3D打印技术在研发建筑装饰专业教学教具中的应用研究

蒙少青

为了满足教学需要，可以结合建筑装饰设计专业相关课程的教学需求，通过教师指导、本专业学生制作的方式，来研发建筑装饰设计专业教学教具。学生方面，这种方式可以使学生加深对本专业知识的理解，并在实践中提升专业技能；教师使用3D打印的建筑装饰教具可以提高教学效率，丰富教学内容；学校方面，可以节约资金、改善教学环境。

1 3D打印教具在建筑装饰专业各类课程中的应用

对于基础课，比如建筑装饰制图与识图、CAD这两门课程。高职学生对于图纸上的图缺乏空间想象力，因此需要用更加直观的形式去理解和学习，而通过3D打印的教具结合图纸一起展示教学的方法就更加简便高效，可以直观地展示空间关系等内容。

对于设计类课程，比如建筑装饰设计。中式风格、欧式古典风格、地中海风格、美式田园风格等等，这些各种装饰风格特点仅仅通过图片、视频的方式进行教学展现只能给学生带来感性的认识，但却很难使学生得到理性的认知。并且学校也没有足够的场地和资金来支撑起创建所有装饰风格的实物展示厅。而某一种装饰风格在不同时期的样式变化也更加加剧了上述困难。但是，3D打印的教具就可以解决上述问题，同时通过安排学生参与3D打印教具研发的过程，也可以进一步提升学生的理性认知。

同样在建筑装饰设计课程中，不同室内空间的功能布局设计、软装饰的搭配等等，这些课程教学流程通常使用老师教授、学生绘制设计图、老师批改设计图的方式进行教学。整个过程一般经历2～4个学时，教学时间过长、并且过程繁琐、效率低。而且按照这种教学方式，学生每学期只能完整的进行2～3个方案设计任务，得到的专业训练不多，也不可能真正的练习到所有风格和空间类型。但是使用3D打印教具进行教学就可以改变上述情况。在功能布局设计和软装搭配方面，学生可以亲手搭建缩微模型沙盘，教师则可以针对错误的摆放进行直接修改，并在修改过程中讲述相应的知识点，启发学生进行思考和讨论。整个过程所用时间大致在五至十分钟之间。这与以往学生耗费2～4个学时绘制设计图相比，用时少、效率更高，教学效果也更加直观，可动手性和趣味性也更强。对于理论课，比如人体工程学。高职类的学生在本课程中对于数据和尺度的把握方面能力较差，容易会产生枯燥无味感，失去学习兴趣。同时对于符合与不符合人体工程学的设计案例，例如家具、机器、环境等内容，学校无法大量提供实物展示。学生只能通过教材和自己绘制设计图等方式进行学习。教学效果不好。但是使用标准比例的人偶，以及通过使用3D打印机打印出标准比例的教具，就可以更加直观的进行演示出符合或者不符合人体工程学的情景。枯燥的课程也会生动起来。

对于涉及到实际操作的课程，比如室内环境与设备。课程中给排水管路的安装操作现场演示环节往往会发生于二三十个学生围住老师观看的场景。并且受制于实训场地的空间限制，所有人无法同时挤入某一个房间进行观摩，例如卫生间的给排水管路的安装。这种情况往往需要教师进行分组单一演示。演示过程中教师无法监督看护到其他等待组的学生，安全隐患很大。通过使用3D打印教具，可以做到人手一个等比例微缩场景。学生可以通过实际组装模型完成给排水管道的前期模拟铺设训练，然后再进行实地真实的实训操作，就可以提高学习效率，降低安全隐患。学校每年也可以减少相应的实训管材消耗。

对于软件课程，比如3ds Max、BIM、SketchUp。学生通过计算机创建的模型是虚拟的，只能用眼睛看，却无法伸手触摸。而通过安排学生在这些软件课上亲手创建专业课程所需的3D打印教具模型，可以加深学生对专业知识的理解，提高学习兴趣。将计算机虚拟模型与3D打印实物相结合，也提升了课堂的趣味性。

2 研发建筑装饰专业教学用的3D打印教具流程

由于涉及到专业教学，教师可以带领学生参与其中，具体流程如下：

（1）调研。老师带领学生与课程负责人和任课教师进行沟通，获取某一课程中某一教学单元所需情景教学教具的使用情况。优先确定出使用次数频繁、课程覆盖面广的教学教具。例如，在建筑装饰设计、家具与陈设设计、家居软装设计、公共软装饰设计和人体工程学这些课程中，家具的教具应用广泛，这里选定一款现代风格的木质座椅。

（2）获得数据。进行相关教具的数据收集，汇总出缩放比例、长宽高、颜色、材质、结构组成等内容。例如，前面选定的木质座椅教具需要覆盖多门课程，特别涉及到了家具与陈设设计课程中的组合与结构，因此特别要注意搜集座椅各个部件衔接处的结构特征。

（3）软件建模。结合所搜集的数据，在软件课上教师指导学生完成教具模型的创建。例如，使用3dsMax软件，逐一等比例创建木质座椅模型的各部件。

（4）转换成STL文件。将软件创建的数学模型统一转化为3D打印机支持的STL格式。例如，3dsMax可以导出这种格式的文件。

（5）切片输出。将模型文件进行分层切片。使用Cura、RepetierHost等软件把计算机创建完的3D模型分层切片，并设计好打印的路径、填充密度、角度和外壳等。最后储存成3D打印机能使用的.gcode文件格式。

（6）3D打印机准备。启动3D打印机，通过数据线或SD卡将.gcode格式文件传送给3D打印机，装入打印材料，调平打印平台，设定参数，然后打印机准备开始工作。

（7）打印。打印过程中注意保持机器平稳，保存环境清洁和温度恒定。随时留意材料供应是否及时。

（8）打磨。去除支撑、毛边。3D打印好的模型会在细节上出现问题，比如支撑造成的次边、剥离基座后产生的凸起等。这些要使用美工刀、小钳子或铲子等工具进行修整才能获得满意的造型。例如给打印好的木质座椅3D模型各部分零件逐一打磨光滑。留意结合处的链接部分的样式，以免误删。

（9）上色。刚刚打印好的模型只能算半成品，还需要使用手涂或喷涂的方式给模型上颜色。上色要保持室内通风，带好口罩等个人防护工具。例如给打印好的木质座椅3D模型各部分零件逐一上色。

（10）分类保存，比便应用。按照教学课程或用途进行分类，统一将3D打印教具存放在清洁安全的地方，最好配备专门的教具器材室以及专业的维护保管人员。例如给打印好的木质座椅3D模型各部分零件统一存放进收纳盒中，并标记号适用的课程、预览照片、装配图等信息，以便查找。

3 结语

通过3D打印制作建筑装饰相关课程的教学教具，可以弥补教学条件的不足因素。并让本专业的学生参与其中，可以使学生切身学习到建筑装饰相关课程专业知识，提升学生的专业技能，也极大的丰富了课程的教学手段，提高了课堂的教学效率。

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