3D打印技術在專業學習和教育中的應用探索

摘要：3D打印技術（3DP）是一種快速成型技術，是一種有別于傳統制造業的制造技術，其研究應用前景廣闊。本文簡要介紹3D打印技術的發展歷程和原理，描述了3D打印技術的優缺點。并結合自身的經歷對3D打印技術應用于學習中的優勢進行探討。

關鍵詞：3D打印；快速成型；定制化；3D打印教學模式

引言

隨著社會的飛速發展，各種新型科技也不斷的涌入人們的生活，其中3D打印技術就是近年來的典型代表。最近幾年，3D打印的曝光度越來越高，3D打印房屋、3D打印汽車、3D打印血管等一次次的吸引了人們的眼球。3D打印產品的橫空出現，廣泛地引起民眾的關注。

1、3D打印技術概述

1.1、3D打印技術的產生

3D打印技術的核心制造思想最早起源于100多年前的美國。1986年 Hull發明的光固化成型技術，1988年 Feygin發明的分層實體制造技術，1989年 Deckvard發明了粉末激光燒結技術。1993年Sachs在麻省理工學院提出了立體噴墨打印技術并得到廣泛使用。1988年美國3DSystems公司在Hull的專利思維下，生產出了一臺3D打印設備——SLA-250（ 光固化成型機），這也是史上第一臺商業化的3D打印設備，為3D打印技術開啟了一個全新的紀元。

1.2、3D打印的原理

首先，利用CAD軟件（如Pro/E）進行建模，并將建立的3D模型沿著Z 軸進行分層，即分割成多個平面，而每層平面對應一個二維圖案信息，再利用3D打印在每一個平面上按照圖層信息，將塑料、金屬等目標物質黏合在一起，然后逐層打印，并通過每層的二維圖形積累，最后形成一個三維模型。

1.3、3D打印技術的優缺點

1、優點

（1）定制化：3D打印一個較大的優勢在于將設計人員的想象力和創造力得到了無限的放大，不再受傳統生產模式和生產工藝限制，設計人員可以根據消費者的需求量身定制出自己想要的產品，通過3D打印實現量身定制生產產品。

（2）提高生產效率：3D打印技術有別于傳統的生產模式，它將一系列工具融為一體，通過3D制圖數據控制、激光掃描、材料融化等技術，使特定材料按照三維數據進行特定的排列，最終把虛擬數據轉化為真實的產品。此過程中降低了生產產品所需時間、提高了其生產效率。

（3）較大的降低了生產成本：3D技術節省了模具鑄造所需費用，并且使材料的利用率得到了提高，還節省了大量的人工生產費。基于3D打印的生產過程，決定了所需物品可以在任何時間和地點精確的打印，更進一步節省了物流、配送、上貨等成本。

（4）顛覆傳統的工業生產：3D打印生產把工業生產進重新定義，這使得小型企業重獲希望。它借助于信息技術使得大量物質流被虛擬化而轉變為信息流，從而將傳統集中龐大的生產模式轉變為社會化生產模式。

2、缺點

（1）技術成本高且工時長：3D打印雖然有較多的優勢，但由于技術有一定的難度和打印材料研發困難，因此3D打印機價格昂貴，并且在金屬成型上的工作效率低。

（2）規模化生產不具備優勢：3D打印在私人定制化生產有優勢，那么相反在規模化批量生產就不具備優勢。傳統制造工藝在批量化生產中用時短、成本低、精度高。

（3）可使用材料少：3D打印能使用的材料還有限，這也是3D打印技術的一個重大技術瓶頸。

2、3D打印技術在自身學習中的心得與探索

2.1、將3D打印技術應用于課堂教學

3D打印為教育行業開啟了一條嶄新的道路，許多教育機構以及一些組織，正在研究、探索如何能將3D打印技術靈活的應用到教學和學習。學生不僅可以感受到3D打印技術輔助教學的便利性和直觀性，還可以提高學生的學習興趣、鍛煉學生的創新思維能力，同時可以有效地提高他們創新實踐的能力，更對學生的實戰技能和未來的進入崗位產生深遠的影響。據調查，在中國的大學中90%以上培養的是面面俱到、門門懂的大而全或小而全廣泛性知識性人才，而專職教育的比重只有不到10%。有了這樣的的格局，那么中國與德國工業的差距就不足為奇了。課堂上的課程大多是抽象的、空洞的、理想的，都是自己的頭腦中建立了一個工廠及一套生產模式，但它的可行性卻得不到驗證。因此，將3D打印引入我們課堂是非常有必要的。

2.2 3D打印應用與教育行業中的優勢

3D打印技術的引入，可以讓我們實現“學中做、做中學、所思即所得”的模式，在學習中我們可以將抽象的東西設計打印出來，將理論轉化為實際，通過實際的運轉、操作中再發現問題、解決問題，在此操作過程中再學習到新的東西，讓學有所用，實現更早的將理論與實際結合。打印的實物圖還可以進行理論操作，進行模擬實訓，有機的將學校和社會企業相結合，真正培養一批社會所需要的人才。

2.3 3D打印將企業和學校緊密的聯系在一起

3D打印這個產業的推進離不開后備人才儲備，而對于這個行業目前人才面臨著嚴重的缺乏，那么解決這一問題學校自然應該首當其沖。所以對于人才儲備的培養刻不容緩，將3D打印與教學相結合將會促進中國發展質的飛躍，在深化了理論知識和提高可操作性人才比例的同時培養新技術人才。但目前3D 教學內容、課程設置、3D人才培養方案都比較匱乏。因此，進行課程改革，創建新型學習模式，開展產學研合作，探索 3D 創新型人才培養新模式，將成為未來幾年構建綠色生態教育質量體系的重要內容。

大學是一個培育社會所需人才的基地。而社會需要能解決問題、擁有較強動手能力的人才。3D打印就可以發揮德國教育模式中的“二元制”。將企業和學校聯合起來，將理論與實踐結合起來，理論為輔實踐為主，將考察方式轉變為書面成績和實際技能操作考察兩種。3D打印教育采用理論學習和實、踐培訓相結合，這不同于傳統的理論灌輸式學習，不需要空談過多的大道理，重要的是在實踐中讓學員理解，在理解的基礎上進一步創新，培養一批理論與實踐的結合體、實用型、大學生。

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作者簡介：趙建森（1997.5—），男，漢族，籍貫：四川巴中人，四川工業科技學院汽車工程系，16級在讀本科生，本科學位，專業：車輛工程，研究方向：3D打印、無人駕駛。