三维打印在装备教学中的应用研究

朱瑞 史俊斌 贾帅

摘 要：三维打印技术作为一种新兴的技术已逐渐受到广泛的关注与重视，在详细介绍三维打印技术工作原理和发展前景的基础上，文章介绍了三维打印在装备教学过程中的一些教学体会和应用研究。

关键词：三维打印；装备教学；研究

三维打印是近20年制造技术领域的一次重大突破，被称为"第三次工业革命"的代表性技术。目前，在教学领域，特别是装备教学领域，三维打印技术的应用还是一个崭新的课题，有许多问题值得研究和探讨。

1 三维打印技术概况

三维打印也叫做3D打印，是一种快速成型技术。以数字模型文件为基础，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行堆积，通过逐层打印的方式来构造物体。与传统制造业相比，三维打印大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺流程、不需要过多的人员和设备，直接从计算机三维模型数据中便可生成零件，简化了生产程序，提高了工作效率。三维打印包括两部分：一是模型设计，一是打印过程。即先通过计算机创建数据模型，将三维模型逐层的切片，通过3d打印机逐层打印出立体模型。

2 三维打印技术的发展

（1）制造业：三维打印让制造业变得效率更高、更加简单。只要将模型的三维数据上传到计算机上，通过三维打印，将所有的部件进行制作，然后再把这些部件组装在一起。

（2）生物医学工程：生物医学是重要的科学研究领域，利用三维打印技术，在计算机的操作下，运用堆积成形原理，能较容易地制造出细胞载体框架，实现人体器官的合成和再造。

（3）文物修复：文物专家根据文物碎片制作三维模拟图，然后将其整合，做出了原物的三维模型。通过对比能够快速准确的找到缺失的部分，通过三维打印机打印出来。

（4）微型机电加工：传统的加工技术适合平面加工，难以加工出复杂的三维结构，若将需要成形的材料制成打印头的悬浮液，利用三维打印技术能够打印出复杂三维结构的微器件。随着三维打印技术成形精度的不断提高，其必将在微型机电加工领域有着广泛的应用前景

3 三维打印技术在装备教学中的应用

（1）装备教学中存在的问题

第一，传统教学装备无法满足教学需要。利用实装进行教学训练，只能直观地展示装备的外部结构，进行操作使用训练。对于装备的内部结构和工作原理，只能通过理论讲授和一些文字图片进行描述，无法深入到装备内部中去，对于一些细小繁多的装备部件，学员掌握难度较大，容易混淆记忆，学习只停留在表面。

第二，装备器材数量过少。在实装教学过程中，由于教学的装备数量有限，学员在学习过程中，不能做到理论与实际相结合，脱离了装备教学，实装教学效果不明显；同时，在实装教学训练过程中，对于一些结构和连接关系，需要对装备进行分解，在使用维护时，需要对装备进行分解装配，不可避免地会出现磨损、损坏现象，加大教学训练成本。

（2）三维打印技术的应用

三维打印教学主要是培养学员创新和实践能力。学员可以边做边学，通过对三维模型的建立，可以帮助学员更好地理解装备的结构和连接关系，在制作过程中，提高学员的学习兴趣。课堂上多以启发诱导、提问讨论等方式上课。在教员的引导下，学员通过小组讨论和互助的方式来学习，充分调动积极性。录制一些软件建模视频和打印机操作视频，方便学员对所学知识进行复习，加深对所学内容的理解和掌握。特别是一些学员，由于基础不同，在传统理论教学中学不好，但使用设计工具和三维打印产品时也许能做得很好。所以三维设计和三维打印对拥有"视觉"或"触觉"学习方式的学员有很大的吸引力。

学员在学习过程中可分为三个阶段：一是学习三维建模软件，其中SolidWorks软件是一个很好的选择。该软件界面明了，操作简单，建模速度快，非常适合初学者使用；二是学习将模型转换为3D打印的标准格式；三是学习在3D打印中进行精度设计、打印大小设定，打印出装备模型。

（3）三维打印技术在装备教学中的优点

将三维打印技术与装备教学相结合，可以解决传统装备教学的诸多问题。

第一，由于教学过程中装备器材数量少，应用三维打印的形式，突破传统的装备教学理念和训练器材数量的限制，可以先进行虚拟教学，待熟练掌握后，再去实装上进行操作，即可以检验学员的学习效果，也避免了因学员不熟悉而带来的安全隐患。

第二，传统的装备部件修理需要通过机械加工制备零件，耗费的时间和精力多，同时零件精度达不到要求。通过三维打印技术，能够实现虚拟制作代替传统的加工制作，实现快速制备零部件，提高工作效率。

第三，通过对零件进行三维建模，不仅能够加深学员所学的内容，同时将将专业基础课与专业课结合起来，实现专业基础课为专业课服务，专业课检验前期所学内容的良好循环，而三维建模本身也是一个加深对装备部件认知的过程，能够激发学员的学习热情，为学员的交流和创新提供一个良好的平台。

4 结束语

利用三维打印技术的特点，探索将三维打印技术在装备教学训练中的应用，促进实装教学能力的发展，同时能增强学员的自信心，激发学员的创造力和创新性，为装备教学提供了新思路。

参考文献：

[1]刘勇，段宝才.工程类高职生实践能力培养的思考[J].中国职业技术教育，20lO（19）：75-76.

[2]宋丽、徐安平、李娟.三维打印技术的发展现状与趋势[J].机械设计，2005（Z1）.