基于三維掃描下的3D打印技術在高職教育中的應用

劉軍

摘要：3D打印技術是快速成型領域的一種新興技術，它被譽為新的工業革命的開始。3D打印技術未來的發展將使大規模的個性化生產成為可能，將3D打印技術融入到高等職業教育領域，對未來我國的經濟起到至關重要的作用。

關鍵詞：3D打印技術 三維掃描 逆向工程 教學模式

中圖分類號：G642.4

3D打印技術（3DPrinting ）始于上世紀九十年代，它的快速成長是在最近幾年。世界各行業的領域都爭先恐后應用3D打印技術，讓這種技術融入到生產和技術革新中，取得豐碩成果。它不僅縮短了科研實踐的周期，也減少了企業的生產成本。在3D時代，應用個人的個性化定制產品將大行其道，新的生產方式催生出新的工業設計，進而帶來新的生活理念，這將會帶來全球制造業經濟的重大變革。為培養3D打印技術人才，越來越多的高等職業院校把3D打印技術應用到教學工作中，提高了高等職業教育的效率和良好教學效果。

一、 如何實現3D打印技術

1、 什么是3D打印技術

相信很多人都聽說過3D打印技術，近幾年這項新技術發展火熱，它到底是什么人們并不了解。

3D打印技術（3DPrinting）即快速成型技術。它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等粘合材料通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印機則出現在上世紀九十年代中期，即一種利用光固化和紙層疊等技術的快速成型裝置。它與普通打印機工作原理基本相同，打印機內裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過電腦控制把“打印材料”層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。這項打印技術稱為3D立體打印技術。3D打印技術的實現

企業在實際生產的過程中經常會遇到有實體，沒有三維的模型，這時就需要工程師手工測量進行繪圖。手工測量繪圖不僅效率低，測量不方便，而且測量的數據不準確，這就導致項目周期過長，反復做測試，增加了企業制造成本。這就推出了先進制造技術領域的逆向工程與3D的快速成型技術相結合生產方式，簡單的說就是利用三維掃描儀，以非接觸的方式將編碼光柵條紋投影到物體的表面，全方位多角度提取全部表面特征，再由單個或多個相機將拍攝到的條紋圖像輸入到計算機中，然后根據光柵的形狀利用三角法，精確計算出物體表面大量采集點的空間坐標，俗稱點云，使用計算機相應軟件對點云進行處理。經過數據處理，三維重構等過程，構造出具有相同形狀結構的三維模型，獲得CAD數據，企業就可以進行生產。3D打印技術不僅可以對原形進行復制還可以在原形的基礎上進行再設計，實現創新。

3D打印技術是以優化創新為目的，基于三維掃描儀采集點云而完成的，是由實物到圖紙的設計，總體概括起來就是一種基于點云的優化創新設計。如今這項技術在多個領域得到應用，常用在模型制造、工業設計、航天、建筑、雕刻、醫療等領域，被用于制造模型，后還漸用于一些產品的直接制造。

二、3D打印技術在高等職業教育中的作用

在三維掃描、建模、3D打印技術下，可以快速建立三維數字化工程處理能力，為設計師提供了更有效的解決方案，以技術的手段為集團效益的提升和創新行為的產生帶來很大的協同作用。三維技術大大的降低應用型人才創新、創業的成本。因此中國能走向世界的前列，就要培養快速成型技術的人才，把3D打印技術融入到高等職業教育教學中來，讓年輕的大學生接觸和感受到快速成型技術對他們知識領域的沖擊和影響。3D打印技術在高職教學中的應用也進一步推進了高等職業教育的深化改革，豐富了高等職業教育的教學手段。

1、3D打印技術提高了課堂的教學效果

基于三維掃描的3D打印技術的魅力還在于它不需要在工廠操作，桌面打印機就可以打出小物品。在教室就，可以利用3三維掃描技術把教學中抽象的物體通過快速成型技術直接呈現到學生和老師面前。高職院校的教師以三維掃描、建模、3D打印技術為輔助工具，結合電子、機械、軟件等專業知識，可以不通過多媒體課件的展示，直接打印出3D的實體教具，完成教學任務。這樣通過實物的展示在形象和細節上，都要比傳統課件的虛擬展示更為形象和直接。學生對這些打印出來的實物課件表現出濃厚的興趣，大大提高了課堂教學的效果和學生們學習的主動性。

2、3D打印技術提高了高職院校師生的探究能力

高職院校中有許多專業需要師生對所學知識完成專業設計，師生只要經過3D技術的教育訓練，結合自己所學專業知識，把成熟的技術理念快速應用到實踐中。在三維掃描、建模、3D打印技術下，可以快速建立三維數字化工程處理能力，為設計師提供了更有效的解決方案。學生們在通過自己的學習、分析通過三維掃描、建模、設計、創新后，快速打印出小組學習中設計的作業實體。這樣創新的教學方法和互動，極大提高了學生們的學習興趣、認知能力和動手創造能力。

3、3D打印技術改變了課堂的教學模式

傳統的課堂教學模式是老師講學生聽，或老師利用多媒體課件讓學生來感知。而現在教師把書本中的抽象物品通過三維掃描快速成型技術，打印出三維的立體實物，同學們在一件件栩栩如生的三維實物模型前，會感覺到知識就在自己身邊。學生通過自己的學習把自己的想法通過創新也能實體化，這學生的創造力提供了多種的可能。老師在課堂與學生展開學科知識的探究，再通過快速成型技術把理論的變為三維現實的實體來驗證學習理論的結果，這樣豐富了想象和互動的課堂。激發學生的學習興趣，提高學生學習的主動性和創造性，培養學生的探索精神。不可否認，3D打印技術為高校的教師和學生更多的學習和想象空間，為課堂的教學模式的轉變起了非常關鍵的作用，

三、 3D打印技術在高等職業教育中存在的問題

3D打印技術在中國教育領域剛剛起步，今天很多高等職業教育院校引入了快速成型技術，但它還是一種積極嘗試，在發展中也發現了一些問題

首先，3D 打印技術在很多領域中存在短板。一些學科虛擬物品，沒有合適的打印材料來完成，或無法支付日常生活中所接觸到的價格比較昂貴稀缺的材料，真正用于生活應用的還并不多，3D適合小規模制造和高端定制化產品。3D打印技術只適合靜態物體，對運動的物體難以實現。3D打印技術對于機械、建筑、電子等專業可以說是如魚得水，而對于一些文科類的學科，還只存在于表面，如文學名著中的人物、建筑充實課堂教學。

其次。3D打印技術與多媒體課件相結合的教學還有待于高職教師進一步開發和實踐，不只是一味的做個學科的教學工具。在課堂教學中很多學生還只是一味的感興趣，并沒有通過快速打印技術的申請來帶動學生更為深入研究和創新。

今后，在高等職業教育的課堂中還要師生共同努力，進快打造出一套系統的3D打印技術與多媒體課件相結合的課堂教學體系。3D打印技術為高等職業教育提供了巨大發展空間

在3D時代，應用個人的個性化定制產品將大行其道，高等職業學校是培養應用型人才的基地。3D打印技術在高等職業教育領域中的應用只是剛剛開始，我們沒有發達國家發展的早，但是只要我們努力學習，深入研究，充分發揮師生的想象力，一定會在今后的高職教育教學活動中，注入更多的動力和創新產品，使高職學校培養出了的學生都表現出對3D打印技術融入各個學科教學時迸發出濃厚興趣。為許多高職教育工作者提供更好的教學工具和教學方法，同時使之成為高職院校教師完成高職教育，眾創空間，創新基地建設。

結束語

3D打印技術的前景很好，未來將有可能得到普及進入我們的生活。將3D打印技術融入到高等職業教育的領域中，對未來的國家經濟發展起到關鍵的作用。現在很多高職院校培養出來的高職學生，都是中國很多企業生產力發展的主力軍。這些在學校里學會了專業技能又能通過快速成型技術進行企業工業設計。技術創新的人才，他們可以把成熟的技術理論，快速應用到實際生產、生活的創新中將會是企業快速發展的一股重要力量。雖然3D打印技術進入高等職業教育的時間不長，還在積極探索實踐中，但高職院校的師生們都充滿期待，相信3D打印技術將在高職院校今后的教學活動中發揮更為主要作用。

參考文獻：

[1]鄭紅偉，馬玉瓊，張艷蕊，李世杰. 三維掃描與3D打印技術在開放實驗教學中的實踐與應用[J] 實驗室科學.2013.19（2）

[2]兀旦暉，趙晨飛.3D打印技術在教學中的應用研究. [J]課程教育研究.2013-21：185-186

[3]楊三艷，李艷.淺談3D打印技術在機械課程教學中的應用. [J]職業教育與研究.2014（10）：166-168

[4]許曉萍.3D打印技術在高等教育教學中的應用[J]佳木斯職業學院學報2015（12）