3D打印技術在機械課程教學中的應用

王麗詠

（沈陽職業技術學院軟件學院，遼寧 沈陽 110045）

3D打印作為新興的先進制造技術，將其技術優勢與機械專業課程相融合，全面拓展和完善教學方法，不斷推進實踐教學，構建理論和實踐相結合的課程體系，培養學生的實踐創新能力，更進一步激發學生對機械設計的興趣，提高學習效果。

一、3D打印技術的含義

3D打印技術在數字模型文件的基礎上，將粉末的金屬或塑料材質逐層進行打印最終形成物體，它可通過電腦數據控制3D打印機把一切形狀打印出來，從而節省商品的制造成本，3D打印技術最早出現于十九世紀末期，它將光固化、紙疊層技術結合在一起，可在短時間內成型，和普通打印機的運行原理類似，打印原料的不同造成了差異性，普通的打印機的打印原料是紙和石墨，而3D打印機則采用粉末狀金屬、陶瓷、砂石為主原料，在內測配置液體或粉末等材料，通過控制電腦把打印的材料一層一層進行疊加，最后將計算中的圖像生產為實物。根據它的原理特性，它在很多地方都有運用，譬如模型開發等，使用傳統的方式制造模型首先要設計圖紙，然后將材料拼湊在一起最終制成模型，現在使用3D打印技術就能在很短的時間內制作出更精美、精致的模型，因此，在日常生活中人們更喜歡使用3D打印技術制作器件。

二、3D打印的特點和優勢

3D打印技術與傳統制造相比，3D打印具有小批量、成本低、復雜制造能力好、材料利用率高等特點，3D打印機采用選擇性激光熔煉技術，用激光將金屬粉末加熱成型，相比數控機床制造，既可以縮短制造時間，又可以提高制造精度，降低制造成本，一舉多得。3D打印不需事先制模，也不必鑄造原型，大大縮短了產品的設計周期，減少了產品從研發到應用的時間，降低了企業因開模不當可能導致的高成本風險，使得特殊和復雜結構的模型的制作也變得簡單。另外，3D打印是增材制造，使用金屬粉或其他材料，使部件從無到有，大大減少了原材料和能源的消耗，生產上實行了結構優化。

三、3D打印技術在機械課程教學中的應用

（一）實物打印，分析原理

根據課堂的知識內容，進行對實物的打印，比如機械基礎課堂中四桿機構，齒輪傳動，蝸桿傳動等知識中，利用3D打印技術進行對四桿機構，齒輪，蝸桿蝸輪的打印，就可以加深學生對機械傳動原理和傳動比計算的理解。在制造過程中，教師將學生進行分組，小組合作的方式進行建模。通過對機械運動原理和機械結構設計等相關知識的初步掌握，讓學生能夠依據實物進行相應的數字建模。學生邊做邊學，邊學邊懂，邊懂邊理解其工作原理，達到一定的學習效果，激起學生的創新能力和動手實踐能力。

（二）設計輔助

通過三維建模，不僅可以為3D打印建立數據庫，還可以鍛煉學生的三維建模能力。在學生設計類課程的教學中，3D打印能夠幫助擺脫單一的計算機繪圖和文檔計算，及時將所學內容應用于實際制作過程，有助于更好的掌握知識。機械產品的研發離不開設計，作為輔助的樣機制作過程不可或缺，學生主要依靠虛擬技術能夠實驗虛擬裝配，進而改進產品設計。借助3D打印，學生可以直接、快速、精確地將設計思想轉化為實際，通過生產、低成本小型樣機，有助于解決虛擬技術中不能體現的問題，對于一些精度要求不高的復雜零件，在沒有模具的條件下可以直接制作并使用，在節約時間的同時大大降低了開支，提高了生產效率。

（三）內容拓展，精煉總結

根據知識內容實物的打印，對知識內容工作原理的理解后，將知識內容進行拓展，充實學習內容。比如四桿機構的三種類型如何區分，以同樣長度的四桿機構，取不同桿為機架，因最短桿的不同位置，就會得出不同類型機構等的工作結構。按照傳統的教學，學生是很難直觀的理解，那么，通過3D打印四桿機構，得出實物進行組裝，將會得到事半功倍的學習效果。學生在組裝過程中，不斷迸發出很多問題，然而又不斷的因為實踐而得出真理，激發學生的學習興趣和動手動腦能力。

（四）故障模擬

機械專業中，有許多分析故障的教學內容，如切削刀具崩刃、齒輪損傷，使用真實教具經濟性差，且數量有限，實際模擬危險系數高，并有可能會損害機床或設備。3D打印的應用可以在降低成本、避免損傷的同時達到展示效果。

結束語：

綜上所述，3D打印是一種先進的制造技術，并且正在逐步被引入到三維建模、模型制作、模具設計等教學活動中，并取得了良好的教學效果。將3D打印技術引入機械制造綜合實踐教學過程中，既可以使學生掌握3D打印的基本方法，也可以在此基礎上完成殼體后續的機械加工工藝，提升機械制造綜合訓練的效果，對培養大學生的工程意識、創新意識、創新思維和創新能力起著重要作用。