基于增材制造（3D打印）技术在三维建模实训教学中的应用研究与实践

周 凯 张 烨

（上海师范大学天华学院，上海 201815）

基于增材制造（3D打印）技术在三维建模实训教学中的应用研究与实践

周 凯 张 烨

（上海师范大学天华学院，上海 201815）

以“中国制造2025”为需求，以德国“工业4.0”发展为导向，参照“美国工业互联网”，结合实践教学协调发展的国际化教学要求，以应用型“技术”加“艺术”为人才培养目标，将增材制造（3D打印）技术融入三维建模课程的实训教学环节中，将学生设计作品由虚拟变成实物，实现“设计”与“制造”的贯通，为综合应用型技术人才的培养提供有效途径。

增材制造 实训教学 3D打印 艺术设计

引言

将增材制造（3D打印）技术融入三维建模实训教学环节中，将学生设计的三维模型，通过增材制造（3D打印）技术将虚拟变成实物，让“机械工程学”及“设计学”专业的学生在三维建模实训中接触了解“新技术，新材料，新工艺技术内容”，与当前主流技术相衔接，促进不同学科间的学术交流与互补发展，从而为培养一批“艺术”加“技术”的复合型专业技术型人才打下基础。1 研究思路和方法及研究步骤在三维建模实训课程中引入增材制造（3D打印）技术的应用研究与实践，将如图1所示的线路图为流程。

图1 线路图

（1）本教学重实践应用，针对相关专业的学生，借鉴国外相关课程进行教学，在三维建模实训课程后期导入3D打印技术，选取有创意性作品。

（2）将虚拟三维模型通过3D打印机转换成实物，让学生掌握3D打印机应用技术。培养学生创新意识，让学生与时俱进掌握新技术的应用技能。

（3）实训过程中，以班级为单位分成若干小组，以团队形式内部推选创意的三维建模作品，进行实体打印。

（4）在打印过程中，介绍3D打印机工作原理及操作步骤。通过实物打印过程，让学生掌握3D打印技术的应用，并对设计的产品进行分析处理到再设计。

2 教学成效

2.1 机械设计制造及其自动化专业

（1）机械专业学生掌握3D打印机的工作原理，对其结构特点有深一步的认识，对3D打印机可以进行相关参数的设置，具有综合应用能力。

（2）3D打印技术与机械设计制造及其自动化专业的CAD/CAM技术有效结合，学生在技术层面多掌握一门新的应用型技术，将机械设计零件实物化。

（3）应用3D打印技术制造所设计的产品，掌握对增材制造技术的应用与实践。学生在实训课中将自己设计出来的三维模型通过3D打印机制作出来，将虚拟产品变成实物，增强学生课堂互动，激发创新思维，提升创造力，培养自主创新人才。

2.2 艺术设计专业

（1）艺术设计出来的产品具有一定的创新及实用性。学生掌握设计创作的专业技能和方法，成为具有一定工业设计修养和审美能力的复合型人才。

（2）通过3D打印技术，将设计产品实物化，并进行有效分析再创造。让学生掌握新技术，在后期工作中多降低设计后的加工成本，有效利用应用型技术解决实际问题，开发新产品，将“产”“学”“研”在校内有机结合。

2.3 学科间交流

（1）两专业学生对所设计的三维建模作品进行处理、分析及优化，通过增材制造技术将其实物呈现。结合专业间特点及当今市场需求，进行创新设计或改进。艺术设计专业学生了解3D打印机基本工作原理，使用3D打印机制作设计的产品，并对机械专业设计的模型结合“工艺美“”进行分析处理。

（2）促使学科间互补，部分学生满足“艺术”加“技术”的复合型专业技术型人才要求，设计的作品可以参加相关比赛。例如，对机械设备的内部结构及外形进行处理，设计并制作出作品的模型。例如：机床外形及机构再次设计、3D打印机设计与制作、汽车外形设计等。

3 教学分析

（1）培养学生利用三维软件设计出有创造性、实用性、符合打印的三维模型。针对已有的机械设备进行优化处理再创新。具体的，机械专业针对对机械结构方面，艺术设计针对外形优化。

（2）教学中，将三维建模实训中引入增材制造（3D打印）技术的研究，将3D打印技术与当前的教学计划对接，做到知识上的连贯性。

（3）新技术的应用是为了使应用型本科学生更好得与世界接轨，也是为了将增材制造（3D打印）技术在应用型本科教学计划研究做铺垫，是学生就业及社会发展的需要，从而做到产学研相结合，推动国内研发与应用同步发展。

（4）在传统设计前提下快速融入新技术，应用并推广增材制造（3D打印技术）在艺术设计领域的工业设计。“技术”与“艺术”的结合，必将为未来的“中国制造2025”做出贡献。

（5）两学科间的三维建模软件，寻找通用格式交流使用，相互审阅，对彼此专业的特长起到互补作用，将各自的学科特色相结合，将技术融合、学科融合，从而走国际化应用型人才的培养模式。

[1]Berman，Barry.3-D Printing：The New Industrial Revolution[J].Business Horizons，2012，55（2）：155-162.

[2]Dolphin，Jake.3D Printing-Piracy or Opportunity?[J]. Keeping Good Companies，2012，64（5）：300-303.

[3]陈燕和.中国3D打印研究（1993-2014）[J].现代情报，2015，35（6）：86-89.

[4]吴亚辉，张英琦.多层次开放型先进制造技术训练模式的探索与实践[J].实验室科学，2014（5）：196-199.

[5]王娟，3D技术教育应用创新透视[J].现代远程教育研究，2015，（1）：63-69.

Application Research and Practice of the Technology of Increasing Material Manufacturing (3D Printing) in the Teaching of Three Dimensional Modeling and Practice

ZHOU Kai, ZHANG Ye
(Shanghai Normal University Tianhua college, Shanghai 201815)

Based on "Chinese manufacturing 2025" requirements, to the German industrial 4 development oriented, with reference to the "American industrial Internet, combined with the requirements of the international coordinated development of teaching and practice teaching, the application of" technology "and" art "as the talent training goal, will increase in material manufacturing (3D printing) technology into practice the 3D modeling teaching curriculum, students will design works from the virtual into real, through the realization of" design "and" manufacturing ", to provide an effective way to cultivate comprehensive applied technological talents.

increasing material manufacturing, training teaching, 3D printing, art design