基于三维扫描下的3D打印技术在高职教育中的应用

刘军

摘要：3D打印技术是快速成型领域的一种新兴技术，它被誉为新的工业革命的开始。3D打印技术未来的发展将使大规模的个性化生产成为可能，将3D打印技术融入到高等职业教育领域，对未来我国的经济起到至关重要的作用。

关键词：3D打印技术 三维扫描 逆向工程 教学模式

中图分类号：G642.4

3D打印技术（3DPrinting ）始于上世纪九十年代，它的快速成长是在最近几年。世界各行业的领域都争先恐后应用3D打印技术，让这种技术融入到生产和技术革新中，取得丰硕成果。它不仅缩短了科研实践的周期，也减少了企业的生产成本。在3D时代，应用个人的个性化定制产品将大行其道，新的生产方式催生出新的工业设计，进而带来新的生活理念，这将会带来全球制造业经济的重大变革。为培养3D打印技术人才，越来越多的高等职业院校把3D打印技术应用到教学工作中，提高了高等职业教育的效率和良好教学效果。

一、 如何实现3D打印技术

1、 什么是3D打印技术

相信很多人都听说过3D打印技术，近几年这项新技术发展火热，它到底是什么人们并不了解。

3D打印技术（3DPrinting）即快速成型技术。它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等粘合材料通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印机则出现在上世纪九十年代中期，即一种利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。这项打印技术称为3D立体打印技术。3D打印技术的实现

企业在实际生产的过程中经常会遇到有实体，没有三维的模型，这时就需要工程师手工测量进行绘图。手工测量绘图不仅效率低，测量不方便，而且测量的数据不准确，这就导致项目周期过长，反复做测试，增加了企业制造成本。这就推出了先进制造技术领域的逆向工程与3D的快速成型技术相结合生产方式，简单的说就是利用三维扫描仪，以非接触的方式将编码光栅条纹投影到物体的表面，全方位多角度提取全部表面特征，再由单个或多个相机将拍摄到的条纹图像输入到计算机中，然后根据光栅的形状利用三角法，精确计算出物体表面大量采集点的空间坐标，俗称点云，使用计算机相应软件对点云进行处理。经过数据处理，三维重构等过程，构造出具有相同形状结构的三维模型，获得CAD数据，企业就可以进行生产。3D打印技术不仅可以对原形进行复制还可以在原形的基础上进行再设计，实现创新。

3D打印技术是以优化创新为目的，基于三维扫描仪采集点云而完成的，是由实物到图纸的设计，总体概括起来就是一种基于点云的优化创新设计。如今这项技术在多个领域得到应用，常用在模型制造、工业设计、航天、建筑、雕刻、医疗等领域，被用于制造模型，后还渐用于一些产品的直接制造。

二、3D打印技术在高等职业教育中的作用

在三维扫描、建模、3D打印技术下，可以快速建立三维数字化工程处理能力，为设计师提供了更有效的解决方案，以技术的手段为集团效益的提升和创新行为的产生带来很大的协同作用。三维技术大大的降低应用型人才创新、创业的成本。因此中国能走向世界的前列，就要培养快速成型技术的人才，把3D打印技术融入到高等职业教育教学中来，让年轻的大学生接触和感受到快速成型技术对他们知识领域的冲击和影响。3D打印技术在高职教学中的应用也进一步推进了高等职业教育的深化改革，丰富了高等职业教育的教学手段。

1、3D打印技术提高了课堂的教学效果

基于三维扫描的3D打印技术的魅力还在于它不需要在工廠操作，桌面打印机就可以打出小物品。在教室就，可以利用3三维扫描技术把教学中抽象的物体通过快速成型技术直接呈现到学生和老师面前。高职院校的教师以三维扫描、建模、3D打印技术为辅助工具，结合电子、机械、软件等专业知识，可以不通过多媒体课件的展示，直接打印出3D的实体教具，完成教学任务。这样通过实物的展示在形象和细节上，都要比传统课件的虚拟展示更为形象和直接。学生对这些打印出来的实物课件表现出浓厚的兴趣，大大提高了课堂教学的效果和学生们学习的主动性。

2、3D打印技术提高了高职院校师生的探究能力

高职院校中有许多专业需要师生对所学知识完成专业设计，师生只要经过3D技术的教育训练，结合自己所学专业知识，把成熟的技术理念快速应用到实践中。在三维扫描、建模、3D打印技术下，可以快速建立三维数字化工程处理能力，为设计师提供了更有效的解决方案。学生们在通过自己的学习、分析通过三维扫描、建模、设计、创新后，快速打印出小组学习中设计的作业实体。这样创新的教学方法和互动，极大提高了学生们的学习兴趣、认知能力和动手创造能力。

3、3D打印技术改变了课堂的教学模式

传统的课堂教学模式是老师讲学生听，或老师利用多媒体课件让学生来感知。而现在教师把书本中的抽象物品通过三维扫描快速成型技术，打印出三维的立体实物，同学们在一件件栩栩如生的三维实物模型前，会感觉到知识就在自己身边。学生通过自己的学习把自己的想法通过创新也能实体化，这学生的创造力提供了多种的可能。老师在课堂与学生展开学科知识的探究，再通过快速成型技术把理论的变为三维现实的实体来验证学习理论的结果，这样丰富了想象和互动的课堂。激发学生的学习兴趣，提高学生学习的主动性和创造性，培养学生的探索精神。不可否认，3D打印技术为高校的教师和学生更多的学习和想象空间，为课堂的教学模式的转变起了非常关键的作用，

三、 3D打印技术在高等职业教育中存在的问题

3D打印技术在中国教育领域刚刚起步，今天很多高等职业教育院校引入了快速成型技术，但它还是一种积极尝试，在发展中也发现了一些问题

首先，3D 打印技术在很多领域中存在短板。一些学科虚拟物品，没有合适的打印材料来完成，或无法支付日常生活中所接触到的价格比较昂贵稀缺的材料，真正用于生活应用的还并不多，3D适合小规模制造和高端定制化产品。3D打印技术只适合静态物体，对运动的物体难以实现。3D打印技术对于机械、建筑、电子等专业可以说是如鱼得水，而对于一些文科类的学科，还只存在于表面，如文学名著中的人物、建筑充实课堂教学。

其次。3D打印技术与多媒体课件相结合的教学还有待于高职教师进一步开发和实践，不只是一味的做个学科的教学工具。在课堂教学中很多学生还只是一味的感兴趣，并没有通过快速打印技术的申请来带动学生更为深入研究和创新。

今后，在高等职业教育的课堂中还要师生共同努力，进快打造出一套系统的3D打印技术与多媒体课件相结合的课堂教学体系。3D打印技术为高等职业教育提供了巨大发展空间

在3D时代，应用个人的个性化定制产品将大行其道，高等职业学校是培养应用型人才的基地。3D打印技术在高等职业教育领域中的应用只是刚刚开始，我们没有发达国家发展的早，但是只要我们努力学习，深入研究，充分发挥师生的想象力，一定会在今后的高职教育教学活动中，注入更多的动力和创新产品，使高职学校培养出了的学生都表现出对3D打印技术融入各个学科教学时迸发出浓厚兴趣。为许多高职教育工作者提供更好的教学工具和教学方法，同时使之成为高职院校教师完成高职教育，众创空间，创新基地建设。

结束语

3D打印技术的前景很好，未来将有可能得到普及进入我们的生活。将3D打印技术融入到高等职业教育的领域中，对未来的国家经济发展起到关键的作用。现在很多高职院校培养出来的高职学生，都是中国很多企业生产力发展的主力军。这些在学校里学会了专业技能又能通过快速成型技术進行企业工业设计。技术创新的人才，他们可以把成熟的技术理论，快速应用到实际生产、生活的创新中将会是企业快速发展的一股重要力量。虽然3D打印技术进入高等职业教育的时间不长，还在积极探索实践中，但高职院校的师生们都充满期待，相信3D打印技术将在高职院校今后的教学活动中发挥更为主要作用。

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