3D打印技术在高校创新创业教育中的应用

张景龙，张剑波

(河北政法职业学院，河北 石家庄 050061)

3D打印技术在高校创新创业教育中的应用

张景龙，张剑波

(河北政法职业学院，河北 石家庄 050061)

被称为工业4.0标准的3D打印技术正在兴起，谁能抓住机遇谁就能把握时代的脉搏，栖身世界强国。3D打印技术为教育提供了更多的资源和突破口。在高校创新教育中植入3D打印技术，不仅能让学生对3D打印有一个崭新的认识，而且能通过建模、体验等方式提高学生的参与度；在创新创业教育中植入3D打印技术，通过创意设计、或与文化产业相对接，可推动学生开发创新思维、开展创业实践；将3D打印技术植入学生专业社团，可将第一课堂与第二课堂有机结合，设计、开发3D打印产品，满足个性和社会需要。

3D打印技术；创新创业教育；学生专业社团

引言

信息技术与网络技术的飞速发展把我们带入了智能制造时代，而3D打印技术是智能技术与制造方式相结合的产物，它是一种新的制造理念，以增材制造代替传统的减材制造方式，节约了资源，提高了效率。而且借助3D打印技术，可以方便的把我们生活中的精彩瞬间立体呈现并永久保存，可以把想象中根本不存在的造型活生生地呈现在我们面前，可以把任意不规则、结构无限复杂的物体快速制造出来。3D打印技术在创造巨大的社会效益和经济效益的同时，也在悄然地改变人们的生活方式，并对高校教育产生了积极影响。3D打印技术应用于教育，促进了教育形式和教学内容创新和发展，提高了课堂教学效率和人才培养质量。

1 3D打印技术在创新教育中的积极作用

1.1 3D打印技术简介

3D打印的过程是首先把我们需要的物件能通过三维制作软件在电脑中形成虚拟三维图形，再用3D打印机打印成实体的物体。3D打印技术出现于上世纪八十年代末，基于其巨大的发展潜力，各国政府尤其发达国家纷纷投入重金进行开发研究。2012年奥巴马宣称，美国要大力发展3D打印等新技术，要把“中国制造”变回为美国制造；欧盟投入800亿欧元的“地平线2020”计划支持3D打印；我们国家对此也高度重视，3D打印已成为“中国制造2025”国家重大工程项目(见下图1)的重要组成部分。

图1中国制造2025

3D打印技术已经成为当前“增材制造”技术的主要存在形态[1]，其在教育领域中的应用也日益凸显。2015年2月，工信部出台的《国家增材制造产业发展推进计划》中指出，要加快3D打印技术在创新创业教育中的应用。纵观国外关于3D打印技术应用于创新创业教育领域的研究，可以发现3D打印技术已经成为高等教育应用中主流技术，国外的很多院校通过开设3D打印课程与培训、组建兴趣社团、举办创新大赛等形式提升学生对3D打印技术的认知,培养创新创业能力[2]。

1.2 3D打印技术将带领我们进入实体模型教学时代

以往的教学中我们用大量的图片展示教学内容，都知道用图片记忆比用抽象的文字记忆效果要好很多。但实体模型带给我们的信息量会更大，代替图片的话效果会更好。借助3D打印技术可以方便制造出在教学演示中所需要各种实体模型。可以说3D打印为取得教育资源打开了一扇大门，使我们可以轻松获得所需要的教学工具和模型而且不需要太多的成本。3D打印的优势之一就是产品形状的任意性和广泛性，只要我们能够想到的都可以在电脑形成数据模型并驱动机器操作形成产品。从微观的原子、分子结构，晶体模型到宏观的天体结构；从史前生物、人类进化、生物演化到物种的分化；从微观生物病毒、细菌、细胞结构到生物的组织器官等，只要是人们研究探讨过的，我们都可以通过3D打印技术再现出来形成直观的实体教学模型。

3D打印技术作为教学辅助工具，创新了教育教学方式，弥补了传统模拟教学设备的不足，打造虚实结合的教育创新应用平台，拓展了学生的视觉空间能力。具体而细致的模型可以直观地呈现教学内容，不仅能有效地降低教师教学难度，而且能够激发学生的学习兴趣，显著地提高教学效果。所谓百闻不如一见，更方便的是教师自己可以根据需要订制甚至自己设计打印出所需的教学模型和工具。

1.3 3D打印技术在高校专业教学中的应用

3D打印技术与建模课程的结合，有效地提高了教育教学质量。3D打印技术的一个重要环节就是虚拟三维模型的制作，它需要我们利用三维制作软件如3ds max、SolidWorks、maya、AutodeskCAD、Zbrush等制作出完整准确的三维模型，或者是使用三维扫描仪把实物扫描到电脑中，再使用上述软件进行修正和完善。然后导出3D打印机支持的数据格式如*.stl、*.OBJ、*. DAE、*.3ds、*.ply等，不同的打印机支持文件格式可能有差异。通过电脑或U盘输入到3D打印机，3D打印机中设置打印物体的大小、精度、层高、支承物等，然后进行打印。

这里有个关键的技术就是模型的建造技术，河北政法职业学院的三维动画制作、园林设计、会展策划等多个专业都开设三维建模课程。建模学习过程是很繁复的，也是非常枯燥乏味的，如果学生没有很好的学习习惯、教学内容不生动，就会影响课堂教学效果。在教学过程中，引入3D打印技术，鼓励学生把自己制作的三维模型如角色模型、武器道具、甚至是室内效果、室外景观等用3D打印机打印出来，学生看到自己设计的作品以实物出现时就有一种较强的成就感，对课程的兴趣明显增大，3D打印的实物不仅能够直观地反映出模型创建的质量，而且很容易发现模型创建存在中的问题，有利于对模型的修改与完善。

2 3D打印技术在高校创新教育中的应用

3D打印植入高校教育中促进了学生的创新思维和创业实践，3D打印技术是一种全新的制造理念，它打破了传统制造技术中的铸造、注塑，车、铣、刨、磨、削，插接、缝合、焊接等等的生产方式，3D打印技术借助智能成型技术，可以实现物体的多样性、复杂化，整体成型等优势，在我们面前展现出一片无限广阔的天地；青年学生是思维最活跃、头脑中最具有无限想法的一类人群，只要合理引导，就能够有效地激发高校学生的创新思维与创造性。借用3D打印设备，直接将这些创意形成产品甚至商品，从而服务于社会。

2.1 3D打印技术拓宽了教育教学思路

3D打印技术的制造理念应用于课堂实践教学中激发了学生的创造性思维，3D打印的模型可以用于培养学生的自主创新能力和自我探究能力[3]。

1．利用3D打印技术实现了常规产品设计的精致化，3D打印通过电脑设计和计算，在制作精准外形的同时还能够形成更加科学合理的内部结构，从而大大提高产品的实用性。比如，在同等强度的产品组件上，可以大大的减轻重量，这在某些领域如航空航天工业是革命性的进步，用某位国防高官的话说，在歼击机上，每减轻1克的重量，其价值要高于1克黄金的价值。图2左边传统工艺生产飞机配件，右边就是学生设计并用3D打印机打印出的相同材料相同强度的飞机配件。其重量仅仅是传统配件的16%。

图2飞机配件

2．3D打印技术的应用使复杂的结构简单化。3D打印多采用熔融凝固技术，理论上支持任意形状和大小的物体，例如时装、桥梁、房屋、汽车、飞机等。把不需要拆装和没有相对移动的物件尽量地设计成一体，用3D打印机成型，与传统制造方式制造物品相比，质量更轻，结构更牢固，操作更方便。有效地节约资源，节约能源，降低成本。人们把3D打印称为第四次工业革命是毫不夸张的。(图3)为空中客车未来(2050年)3D打印的概念客机项目。

图3空客概念机

2.2 3D打印技术与文化艺术相结合，促进文化产业发展

3D打印技术与艺术的结合，使专业复杂的艺术教育趋于简单化，降低了雕塑家的门槛，让非艺术专业的学生入手艺术设计和制作变得容易。为高校学生提供了就业创业的机会，推动了文化产业的发展。

计算机图形处理技术的发展，使现在的艺术表现形式不再拘泥于纸笔和刻刀，用手绘板连接电脑，学生们就可以在三维制作软件或是雕刻软件中纵横驰骋，充分发挥想象的空间，创作出各种形状、各种颜色的物体，而且可以保存，可以复制，可以无限地修改，操作失误了可以撤消，不满意了可以从头再来，而完全不必担心材料的损失，只要有耐心，就可以做到尽善尽美。完成的作品用3D打印机打印出来，可以用低价的ABS材料或PLA材料，也可以打印成铜像或不锈钢雕像。成品可以自己留着欣赏，也可以作为礼物送人，当然也可以作为商品出售。即使不用3D打印机打印出来，创建好的三维模型也可拿到网上出售。只要有好的创意，只要有精细的制作，就可以获得可观的收入，这不仅增加了大学生就业的机会，也是学生创业的一条有效的途径。图4为网站三维模型出售及周收入排行。

图4出售排行

3 3D打印在学生创业教育中的应用

在河北政法职业学院，依托三维动画设计等专业，成立了多个以学生为主体的3D打印创客空间、兴趣小组。将3D打印技术植入这些学生专业社团，实现第一课堂与第二课堂有机结合，让学生在体验中学习、探究，激励学生根据个性或社会需求设计、开发3D打印产品，激发了其创新创业热情，取得了较好的教学效果。

3.1 3D打印技术可有效满足人们对个性化订制服务的需求

随着社会经济的发展，人们的物质生活水平越来越高，在满足基本生活需求后，追求个性化和订制服务逐渐成为一种消费趋势和消费时尚，人们需要服装鞋帽可订制生产、需要居室装修可订制生产、需要交通工具也可订制生产等。这些个性化产品的生产对传统制造工业的大批量标配流水线的生产模式提出了挑战。如果用传统的机器设备和生产工艺只加工一件产品，不仅浪费资源，成本也会让人崩溃。而3D打印技术恰恰为个性化生产提供了方便，它通过电脑设计，可以最大限度的满足你的要求，而且3D打印能够最经济的使用原料，因为这是增材制造，其原材料的利用率比传统的减材制造方式要高得多。

个性化需求为学生个体创业或小团体创业提供了机会，再加上物联网、大数据技术、云计算特别是移动互联的发展，学生个体或团体可以无地界分工合作，有人提供创意、有人提供设计、有人提供打印设备。可以将地域的资源有效地整合在一起，克服了学生团体创业资金、资源不足的困窘。

3.2 3D打印将成为学生创业的主要手段之一

提起学生创新创业，人们会立刻想到一个人群“创客”。创客，有多种解释，其一为“车库”，在车库中存放着各种工具和材料，人们可以方便制作自己想要的东西。也有人称其为(maker)，指出于兴趣与爱好，努力把各种创意转变为现实的人。也有一种说法是说“创客”一词来源于英文单词“hacker”，不过它不是指电脑领域的黑客，而是突出它是不以赢利为目标，追求自身创意的实现。而克里斯.安德森在自己作品《创客：新工业革命》一文中给创客的定义是，“创客”是“不以营利为目标 ”，利用3D打印技术以及各种开源硬件，努力把各种创意转变为现实的人[4]。

利用3D打印技术建设创客空间是大学生实现快速创新应用并使创业成为可能性的重要技术保障[5]。3D打印技术为创客的创新创业活动提供了有利的支持，河北政法职业学院各个3D打印专业社团，依靠建模技术的优势和对社会的敏感的洞察力，创建了丰富的物品，先从实用性小物品入手，如手机架、杯托、笔筒等小物件；也有个性像框、灯罩、人像、标致性建筑模型等。然后逐渐发展向社会提供服务，为幼教、中小学或兄弟专业设计制作模型教具等。有的小组建设了3D打印网站，以此为平台互相交流技术；有的小组申请了网店，把自己的作品在网店上展销，并以此为平台沟通社会，进一步了解社会市场的同时也接受订制服务。发展快的同学已经在校外建立了自己的创业基地，有了自己的厂房车间。

4 3D打印对高校创新教育提出了新内容

目前3D打印技术人员缺口较大，需要各种人才推动其进步和发展，在高校开设3D打印专业或3D打印打课程已成为一种潮流，如跟不上时代的步伐就会落伍、掉队。但是，3D打印技术虽然取得了一定的进展，但总体来说还处于起步阶段，存在不少的问题，比如打印速度慢、打印空间的限制、色彩问题、材料和工艺的限制等。3D打印的产品目前还不能完全满足我们的需要。培养合格的3D打印技术人员和研究人员已成为高校教育的当务之急。

3D打印技术涉及创意设计、模型制作、新材料加工、电子、机械等多个学科领域，3D打印技术发展的初期，这种跨学科的综合人才是主力军，为此河北政法职业学院设计了基于跨学科整合的“STEAM+3D”的教育课程，以这种新的教育模式为社会输送人才。

没有做不到，只有想不到。3D打印是一项学科跨度较大的前沿技术，可应用于高校教育中各个方面或环节。在高校创新创业教育中植入3D打印技术，丰富了教学资源，革新了教育理念，开拓了学生的创新思维和创业意识，为高校学生创新创业提供了技术支持和有效途径。同时，在高校创新创业教育中应用好这项技术，将会大大提高人才培养质量，为“中国制造2025”提供智力支持和人才保障。

[1]李青，王青．3D 打印: 一种新兴的打印技术[J].远程教育杂志,2013( 4) .

[2]祝智庭,雒亮.从创客运动到创客教育:培植众创文化[J].电化教育研究，2015(7).

[3]钟志贤.信息化教学模式-理论建构和实践例说[M].北京:教育科学出版社,2007.

[4]单小东.从职业体能视角谈高职体育课程教学改革[J].体育科技文献通报，2010(2)：10-11.

[5]艾贤明等．3D打印技术在大学生创新能力培养中的应用[J]．中小学电教，2015(9).

The Application of 3D Printing Technology in the Innovation and Entrepreneurship Education in Colleges and Universities

ZHANG Jing-long,ZHANG Jian-bo

(Hebei Professional College of Political Science and Law, Shijiazhuang, Hebei 050061)

3D printing technology, known as the industrial 4 standard, is emerging. Those who can seize the opportunity can grasp the pulse of the times, and become the world power. 3D printing technology provides more resources and a breakthrough in education. Innovative education in colleges and universities in the implantation of 3D printing technology, not only can let the students have a new understanding of 3D printing, but also can enhance the participation of students through modeling, experience and so on. The implantation of 3D printing technology in innovation and entrepreneurship education, through creative design, and cultural industry or relative access, can promote the development and innovation of students thinking. 3D printing technology can be applied for the combination of the first class and the second class to meet the individual and social needs.

3D printing technology; innovation and entrepreneurship education; student professional associations

2016-10-26

张景龙(1970-)，男，河北保定人，河北政法职业学院讲师，工程硕士。研究方向：三维建模技术、创新创业教育等。

本文系2016年度河北省社会科学院立项社会科学发展研究课题、民生调研专项课题“3D打印技术在高校创新创业教育中的应用研究”(项目编号：201601018)的研究成果。

G717.38

A

1008-8156(2016)04-0060-04

修回日期：2016-11-20