浅谈3D打印技术在现代产品设计教学活动中的应用

魏国

（西华大学艺术学院 四川郫县 611730）

浅谈3D打印技术在现代产品设计教学活动中的应用

魏国

（西华大学艺术学院 四川郫县 611730）

作为一种快速成形技术，3D打印技术于最近两年开始流行，通过逐层打印的方式以数字模型文件为基础来实现对物体进行构造。3D打印技术是当前数字化时代的产物，同时这也是当今社会信息及产品分享新趋势的体现，广泛应用于产品设计的各个领域当中。现阶段有学者尝试在教学活动中应用3D打印技术，并取得了一定成果。伴随现代社会发展速度不断加快，3D打印技术更好地迎合了人们的个性化消费需求，为现代产品设计教学开辟了更加广阔的应用空间。本文论述了3D打印技术的教育创新之处，并针对现代产品设计教学中3D打印技术的应用展开了分析。

3D打印；产品设计；教育创新；教学应用

1 引言

3D打印（3D printing），也有三维打印之称，这种快速成形技术的基础是数字化模型，借助逐层打印方式利用塑料、粉末状金属等可粘合材料对物体进行构造。从制造工艺创新分析，3D打印被誉为“第三次工业革命的重要生产工具”。其实早在20世纪90年代中期，3D打印技术就已出现，然而由于技术因素和价格因素，早期并未得到推广和普及。在数十年的发展后，3D技术越发精确和娴熟，并在诸多学科领域得到应用。在现代产品设计教学中也不例外，3D打印技术的运用将设计方案转换为原型并进行测试，有效提升了教学活动的直观性与实用性。鉴于3D打印技术在教育领域的广阔前景与创新潜力，进一步明确3D打印技术在教学活动中的角色定位很有必要。

2 3D打印技术的教育创新之处

2.1 新平台

从科技创新、校本课程开发及人才培养角度分析，3D技术无疑为其提供了全新的平台，对技能型人才和创新型人才的大量需求为推动应试教育改革提供契机，是当前人才培养的新活力。3D打印技术在现代产品设计教学中的应用所提供的是做中学的平台，并且逐渐向培训和教研领域渗透。高等教育中3D增强现实技术的广泛运用使得智慧校园、智慧实验室等得以构建，这对于实现科技创新至关重要。

2.2 新环境

用技术创造环境是智慧教育时代所要求的，通过虚拟图书馆、虚拟实验室、虚拟学习平台和各类仿真实训系统，3D技术能够确保学习者在虚拟环境中的情境体验，构建新的教学环境。与此同时，3D打印技术还通过提供逼真生动的教学材料提高整个教学过程中学生的沉浸感和交互性，使得学习的深度和广度大大拓展，既唤醒了未来课堂，也实现了对现有教学条件不足的弥补，课程学习进入到全新的环境和境界当中。可见，3D打印技术所能够实现的不仅仅是技术支持下的创新学习，同时还有各种创新因素融合下的一种新环境。

2.3 新资源

3D打印技术为教学活动提供的是不同于以往的立体资源，这也与当前立体资源建设的趋势相一致，通过逼真生动学习资源的提供有效减少了学生的认知负荷。此外，考虑到3D打印技术能够输出如3D视频、动画和模型这样的具备情境渲染和模拟仿真功能的教学产品，以此形成的教学内容往往具有非线性、多样性、开放性和交互性特征，是全球优势三维数字化教学资源的共享与整合。

2.4 新工具

3D课程的启动同时也带来了巨大的市场需求，而3D打印技术的应用则为教学活动提供了更加多样化的工具，如Quest3D、Shockwave3D、Blaxunn3D等绘图工具，此外还有一些建模工具等，这些工具对于教学活动的开展提供了诸多便利和指导。目前又有一批新工具涌现，比如three.js在线3D模型编辑器和3D地图等等，这些新工具在教学活动中的应用势必有利于智能化教学环境的构建。

2.5 新范式

桌面显示技术和桌面制造技术是3D技术发展的新驱动，因此3D打印技术的应用也为教学活动提供了理论及应用方面的新范式。通过情境化教学的开展和创造性学习的进行，3D打印技术强调课程教学在做中学，利用3D增强现实技术模型对教学内容进行展示，利用虚实结合和集成创新的方式体现教学环境的个性化与智能化，同时教学理念的变革也突出体现在课程的开发、运行及评估等方面。

3 3D打印技术在现代产品设计教学活动中的应用

3.1 Solid Learning教学模式的构建

在3D打印基础之上提出的一种全新的教学模式被称为Solid Learning教学模式，这一教学模式利用数字制造技术和集成快速成形技术为现代产品设计教学提供了可供下载的资源文件，而这些文件本身就可以通过3D打印系统进行物理原型的构建。同时Solid Learning教学模式中学生也可以针对所设计的产品下载和打印所需要的3D对象模型资源，一般学校级建模可以用低价3D打印机打印简单的模型。至于一些较为复杂的模型则需要应用到更高性能的3D打印系统，以服务于更加高级的教学活动。通常教学系统的有机组成部分包括教育资源中心和3D模型资源库，而对具体设计产品进行3D实体模型打印无疑是教学活动多层次、多角度的展现。

3.2 对教学模型制作周期及方式进行革新

现阶段学校的教学设备和工具仪器通常都是由专门的制作机构提供，更新速度缓慢，而多媒体课件对教学内容的展示实际上也很难让学生近距离观察甚至是直接接触教学实体对象。在现代产品设计教学活动中，3D打印技术的运用可以帮助教师对教学模型进行打印，利用有形的三维格式对教科书中的二维信息进行展示，通过个性化教学模型的设计确保与教学内容的要求相适应。此外，教学过程中一些特殊的教学模型也可以通过3D打印技术制作出来，所打造出的体积缩小的等比例模型能够更好地辅助教学，帮助学生理解现代产品设计的原理和精髓。

3.3 促进学习者课程设计创新

通过3D打印技术对相关模型进行制作，并以此为基础完成课程内容学习设计以及试验设计，通过立体化的DIY方式开展教学活动，更加受到学生的欢迎。在产品设计教学中，3D打印技术能够通过对外观原型的直接创建以三维形式让学生评估自我设计，同时也可以制作各种复杂的模型，在经过处理之后作为产品模型的复制品。科学、技术、工程及数学教育被称为STEM教育，而当前知识经济时代背景下教育教学的目标之一就是对具有STEM素质人才的培养，这对于国家人力资源竞争力的提高极为重要。由技术、科学、工程等素养组成的STEM素养着重将学生所学到的知识转化为对世界相互联系不同侧面过程的探究，这更加重视对学生批判性思维和设计能力的培养，有助于问题的解决。现代产品设计教学活动中3D打印技术的引用是对SETM教育的有力推动，同时也是对学生数字化素养和科技素养的培育，但未来发展过程中对于3D打印技术实物模型的研究还需深入思考与探索。

3.4 突出教学活动的个性化

相较于传统制造设备而言，3D打印技术更加注重的是设备的个性化与智能化体现，在产品设计方面3D打印技术的应用则是突破了单纯常规的几何形态，类似自然形态更具创新性的造型以独特的方式出现在教学活动当中。不难看出，3D打印技术更加突出了产品设计的个性化元素，丰富了产品造型的发展空间，教学活动中学生的想象力和思维空间极大拓展，即便是产品外观再复杂都可以借助3D打印技术进行制作，确保设计和作品浑然一体。伴随现代产品设计的多元化，对产品美学属性的关注也成为了教学活动讨论的一大重点，在产品造型的艺术化表现手法中融入个性化和时尚化元素，指导消费者在产品造型审美方面的变化，这就要求教学过程更多将关注的重点置于产品功能创新以及形态创意等方面，不断创新和超越。从整体上来看，当前产品设计领域关于3D打印技术的推广和普及力度仍有待增强，不能得到全面应用可能与3D打印技术自身的成本、材料、性能和精度等因素有关，这就需要我们在教学过程中多多探讨3D打印技术的创新应用，让这一技术更好地服务于课堂，展现3D打印技术的魅力和优势。

4 结束语

综上所述，当前社会经济高速发展背景下，人们的生活水平持续提升，从追求物质享受转变为精神享受，这就使得现代产品设计除了重视合理性和功能性外，更加追求产品设计的个性化和情感化，对现代产品设计教学提出了更高要求。现阶段世界各国关于3D打印技术的市场研发正在展开，各行各业面临巨大变革，这同时也预示着3D打印时代已经到来，自然教育行业也不应落后。在现代产品设计教学活动当中，3D打印技术无论是应用在个人自主学习中还是班级授课制教学活动当中，都必须积极发挥技术优势，让抽象的事物变得具体化、形象化、可视化，将抽象经验转变为具体的学习经验，促进抽象学习与具体实践相结合。从本质上来看，作为多媒体技术的延伸，3D打印技术实质上也是虚拟现实技术的拓展和延伸，它丰富了人类的知觉和感觉，进一步拓宽人的思维能力，技术与教学的融合成为必然趋势。

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TP334.8

A

1004-7344（2016）17-0035-02

2016-5-20

魏国（1979-），男，教师，中科院在职硕士，主要从事轻工产品设计计算机辅导设计方面及课程的教育与研究等相关工作。