數(shù)字3d打印藝術教育及產學研實踐與研究

王崇娟

摘 要：數(shù)字化3D打印技術的誕生使得藝術設計有了更為廣闊的空間，同時也為藝術設計者提供了無限的可能性，數(shù)字3d打印藝術教育也成為了藝術教育類的主要課程。產學研是將政府、企業(yè)和高校以及科研院校緊密聯(lián)系的統(tǒng)稱，是推進高校、科研院所以及企業(yè)創(chuàng)新科研成果的有效途徑，為多方提供了良好的平臺。文章主要闡述數(shù)字3d打印藝術教育在產學研方式下如何有效開展。

關鍵詞：數(shù)字3d打印藝術;教育;產學研;實踐與研究

1.3D打印技術原理與特點

1.1 3D打印技術原理

數(shù)字3D打印技術也被稱為增材制造技術，其主要原理是原料噴射后快速成型技術。首先，其會利用建模技術構建相關的三維數(shù)字模型，這也是3D打印技術的基礎造型，進而借助于計算機相關技術按照一定的原則切割三維數(shù)字模型，類似于將每每幀畫面分割為多個像素點，3D打印技術也將三維模型切割為多個微小單元，再利用3D打印機把材料按指定路徑添加到未完成的制件上，至此數(shù)字化技術完成，最后通過物理化手段實現(xiàn)其實體模型。因此，數(shù)字3D打印技術一般分為數(shù)字化設計階段、物理化階段以及后期處理階段。

相比于傳統(tǒng)的加工工藝，3D打印技術更具智能化、數(shù)字化、形象化，在各方面都遠超于傳統(tǒng)工藝，也因此3D打印技術的誕生為各行業(yè)領域提供了全新的發(fā)展方向，英國有學者將其稱為“第二次產業(yè)革命”。根據(jù)具體成型工藝的不同，物理化階段所使用的加工材料和加工方式也千差萬別。無疑3D打印技術為各行業(yè)提供了無限可能，極大的提高了各行業(yè)的生產效率和創(chuàng)造力。

1.2 3D打印技術的應用特點

實際生產應用中，3D打印技術有自由制造、綠色環(huán)保以及高效快捷等優(yōu)勢。首先，3D打印技術相比于傳統(tǒng)的工藝制造，其利用數(shù)學建模技術建立復雜且繁瑣的三維模型，在模型設計中沒有過多的限制，有極大的設計自由度，不需消耗過多的人力物力即可不斷的建模、驗證、推翻再驗證，藝如特殊曲面、異性深孔等復雜的零部件，而傳統(tǒng)工藝則有極大的局限性，制造、驗證并調整需要耗費大量的人力物力，因此其在工藝設計階段缺乏靈活性。其次，數(shù)字3D打印技術在加工前期首先通過計算機技術和數(shù)學建模方式初步建立了復雜的三維模型，在物理化制造階段只需要按照預定模型進行材料補充即可，從而省去了對材料進行加工切割的過程，極大的減少了工藝廢料的產生和浪費。最后，傳統(tǒng)的成型技術需要大量的磨具制造和修正過程，需要耗費大量的人力物力進行反復性操作，才能設計出合理的作品，而數(shù)字化3D打印技術省去了繁瑣的修復、調整過程，其利用計算機技術更加智能化的設計出模型，加大的縮短了加工工序和制作周期，同時也極大的提升了材料的使用率。

2.產學研聯(lián)合背景下數(shù)字3d打印藝術教育的實踐與研究

數(shù)字3D打印技術以其高精度、數(shù)字化、自由度高等優(yōu)勢已經進入高校及科研機構，成為設計教育創(chuàng)新發(fā)展路徑探索的重要實現(xiàn)手段之一，以產學研聯(lián)合的方式提升數(shù)字3D打印藝術的教育質量已經成為時代發(fā)展的必然趨勢。產學研聯(lián)合不僅體現(xiàn)了數(shù)字3D打印藝術教育的培養(yǎng)方式和研究的創(chuàng)新，并將生產和工藝品應用于企業(yè)中，以此提升地方經濟的發(fā)展。產學研中，企業(yè)承擔了需求定制的角色，將企業(yè)需求與數(shù)字3D打印藝術教育目標有效結合來進行新產品的研發(fā)，從而節(jié)約了研發(fā)的時間，不僅提高了數(shù)字3D打印藝術教育的質量也提升了企業(yè)的經濟收益，進而真正實現(xiàn)了產學研的創(chuàng)設目標。產學研聯(lián)合下，數(shù)字3D打印藝術教育以培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新精神為目標，企業(yè)以此作為人才招聘要求，兩者相輔相成相互合作，共同實現(xiàn)學校教育與實踐教育緊密結合，知識獲取和能力培養(yǎng)有機融合的目標。

2.1建立總體的產學研協(xié)同合作關系

產學研培養(yǎng)創(chuàng)新型和綜合型人才的首要條件是建立良好的協(xié)同合作關系，校方結合企業(yè)需求制定人才培養(yǎng)計劃并實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標，企業(yè)根據(jù)社會需求和發(fā)展設定用人需求，以此規(guī)范校方的培養(yǎng)計劃，并提供相應的技術手段和實驗條件，政府出臺制定相關科研部門，以向企業(yè)輸出科研結果，多方共同協(xié)作形成統(tǒng)一和諧的合作模式。

例如，美國麻省理工的實驗課題創(chuàng)客，就充分體現(xiàn)了產學研聯(lián)合下數(shù)字3D藝術教育的實踐。創(chuàng)客是指參與項目的學生，學生以個人創(chuàng)新設計和制造為參賽項目，學生的個人作品會存放在創(chuàng)客空間，在創(chuàng)客空間內，互聯(lián)網為協(xié)同創(chuàng)新提供支持和資源。其實，這就是產學研聯(lián)合下數(shù)字3D打印藝術教育的新形勢，以創(chuàng)客空間為平臺，創(chuàng)客不斷創(chuàng)新研發(fā)，制造出新型并符合企業(yè)需求的工藝品，創(chuàng)客空間內部互聯(lián)網設備和資源由政府提供。學校、企業(yè)、政府在創(chuàng)客空間中共同協(xié)作，相輔相成。

2.2探索產學研合作的協(xié)同育人機制

對于數(shù)字3D打印藝術教育，產學研共同協(xié)作的主要目標是為社會培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，產學研共同合作，可以有效的將課堂理論知識與社會實踐相結合，且政府機構的科研部門可以為學生科研創(chuàng)新提供良好的平臺。開展科研項目的同時，不僅可以有效提高學生的科研和創(chuàng)新能力，同時也能制造出滿足企業(yè)需求的先進產品。

例如，發(fā)源于美國的STEAM教育，其其意味著融合多種學科和技術以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和解決實際問題的能力。其主要強調學生的創(chuàng)新型設計和創(chuàng)新能力，最終以數(shù)字3d打印藝術為輸出技術。如國外和高校舉報的STEAMI作坊，學生相互合作、共同學習并設計研發(fā)相關主題，如學生在教室?guī)ьI下觀察飛機飛行模型和影響飛機飛行速度、動力、阻力等因素，最終確定設計方案，并使用數(shù)學3d打印系數(shù)和激光切割機等設備將設計模型轉化為實物模型。

2.3加強高校學科專業(yè)建設，提高人才培養(yǎng)能力

產學研不僅可以增強企業(yè)的產品研發(fā)，發(fā)展國家經濟，同時也對培養(yǎng)高校學科建設起到了積極的促進作用。產學研聯(lián)合下背景下良好的學習環(huán)境和豐富的學習資源應運而生，各高校也開展各類科研實驗室并為學生提供了豐富的學習資源，以實現(xiàn)培養(yǎng)學生的創(chuàng)新創(chuàng)意能力。如美國家科學基金會和麥克阿瑟金基金會資助的項目“FabSchool”，該課程充分結合實際生活培養(yǎng)學生對實際問題的解決能力，課程設定實際的應用場景，以供學生根據(jù)實際需求設計模型，學生在應用數(shù)字3d打印技術解決實際問題的過程中，潛移默化中會將理論知識應用于實際生活，并理解抽象的理論知識。 不同于傳統(tǒng)實驗室，創(chuàng)新實驗室更加注重通過抽象概念解決開放性問題，并強調設計效果的驗證。學生通過創(chuàng)新設計、數(shù)字建模和3D打印驗證，使理論與實踐相結合，為以往抽象的概念學習引入了新的知識學習維

3.結束語

隨著信息技術、控制技術、材料技術的不斷發(fā)展突破，3D打印技術也取得了突破性的進步，能制造出材料更多樣、結構更復雜、型面精度更高的產品。該技術的不斷升級將成為傳統(tǒng)設計教育創(chuàng)新變革的主要推動力，為設計創(chuàng)新教育的發(fā)展開拓新路徑。

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