3D 打印開發創新教具在高職專業教學中的應用研究*

李紅莉 沈姍姍

(浙江工業職業技術學院,浙江紹興 312000)

在機械專業課程教學中,理論與實踐的相關性強,對學生的空間想象和構造能力要求較高,學習難度大。雖然近年來推進的多媒體教學,取得了不錯的教學效果,但局限于虛擬技術,對學生的空間想象能力有一定要求。同時,在實際教學中發現,學生對三維實物模型教具更感興趣。而傳統的實物教具模型過于老舊,加工成本較高,更新周期長,且沒有與不斷更新的創新型教學案例相結合,不能得到廣泛應用[1-3]。

基于DLP型3D打印技術的機械創新教具開發與應用,將創新型實物教具模型引入課堂,將先進制造技術融入課堂教學,將教學實物化,是一種教學和科研相結合的創新思路。

1 3D打印技術

圖1 3D 打印設備(MoonRay S)Fig.1 3D printing device(MoonRay S)

3D打印技術,又稱“增材制造”,是以創建的數字三維模型為基礎,使用粉末狀、絲狀或液態等可粘合性材料為原料,通過逐層打印堆積的方式構造物體的技術,可以快速精確地將設計者創意轉化為產品,從而有效的縮短了產品的生產周期[4-6]。

3D打印技術是一種先進制造技術,有光固化成型、疊層實體制造、熔融沉積成型、選擇性激光燒結等[7]多種成型方式。其中,光固化成型中的D L P 型技術發展較為迅速,應用較為廣泛[8-10]。本次設計與開發過程中,采用浙江訊實科技有限公司的DLP型教育3D打印機(MoonRay S)進行機械創新教具模型打印,該設備集成了多項先進技術,廣泛應用于教育、工藝及醫療等領域。打印設備如圖1 所示。

2 機械類創新教具開發與應用研究

根據高校機械類專業課程的創新型項目化教學需要,結合機械專業教學過程中所需的實物教具類型,進行實物教具產品的創新設計,利用D LP 型3 D 打印技術進行創新型教具的開發制作,建立機械創新型教具的數據庫,并投入實際教學使用,進行產品評價和創新型教具的市場推廣。

2.1 結合《機械制圖》課程的創新型教具開發與應用研究

根據高校機械類專業課程標準及各位授課老師的教學研討,進行創新型實物教具模型的整理與設計。結合《機械制圖》課程,進行了零件圖部分教學內容對應的創新教具的設計與加工。包括軸類零件、板蓋類零件、叉架類零件和輪盤類零件等,如圖2所示。

圖2 《機械制圖》創新型教具實物Fig.2 The innovative teaching aids of mechanical drawing

圖3 《機械設計基礎》課程創新型教具三維模型Fig.3 Three dimensional model of innovative teaching aids for mechanical design basis course

圖4 《機械設計》課程創新型教具產品Fig.4 Innovative teaching aids for mechanical design course

《機械制圖》創新型教具實物的教學使用情況反饋良好,學生即能從實物入手構建空間想象能力,增強三維模型的理解和認知,又能在創新教具設計和開發中,提升對先進制造技術的興趣,為后續課程的開展奠定基礎。

2.2 結合《機械原理》課程的創新型教具開發與應用研究

結合《機械原理》課程,對平面連桿機構、凸輪機構、蝸輪蝸桿傳動、鍵連接等教學環節所需的教具機構進行了創新設計,完成相關創新型教具產品的三維模型圖,如圖3所示。

機構各個零件打印加工完成,進行必要的后處理操作,完成的創新教具產品,如圖4。

在《機械原理》課程中進行創新型教具產品的設計、開發和組裝使用,學生們體現出了良好的動手能力和高昂的創新熱情,強化了教學效果。

2.3 結合《機械創新設計》綜合實踐課程的創新型教具開發與研究

將《機械原理》課程相關的創新教具機構于教學環節中進行操作使用,并收集課堂教學反饋結果。結合學生興趣點,在《機械創新設計》綜合實踐課程中,進行創新型組合型教具產品的開發,組合教具開發模型及打印加工實物產品,如圖5所示。

圖5 組合教具開發模型及打印加工實物產品Fig.5 Development model of combined teaching aids and printing and processing physical products

3 結語

DL P型3 D 打印機械創新型教具開發與應用,創新性地將DLP型3D打印技術與互聯網、機械類專業課程教學結合起來,一方面解決傳統教學中的不足,提升教學質量,加強教學效果,實現多樣化的實物教學,順應創新型教育發展的趨勢,實現先進制造技術與職業教育教學模式的結合;同時,給先進制造技術應用拓展,提供了新的產品方向,實現實物教具定制化服務,成為產業化平臺的基礎。