3D打印設計制圖學具開發研究

周雨姍 王琛 訾然 于嘉浩

摘 要：設計制圖是藝術設計類專業學生的必修課程。本文分析了設計制圖課程學習中的問題，創新性地提出將3D打印技術融入設計制圖課程的學習中，開發3D打印學具，便于學生自學，鍛煉空間想象力，提高課程學習質量。

關鍵詞：3D打印;設計制圖;學具

3D打印技術作為新興的先進制造技術，目前應用領域越來越廣泛，也逐步滲入了教育領域。本文創新性地提出將3D打印技術融入設計制圖課程的學習中，為學生學習相關知識帶來新的體驗。通過3D打印技術，制作設計制圖學具模型，使書本上抽象的知識得到直觀化的展現，加深學生對形體結構的理解，降低學生空間想象力不足帶來的學習困難，從而提高學生的學習積極性，激發學生的自學熱情。

1 3D打印概述

3D打印作為一種新興的先進制造技術，以數字化模型為基礎，通過粉末狀金屬、液態樹脂或工程塑料等可黏合材料，根據事先設計好的三維模型，通過逐層打印的方式制造出模型。[1]按照成型的基本原理的不同，可以將3D打印分為以下幾類：熔融沉積法、立體光刻法、激光制造法和三維印刷法等。[2]3D打印的實質是通過層層堆積的方式，分層構造零件模型。[3]由于加工工藝不同，模型的制作時間和制作成本也有所不同，因此，需要根據具體需求，綜合考慮成型效果、制作時間和制作成本，選用合適的3D打印工藝制作實體模型。

2 設計制圖課程學習現狀分析

設計制圖是藝術設計類專業學生必修的專業基礎課，是一門建立在空間想象基礎上的課程，無論是對于三視圖的掌握，還是對于物體貫通、截切的理解，都需要訓練學生的空間想象力。[4]學生們在剛剛接觸這門課程時，往往因為空間想象力不夠，導致學習過程困難。[5]為了解決上述問題，更好地輔助課程的學習，需要配以學習輔助模型。傳統的學習輔助模型，大多是小木模和手做模型。[6]存在著模型簡單、制作效率低、攜帶不便等問題。導致學習效果不理想，達不到預期。[7]因此，亟須開發出適合學生自主學習的學具模型。

3 3D打印制作設計制圖學具的優勢

利用3D打印技術開發學具模型有以下優勢：

（1）從學習實際出發，有的放矢。針對課程的重點和難點開發出的自學模型，將抽象的知識具現化，直擊學習的“痛點”。學生可以在課后任意時間進行自主學習，訓練空間想象力。

（2）提高了模型精度，降低了制作成本。傳統的教學輔助模型，大多數需要手工制作，存在著效率低、精度低、成本高等問題，很難滿足學生的需求。利用3D打印技術，通過三維數字化設計制作的模型，精度極高。提高了制作效率的同時，也大大降低了制作成本。

（3）拓展了學生的3D思維。讓學生全程參與從三維建模到3D打印的三維數字化設計的全過程，既拓展了3D思維，又增強了創新能力，實現了學與做一體化的新模式。通過讓學生親身參與到模型的設計中，激發了學生的學習熱情。

4 設計制圖學具開發流程

開發設計制圖學具模型，具體流程如下：

（1）分析設計制圖學習中的難點和重點。例如，物體貫通和截切中的難點、三視圖的繪制等。通過向學生發放問卷的方式，匯總一些經常出錯的題目。從學習的實際出發，總結學習過程中常見的問題。

（2）使用solidworks等軟件建立三維實體模型。建模過程可以使用“層疊法”或“刪減法”，對于復雜的組合體模型，可以用到裝配或曲面的命名。模型按1︰1建立，建好的模型經檢查后導出STL文件。

（3）通過實驗篩選出適合開發學具的3D打印工藝。綜合考慮制作精度、成本和效率等因素。選用熔融沉積3D打印工藝制作模型，該工藝具有制作效率高、材料成本低、操作簡單等特點，適合于制作設計制圖學具模型。通過打印參數設置，制作出質量較高的學具模型。

（4）對3D打印制作的學具模型進行后期處理。主要步驟為拋光打磨，去除毛刺，使其表面光滑。對于需要突出強調的點、線和面，還可以上色。最后，進行包裝設計和使用說明書設計。

5 結語

本文結合專業課程的特點，將全新的技術引入傳統的課程學習中，總結了設計制圖學具開發的優勢和流程。設計制圖學具的開發，可以幫助學生更好地學習設計制圖的知識，增強空間想象力;既拓展了3D思維，又增強了創新能力，有效地解決了課程學習中存在的問題，可以為3D打印技術在其他課程中的應用提供范例。

參考文獻：

[1] 王琛，于嘉浩，陸紅紅，蔣雨婷.基于快速成型技術的中國古典家具模型制作工藝研究[J].家具，2018，39（6）：40-44.

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[3] 曹釋予，劉祎.綠植在家居產品設計中的應用研究[J].家具，2019，41（2）：78-83.

[4] 王子軒，吳智慧.辦公環境中建筑與家具的文化體現[J].家具，2019，41（2）：41-45.

[5] 周季純，吳燕.圈椅的起源與發展[J].家具，2019，41（2）：62-65.

[6] 姚月姝，祁憶青，王丹.冬季室內有害揮發物釋放特征及防治措施[J].家具，2018，39（2）：11-14+23.

通訊作者：王琛，男，南京林業大學家居與工業設計學院實驗師，主要研究方向：工業設計工程。