3D打印技术在机械课程教学中的应用

王丽咏

（沈阳职业技术学院软件学院，辽宁 沈阳 110045）

3D打印作为新兴的先进制造技术，将其技术优势与机械专业课程相融合，全面拓展和完善教学方法，不断推进实践教学，构建理论和实践相结合的课程体系，培养学生的实践创新能力，更进一步激发学生对机械设计的兴趣，提高学习效果。

一、3D打印技术的含义

3D打印技术在数字模型文件的基础上，将粉末的金属或塑料材质逐层进行打印最终形成物体，它可通过电脑数据控制3D打印机把一切形状打印出来，从而节省商品的制造成本，3D打印技术最早出现于十九世纪末期，它将光固化、纸叠层技术结合在一起，可在短时间内成型，和普通打印机的运行原理类似，打印原料的不同造成了差异性，普通的打印机的打印原料是纸和石墨，而3D打印机则采用粉末状金属、陶瓷、砂石为主原料，在内测配置液体或粉末等材料，通过控制电脑把打印的材料一层一层进行叠加，最后将计算中的图像生产为实物。根据它的原理特性，它在很多地方都有运用，譬如模型开发等，使用传统的方式制造模型首先要设计图纸，然后将材料拼凑在一起最终制成模型，现在使用3D打印技术就能在很短的时间内制作出更精美、精致的模型，因此，在日常生活中人们更喜欢使用3D打印技术制作器件。

二、3D打印的特点和优势

3D打印技术与传统制造相比，3D打印具有小批量、成本低、复杂制造能力好、材料利用率高等特点，3D打印机采用选择性激光熔炼技术，用激光将金属粉末加热成型，相比数控机床制造，既可以缩短制造时间，又可以提高制造精度，降低制造成本，一举多得。3D打印不需事先制模，也不必铸造原型，大大缩短了产品的设计周期，减少了产品从研发到应用的时间，降低了企业因开模不当可能导致的高成本风险，使得特殊和复杂结构的模型的制作也变得简单。另外，3D打印是增材制造，使用金属粉或其他材料，使部件从无到有，大大减少了原材料和能源的消耗，生产上实行了结构优化。

三、3D打印技术在机械课程教学中的应用

（一）实物打印，分析原理

根据课堂的知识内容，进行对实物的打印，比如机械基础课堂中四杆机构，齿轮传动，蜗杆传动等知识中，利用3D打印技术进行对四杆机构，齿轮，蜗杆蜗轮的打印，就可以加深学生对机械传动原理和传动比计算的理解。在制造过程中，教师将学生进行分组，小组合作的方式进行建模。通过对机械运动原理和机械结构设计等相关知识的初步掌握，让学生能够依据实物进行相应的数字建模。学生边做边学，边学边懂，边懂边理解其工作原理，达到一定的学习效果，激起学生的创新能力和动手实践能力。

（二）设计辅助

通过三维建模，不仅可以为3D打印建立数据库，还可以锻炼学生的三维建模能力。在学生设计类课程的教学中，3D打印能够帮助摆脱单一的计算机绘图和文档计算，及时将所学内容应用于实际制作过程，有助于更好的掌握知识。机械产品的研发离不开设计，作为辅助的样机制作过程不可或缺，学生主要依靠虚拟技术能够实验虚拟装配，进而改进产品设计。借助3D打印，学生可以直接、快速、精确地将设计思想转化为实际，通过生产、低成本小型样机，有助于解决虚拟技术中不能体现的问题，对于一些精度要求不高的复杂零件，在没有模具的条件下可以直接制作并使用，在节约时间的同时大大降低了开支，提高了生产效率。

（三）内容拓展，精炼总结

根据知识内容实物的打印，对知识内容工作原理的理解后，将知识内容进行拓展，充实学习内容。比如四杆机构的三种类型如何区分，以同样长度的四杆机构，取不同杆为机架，因最短杆的不同位置，就会得出不同类型机构等的工作结构。按照传统的教学，学生是很难直观的理解，那么，通过3D打印四杆机构，得出实物进行组装，将会得到事半功倍的学习效果。学生在组装过程中，不断迸发出很多问题，然而又不断的因为实践而得出真理，激发学生的学习兴趣和动手动脑能力。

（四）故障模拟

机械专业中，有许多分析故障的教学内容，如切削刀具崩刃、齿轮损伤，使用真实教具经济性差，且数量有限，实际模拟危险系数高，并有可能会损害机床或设备。3D打印的应用可以在降低成本、避免损伤的同时达到展示效果。

结束语：

综上所述，3D打印是一种先进的制造技术，并且正在逐步被引入到三维建模、模型制作、模具设计等教学活动中，并取得了良好的教学效果。将3D打印技术引入机械制造综合实践教学过程中，既可以使学生掌握3D打印的基本方法，也可以在此基础上完成壳体后续的机械加工工艺，提升机械制造综合训练的效果，对培养大学生的工程意识、创新意识、创新思维和创新能力起着重要作用。