基于3D打印的实训研究

苏虹 张国福 孟令威 欧阳博

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摘要：工程实训是高校培养应用型人才的重要环节，针对目前实训课程形式单一，缺乏创新性等问题，结合3D打印技术的特点和优势，提出将3D打印技术融入工程实训，建立基于3D打印的实训教学体系，进一步提高学生的实践动手能力和创新能力。

关键词：3D打印;快速成型;工程实训

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）11-0226-01

0 引言

近年來，3D打印因其与传统的去除材料制造技术（车、钳、铣、刨、磨）相比具有节省材料，容易加工复杂零件等特点，在航空、工业、艺术、服装、医疗等领域得到迅速发展和广泛应用。在航空方面，航空巨头波音公司利用3D打印技术制造上百种飞机零部件;在医疗领域，科研人员先后应用3D打印技术制造出颅骨、牙齿、骨骼等结构;在服装领域，2013年巴黎时装周，3D打印的服装首次亮相，实现科技与设计的完美结合;在建筑方面，2014年荷兰建筑事务所以莫比乌斯环为原型，利用3D打印技术建造了第一个3D打印建筑Landscape House。开展基于3D打印的实训研究，对开阔学生视野，提高创新能力具有重要的意义。

1 3D打印原理

3D打印技术是一种累积制造技术，能够打印陶瓷、塑料、金属等多种材料，按其工作原理不同可分为光固化立体成形技术（SLA）、熔融沉积成型技术（FDM）、选择性激光烧结技术（SLS）、激光选区融化成型技术（SLM）、电子束选区融化成型技术（SEBM）[1]。其中基于FDM打印原理的3D打印机是将熔化后的材料从打印头中呈丝状喷出，通过逐层打印构造实体，打印材料通常为ABS和PLA。因其原理简单，打印模型方便快捷被广泛应用[2]。

2 传统实训教学存在的问题

高校为培养应用型人才，提高学生实践和创新能力，通常以工程训练中心为平台，开展实训教学工作[3]。目前工程训练中心多以车工、钳工、铣工、磨工、焊接、数控车、数控铣为主要实训课程，因其受专业性强，教学时长等因素影响，在教学过程中有时以演示为主，学生实践机会少，教学效果具有局限性。针对目前传统实训教学存在的问题，将3D打印融入实训教学，对丰富实训教学内容，促进学生了解和学习前沿制造技术具有重要意义。

3 基于3D打印实训教学体系

3.1 教学目标

基于传统教学基础开展基于3D打印的实训教学，让学生接触前沿新型加工技术，旨在开阔学生视野，拓展学生的工程技术知识领域，提高学生实践和创新能力，为“中国制造2025”培养综合能力强的应用型人才。

3.2 教学方案

针对高校各专业性质不同，制定不同的教学方案。机械专业、艺术专业、工程管理专业因其学生有三维建模基础，着重讲解建模过程应该注意的事项，3D打印机的参数设置及使用方法，了解新型加工技术工艺过程，培养学生设计能力，如图1所示。

对制药工程等没有三维建模基础专业的学生，着重了解3D打印的发展历程和现状、3D打印的原理、3D打印应用范围。指导学生使用3D打印机打印模型。培养学生对加工制造的学习兴趣，提高工程意识和创新意识，如图2所示。

3.3 考核方法

考核内容包括理论考核、实操考核和创新能力考核，主要考核学生对3D打印基础知识的掌握、3D打印机校准、打印模型参数设置、3D打印机故障处理等，着重考核学生在实践过程中发现和解决问题的能力以及作品具有哪些创新点，以此开拓学生思维，培养创新意识。

4 3D打印实训教学实例分析

如上述介绍，对于不同专业的学生，安排不同的学习内容。如利用“胡巴”的STL文件和千斤顶UG三维模型文件为案例进行教学。突出重点和关键，培育团队意识。如利用单一色彩的3D打印机打印出“胡巴”的绿色头顶是解决问题的关键。

5 结语

工程实训教学是高校培养应用型人才的关键环节，本文针对目前工程实训课程存在的不足和加工制造技术的发展趋势，提出将3D打印技术融入工程实训教学中，建立基于3D打印的实训教学体系，充分发挥工程实训的关键作用，提高学生的实践能力和创新能力，为培养新型的应用型人才发挥积极作用。

参考文献

[1] 张学军，唐思熠，肇恒跃，郭绍庆，李能，孙兵兵，陈冰清，等.3D打印技术研究现状和关键技术[J].材料工程，2016，4402：122-128.

[2] 赵庆，秦俊男.3D打印技术在实践教学领域的应用探讨[J].塑料工业，2018，4606：124-128.

[3] 李晓春，曲晓海，杨洋，周亮，等.工程训练教学改革探索与实践[J].实验室研究与探索，2014，3301：229-232.