3D打印技術進入高校課程教學初探

林健　李勁松　李美　梅燁

【摘要】3D打印技術又稱增量制造技術，它以數字模型為基礎，通過逐層打印來制造三維物體。如今，3D打印技術被少量引入教學實踐中，并取得了一定成果，比如人機工程學。本文從實際情況出發，簡單介紹3D打印技術的概念和發展現狀，著重介紹將3D打印技術引進高校課程教學的可行性和必要性，并分析了3D打印技術與各專業結合教育的發展前景。

【關鍵詞】3D打印 教學實踐 高校 教育

【基金項目】1.海南大學中西部高校提升計劃項目子課題-汽車人機工程學2.海南大學中西部高校提升計劃項目子課題-汽車構造Ⅰ。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）12-0246-01

一、3D打印技術概況

3D（Three Dimensions）打印是一種通過材料逐層添加制造三維物體的變革性、數字化增材制造技術，它將信息、材料、生物、控制等技術融合滲透，它的發展將對未來制造業生產模式與人類生活產生重要影響。它以數字模型文件為基礎，運用粉末狀可粘合材料通過選擇性激光燒結或聚合體噴射等方式來構造三維物體。早在20世紀80年代3D打印就在美國開始發展，直到近幾年，在互聯網技術飛速發展的推動下，3D打印的軟件核心數字模型得以迅速發展，同時制造業技術水平不斷提高，3D打印的成本在不斷降低，這項革命性技術的黃金時代也正在到來。

二、3D打印技術的教育現狀及進入教育的必要性

如今，世界各地從小學到大學的教育機構開始出現有關3D打印的教育課程，而在我國研究該技術的科研機構也很少，而了解該技術的普通民眾更是微乎其微，就國內高校而言，對3D打印技術的教育極度缺乏，無法跟美國等發達國家相比。

以美國為首的發達國家早已經重視3D打印技術的研究與應用，更有人認為3D打印技術將成為“第三次工業革命”的標志，并引領工業制造、建筑、醫療、食品等傳統行業的革命性變革。最近幾年3D打印產品的應用已經初顯成效，就拿醫療應用方面來說，3D打印技術變得尤為重要。美國一家醫學中心利用3D打印技術成功制造出第一顆人造心臟，這顆用塑料打印出來的心臟可以像正常的人類心臟一樣跳動。這樣一來，外科醫生就可以借助人造心臟來練習復雜的心臟手術。另外，通過3D打印技術掃描患者身體信息，可以打印出與患者身體完全契合的骨頭以便達到更好的治療效果。不只在醫療領域，比如3D打印房子、汽車等現在都已經成為現實，一些常規生產方式無法生產的零部件3D打印都可以輕松完成，而且它的制造效率驚人。我國已經是世界上首屈一指的制造大國，但還遠不是制造強國。因此，創新制造技術變得尤為重要，3D打印技術既是機遇也是挑戰。

三、高校3D打印教育探索

高校學科的設置應該以實際應用為出發點，以培養專業人才為目標。在開設課程之前要考察專業的培養方案，比如工科類的專業就很需要設置3D打印技術與設計這樣的課程，一些文史類專業就沒有這個必要。關于3D打印技術與設計課程設置可以從以下幾個方面著手：

（一）合適的教材至關重要

國內很多地區和高校在3D打印教育方面還處于空白，放眼全國這方面的教材相對較少。要想在高校開設3D打印技術與設計方面的課程必須選擇一本適用的教材，教材的內容不宜過深，最好要有一個循序漸進的學習過程，能夠由淺入深，最后從理論向實踐延伸。人機工程學的教學就可以引進相關3D打印技術教材。學生立足于教材，并在實踐課程中掌握3D打印技術設計的基本方法，可以自行設計簡單的3D打印作品。另外，教材的選擇還應該吸取各方面經驗，力求做到不盲目，因材施教。

（二）3D打印技術的教育應與各應用專業相結合

我們知道3D打印技術應用的領域在逐漸擴展，而教育方面更應該與時俱進，保持與專業應用的密切聯系。許多民間設計師將該技術運用到自己的設計作品中，他們創造了很多令人驚嘆的作品。但是在高校很少有學生能夠將3D打印技術與自己的專業結合，設計出令人眼前一亮的作品。一方面是因為現在這方面的教育缺失，另一方面學生缺乏探索新知識的意識和能力。比如在現有的工科、建筑、藝術設計和醫療等專業開設3D打印課程，不僅可以讓學生接觸最前沿的技術，還能激發學生的創新思維，更會對他們的技術素養和未來的職業規劃產生深遠影響，同時也給傳統專業的學習開拓新思路。因此3D打印技術教育與各應用專業結合的緊密度將決定3D打印技術教育最終所取得的成效。3D打印技術運用于人機工程學的教學與實踐過程，可以提升人機工程學的教學效果并極大豐富教學成果。

（三）準確定位3D打印在教學實踐中所扮演的角色

第一，要把該項技術作為教學目標和學習內容，在教學過程中教會學生如何設計、如何建模、如何使用3D打印機。這樣人機工程的學生就利用3D打印技術來設計與人體更加契合的機器設備。可以不僅僅將教學目標定位在概念和理論的學習，而要立足基礎注重培養學生實踐創新能力。第二，作為教學工具或學習工具，目前一些高校在工業實驗室配備了3D打印機，學生可以借助3D打印機將自己的設計轉化為作品，有佼佼者的作品在大賽中獲獎，如此3D打印技術作為教學或學習工具更激發了學生的學習興趣，也體現了學以致用的教育初衷。

四、總結

3D打印技術是近幾年來發展迅猛的快速生成技術，應用領域也越來越廣泛，但是受限于材料和成本等因素，該技術的運用還不成熟。當前3D打印教育也僅僅是試水階段，國內只有少數高校開設相關課程或專業，將它與人機工程學結合教學的幾乎沒有。該項技術的推廣和普及還很滯后，要想在高校全面推行教育面臨巨大挑戰。作為教育工作者不得不認識到把它引進高校教育的重要性，即使困難重重，也要做教育的先行者，相信在未來十年中會有更多人了解3D打印技術，并且運用到生產生活中。

參考文獻：

[1]羅軍 .3D 打印技術現狀及發展趨勢[EB/OL].2013，（03）.

[2]郭勁秋 .3D 打印走進學校專業教育[EB/OL].2013，（03）.

[3]丁玉蘭.人機工程學 [M].北京理工大學出版社，2001.

作者簡介：

林健（1991-），男，漢族，安徽人，海南大學2015級碩士研究生。

李勁松（1974-），男，漢族，江西人，碩士學歷，海南大學機電工程學院副教授。