3D打印技术在机械创新教学领域的应用探索

杨冬喆

摘 要：随着3D打印技术的成熟与普及，其价值和优势在众多行業中已取得了领先，而且应用领域不断扩大和评价也日趋提升。作为培养技术技能型人才的职业教育，在改革创新中应该加大对3D打印技术的引入和探索，使其为课堂教学带来实效性的助力。通过应用3D打印技术，不仅可以将课堂教学变得生动形象，而且有助于促进学生动手能力和空间想象能力的稳固形成。

关键词：3D打印技术;机械教学;创新应用

中图分类号：G712    文献标识码：A

一、3D打印技术特点及优势

近年来随着3D打印技术的快速发展，3D打印在教育领域中的应用越来越受到关注，在教学、学习和研究领域带来一系列令人瞩目的创新与变革。与传统的数控加工相比，3D打印技术生成真实三维实体的时间已经缩短了数倍乃至数十倍。3D打印加工时间的长短仅取决于所打印实体的大小、复杂程度以及3D打印机性能。而传统的数控加工根据模型的复杂程度、机器的性能、刀具的性能等，通常需要几小时到几天。3D打印技术不需要任何刀具、模具、夹具或机械加工过程，可以直接将在CAD软件中绘制的三维数字模型转换成真实三维实体，极大地简化了制造过程，提高了制造效率。

二、3D打印技术在机械创新教学领域的应用探索

1.将3D打印产品应用到课堂教学的方式规划

在课堂教学过程中使用3D打印产品，分为两个层面。首先是单纯地将3D打印产品带入课堂，即教师在进行教学设计过程中，根据教学内容和目标，将复杂的结构模型利用课前准备时间，通过3D打印机制作好模型教具，在授课过程中通过与二维图片、幻灯片、实物模型演示等手段相结合，对学生进行讲解，使学生能够直观地学习。然后是让学生在参与3D产品的制作过程中，从建模到制造成形，全都亲身动手操作，体验制作的全过程，实现在学习基础知识与掌握关键部件制图方式的前提下，以此拓展学生学习的知识点。

2.创新特色

基于3D打印技术机械结构设计的新型教具与以往的传统教具不同，该教具适当地融入了《机械设计基础》里面的一些机械结构，贴合教学内容，最大限度地提高学生的学习热情。在机械实验课教学中适当运用书本上介绍的机械机构，充分发挥其特点做成组合式机械结构教具，这对提高教学效率和教学质量是非常有利的。在操作机械的时候，可以让学生们深切体会机械机构的运动原理。

3.实训项目开展

3D打印技术应用在前期培训过程中要根据学生专业和层次，充分利用多媒体课件和视频，并结合打印零件实物对学生进行知识讲授和技术指导，采用多种教学方法着重介绍3D打印技术的加工过程、工艺原理和应用特点，使学生深入了解3D打印技术，掌握从概念设计到零件制造的一般工艺流程。明确实训任务和要求后，在指导教师的协助下，学生进入实训阶段，主要过程分为三个步骤：首先，学习并运用计算机辅助设计三维建模软件，提交创意设计方案，自主设计出具有一定创新性、实用性的作品;其次，学习将作品模型转换成3D打印的STL格式，并在切片打印软件中对STL文件进行正确的切层处理及对各项工艺参数进行设置;最后，熟练掌握3D打印机的装丝料、设备维护、上机打印等操作步骤，“真刀真枪”地打印出零件实物模型。

4.提高学生的动手能力与创新能力

项目课程实施是采用行动导向法进行的，产品设计、打印和装配均由学生合作完成，学生的动手能力得到了很大的提高，设计中有所创新。而且3D打印需要漫长时间，对于培养学生的责任感有了一定的促进作用。将3D打印技术引入项目课程的应用实施已初有成效，但也存在不足，需要继续完善。不过实施后所获取的经验，对于今后更好地将3D打印技术与现有的三维建模课程有效衔接、进行教学资源的开发甚至是“合二为一”、满足学生不断增长的好奇心都具有一定的借鉴意义。

总之，3D打印技术对于职业教育机械专业教学改革具有不可替代的作用和价值，它不仅能够让学生感受到机械工程的魅力，进而激发学习兴趣和潜力，而且通过实践体验和感知能够轻而易举地在教学中高效掌握知识技能，确保教学流程与人才培养实现无缝对接的目标。而且最为关键的是能够开阔学生视野并强化创新思维，最终为新时期机械专业教学优化工作带来有力的支撑。

参考文献：

[1]曹雅利，李宗义.3D打印技术的应用与发展[J].产业与科技论坛，2017（4）：26-28.

[2]熊义君，张 荣，王国荣.3D打印技术及教学改革初探[J].科教导刊，2016（10）：60.