基于3D打印技术的机械制图教学创新思路浅析

陈宾宾

摘要：機械制图教学中，经常能够看到学生因为想象力不足，做不出好的产品问题。为了改变这种情况，本文将利用3D打印技术，调动学生学习能动性，激发学生的学习兴趣与创新精神，拓展机械专业知识点与学生的想象力，旨在获得更好的教学效果。

关键词：3D打印;打印技术;机械制图;教学思路

前言：在机械专业中，机械制图属于非常重要的专业课，特点是实践与基础。机械制图教育，着重引导了学生的空间想象力培养，强化了学生的绘图能力。学生在学习制图技术的同时，工程意识、创新能力得到了很好的培养。

一、机械制图教育现状与3D打印技术

（一）教学现状

虽然机械制图教学中，教师通常都会用模型与教具向学生演示点线面、组合体与立体图形，但很多学生却并没有理解知识要求，无法掌握知识含义。很多学生在学习知识的时候，由于缺少空间想象力，所以学习陷入困境[1]。特别是在裁切立体和组合体图形的时候，因为学生没有足够的空间想象力，导致学生出现了很大的学习压力。使用多媒体动画与手工教具，能够让学生掌握三视图投影规律，使用三维图形转化二维图形，不过学生很难做到将二维图形变成三维图形。学生无法单纯依靠想象实现装配图与零件图，无法达到预期的机械制图教学目标，很难保障教学效果。

众所周知，机械制图是一门实践、应用并重的课程，但是传统教育模式中，只考虑理论，忽视了理论和实践的衔接。部分学生思维不够灵活，只看重考试分数高低。学生的制图能力和识图能力不够灵活，学生没有工程素养以及创新意识。

（二）3D打印技术与计算机绘图挑战

上个世纪九十年代，社会就已经出现了3D打印技术。该技术属于立体平面印刷技术，本质为增材制造、层层堆叠。有很多工艺方法使用了该思想，纳米堆积、建筑生产中都能看到其身影[2]。3D打印层层堆叠具有高度定制性与高度柔性，零部件外形制造难度并不是很高，制造成本敏感度也比较低。3D打印技术有着非常明显的优势，多年的发展，使得其已经在制造业、教育界、高科技、医疗设备、国防与航天中得到广泛使用。3D打印能够无限实现学生的创意，学生从模型库中下载模型，或是自己独立设计模型，之后打印出来，只要拥有3D打印机，学生就能开办模拟工厂。

工业革命背景下，生产人员的知识能力要求不断提高、电脑设备的制造成本大幅度降低，这让无纸化、三维化成为了今后机械加工的趋势。3D打印技术成为机械设计全新的思路，3D打印技术需要三维建模的过程。

教学期间，需要教师做好引导，培养学生的空间感知力，锻炼学生思维能力，有技巧的思考问题。这对教师教学设计与课程分析能力提出更高要求，需要教师创新教学模式，规避传统模式教学弊端和问题。

二、机械制图与3D打印技术的结合

（一）教学设计和框架

在3D打印技术逐渐成熟的今天，越来越多的学校开设了3D打印选修课程，传授学生如何3D打印。从探索和研究经验中得出，3D打印技术的使用有非常好的效果。这里将以两种形式讨论机械制图教学中的3D打印技术使用。

第一种模式为，教师在课堂教学中，使用3D打印教具模拟展示与进行绘图教学。教师在准备换届，使用多媒体动画的模型方法，将3D打印机变成实物[3]。使用动画演示以及视图展示的方法，吸引学生兴趣，并讲解知识点。学生此时表现出强烈的学习积极性。学生利用课间时间，相互传阅教具，学生对比二维图像与三维实物之间的区别，学生对打印技术建立了全新的理解与印象。机械制图教学中，这种教学模式的使用，主要为理论教学，有着抽象且很多的课程，学时相对有限。这种模式适合电气工程自动化、通信工程、电子信息工程、自动化等专业。

第二种模式为，学生亲自制作3D产品。机械专业一般有两个学期学习制图课程知识，第一学期学习投影规律，第二学期学习cad、装配图、零件图知识。机械专业制图有着延展性特征，3D打印技术、三维建模知识学习。学生在学习中，逐步形成了工程意识，了解了工程概念。学生使用打印库模型作为素材，应用3D打印机打印创作。学生在逐渐掌握打印方法以后，产生了浓厚兴趣，并开始了独立的创作，设计各种模型，为模型库补充新的资源。教师需要将课程考核定位在学生作品是否具有创新性，开发学生潜能。

（二）教学成果

不论是什么课程，教学中的经验累积都是非常重要的事情。多年的教学设计，才能让教师不断补充模型库，并将其作为教学素材。教师可以将素材库中的材料打印出来，并在学校的展示柜中展示。学生平时可以观看学习，教师也可以随时选择合适的教具，为学生提供直观、生动的课堂。学生按照兴趣参观和模仿制作，能够激发学生的学习欲望。

学生在3D打印课程中，如果操作失误，没有制作出合适的产品，那么，教师就可以将学生的作品拿出来，让学生对比成功作品和失败作品的区别是什么。此时学生对比实物进行了反思，学生在用心思考中，找到了问题原因，并积极改变模型形状。学生在3D打印实践学习中，提升了自身的整体素质，学生创新思维得到了激发。学生创作各种各样的3D打印产品，学生在打印产品的过程中，创造力得到激发，学生的知识记忆能力和理解水平显著加强，提高了学生学习自自主性，激发了学生对于知识的学习兴趣。

结语：机械制图教学中，3D打印技术的使用，需要教师精心设计与实践，这对提高教学效果来说意义重大。3D打印课程的应用，改变了传统教学方法与模式，学生拥有了更多开放学习与教学渠道，学生在学习中感受到了乐趣。课本知识有了实践空间与渠道，能够实现知识与技术结合，是今后人才培养趋势。3D打印建模，并不单纯是为了获得打印结果，同时也是在学习3D打印技术的时候，让学生了解什么是三维建模，在学生脑海中形成独特的理解，活跃学生的思维。

参考文献：

[1]姜涛.如何在机械制图教学中运用现代化教学手段[J].科技风，2021，{4}（19）：71-72.

[2]马学知.机械制图全线上教学实践的效果分析[J].农机使用与维修，2021，{4}（07）：111-114.

[3]朱文博，纪海慧，李海渊.理实结合的机械制图教学改革与实践[J].上海理工大学学报（社会科学版），2021，43（02）：185-192.