3D打印技術在機械創新教學領域的應用探索

楊冬喆

摘 要：隨著3D打印技術的成熟與普及，其價值和優勢在眾多行業中已取得了領先，而且應用領域不斷擴大和評價也日趨提升。作為培養技術技能型人才的職業教育，在改革創新中應該加大對3D打印技術的引入和探索，使其為課堂教學帶來實效性的助力。通過應用3D打印技術，不僅可以將課堂教學變得生動形象，而且有助于促進學生動手能力和空間想象能力的穩固形成。

關鍵詞：3D打印技術;機械教學;創新應用

中圖分類號：G712? ??文獻標識碼：A

一、3D打印技術特點及優勢

近年來隨著3D打印技術的快速發展，3D打印在教育領域中的應用越來越受到關注，在教學、學習和研究領域帶來一系列令人矚目的創新與變革。與傳統的數控加工相比，3D打印技術生成真實三維實體的時間已經縮短了數倍乃至數十倍。3D打印加工時間的長短僅取決于所打印實體的大小、復雜程度以及3D打印機性能。而傳統的數控加工根據模型的復雜程度、機器的性能、刀具的性能等，通常需要幾小時到幾天。3D打印技術不需要任何刀具、模具、夾具或機械加工過程，可以直接將在CAD軟件中繪制的三維數字模型轉換成真實三維實體，極大地簡化了制造過程，提高了制造效率。

二、3D打印技術在機械創新教學領域的應用探索

1.將3D打印產品應用到課堂教學的方式規劃

在課堂教學過程中使用3D打印產品，分為兩個層面。首先是單純地將3D打印產品帶入課堂，即教師在進行教學設計過程中，根據教學內容和目標，將復雜的結構模型利用課前準備時間，通過3D打印機制作好模型教具，在授課過程中通過與二維圖片、幻燈片、實物模型演示等手段相結合，對學生進行講解，使學生能夠直觀地學習。然后是讓學生在參與3D產品的制作過程中，從建模到制造成形，全都親身動手操作，體驗制作的全過程，實現在學習基礎知識與掌握關鍵部件制圖方式的前提下，以此拓展學生學習的知識點。

2.創新特色

基于3D打印技術機械結構設計的新型教具與以往的傳統教具不同，該教具適當地融入了《機械設計基礎》里面的一些機械結構，貼合教學內容，最大限度地提高學生的學習熱情。在機械實驗課教學中適當運用書本上介紹的機械機構，充分發揮其特點做成組合式機械結構教具，這對提高教學效率和教學質量是非常有利的。在操作機械的時候，可以讓學生們深切體會機械機構的運動原理。

3.實訓項目開展

3D打印技術應用在前期培訓過程中要根據學生專業和層次，充分利用多媒體課件和視頻，并結合打印零件實物對學生進行知識講授和技術指導，采用多種教學方法著重介紹3D打印技術的加工過程、工藝原理和應用特點，使學生深入了解3D打印技術，掌握從概念設計到零件制造的一般工藝流程。明確實訓任務和要求后，在指導教師的協助下，學生進入實訓階段，主要過程分為三個步驟：首先，學習并運用計算機輔助設計三維建模軟件，提交創意設計方案，自主設計出具有一定創新性、實用性的作品;其次，學習將作品模型轉換成3D打印的STL格式，并在切片打印軟件中對STL文件進行正確的切層處理及對各項工藝參數進行設置;最后，熟練掌握3D打印機的裝絲料、設備維護、上機打印等操作步驟，“真刀真槍”地打印出零件實物模型。

4.提高學生的動手能力與創新能力

項目課程實施是采用行動導向法進行的，產品設計、打印和裝配均由學生合作完成，學生的動手能力得到了很大的提高，設計中有所創新。而且3D打印需要漫長時間，對于培養學生的責任感有了一定的促進作用。將3D打印技術引入項目課程的應用實施已初有成效，但也存在不足，需要繼續完善。不過實施后所獲取的經驗，對于今后更好地將3D打印技術與現有的三維建模課程有效銜接、進行教學資源的開發甚至是“合二為一”、滿足學生不斷增長的好奇心都具有一定的借鑒意義。

總之，3D打印技術對于職業教育機械專業教學改革具有不可替代的作用和價值，它不僅能夠讓學生感受到機械工程的魅力，進而激發學習興趣和潛力，而且通過實踐體驗和感知能夠輕而易舉地在教學中高效掌握知識技能，確保教學流程與人才培養實現無縫對接的目標。而且最為關鍵的是能夠開闊學生視野并強化創新思維，最終為新時期機械專業教學優化工作帶來有力的支撐。

參考文獻：

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