因此得不到广泛的应用。而通过利用3D打印技术可以在短时间内制造大量的三维模型教具，同时教具的质量和真实性也大大提高。此外，对学生传授3D打印机的操作技术和相关技能，也能帮助学生了解并掌握新型制造技术，有利于拓宽其将来的就业道路，提高其岗位竞争力。

1 3D打印技术概述

3D打印技术是快速成形技术的一种。它主要是运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过多层打印的方式来构造零件。模具制造、工业设计常将此技术用于建造模型，现在正向产品制造的方向发展，形成“直接数字化制造”。从维度角度看，3D打印技术就是在普通的二维打印的基础上再加一维。像普通打印一样在一个平面上将塑料、金属等粉末状材料打印出一层，然后在将这些可黏合的打印层一层一层的粘起来。通过每一层不同“图形”的累积，最后就形成了一个三維物体。就像盖房子一样，砖块是一层一层的，但累积起来后就成为一个立体的房子。

2 3D打印技术发展对机械制图的影响

2.1 3D打印技术与三维图形

3D打印技术是一种基于计算机制图功能的立体平面印刷技术，通过计算机软件设计的图像作为打印对象，之后再通过输入三维电子数据，对计算机图像进行三维打印，最终得到立体产品，该过程也被称为快速成型过程。3D打印技术主要是利用Auto-desk Inventor软件制作三维模型，之后通过计算机控制，实现立体打印，这种软件大大提高了机械工程师的设计准确性和效率。当输出Inventor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。

2.2三维建模与计算机辅助二维制图之区别

随着计算机技术的迅速发展，以美国Auto-desk公司研发的Auto-CAD为代表的二维绘图软件为机械制图的学习和工作带来了很大的方便，传统的机械制图从手工绘图迈向了计算机辅助制图的时代。但这种制图方式的主要思路还是以平面图形想像空间立体结构为基础，视图与视图之间的关系不能自由控制，如对零件图或装配图中的局部结构改变时，则视图之间不能自动更新。例如平面图形中的圆是通过多边形逼近而得到的，而；立体几何模型则是通过三维建模软件得到的。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 3D打印技术在机械专业教学中的应用

3.1利用3D打印技术制作课堂教具

在传统的机械专业教学过程中，教师往往会使用各种教具辅助教学，例如，机械制图课中，教师会使用各种形状的模型来给学生讲解各种图形的绘制原理；在机械设计课程中，教师会使用各种刀具模型；在液压传动课程中，教师也会用各种阀类零件的模型进行实际讲解。而随着机械产品的更新换代，传统的教具可能已经变得非常落后，继续使用可能就会影响教学质量。通过将3D打印技术应用到机械专业教具制作工作中，教师可根据教材内容制作各种新型的产品、零件的模型，之后再展示给学生，进而实现教学工作的与时俱进。

3.2利用3D打印技术将机械设计变得可视化

作为一名机械专业的学生，对机械设计基础这门课程肯定不陌生。在学习这门课程的过程中，每个学生都需要完成一定量的课程设计或者是夹具设计。学生在完成任务的过程中需要使用二维设计软件如Auto-CAD、CAXA等以及三维建模软件（Pro/E、UG、Solid-works等）进行作品形状设计。但是以上存在一个问题，就是作品的参数模型直观性不强，易忽视细节。除此之外，通过该种传统方法制作作品，其制作周期长且所需机床设备、材料消耗都很大。如果利用3D打印技术，学生只需很短时间，就可通过电脑直接将作品文件打印成实物模型。

3.3提高学生的动手能力和创新能力

在机械产品的设计阶段，3D打印技术能够帮助学生验证自己设计产品中的缺陷与不足。通过在机械专业教学工作中应用3D打印技术，学生可以自主完成产品设计、制图、制造等环节，就连最终的零件装配工作也可以由学生自主完成。学生在练习使用3D打印机的时候，不仅锻炼了自身的动手能力，也使自身的设计和创新能力得到了锻炼。学生在练习使用3D打印机的过程，恰恰是对自身实际动手能力的检验，只有提高自身的实际动手能力，才能进一步提高机械专业学生的学习效果。图1为学生设计并打印的3D模型。

4结语

对于现阶段的机械专业教学来说，低成本、立体化教学能大大提高学生的学习兴趣和学习效率，进而提高相关学校的教学质量。3D打印技术在机械教学工作中的应用能够帮助学生充分了解各种机械零件的造型和结构特点，进而加深其对相关产品的认识程度。随着3D打印技术的发展，3D打印的材料成本也不断降低，进而为教学工作提供了便利，推动了教育行业的进步。

参考文献

[1] 王宏卫，万熠，靳一帆.FDM 3D打印技术在机械专业教学中的应用探讨[J].工具技术，2017，51（08）：94-97.

[2] 李娜.浅谈3D打印技术在机械专业课教学中的新尝试[J].电子制作，2017（Z1）：93-94.

[3] 顾祎娜，朱方闻.浅析3D打印技术及其在机械专业教学中的应用[J].天津职业院校联合学报，2016，18（12）：76-82.

[4] 刘柱栋.3D打印技术在高职院校专业教学中的应用[J].电子技术与软件工程，2016（15）：180.