3D打印技术在机械制造技术教学中的应用展望

班文松

（宿州职业技术学院，安徽 宿州 234101）

随着科技的发展日新月异，3D打印技术的发展与应用也渐日趋成熟，已逐步地应用在建筑、食品、医学、机械制造、军事等领域，它的发展将会对人们生活和工作带来翻天覆地的变化。在高职教学中，随着教学模式不断创新与改革，新的教学理念也融入其中，以3D打印技术在机械制造技术这门课程教学中应用为例，讲述其对教学起到巨大的作用，极大提高了教学质量和学生对学习的兴趣。因此，文章就简单分析和展望3D打印技术在机械制造技术教学中的应用，有利于提高学生的学习兴趣和创新能力，同时还可以提高教学效果。

1 机械制造技术教学的现状

机械制造技术这门课程是数控技术、机电一体化技术、模具设计与制造专业的重要的专业核心课程，是一门集理论、实践综合性很强的专业实用课程。该课程的教学目标要求学生掌握机械制造的基本加工技术和基本的理论，再结合工程实训掌握基本的操作技能，为将来能够胜任在不同职业、不同岗位上的专业技术工作。目前，在传统机械制造课程教学中，大部分教师运用挂图、图片、实物模型等开展教学为学生讲解机械零件的结构、形状、尺寸大小等，而这些通常存在诸多问题。

（1）教师利用的挂图、图片都是固定的、静止的二维平面教具，不能很好地反映出机械零件的结构、形状、尺寸大小，这就要求学生必须具备较好的 空间想象力。

（2）传统的教学模式已无法激发学生的学习兴趣。在新的教学理念被引入课堂教学的今天，只靠教师讲、学生观摩实物模型、查看图纸等方式开展的教学已经很难激发学生的学习积极性，从而导致学生旷课、打游戏、上课玩手机等现象。

（3）传统机械制造技术课程教学课堂任务相对单一，且以大课堂为主，学生设计创新培养不足。在传统机械制造技术课程中，由于强调机械原理的认识，所以课程以知识输入为主，学生学习后的产出只能以书面形式的制图、作业为主，形式单一，且千篇一律，学生的设计与创新无法在课堂上体现，与现今推广的创新教育、个性化教育理念相悖。

因此，在机械制造技术课程教学所采取的传统教学方式存在的问题，特别是学生失去学习积极性，就更不愿意学习了。为了解决这些问题，将3D打印技术应用于实践教学中，让学生自己参与进来亲手操作，把具有抽象能力的平面图纸打印成实物的过程，这样会大大提高学生的学习兴趣，进一步激发学生的创造性思维和灵感，收到了良好效果。

2 3D打印技术概述

2.1 3D打印技术概念

3D打印（3Dprinting）又称“三维打印”，是快速成型技术（RP）的一种，以三维数字模型为基础，采用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术过去常使用于模具制造、工业设计等领域用来作为制造模型，经过近些年的快速发展，3D打印技术正逐步推广应用到航空、医疗、军事等各个领域之中，在各行各业中所占的3D打印比重也逐渐增大。

2.2 3D打印技术特点

3D打印是一种新型的制造生产模式，以计算机辅助设计（CAD）或计算机动画建模软件建模里的数据，通过逐层堆叠累积的方式生成，然后在驱动打印设备工作，生产加工出所需要的实体。与传统加工工艺相比，3D打印技术还具有以下特点：

（1）个性化快速生产。直接从计算机图形数据中生成所需要的形状零件，不需要机械加工或任何模具，极具个性化。

（2）周期短。传统加工制造要充分考虑零件的材料、结构形状、尺寸、精度和使用寿命等方面不同的要求，采用合理的加工方法和工艺路线等等，所以产品的研制周期较长。而采用3D打印直接根据计算机动画建模软件建模里的数据来生成实体，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率。

（3）材料利用率高。经过30年的不断发展，3D打印技术已实现了金属、塑料、陶瓷、石料、尼龙、高分子材料等常见材料的加工，其原理是通过“积层造形法”来实现实体生产，这样就大幅减少了材料浪费，提高了材料的利用率。

3 3D打印技术在机械制造教学中的优势

（1）改进教学方法，促进理论联系实际。在大部分教学应用的案例中，3D打印技术本身并不是课程研究的重点,而是借助打印技术将抽象概念转化成可视化实物，能够使学生比较直观学习和掌握知识。在机械制造教学过程中，3D打印技术将原来的填鸭式教学方法改变为学生自主性的学习，学生在通过打印机械零件时，还会使用到机械、计算机技术，这样就会逐渐培养学生的综合运用能力。机械制造技术是以工件表面成形理论和金属切削理论为基础，是理论知识和实践操作联系紧密的学科，课程的实践目标就是熟练掌握各种加工方法和制造工艺，这正是学习的难点。因为机械加工方法包括车削、铣削、钻削、磨削、齿形加工等等非常多的加工方法，学习难度比较大。通过3D打印就可以直接打印出所设计的零件产品，促进理论联系实际，让教学与生产完美结合，提高了课堂的教学效果。

（2）提高学生的动手能力和创新能力。在教学3D打印技术过程中，让学生自己去参与制作，教师只起到辅助作用，最后打印出机械零部件模型也是让学生自己装配。在整个事件中，学生为主体全程参与，不仅提高学生的动手能力、发现问题的能力以及解决问题的能力，全面促进学生参与能力的发展。而动手能力恰是学生实践学习的基础。

（3）激发学习兴趣。3D打印技术重心就是将学生学习的平面零件图转变为真实的立体模型，将抽象概念以实物的模型展现出来，极大地激发学生学习兴趣，提高学习积极性。例如，加工阶梯轴，这根轴上有键槽、螺纹、台肩等一系列的操作，加工时间长、工序步骤多，学生也容易出现错误。如果采用3D打印技术，学生只要在开始把数据输入进计算机，通过计算机辅助建模制造，可以快速完成阶梯轴。

4 结语

在机械制造技术教学中应用3D打印技术，这是一种新颖的、有效的教学手段，可以解决抽象的零件图、学生厌学的问题。随着3D打印技术不断地完善成熟，高职院校应充分利用3D打印技术引入其他专业课程教学中，这对课程教学模式起到非常大的冲击，必将推动3D打印技术在教学改革中发挥出更大的作用。

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