关于职业院校3D打印课程教学的研究

钱怿晖

[摘 要] 主要介绍了3D打印课程在技工院校的具体开展，从3D打印理论介绍、3D建模、打印机的安装调试、3D打样和参数设置和样品的后处理五部分展开，每一项都有具体的学习内容、流程和时间占比。

[关 键 词] 3D打印；3D建模；调试；参数设置；后处理

[中图分类号] TP334.8 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）02-0178-02

3D打印技术是快速成型技术的一种，它以数字模型文件为基础，利用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印的出现，使平面变成立体的过程一下简单了很多，设计师的任何改动都可在几个小时后或一夜之间打印出来，这样可以大大缩短制作周期、降低制作成本。

学校通过3D打印课程，能更好地提升学生的三维造型能力、创新能力和动手实践能力。我们以普通教学周18周、每周4节为例，将3D打印教学分为五大块展开，如下图1，图中也包含了每块内容的教学时间占比。

第一部分是3D打印的理论学习，这两周主要的学习内容是3D打印的原理和分类、3D打印技术工艺设置和材料分析、3D打印制作及后置处理和常用3D打印机的介绍。这四部分都是3D打印技术理论的核心内容，也起着把学生引进这门学科的作用。在实际操作之前，学生必然要对3D打印技术的过程原理、技术优势、材料特点等有所了解。这部分的教学可以采用传统的多媒体教学和实训室样机介绍演示相结合的方式展开。

第二部分是3D建模。在3D建模中我们需要花费6周左右的时间，之所以花费较多的时间主要是3D建模是3D打印的基础，只有熟练地掌握3D建模这项技能，才能利用3D打印打印出合格的产品。在这里我们选用了美国的SolidWorks软件进行教学，建模的学习流程如图2。

3D建模中的五个学习项目占比的时间都差不多，大致都为20%，如图3。草图的绘制是建模的基础，有良好的草图绘制基础，则建模的学习就会容易得多。而基础和复杂实体的学习内容则包含“拉伸”“旋转”“扫描”“放样”“抽壳”等大部分命令，耗时最多。曲面设计包含较多不规则的面，设计要求高，难度大，但是在一般的实践教学中不作为重点完全展开。最后一项装配包括基础装配和动画拆装模拟，简单掌握这两项即可。

第三部分是打印机的安装和调试，教学周数为3周。对打印机的安装部分一般都没什么问题，具有一定动手能力的学生都可以根据说明书完成打印机的安装。我们以Einstart打印机为例，安装流程如图4所示。

對调试阶段，就相对比较困难了，而且调试比较依赖经验的积累，所以需要比较有经验的老师实际指导和学生自己的多次尝试。调试主要包括打印平台调平、切片软件的初步设置、进退丝的处理三项，学习时间占比如图5。

平台调平对于打印机的打印是至关重要的一步，只有把打印平台调平之后才能使喷头逐步往上逐层打印，如果没有调平平台，则会造成打印失败或者损坏喷头。不管是手动调平的打印机还是带传感器自动调平的打印机，都需要一定的调平技术和时间进行调平，我们一般采用A4纸抽插法。而切片软件的正确设置则能保证程序的正确编制和正常打印，切片软件的初始化设置只需要根据打印机的说明书设置即可，根据不同的打印机可以进行略微调整。进退丝的调试则是查看喷头进、退丝是否顺畅，是否会发生卡丝、吐丝不匀等问题。

第四部分是打样和参数设置，教学周数大致为5周。3D打样是通过3D建模之后进行切片编辑打样，不但三维零件图可以直接打印，进行合理设计的装配图和复杂扭曲结构也可以一次性打印出来。由于打样的时间比较久，所以在课堂上一般都是进行打样参数的设置和打印模拟，而把实际打印放在课后进行（打印时间虽然比较久，但是却不占用上课时间）。具体流程如图6。

通用格式的设置关系到模型打印精度，但是设置精度太高，则会加长格式的转换时间以及打印时间，反之则会造成模型打印达不到要求，所以必须合理地设置格式转换参数。切片软件中参数较多，但大多属于经验设置，针对不同的模型、客户要求、大小作用设置不同的参数达到不同的效果。例如一般的模型可以设置为空心率20%～30%，而结构件则要求达到60%以上，简单模型的层厚可以设置为0.2 mm，而复杂模型的层厚在0.05～0.1 mm左右。打样观察一般只需要观察打印机刚开始工作时吐丝是否正常，首层是否着床（粘床），是否有周边翘曲一般就可以了。

第五部分是模型的后处理，教学时间为1周左右。3D打印的零件通过逐层堆积而成，纹路肉眼可见。这在一定程度上会影响用户的判断，尤其外观是一个重要因素时。所以必须进行打印后表面及模型的细节相关处理，一般的后处理主要包括移除模型、去除支撑材料和表面细节处理，具体流程如图8。

移除模型是指在打印完成之后，利用铲刀来回撬松模型，并取下模型的过程，这个过程一般比较容易完成。去除支撑材料是一个比较复杂的过程，特别是采用内外支撑的模型，对于去料者还是有较高的要求，特别要注意细节的地方和去料的准确性，以免造成模型损坏。去除支撑材料用到的工具也比较多，有刻刀、尖嘴钳、清洗枪等。表面细节处理可以利用砂纸打磨模型一圈圈的纹路，根据零件的精度和耐磨性，提前计算好打磨量，切不可过度打磨。这三项的学习时间占比如图9。

18周的系统学习能让同学们基本了解3D打印的工作过程、打印机和软件的参数设置以及实际操作打印流程。但是3D打印技术对学生的影响不仅仅在于能让学生学会建模软件和操作机器，就3D打印机和建模来说，那只是一台机器和一个工作设计软件，可我们通过3D打印课程能把学生培养成有想法、有创意的思考者和设计者，让学生完成一个探索、思考和操作实现的完整过程，为学生开辟一种全新的思维通道。

参考文献：

[1]武锐.试谈职业院校教师搞好教学的“四个先做到”[J].职业，2017（31）.

[2]叶文胜.职业院校教师下企业实践的机制研究[J].黄冈职业技术学院学报，2017（5）.