刍议3D打印技术在机械类课程教学应用的可行性

李颖

2012年，英国《经济学人》发表文章声称3D打印将引发全球第三次工业革命，瞬间，3D打印成为全球制造技术的新宠。随着现代技术的不断发展，3D打印技术逐渐走下“神坛”，渗入到各行各业，在机械制造、生物医药、建筑设计、艺术创造等多个领域均受到众多关注，在3D打印技术从研究级进入实用级、工业级进入民用级过程中，各院校也纷纷引入3D打印技术，但针对该技术在基础教育领域的研究还相对较少，特别是在机械基础类教学中，如何创造性的利用3D打印技术开展教学是任职教育中需要我们研究的问题，本文结合机械类课程特点，探究3D打印技术在机械类课程教学应用的可行性，希望为下一步3D打印技术进入机械类课程教学提供一定的参考价值。

一、3D打印技术在机械基础教学中的引领性

就3D打印技术本身而言，可以看成是激发动力的一种工具，而动力则是学生在进行学习的源泉。机械基础类课程如机械制图、机械原理等都具有较强的抽象性和复杂性，各种机械零件结构复杂、图形晦涩难懂，其原理又较为深奥，对于没有见过实物的学生学习起来往往容易在学习之初就遇到困难从而产生放弃的想法。特别是对于大多数刚刚进入高等职业院校的学生而言，他们基础较弱、空间思维欠缺、普遍缺乏成熟的学习方法和强劲的学习动力更是如此。为了解决该问题，我们一般在传统教学中应用挂图、木质模型等手段增强学生的感性认识，在较难知识点中（如装配图、机构运动等）也采用多媒体教学，如仿真演示及动画演示等手段。通过比较，我们发现从教学效果而言有模型的比没有模型的要好，能进行演示的比不能进行演示的要好。但无论哪种手段，均不如学生能够直接参与教学，3D打印技术正好强调了这种DIY特性，教师可通过该技术充分调动学生的积极性，让学生亲自参与到虚拟模型的建立、仿真机构的建立中来，并从中选择优秀者进行打印，让其能从中亲身体会到享受成果的乐趣。通过实践我们发现，对于任职类院校的学生而言，其动手能力明显优于理论思考能力，通过这种方式能真正做到以兴趣带动学习。

二、3D打印技术在机械基础教学中的经济性

要想取得机械课程类教学中好的教学效果是需要成本投入的，我们需要购买一定的教学模型、实物模型、实验设备甚至一些实物。以机械制图教学为例，通常一套制图教材的对应模型（有机塑料）需要九千元，木制的则需要上万元，若想购买一些特制的较复杂的模型价格则更为昂贵，这还仅仅是一套的价格。但若使用3D打印技术，目前市面一般桌面级打印机由几千至几万不等，以15000以内的桌面打印机为例，其打印精度可达到0.2毫米，产品大小可达到140x140x140mm，打印材料为普通的PLA（大致为100元每卷），因3D打印普通教学模型完全可采用蜂房状六边形支撑，则每卷可打印数量可达到15个以上，并能根据自己教学的需求随时打印。更为重要的是，学生可完全参与到此过程中，教师可让学生自行进行三维模型构建，然后从中选择最有代表性的进行打印，并将打印模型应用于课堂教学。这就类似我们用数码相机代替了胶片相机一样，可让所有学生都能体会“摄影”的乐趣，老师可在众多“摄影”作品中择优“冲洗”，而整个“摄影”过程却不会产生经济上费用。

三、3D打印技术为培养综合性职业技术人才提供技术支撑

基于3D打印技术的功能特点与机械学科培养职业人才的一致性目标，发现在教学中使用该技术使得学生可通过实践与创新促进教学目标的达成。学生可任意使用STL数字文件格式充分发挥想象力和创造力，做出三维立体数字模型，结合3D打印技术的特点，在其支撑结构设计、工艺结构设计等方面实现跨学科跨知识的融合。而机械学科培养的学生特别注重培养学生的工程意识，不仅要求学生考虑产品的功能性，还必须同时兼顾其经济性、耐用性和工艺性，在涉及到支撑部件的结构时，学生还必须充分考虑由于支撑件去掉后所产生的表面粗糙等问题。可以看出，通过3D打印在教学中的使用，可以使学生向全面化综合化方向发展，当然这一切都是建立在他们可通过自己的劳动创造出产品实物的基础之上，而这正是3D打印所擅长的。如下图为学生自行设计并打印的作品。

四、3D打印为教研队伍纵深发展提供环境保障

在3D打印技术理念的支撑下，“设计既是生产”，熟悉3D打印技术及流程的老师可将更多的时间放在产品的创意及更优化的结构设计上。要达到这个目的，需要学校管理者及相关技术人员对学校的老师进行专门的技术支持和辅导，老师只要在明白基本3D打印格式之下，就能将更多精力放在零部件结构、支撑件形状以及如何将该技术与教学更好的融合上，只要你有更好的想法，你就能将其变为现实，特别是对于机械学科而言。当然，这需要来自各方面的支持，也包括软件和硬件的环境。

五、结束语

3D打印技术总的来说还是属于一项新兴的技术产业，特别是怎样将其有力的应用于机械教学领域，这还需要我们不断的摸索和探讨。而对于高等职业教育来说，如何引导学生将该项技术与动手实践能力有机的结合起来以提升教学质量仍然是教育者在今后一段时间内值得研究的问题。

（作者单位：山东省青州市火箭军工程大学士官学院）