基于3D打印技术的实践教学探索

徐海璐 房剑飞 韩雪 戎新萍

摘 要 新工科背景下，将3D打印技术应用于教育领域。通过校企合作，共建3D打印实训中心，展开3D打印实践教学。本文通过教学环境、教学过程和教学考核三个方面进行实践教学探索，培养学生创新意识，提高学生工程实践能力。

关键词 3D打印技术 实践教学 创新意识 工程实践能力

中图分类号：G712文献标识码：A

1 3D打印技术

3D打印技术，又称三维打印技术，是一种快速成型技术，它以数字化模型为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式构造物体。

3D打印技术是一种新兴技术，随着技术的成熟和其价格的下降，逐渐应用到各个领域。将3D打印技术应用于教育，是为教学提供思想、智慧和科技相融合的最佳路径，通过将技术与教育有机整合拓展人的感觉和知觉，促进思维能力的发展，提高创新能力。通过大胆设计，建立三维模型，3D打印机就能将三维模型打印为可触摸可展示的实体。

为顺应时代潮流和企业需求，基于学校“工本位”的办学理念，我们开设了《3D打印创意设计与制作》这门课程，培养学生的创新意识，提高学生的实践能力和职业素养，为后续学习和工作打下坚实的基础。

2 3D打印教学实践

2.1教学环境

学校通过与3D打印相关企业和其他高校进行合作，共建3D打印实训中心。目前拥有数十台3D打印设备，包括FDM桌面级3D打印机、桌面级和工业级SLA成型打印机等。

教学实践中主要用的是FDM教学型3D打印机。该设备为榫卯式结构，主要包括驱动模块、控制装置、传动装置、打印平台、进料装置、打印喷头和冷却装置等功能模块。打印喷头采用K型热电偶式单喷头，喷嘴直径为0.4mm，打印模型尺寸规格为150mm？50mm？50mm，打印材料主要为PLA（聚乳酸）。该3D打印机的工作原理是采用丝状热熔性材料作为原材料，利用进给装置挤丝并进入喷头，将材料进行熔融，通过加热喷头将材料挤出，打印喷头在驱动装置的驱动下沿X轴和Y轴运动，按照一定的轨迹进行沉积。当一层截面沉积完成后，工作台Z轴方向下降一个层的厚度。重复上述步骤，层层叠加构成一个三维实体模型。

FDM桌面级3D打印机总体尺寸不大，结构简单，操作方便，经济实用，非常适合学生的实践操作。其他类型的3D打印设备主要用于认知实验。

2.2教学过程

本课程以设计制作3D打印作品为主，通过课堂教学和实验，使学生了解3D打印技术的基本知识，掌握3D打印制作的方法，培养学生的创新意识，提高创新设计能力、实践能力和职业素养等，为后续学习和工作打下坚实的基础。

本课程共32学时，分为12学时理论学习和20学时的实践操作，采用工程实践案例驱动和问题驱动相结合的教学模式。

理论学习中，以引发学生对3D打印技术的兴趣为主，引导学生进入自主学习状态，让学生能够带着快乐的心情学习。主要内容包括3D打印基础知识、三维软件和切片软件的安装及使用等。本课程中所学三维设计软件主要有Pro/E和UG软件，通过三维建模生成STL格式文件。切片软件主要有Slic3r和CURA软件，通过切片处理生成G code格式文件。在软件学习中，用工程实践案例引导教学。采用教师边讲，学生边做，讲练结合，在做中学，力求学以致用，做到由简到繁、由易到难。教学过程中，不断培养学生的创新意识和创新设计能力。

实践教学中，以“问题驱动”为原则出发，抓住学生实践中常出现的疑惑，以问题的方式导入每个知识点，操作和演练相结合，增强学生动脑能力，提升空间思维能力。主要内容包括3D打印机的操作，让学生动手进行3D打印作品的设计和打印处理。操作3D打印机的工作过程包括在控制面板上设置打印温度和速度等打印参数、调平打印托盘、装卸耗材、将含有G code格式文件的U 盘导入打印机即可实现3D打印。教学过程中，不断提高学生的工程实践能力。

2.3教学考核

本课程的考核方式是考查。具体考核分配比例为：考勤（25%）、个人文档实训报告（30%）、小组汇报和小组作品（45%）。学生需自选设计软件和设计内容，完成至少1件创新作品的设计与制作。参与小组作品的设计与制作，几个学生联合创新设计一件较综合型组装式创新作品并完成小组PPT展示。实践过程中，要求学生在具有独立解决问题的能力和团队合作精神，提高学生的创新能力和工程实践能力。

3结束语

在新工科背景下，将3D打印技术应用于教学。通过校企合作，共建3D打印实训中心，展开3D打印实践教学。让学生获得前沿的科技知识，掌握3D打印技能，培养创新意识，提高工程实践能力，将学校“工本位”的办学理念落到实处。

参考文献

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