三維打印在裝備教學中的應用研究

朱瑞 史俊斌 賈帥

摘 要：三維打印技術作為一種新興的技術已逐漸受到廣泛的關注與重視，在詳細介紹三維打印技術工作原理和發展前景的基礎上，文章介紹了三維打印在裝備教學過程中的一些教學體會和應用研究。

關鍵詞：三維打印；裝備教學；研究

三維打印是近20年制造技術領域的一次重大突破，被稱為"第三次工業革命"的代表性技術。目前，在教學領域，特別是裝備教學領域，三維打印技術的應用還是一個嶄新的課題，有許多問題值得研究和探討。

1 三維打印技術概況

三維打印也叫做3D打印，是一種快速成型技術。以數字模型文件為基礎，通過軟件分層離散和數控成型系統，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細胞組織等特殊材料進行堆積，通過逐層打印的方式來構造物體。與傳統制造業相比，三維打印大大降低了制造的復雜度。這種數字化制造模式不需要復雜的工藝流程、不需要過多的人員和設備，直接從計算機三維模型數據中便可生成零件，簡化了生產程序，提高了工作效率。三維打印包括兩部分：一是模型設計，一是打印過程。即先通過計算機創建數據模型，將三維模型逐層的切片，通過3d打印機逐層打印出立體模型。

2 三維打印技術的發展

（1）制造業：三維打印讓制造業變得效率更高、更加簡單。只要將模型的三維數據上傳到計算機上，通過三維打印，將所有的部件進行制作，然后再把這些部件組裝在一起。

（2）生物醫學工程：生物醫學是重要的科學研究領域，利用三維打印技術，在計算機的操作下，運用堆積成形原理，能較容易地制造出細胞載體框架，實現人體器官的合成和再造。

（3）文物修復：文物專家根據文物碎片制作三維模擬圖，然后將其整合，做出了原物的三維模型。通過對比能夠快速準確的找到缺失的部分，通過三維打印機打印出來。

（4）微型機電加工：傳統的加工技術適合平面加工，難以加工出復雜的三維結構，若將需要成形的材料制成打印頭的懸浮液，利用三維打印技術能夠打印出復雜三維結構的微器件。隨著三維打印技術成形精度的不斷提高，其必將在微型機電加工領域有著廣泛的應用前景

3 三維打印技術在裝備教學中的應用

（1）裝備教學中存在的問題

第一，傳統教學裝備無法滿足教學需要。利用實裝進行教學訓練，只能直觀地展示裝備的外部結構，進行操作使用訓練。對于裝備的內部結構和工作原理，只能通過理論講授和一些文字圖片進行描述，無法深入到裝備內部中去，對于一些細小繁多的裝備部件，學員掌握難度較大，容易混淆記憶，學習只停留在表面。

第二，裝備器材數量過少。在實裝教學過程中，由于教學的裝備數量有限，學員在學習過程中，不能做到理論與實際相結合，脫離了裝備教學，實裝教學效果不明顯；同時，在實裝教學訓練過程中，對于一些結構和連接關系，需要對裝備進行分解，在使用維護時，需要對裝備進行分解裝配，不可避免地會出現磨損、損壞現象，加大教學訓練成本。

（2）三維打印技術的應用

三維打印教學主要是培養學員創新和實踐能力。學員可以邊做邊學，通過對三維模型的建立，可以幫助學員更好地理解裝備的結構和連接關系，在制作過程中，提高學員的學習興趣。課堂上多以啟發誘導、提問討論等方式上課。在教員的引導下，學員通過小組討論和互助的方式來學習，充分調動積極性。錄制一些軟件建模視頻和打印機操作視頻，方便學員對所學知識進行復習，加深對所學內容的理解和掌握。特別是一些學員，由于基礎不同，在傳統理論教學中學不好，但使用設計工具和三維打印產品時也許能做得很好。所以三維設計和三維打印對擁有"視覺"或"觸覺"學習方式的學員有很大的吸引力。

學員在學習過程中可分為三個階段：一是學習三維建模軟件，其中SolidWorks軟件是一個很好的選擇。該軟件界面明了，操作簡單，建模速度快，非常適合初學者使用；二是學習將模型轉換為3D打印的標準格式；三是學習在3D打印中進行精度設計、打印大小設定，打印出裝備模型。

（3）三維打印技術在裝備教學中的優點

將三維打印技術與裝備教學相結合，可以解決傳統裝備教學的諸多問題。

第一，由于教學過程中裝備器材數量少，應用三維打印的形式，突破傳統的裝備教學理念和訓練器材數量的限制，可以先進行虛擬教學，待熟練掌握后，再去實裝上進行操作，即可以檢驗學員的學習效果，也避免了因學員不熟悉而帶來的安全隱患。

第二，傳統的裝備部件修理需要通過機械加工制備零件，耗費的時間和精力多，同時零件精度達不到要求。通過三維打印技術，能夠實現虛擬制作代替傳統的加工制作，實現快速制備零部件，提高工作效率。

第三，通過對零件進行三維建模，不僅能夠加深學員所學的內容，同時將將專業基礎課與專業課結合起來，實現專業基礎課為專業課服務，專業課檢驗前期所學內容的良好循環，而三維建模本身也是一個加深對裝備部件認知的過程，能夠激發學員的學習熱情，為學員的交流和創新提供一個良好的平臺。

4 結束語

利用三維打印技術的特點，探索將三維打印技術在裝備教學訓練中的應用，促進實裝教學能力的發展，同時能增強學員的自信心，激發學員的創造力和創新性，為裝備教學提供了新思路。

參考文獻：

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