论3D打印技术在机械制图教学中的应用

柯鸿超

[摘           要]  随着高新技术的发展，机械专业课的教学内容、手段、方式的变革，3D技术的融入，使机械专业课教学发展势不可挡。在机械专业课教学中融入三维设计软件，就成为适应新技术、新方法的一次尝试。

[关    键   词]  机械制图;教学;3D打印技術

[中图分类号]  G712                 [文献标志码]  A            [文章编号]  2096-0603（2019）15-0196-02

随着3D打印技术的广泛应用，先进技术逐渐融入课堂教学之中。在我们了解了3D打印技术的基本原理和技术功能后，结合实际的教学经验，在机械类专业机械制图课程中提出了3D打印技术的应用，这也是对机械类课程的一种尝试。

一、机械制图课程教学的基本现状

传统模式下的教学，是基于手工教具、实体模型展示和多媒体演示等来开展辅助教学，教学时在教师使用教具演示绘图的过程中，出现了费时费力的问题，有些学生光看不练，有些学生画图知其然而不知其所以然，导致课堂教学效果不太理想，这样就会导致学生的学习不够主动，缺少相应的创新欲望，还可能导致学习时间成本的提升。

另一方面，学生空间想象思维能力较差，是多数学生后期学习跟不上的主要原因。部分学生习惯平面思维，在手工教具的合理引导下，学生无法顺利完成由平面投影视图向零件图、装配图深化的转变，缺少相应的空间思维能力。空间思维能力作为机械制图课程的核心技能，在实习操作训练中，其机械功能的耦合就会进一步加剧机械结构的复杂化程度，使零件组合图形无法通过简单的想象来实现。

二、机械制图教学中3D打印技术应用的主要优势及规划

应用3D打印技术，在机械制图教学之中存在明显的优势，当然，在了解优势的基础上，我们也需要对其进行具体合理的规划，这样才能够为后续的教学提供基础支撑，让教学能够顺利地利用3D打印技术。

（一）优势

在机械制图教学中加入3D打印技术的使用，可以帮助学生提高课堂参与度，帮助学生培养其动手能力，让学生感受实践乐趣，提升其学习动力，最终满足课堂教学效率的提升。

3D打印技术可以将原本抽象的知识概念形象化，通过模型来构建真实的课堂情境，降低学生对相关知识的理解难度，从而为学生提供全新的学习思路。

通过3D打印技术制作教具，可以解决传统教学中存在的不足。并且，这一种教学模式的使用还可以提升教学质量，降低教学成本。传统模式下，教师在面对复杂结构中只会利用模型来进行简单的讲解，但是因为模型价格偏高，无法满足学生的实际需求。但是3D打印技术的利用，就不需要再购买模型，通过3D打印就可以直接生成对应的模型，学生完全可以人手一个模型来进行学习。

（二）规划

在机械制图课堂教学之中应用3D打印技术，其主要包括以下两方面。

1.将3D打印产品带入课堂

也就是在实际的教学设计中，教师需要基于教学内容和目标，利用课前的准备时间，将原本复杂的结构模型利用3D打印来制作教具模型，并且在实际授课环节，通过实物演示、幻灯片、二维图片等手段的结合让学生有一个直观的感受过程。

2.让学生直接参与3D产品的制作

从最开始的建模阶段开始一直到后面的成形，学生全部都亲身参与其中，感受制作的全过程，这样就可以在基础知识学、关键部件制图方式掌握的前提下，帮助学生拓展其学习知识点，并且教授学生3D打印机的使用方法，利用对已有模型程序文件的改造，调动学生想象力制造相应的设计部件模型。

利用3D打印技术，就可以为学生呈现原本相对复杂的零部件，让学生可以拥有直观的感受，在提高学习兴趣的同时有利于创新精神的培养，最终实现教学做一体化的教学。

三、基于3D打印技术的机械制图课程教学

机械制图作为核心课程的教学能够引导学生建立抽象思维能力以及三维空间思考能力，这样既可以确保学生掌握制图技能，还可以提高学生的动手能力和创新能力。教师需要引导学生建立对应的空间感知力，让学生从原本的平面思维逐渐转化成为三维立体空间思维，教师可以将课程的核心要求与先进技术相互结合起来，通过新型模式的运用，将传统教学模式改变。

在机械制图课程教学中，合理利用3D打印技术，可以通过三维建模学习、开发多样化的教学模式，提升学生的学习兴趣，让学生积极参与实践，这对学生对3D打印技术的掌握也有着积极的推动作用。

（一）增加三维建模学习

机械制图教学作为技术基础课程，可以帮助学生培养专业素质和规范素质。一般来说，机械制图教学有两个学期：第一学期为制图基础，第二学期为制图训练。在3D打印技术融入后，就可以将Solid Works、UG等建模软件融入学习中，并且将课时延伸至三个学期，进而利用三维建模软件来进行学习。

（二）开发多样化教学模式，组织学习小组

将实时教学和网络教学相互结合起来，合理利用互联网资源，基于学生作为中心，在课堂教学之外，发挥教学手段的激励作用，从而实现学生的自主学习。利用建模软件学习小组的创办，通过建立软件学习QQ群、微信群，可以营造一个良性的学习氛围，学生不明白可以即时询问，教师可以即时指点，充分利用课余时间，提升学习效率。

（三）激发学习兴趣，寻找实战机会

合理的创设机会，让学生参与对应的比赛，通过设置班级赛、校园赛，让学生不断巩固机械制图课程的基础知识和探索3D打印技术的应用，时机成熟还可以创办3D打印或软件建模兴趣小组，这样不仅有利于学生学习兴趣的提升，还能为学校提供软件建模的好苗子，为参加校外竞赛提供选拔参考和训练平台。

四、机械制图教学中3D打印技术的实际应用

下面就3D打印技术在机械制图中的应用列举一两例：

在“平面截切形成截交线”的学习中（见图1），很多学生仅仅凭借空间想象是很难对截断体的整体形状加以了解，其想象出来的截断体和实际的形体之间存在明显的差异。通过3D打印技术，就可以满足实物化的要求（见图2），这样可以将截交面的状况直观显示出来，这样就可以满足提升学生空间想象能力。

制图教学中，通过建模软件演示截平面的截切，得到图示的截断体。通过软件建模，把截断体的两部分软件模型分别输入到3D打印设备里，各自打印出来后，贴合成一个完整的基本体（如图1的基本体分别是正六棱柱、正四棱锥）。学生可通过模型自行贴合、拆分这个基本体，理解截断体的形状和结构。这样，学生既掌握基本体的截切，又能理解截断体与基本体之间的关系，利用已知拓展到未知，思路合理简单，内容清晰易懂，提升了学生兴趣，提高了课堂效率。

而在形体相贯的学习中，仅仅凭借三视图，学生也无法想象当圆锥体和圆柱体之间相贯之后，其相贯线究竟是什么样的（见图3）。但是利用3D打印技术，就可以制造出对应的组合体（见图4），学生在观察相贯线之后，就需要将三视图和实体进行相互对比，通过实践，可以得到自己的理解，最终在实践之中理解组合体以及平面投影视图之间的相互关系。

同样的道理，将相贯的两个甚至多个基本体分别建模，通过软件演示其相贯过程，并标记相互重合或抵消的部分，再利用3D打印技术打印出来，验证相贯体的产生并得出相贯体的特点，尤其是相贯线的形状、走向，都能通过打印实物来求证，不仅让学生理解了相贯线的来龙去脉，更化解了相贯线这一知识点的难点，一举两得。

总而言之，在3D打印技术的不断发展下，随着其在实践教学之中不断地深入应用，相信对现代化的技能型人才培养也发挥了重要的作用，我们也将不断地前进，才能满足实际的需求，推动机械制图教学的可持续发展，满足人才的培养。

参考文献：

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编辑 陈鲜艳