3D打印技术进入高校课程教学初探

林健　李劲松　李美　梅烨

【摘要】3D打印技术又称增量制造技术，它以数字模型为基础，通过逐层打印来制造三维物体。如今，3D打印技术被少量引入教学实践中，并取得了一定成果，比如人机工程学。本文从实际情况出发，简单介绍3D打印技术的概念和发展现状，着重介绍将3D打印技术引进高校课程教学的可行性和必要性，并分析了3D打印技术与各专业结合教育的发展前景。

【关键词】3D打印 教学实践 高校 教育

【基金项目】1.海南大学中西部高校提升计划项目子课题-汽车人机工程学2.海南大学中西部高校提升计划项目子课题-汽车构造Ⅰ。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）12-0246-01

一、3D打印技术概况

3D（Three Dimensions）打印是一种通过材料逐层添加制造三维物体的变革性、数字化增材制造技术，它将信息、材料、生物、控制等技术融合渗透，它的发展将对未来制造业生产模式与人类生活产生重要影响。它以数字模型文件为基础，运用粉末状可粘合材料通过选择性激光烧结或聚合体喷射等方式来构造三维物体。早在20世纪80年代3D打印就在美国开始发展，直到近几年，在互联网技术飞速发展的推动下，3D打印的软件核心数字模型得以迅速发展，同时制造业技术水平不断提高，3D打印的成本在不断降低，这项革命性技术的黄金时代也正在到来。

二、3D打印技术的教育现状及进入教育的必要性

如今，世界各地从小学到大学的教育机构开始出现有关3D打印的教育课程，而在我国研究该技术的科研机构也很少，而了解该技术的普通民众更是微乎其微，就国内高校而言，对3D打印技术的教育极度缺乏，无法跟美国等发达国家相比。

以美国为首的发达国家早已经重视3D打印技术的研究与应用，更有人认为3D打印技术将成为“第三次工业革命”的标志，并引领工业制造、建筑、医疗、食品等传统行业的革命性变革。最近几年3D打印产品的应用已经初显成效，就拿医疗应用方面来说，3D打印技术变得尤为重要。美国一家医学中心利用3D打印技术成功制造出第一颗人造心脏，这颗用塑料打印出来的心脏可以像正常的人类心脏一样跳动。这样一来，外科医生就可以借助人造心脏来练习复杂的心脏手术。另外，通过3D打印技术扫描患者身体信息，可以打印出与患者身体完全契合的骨头以便达到更好的治疗效果。不只在医疗领域，比如3D打印房子、汽车等现在都已经成为现实，一些常规生产方式无法生产的零部件3D打印都可以轻松完成，而且它的制造效率惊人。我国已经是世界上首屈一指的制造大国，但还远不是制造强国。因此，创新制造技术变得尤为重要，3D打印技术既是机遇也是挑战。

三、高校3D打印教育探索

高校学科的设置应该以实际应用为出发点，以培养专业人才为目标。在开设课程之前要考察专业的培养方案，比如工科类的专业就很需要设置3D打印技术与设计这样的课程，一些文史类专业就没有这个必要。关于3D打印技术与设计课程设置可以从以下几个方面着手：

（一）合适的教材至关重要

国内很多地区和高校在3D打印教育方面还处于空白，放眼全国这方面的教材相对较少。要想在高校开设3D打印技术与设计方面的课程必须选择一本适用的教材，教材的内容不宜过深，最好要有一个循序渐进的学习过程，能够由浅入深，最后从理论向实践延伸。人机工程学的教学就可以引进相关3D打印技术教材。学生立足于教材，并在实践课程中掌握3D打印技术设计的基本方法，可以自行设计简单的3D打印作品。另外，教材的选择还应该吸取各方面经验，力求做到不盲目，因材施教。

（二）3D打印技术的教育应与各应用专业相结合

我们知道3D打印技术应用的领域在逐渐扩展，而教育方面更应该与时俱进，保持与专业应用的密切联系。许多民间设计师将该技术运用到自己的设计作品中，他们创造了很多令人惊叹的作品。但是在高校很少有学生能够将3D打印技术与自己的专业结合，设计出令人眼前一亮的作品。一方面是因为现在这方面的教育缺失，另一方面学生缺乏探索新知识的意识和能力。比如在现有的工科、建筑、艺术设计和医疗等专业开设3D打印课程，不仅可以让学生接触最前沿的技术，还能激发学生的创新思维，更会对他们的技术素养和未来的职业规划产生深远影响，同时也给传统专业的学习开拓新思路。因此3D打印技术教育与各应用专业结合的紧密度将决定3D打印技术教育最终所取得的成效。3D打印技术运用于人机工程学的教学与实践过程，可以提升人机工程学的教学效果并极大丰富教学成果。

（三）准确定位3D打印在教学实践中所扮演的角色

第一，要把该项技术作为教学目标和学习内容，在教学过程中教会学生如何设计、如何建模、如何使用3D打印机。这样人机工程的学生就利用3D打印技术来设计与人体更加契合的机器设备。可以不仅仅将教学目标定位在概念和理論的学习，而要立足基础注重培养学生实践创新能力。第二，作为教学工具或学习工具，目前一些高校在工业实验室配备了3D打印机，学生可以借助3D打印机将自己的设计转化为作品，有佼佼者的作品在大赛中获奖，如此3D打印技术作为教学或学习工具更激发了学生的学习兴趣，也体现了学以致用的教育初衷。

四、总结

3D打印技术是近几年来发展迅猛的快速生成技术，应用领域也越来越广泛，但是受限于材料和成本等因素，该技术的运用还不成熟。当前3D打印教育也仅仅是试水阶段，国内只有少数高校开设相关课程或专业，将它与人机工程学结合教学的几乎没有。该项技术的推广和普及还很滞后，要想在高校全面推行教育面临巨大挑战。作为教育工作者不得不认识到把它引进高校教育的重要性，即使困难重重，也要做教育的先行者，相信在未来十年中会有更多人了解3D打印技术，并且运用到生产生活中。

参考文献：

[1]罗军 .3D 打印技术现状及发展趋势[EB/OL].2013，（03）.

[2]郭劲秋 .3D 打印走进学校专业教育[EB/OL].2013，（03）.

[3]丁玉兰.人机工程学 [M].北京理工大学出版社，2001.

作者简介：

林健（1991-），男，汉族，安徽人，海南大学2015级硕士研究生。

李劲松（1974-），男，汉族，江西人，硕士学历，海南大学机电工程学院副教授。