铸造实习课堂教学改革

施允洋　刘方方　房开拓　王晓华

【摘 要】针对现有铸造实习课堂学生兴趣点低、模样和芯盒陈旧且无创新，本文提出一种基于3D打印技术打印模样与芯盒的铸造实习改革，力求学生在动手、独立自主及学习能力上更上一层楼，同时开辟一种新课堂模式，为铸造实习教学改革提供了新的方案。

【关键词】铸造实习；3D打印；教学改革

0 引言

高校金工实习是机械及近机械类专业不可或缺的实习环节，学生在该实习期间可以学到机械基础、工艺等相关知识，提高个人动手实践能力[1]。在各类机械产品中，如内燃机、机床等，整机质量的70%到90%为铸件，同时我国以1700万吨左右的铸件年产量位居全球首位[2]。可见，铸造的应用范围及其广泛，铸造作为热加工工艺代表，其发展变得尤为重要。对于高校铸造实习课堂，如何在有限的实习期间提高学生学习兴趣和工程素养，成为铸造实习的重要发展趋势之一[3]。

1 铸造实习现状

我院的铸造实习，实习流程如下：

学生安全教育→铸造理论知识讲解→整模、分模、挖砂三种造型造型示范、练习、浇注→落砂及铸件清理→撰写实习报告在教学过程中，学生在理论知识讲解过程中出现注意力不集中，听一会就失去兴趣。在动手操作环节，整模及分模两种造型，学生依旧兴趣点低，但是在挖砂造型环节，学生表现出浓厚的兴趣，造型相比前两个也更加认真，总结原因是前两个模型太过单一、没有创新，而挖砂造型的模样为一架小飞机，且浇注的铸件学生可以购买，种种原因激发了学生兴趣。

目前实习教学过程中，教师起主要角色，学生根据示范进行模仿、熟悉造型流程。学生缺少独立思考和创新的环节，而在实习过程中我们应该更重视学生的主动学习能力，培养他们团队合作及动手实践能力。

2 3D打印与铸造实习相结合

为提高我院铸造实习课堂的趣味性、提高学生上课的积极性、培养学生动手能力及团队合作能力，本文提出了一种3D打印技术与铸造相结合的学习模式，对铸造课堂进行改革。在方案实施过程中，以学生为主体，让不同层次学生在实习过程中均有所获，培养学生自主学习能力，引导学生勤于探究，发展学生的创新实践能力，同时也为他们发展打下良好基础。

2.1 3D打印技术的简介

3D打印技术（3Dimensional Printing）又称增材制造技术，属于快速成型技术之一，是一种基于离散—堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的增材制造法，该技术通过计算机建模然后对塑料、金属粉末等可粘合材料进行逐层打印而成，常见流程如图1所示，该技术近年来发展迅速，被称为第三次工业革命标志性技术之一[4-5]

2.2 3D打印如何与铸造相结合

在铸造实习课堂，模具尤其是木模经过数年使用后往往变得“千疮百孔”，难以再次使用，且对于学生来说，早期的模型太过陈旧、毫无创意，更谈不上浓厚兴趣。3D打印技术与铸造相结合可以打破局面，传统砂型铸造工艺流程是先根据铸件设计图纸，做出模样与芯盒，再进行造型最后浇注、整理铸件，该流程需要多道工序才能完成铸件生产制作。3D打印则直接打印设计的模型，然后进行造型及浇注，学生在整个流程中起到主导地位，且3D打印的模型更加个性化，提高铸造实习的新颖性和灵活性，同时也将提高学生的兴趣，鼓励学生自主创新，从而提高他们创新能力和工程综合素养。

3 实施方案

实习过程流程如下：

安全教育，铸造概论讲解、简单的整模造型示范，让学生熟悉造型流程→学生分组，用3D软件绘制3D模型并在下课前开机打印→根据打印模型造型、浇注→每组设计一个具有特色模型并打印→再次造型、浇注→铸件清理→总结为使方案实施顺利，教师、学生、校方应做到以下几个方面：

a为使实习过程流畅，首先校方应对实训室进行升级，根据每次上课人数增加若干计算机和桌面级3D打印机供教学使用。

b在教学过程中，每个班级学生需要分组，为了均衡每组综合实力，分组时应避免学生自由组合，需按照学生上一学年综合排名顺序依次分成若干组（如分成五组，则综合排名1、6、11、16等为第一组，2、7、12、17等为第二组，以此类推）。

c对学生要求：在实习前应对3D建模软件有一点了解，如实习时间较早，尚未接触3D建模软件，在实习过程中，可以使用3D Builder等傻瓜式建模软件设计。

d对教师要求：在学生自主设计过程中，教师要控制3D模型的尺寸，合理利用课后时间打印模型，避免3D打印时间太久，影响实习流程。合理的方案是每次下课前让学生设计的3D模型开机打印，打印至少10分钟且没有问题后再下课，这样可以避免设计缺陷或者打印机设置有误的情况。其次教师应该自己熟悉并掌握3D打印相关知识，在学生建模过程中给予指导和建议，避免设计的模型造型太过复杂，失去实习本身意义。

4 结语

3D打印增材技术的出现，给铸造实习课堂带来新的生机。我们应该合理利用该技术并运用在铸造实习中，为课堂增加更多的趣味，提高学生对铸造的興趣及工程素养，也使得铸造课堂不再是简单的“玩砂子”，同时，新方案以学生为主体，更大程度地锻炼学生工程实践能力和团队合作能力，营造一个良好的教学环境。

【参考文献】

[1]朱从容.金工实习课程教学改革的思考[J].实验室研究与探索，2005，03：77-78+92.

[2]蒋校辉，刘伟成.工程训练铸造实习改革初探[J].科教文汇（下旬刊），2009，03：47.

[3]朱玉英，殷艳树.现代工程教育下的金工实习改革[J].教学研究，2009，32（02）：73-76.

[4]赵婧.3D打印技术在汽车设计中的应用研究与前景展望[D].太原理工大学，2014.

[5]Hod Lipson， Melba Kurman .Fabricated： The New World of 3D Printing [M].USA：John Wiley&Sons Inc，2013：52-54.endprint