3D打印技术在CDIO工程教育模式下古建筑木作课程中的应用

刘万昱

（黑龙江建筑职业技术学院，哈尔滨 150025）

1 CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式主要是培养学生在现代工程环境下具备的工程技术知识，学生个人综合能力以及工程系统能力，C代表构思，D代表设计，I代表实施，O代表运行，这四方面决定了CDIO工程教育模式的基础原则。CDIO是目前国际工程教育与人才培养的一种创新的模式，同时也是工程文化教育的先进教育思想之一，其改革的方向比较全面，涉及培养目标、实践场所、学生能力评估等多个方面，以构思、设计、实现、运作为工程教育理念，CDIO提出的一个愿景，一个大纲和十二条标准是为了让学生更好地以主动、实践课程有机联系的方式去学习。

CDIO大纲。CDIO大纲是根据CDIO教学而制订的纲要，纲要集中总结了目前工程学所涉及的知识以及发展前景等，并且制定了相应的工程教育目标，CDIO大纲将学生的能力分为技术知识推理能力、人际交往能力、个人职业能力、企业和社会环境下的CDIO等四个层面。

CDIO标准的内容。CDIO工程教育的十二条标准：背景环境、学习效果、一体化课程计划、工程导论、设计到实现的经验、工程实践场所、一体化学习经验、主动学习、提高教师的工程实践能力、提高教师的教学能力、学习考核、专业评估。

2 3D打印技术

3D打印技术作为一种新型技术正在迅猛发展中，其原理是通过连续的物理层叠加，经过逐层材料增加而形成的三维实体技术，因与传统的材料加工不同，所以又被称为添加制造。3D打印技术综合了数字建模技术、信息技术、材料科学等多方面的技术知识，具有相当高的科技含量，其中3D打印机是3D打印的主要装备，目前，3D打印技术已经运用到各大领域之中，在这些领域当中3D技术可以在一定程度上提高制作的效率以及精密程度。

我国3D打印技术的情况。我国对于3D打印技术，早在20世纪90年代各高校就已经相继开展了3D打印技术的自主研发项目，其中清华大学在现代成型学理论、分层实体制造等方面都有了科研成果；华中科技大学也在分层实体制造方面有了较大的优势，并且在此基础上推出了HRP成型材料。西安交大自主研发的三维打印机喷头，其成型精度达到了0.2mm，目前我国的大部分地区已经将3D打印技术运用到商业当中，其服务范围主要包括模具的制作，对样品的辅助设计，物件复原，等等。

3 3D技术在古建筑木作课程中的应用

在木构模型的制作过程中，3D技术所起的作用非常大，主要体现在模型制作和实际操作两方面。模型制作以四角攒尖建筑梁架结构模型为例，开展模型制作主要是为了将枯燥乏味的理论知识转化为实际模型制作，制作过程中将理论知识和感性认识相结合，不仅可以培养学生的动手能力还会增强学习效果。3D打印技术可以非常明显地提高学生认知模型的能力，因为3D打印技术打印出来的模型立体感非常好，而且打印所依据的数据还可以存储到计算机内供以后使用，3D打印技术所制作出的模型具有相当高的精度比例，可以作为模型标准供学生以后运用。CDIO工程教育模式所培养出的学生具有很高的实践能力，同时又具备了在当今社会环境下需要创新思想、知识过硬的新一代人才的要求，因此在CDIO工程教育模式下学生所学的知识范围、认知方法以及人际关系能力方面都有很大的提高。3D技术是我国乃至世界新出现的一种快速成型的新兴技术，它所需要的操作人员必须要有极强的创新思维，缜密的逻辑，过硬的专业知识等多方面专业基础，CDIO工程教育模式所培养的学生正好具备以上特征，这些学生可以很快地了解3D技术的原理及其运用。3D技术在古建筑木作课程中主要应用在以下几个方面：

其一，建筑模型制作。古建筑木作课程在教授过程中大多数情况是根据建筑模型来进行讲解，但是许多学生所做的古建筑模型达不到需要的标准，使得教师在讲解中说到的知识点，学生根本不了解，有很多学生做的模型都不标准，从而影响学生学习知识。在使用3D技术对古建筑模型进行制作后，极大地提高了学生制作模型的标准，3D技术在原有古建筑模型的基础上，根据建筑的比例数据，经过计算机进行处理从而制作出标准比例的古建筑模型。

其二，斗拱修缮与更换。在古建筑木作课程的斗拱修缮中，3D技术也占有相当重要的位置，因为斗拱有很多的小巧构件，这些构件的结构非常复杂，而且容易变形，结合点与其他结合点会出现相互接触的情况，斗拱就会出现变形、扭曲、斗耳脱落等现象，因为斗拱是由多种零构件构成的，所以对它的修缮工作也要实行分别处理。这时就可以运用3D技术，把每一个零构件的数据输入计算机，通过软件对其进行分析处理，根据不同数据叠加在电脑中形成虚拟体，根据虚拟体提供的立体位置，可以很容易地找出零构件的问题，并根据问题运用相应的方法进行修缮。

4 结语

CDIO工程教育模式是全方位提高学生能力的新型教育模式，它的出现使我国逐渐出现大量的适应社会发展的高素质人才，而3D打印技术又是一种新兴技术，非常适合高素质人才运用，3D打印技术在古建筑木作课程中的运用会随着科学技术的方法更加深入，不断提高学生的实践水平，开拓学生视野，使学生能够更好地学习古建筑专业知识。

［1］刘厚才，莫健华，刘海涛.三维打印快速成形技术及其应用［J］.机械科学与技术，2008，（9）：46-47.