3D打印及其教育应用初探

郭纪斌+李青云+张乐+钱萍

摘 要：在国内现代化建设步伐不断加快的时代背景之下，3D打印技术已经逐渐趋于成熟，并且在现实中得到了初步的推广应用。为进一步发挥出该技术的应用价值，笔者在结合相关文献资料的基础之上，从3D打印技术的原理及其特征入手，对其在教育事业中的应用进行了简要分析，以供参考。

关键词：3D打印；模型；教育应用；设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.229

基于3D打印技术，大规模个性化制作已经逐渐有了实现的技术支持，在制造业、建筑业、医药领域及教育事业中有着极为广阔的应用前景。就其在教育事业中的应用来看，其能够有效推动教学与研究的有效革新，对此必须加强对该技术应用与教育领域的深入研究，以此进一步发挥出其现实价值。

1 3D打印技术的原理及特点

1.1 3D打印技术的原理

3D打印也可被称之为三维打印，具有成型快且能够进行个性化设计的优势，能够为受众人群提供全新的设计、创作以及制造方法。就其技术应用来看，主要可分为设计与打印两大阶段。设计階段的主要任务是在计算机中完成打印对象的三维建模，可以借助于现今的SolidWorks、Creo2.0等软件进行，也可以选择免费的建模软件，具有极强的兼容性，能够以整合光、机、电以及计算机技术的方式，实现对模型构建整体结构的扫描，进而获取相应的空间坐标，并将其转化为能够借助计算机直接控制的数字化参数信息。而就打印阶段来看，其能够通过3D打印机实现对三维模型参数的逐层分解，进而以分层的方式将每一层级的截面依次打印出来，并进行粘接，以此形成相对较为系统的整体。

1.2 3D打印技术的特点

3D打印技术不需要传统机械加工铣削、车削等工序，能够基于三维模型构建出任何结构的物品，且打印可使用的材料较为广泛，生产过程材料的浪费较少。该技术与传统加工工艺相比，主要有着三个方面的特点：其一，能够满足于个性化制作的需求。使用者可以根据建模应用程序构建出三维模型，不需要受传统加工模式的限制，且生产的效率较高，成本也相对较为低廉。其二，可以有效缩减产品的研发时间。就传统制造业各类产品的研发与制造来看，其需要历经模具设计这一环节，不光会浪费较多的时间，还会耗费较多的人力物力资源，而借助于3D打印机，不需要模具就能够实现对产品的制作，研发时间自然也就将大幅度减小。其三，可以大幅度减小对原材料的浪费。3D打印与传统生产线制造的方式有着根本性质上的差异，能够以一次成型的方式实现物件的高效制造，这就能够有效避免生产过程中对原材料的浪费，还能够进一步降低生产所需要花费的成本，由此可以看出，3D打印技术有着传统加工工艺难以比拟的优势。

2 3D打印教育应用探究

2.1 3D打印教育应用项目分析

现今国内外已经开始了将3D打印技术应用于教育事业中的研究，英国教育部在2012年间就将该技术应用于了21所学校数学、计算机技术、工程与设计等学科及其相关课程的教学之中，有效推动了教育事业的革新，且已经提出了人类学习可通过制造与分享产生的相关理论基础。美国也在MENTOR项目中融入了3D打印技术，其在高中教学环节中的应用有效提高了学生对工程、设计、制造等领域的热情。而就国内3D打印在教育中的应用来看，上海市已经在基础教育阶段中初步融入了该类基础，以试点的方式为青少年活动中心提供了3D打印机及相应的扫描设备，同时开始了免费的3D设计及制造类课程，为3D打印技术在国内教育领域中的广泛应用打下了坚实的基础。

2.2 3D打印应用于教育领域的理论基础

基于“经验之塔”理论，将3D打印应用于教育领域之中，能够让学生以观察、实践以及抽象化具象理解的方式，将对应的学科知识加以类化，不光能够让学生获取到直接的经验，还可以为学生提供感性的认知。而所完成的3D打印作品也能够让学生在观察之中不断修正自身的知识体系，这对于培养学生的思维能力是有着极大促进作用的。基于活动理论，受教育者可以在实践中学习到相应的学科知识，而学生通过对三维建模软件及3D打印机的使用，则能够以实践的方式完成学习过程，可以有效调动学生的主观动能，教学成效自然也就能够得以大幅度提升。

2.3 基于3D打印的教学模式探究

依托于3D打印技术，教育者在结合学生个体化差异与多元化需求的基础之上，可以建立solid learning的教学模式，为受教育提供可下载的教学资源，进而让学生能够使用该类资源完成3D打印的过程。教育者还应该对教学模型的制造方式及其时间进行适当调控，并合理开发校内教学资源，利用好3D打印将教材中的二维模型进行建模，为学生提供具象化的教学模型。在建筑、医学、设计类学科的教学过程中，教育者还应该基于3D打印为学生课程设计的完成提供全新的思路，让学生在完成二维图纸绘制后，将其以3D打印的方式呈现出来。此外，教育者还应加强科学、技术、工程以及数学的融合教学，全面提升受教育者的科学与数字化素养，以此为3D打印应用效果的提升给以充分的保障。

3 结语

综上所述，基于3D打印原理、特征及其应用于教育领域的优势，相关人员必须加强对3D打印应用于教育事业的理论及其模式进行深入探究，推动该技术在教育领域中的应用，以此为教育事业的现代化发展给以充分的技术保障。

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项目号：湘教科研通[2015]38号；获湖南省教育厅科学研究一般项目资金资助，

项目号：16C1141。

作者简介：郭纪斌（1984-），男，黑龙江人，本科，讲师，研究方向：机械设计制造及特种加工技术。