3D打印在大學生創新設計中的應用研究

張華

摘要：3D打印技術是一種快速成型技術，在創新產品的設計與制造中應用越來越廣泛.本文提出了3D打印技術在高校大學生創新設計中的應用改變了傳統設計方法，對轉變工業設計理念，提高工業設計質量，推動工業設計發展具有重要的促進和影響。在教育領域發揮著重要作用，尤其是在大學生創新能力培養中的應用。

關鍵詞：3D打印；創新設計；能力培養

中圖分類號：G434 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）031-000-02

3D打印技術，又稱快速制造技術、增材制造技術等等，是一種新型的快速成型技術。它是將構建的三維數模通過分層軟件進行分層，利用液態樹脂或者粉末狀的塑料、金屬等材料逐層疊加粘結或燒結等方式構造成模型。這種新興技術在機械、工業、生物、航空、建筑等領域都已得到一定的關注與應用。與傳統制造方式相比，這種技術的獨到優勢就在于將CAD設計的三維模型通過3D打印成型機直接快速形成可展示的具體的實物，將人們構想的虛擬物體轉化為可穿、可用的實體。3D打印技術可以拓展人們的思維和想象空間。因此，我們將3D打印技術與高校教育教學充分融合，將會對大學生的創新能力培養起到不可忽視的重要作用。

一、設計與創新

什么是創新？就是人們利用已知的知識及技法突破常規的思維方式去發現問題，解決問題，產生出新地成果。而什么是創新能力呢？就是在已有的發明創造上，運用自己的新發明、新發現進行改革、創新的一種能力。這種能力就是人們普遍具有的，而且是可以激發的。因而，在教育教學中，在重視學生們理論知識和實踐能力的基本素質學習的同時，必須強調創新精神和創造性思維，必須注重獨立自主發現問題、解決問題、創新觀點的能力等。所以我們要加強大學生的創新能力的培養，致力更好的進行創造。

什么是設計？設計在創新創意、促發商業成功及提升生活質量是不可或缺的，是一種跨學科的專業。它將創新——技術——商業——研究——消費者緊密聯系在一起進行構造解決提出的問題和發現的問題，確定方案，建立更好的產品——系統——服務——體驗提升新的價值和競爭優勢，催生出更為價值多樣化、審美豐富化、需求的多元化的產品。

二、3D打印在創新設計中的應用

在設計領域中，創新技術的關鍵在于運用設計獲得積極效果。從3D打印技術在現實生活中的應用來說，其對工業設計的意義不同凡響，起到了一定的促進作用。其不僅縮短了設計與樣品的制作時間，還提高了樣品制作的精準度。確保了工業設計產品模型的整體質量，具體表現在：（1）提高了工業設計的整體水平。從工業設計的實際進程來看，3D打印技術的運用是保障工業設計有效進行的重要手段，是工業設計發展到一定階段的必然需要，對工業設計的促進作用非常明顯。（2）推動了工業設計的全方位發展。3D打印技術積極有效地推進了工業產品設計地研發過程，而工業產品設計正是研發顯著效果的重推因素。（3）進化了設計。從產品的成型方式來說，3D打印的產品不存在模具、夾具等一系列輔助成型方式的要求，這就導致結構設計師的相當一部分設計工作由3D打印機直接來完成了。3D打印技術將高風險成本得到控制。產品的設計周期將會大幅度的縮短，研發費用也會降低。這種自由的制造方式解放了產品外觀的設計，設計師可以運用更多樣的設計而不再受生產工藝限制。

針對生成式設計的產品，不僅要求在設計的方法上要兼顧產品的外部形態、部件層面的結構、部件的內部細節，同時還需要能夠處理大量細節的設計輔助工具的支持。而現有的，無論是基于曲面內核還是實體內核的設計輔助軟件均沒有涉及到產品組件內部的構造，也難以處理生成式設計的海量數據，所以基于3D打印技術的設計輔助軟件亟待開發。未來的設計輔助工具將更加智能，可以處理復雜的產品內部細節，區分不同的材料，甚至可以編寫由數字化單元組成的產品的程序。只有契合新的制造方式的設計軟件才能發揮3D打印技術在復雜形態、混合材質甚至于體素化產品等方面的優勢，從而擴展設計的空間，產生更加優良的產品。

在3D打印制造模式下，使從事產品的設計工作所需要具備的職業素質要求更高，需要豐富的知識儲備和應用能力來保證產品的研發朝著正確的方向推進。具體如下：（1）知識多元化。其不僅要承擔設計師的工作，同時還要涉及工程、制造以及商業等以往由其他職業人員所從事的工作。（2）創意多元化。產品造型設計在其技術、經濟、美學、環境、人機工程等要素中需呈現多元化趨勢。（3）美學素養提升。3D打印技術打破了制造工藝對于產品形態結構的限制，設計結構性能更加優良，同時也解放了產品在美學層面的限制，所以產品的形式將更加的藝術化、意義化，這就要求設計師對于美學的認知更加深刻。

三、3D打印技術在大學生創新實踐中的應用

在信息技術飛快速發展的今天，在高等教育教學緊迫要求適時適用現代教育教學方法和技術。而3D打印這門新技術恰好被認為是第三次工業革命的重要標志，這種技術的應用改變了傳統的工業設計模式，積極地促進并影響傳統工業設計理念的轉變，對提高工業設計質量、推動工業設計發展具有重要的意義。在教育領域發揮著重要作用，尤其是在大學生創新能力培養中的應用。

以我院學生創新設計項目“多功能音箱播放器”為例，學生在經過相關課程的理論學習和實驗設備的培訓后，以創新團隊為小組的模式進行任務設計、分工、保證項目的實施，具體的工藝流程如下：明確設計內容—市場調研—構思產品草圖（如圖1）—運用三維建模軟件UG構建數模（如圖2）—運用圖像處理軟件PS繪制產品效果圖（如圖3）—運用FDM快速成型機快速制作樣件（如圖4）。

學生利用3D打印機直接打印出設計的實物，在根據實際情況不斷的調整設計圖紙、結構圖紙、以及后來的制造原型。在調整的過程中確定方案、完善設計、詳細結構、外觀特征尺度等等。極大縮短實物制造時間，提高工業設計質量。學生在學過程中參與完成了產品的制造的整個流程：設計——打印——裝配——調試等，不僅在操作能力、制作能力和團隊協作創新能力的得到發展，而且學生可以從設計——制作——展示——參與等多維角度融進學習過程，有效地激發學生實踐的積極性及學習的熱情，創新性和創造力也得到了更加充分的鍛煉。

3D打印技術融入到教育教學中，可將抽象概念及設計引入現實世界變成可視化、可觸摸實體，便于學生們獲得更多地認知體驗，提高了理解能力、拓展了創造性思維能力，從而有效地提高了學習效果。3D打印這項技術在知識和技能、理論和現實之間架起了不可忽略的橋梁，在豐富學生們的學習體驗，及為在教師在該內容的講解提供了一種更直接、更有效的教學方式。

四、結束語

3D打印技術的運用，可以快速制造出學生們設計的三維數模，不僅有助于學生們改良自己設計的作品，并且能更加準確地理解他們的創作過程。所以將3D打印技術運用到教育教學中是將思想、智慧、科技與教學有機融合的最佳手段，提高學生們的創新能力，拓展學生的感知及思維能力。

參考文獻：

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