基于3D打印的實訓研究

蘇虹 張國福 孟令威 歐陽博

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摘要：工程實訓是高校培養應用型人才的重要環節，針對目前實訓課程形式單一，缺乏創新性等問題，結合3D打印技術的特點和優勢，提出將3D打印技術融入工程實訓，建立基于3D打印的實訓教學體系，進一步提高學生的實踐動手能力和創新能力。

關鍵詞：3D打印;快速成型;工程實訓

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）11-0226-01

0 引言

近年來，3D打印因其與傳統的去除材料制造技術（車、鉗、銑、刨、磨）相比具有節省材料，容易加工復雜零件等特點，在航空、工業、藝術、服裝、醫療等領域得到迅速發展和廣泛應用。在航空方面，航空巨頭波音公司利用3D打印技術制造上百種飛機零部件;在醫療領域，科研人員先后應用3D打印技術制造出顱骨、牙齒、骨骼等結構;在服裝領域，2013年巴黎時裝周，3D打印的服裝首次亮相，實現科技與設計的完美結合;在建筑方面，2014年荷蘭建筑事務所以莫比烏斯環為原型，利用3D打印技術建造了第一個3D打印建筑Landscape House。開展基于3D打印的實訓研究，對開闊學生視野，提高創新能力具有重要的意義。

1 3D打印原理

3D打印技術是一種累積制造技術，能夠打印陶瓷、塑料、金屬等多種材料，按其工作原理不同可分為光固化立體成形技術（SLA）、熔融沉積成型技術（FDM）、選擇性激光燒結技術（SLS）、激光選區融化成型技術（SLM）、電子束選區融化成型技術（SEBM）[1]。其中基于FDM打印原理的3D打印機是將熔化后的材料從打印頭中呈絲狀噴出，通過逐層打印構造實體，打印材料通常為ABS和PLA。因其原理簡單，打印模型方便快捷被廣泛應用[2]。

2 傳統實訓教學存在的問題

高校為培養應用型人才，提高學生實踐和創新能力，通常以工程訓練中心為平臺，開展實訓教學工作[3]。目前工程訓練中心多以車工、鉗工、銑工、磨工、焊接、數控車、數控銑為主要實訓課程，因其受專業性強，教學時長等因素影響，在教學過程中有時以演示為主，學生實踐機會少，教學效果具有局限性。針對目前傳統實訓教學存在的問題，將3D打印融入實訓教學，對豐富實訓教學內容，促進學生了解和學習前沿制造技術具有重要意義。

3 基于3D打印實訓教學體系

3.1 教學目標

基于傳統教學基礎開展基于3D打印的實訓教學，讓學生接觸前沿新型加工技術，旨在開闊學生視野，拓展學生的工程技術知識領域，提高學生實踐和創新能力，為“中國制造2025”培養綜合能力強的應用型人才。

3.2 教學方案

針對高校各專業性質不同，制定不同的教學方案。機械專業、藝術專業、工程管理專業因其學生有三維建模基礎，著重講解建模過程應該注意的事項，3D打印機的參數設置及使用方法，了解新型加工技術工藝過程，培養學生設計能力，如圖1所示。

對制藥工程等沒有三維建模基礎專業的學生，著重了解3D打印的發展歷程和現狀、3D打印的原理、3D打印應用范圍。指導學生使用3D打印機打印模型。培養學生對加工制造的學習興趣，提高工程意識和創新意識，如圖2所示。

3.3 考核方法

考核內容包括理論考核、實操考核和創新能力考核，主要考核學生對3D打印基礎知識的掌握、3D打印機校準、打印模型參數設置、3D打印機故障處理等，著重考核學生在實踐過程中發現和解決問題的能力以及作品具有哪些創新點，以此開拓學生思維，培養創新意識。

4 3D打印實訓教學實例分析

如上述介紹，對于不同專業的學生，安排不同的學習內容。如利用“胡巴”的STL文件和千斤頂UG三維模型文件為案例進行教學。突出重點和關鍵，培育團隊意識。如利用單一色彩的3D打印機打印出“胡巴”的綠色頭頂是解決問題的關鍵。

5 結語

工程實訓教學是高校培養應用型人才的關鍵環節，本文針對目前工程實訓課程存在的不足和加工制造技術的發展趨勢，提出將3D打印技術融入工程實訓教學中，建立基于3D打印的實訓教學體系，充分發揮工程實訓的關鍵作用，提高學生的實踐能力和創新能力，為培養新型的應用型人才發揮積極作用。

參考文獻

[1] 張學軍，唐思熠，肇恒躍，郭紹慶，李能，孫兵兵，陳冰清，等.3D打印技術研究現狀和關鍵技術[J].材料工程，2016，4402：122-128.

[2] 趙慶，秦俊男.3D打印技術在實踐教學領域的應用探討[J].塑料工業，2018，4606：124-128.

[3] 李曉春，曲曉海，楊洋，周亮，等.工程訓練教學改革探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2014，3301：229-232.