基于3D打印技術(shù)的機(jī)械制圖課程教學(xué)探索

李雄

（云南紅河技師學(xué)院，云南紅河 661600）

1 引言

3D打印技術(shù)被譽(yù)為將引領(lǐng)“第三次工業(yè)革命” 的關(guān)鍵技術(shù)之一，近年來受到世界各國(guó)高度關(guān)注和廣泛研究。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的在各個(gè)國(guó)家的普及，讓機(jī)械、電子元器件的開發(fā)和生產(chǎn)上都一定程度地降低了成本。以及隨著個(gè)性化體驗(yàn)時(shí)代的來臨，給3D打印技術(shù)、高速發(fā)展帶來了新的機(jī)遇。3D打印技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用越來越成熟。比如在非金屬模型及構(gòu)件增材制造、高性能金屬增材制造方面，以及汽車制造，航空航天等行業(yè)都得到了運(yùn)用。因此，3D打印技術(shù)正在改變?nèi)祟惿鐣?huì)的生產(chǎn)模式和生活方式。

機(jī)械制圖作為一門具有啟蒙性且實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，如何在該課程的教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的空間思維想象能力、機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與圖形表達(dá)能力、機(jī)械零部件精度設(shè)計(jì)初步能力，都是本課程的主要內(nèi)容。本文重點(diǎn)研究3D打印技術(shù)在機(jī)械制圖各教學(xué)環(huán)節(jié)的運(yùn)用，以增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，提高教學(xué)效果。

2 基于3D打印技術(shù)的實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

目前云南紅河技師學(xué)院的制圖課程的教學(xué)，主要是以二維投影表達(dá)為主，按照幾何畫法、機(jī)械制圖和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等內(nèi)容開展教學(xué)。而學(xué)生基本是初中畢業(yè)生，基礎(chǔ)薄弱，空間思維能力差，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)圖樣（如：相貫線、截交線等），在沒有相應(yīng)的實(shí)體模型輔助教學(xué)的情況下，學(xué)生難以在規(guī)定的學(xué)時(shí)內(nèi)消化吸收而影響后續(xù)的教學(xué)工作，很容易讓學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)的情緒。在機(jī)械制圖這門課的教學(xué)過程，教師可以根據(jù)不同階段的教學(xué)難點(diǎn)采取與之相適應(yīng)的授課方式和實(shí)踐環(huán)節(jié)，來開展教學(xué)工作。本文就是針對(duì)本校課程安排，通過將3D打印技術(shù)引入來提高不同階段的授課效果。

（1）幾何畫法學(xué)習(xí)階段。針對(duì)幾何畫法學(xué)習(xí)階段，授課重點(diǎn)放在截交和相貫部分。在本階段學(xué)習(xí)過程中，不少學(xué)生很難通過三視圖，想象出物體的空間立體結(jié)構(gòu)，特別是空心的立體相貫和多個(gè)平面的相切的切割體，更讓學(xué)生感覺無從下手。因此，我們可以借助3D打印技術(shù)，將一些典型的切割體和相貫體打印出來（如圖1），將實(shí)體呈現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生直觀地觀察截交面和相貫線的狀況，學(xué)生做圖就簡(jiǎn)單易行了，這對(duì)于提高學(xué)生的空間想象能力大有好處。

圖1 切割體和相貫體模型

（2）在機(jī)械制圖學(xué)習(xí)階段。本階段主要是涉及零件圖和裝配圖的學(xué)習(xí)。由于裝配圖涉及多個(gè)零件的組裝，圖樣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)容瑣碎，很多學(xué)生很難想象出零件的整體裝配關(guān)系，因而對(duì)裝配圖的繪制抵觸情緒比較大，學(xué)習(xí)態(tài)度消極。為了改變這種現(xiàn)狀，我們可以設(shè)計(jì)一個(gè)具有一定配合關(guān)系和技術(shù)要求的零件組的實(shí)踐環(huán)節(jié)。通過3D打印技術(shù)，將各零件打印出來，再組裝在一起，將各零件間的裝配關(guān)系直觀、形象地呈現(xiàn)在學(xué)生面前。在此過程中，可以讓學(xué)生了解零件加工的技術(shù)要求和極限與配合的作用，并將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用的實(shí)際的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中。使學(xué)生在空間形象思維方面實(shí)現(xiàn)了從抽象的幾何形體向?qū)嶋H的機(jī)械零件轉(zhuǎn)變。這樣既將知識(shí)具體運(yùn)用，又提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（3）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)階段。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)階段學(xué)習(xí)，主要是對(duì)CAD繪圖軟件的操作學(xué)習(xí)。由于我校學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)接觸不多，操作水平低下，而且學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的目的不明確，遇到難題就選擇退縮。因此，學(xué)習(xí)積極性不高，精力投入較少。為解決這一問題，可以利用3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)“個(gè)性化定制”的特點(diǎn)，讓學(xué)生選則一個(gè)自己喜歡的零件進(jìn)行圖樣繪制（如：生活用具設(shè)計(jì)），然后通過3D打印技術(shù)快速成型。這樣既讓學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的使用，又結(jié)合生活實(shí)際，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和參與性。

3 體會(huì)與思考

本文探討了基于3D打印技術(shù)的教學(xué)模式的設(shè)計(jì)，并對(duì)傳統(tǒng)的知識(shí)傳授觀進(jìn)行了改造，實(shí)現(xiàn)了從“灌輸”式 到“體驗(yàn)”式的教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變。在此過程中，營(yíng)造了以學(xué)生實(shí)踐為中心、自主學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的教學(xué)過程。培養(yǎng)了學(xué)生主動(dòng)性、探究式學(xué)習(xí)習(xí)慣，有力地推進(jìn)教學(xué)活動(dòng)由“教”向“學(xué)”再向“行”的轉(zhuǎn)變。伴隨著3D打印技術(shù)的迅猛發(fā)展，結(jié)合這項(xiàng)技術(shù)在課程教學(xué)的結(jié)合運(yùn)用，這不僅僅針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的改觀，而且也同樣對(duì)教師的知識(shí)儲(chǔ)備提出了更高的要求。

[1]王鑫,王靜.工程教育體系下機(jī)械設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)研究[J].中國(guó)電力教育,2010,(30):149-150.

[2]兀旦暉,趙晨飛.3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].課程教育研究,2013,(07):185-187.