3D打印技术在家具制图教学中的应用

钟健强

[摘           要]  “中国制造2025”提出制造业是国民经济的主体，是国之根本，也首次明确了3D打印技术作为高档数控机床应大力开发，应用到生产、教学中，从而加快实现产业化。它正吸引着各行各业的目光，不断催生生产新模式、改变着行业新业态和新市场。就3D打印技术在家具制图点、线、面的投影，基本立体的三视图投影等教学中的应用进行综述。

[关    键   词]  3D打印技术;家具制图教学;三视图

[中图分类号]  TP334.8                [文献标志码]  A             [文章编号]  2096-0603（2019）23-0146-02

一、3D打印技术的定义

3D打印是一种快速成型的新技术，它以数字模型为核心，利用粉末状金属或塑料等为原料，通过加热原料逐层打印的方式来实现数字模型变为实物模型。其原理是将电脑建模通过伺服机床、多轴定位、运用新材料来实现实体化。3D打印技术已经广泛应用于各种模具、机械人、零部件、食品生产中。

二、家具制图教学问题及3D打印在其应用优势

家具制图知识作为家具设计、家具生产管理等人员的基础知识，也是工业设计专业的基础知识，夯实这一基础，对构建设计专业知识体系尤其重要。该课程安排在高一学年学习，高一职高生空间想象能力有限，而这门课程既抽象又对学生的动手能力要求很高，学生普遍畏惧这门课程。消除该现象重点要培养学生的绘图和看图能力。只有具有良好的空间想象力，学生才能达到三维空间与平面二维的良好切换，做到“看物能绘图，看图能识物”。本人在“家具制图”教学中，不少学生因缺乏空间思维想象力，从而影响其作图能力的提高。如在点、线、面的投影、基本立体的三视图教学中采用传统的教学方式和手工制作模型，其成本高，模型制作时间也很长，学生理解慢掌握程度不高，这种教学方式已经不能较好地适应与时俱进的教学需求。将3D打印技术运用到家具制图教学中，利用3Done建模、3D打印机制作模型，节约模型的制作成本与时间，更重要的是打印出来的模型可以拆装，帮助学生更好掌握画视图的方法与看视图的方法。

三、3D打印技术在基本立体的三视图教学中运用

在家具制图的教学中，“正投影基础理论”中“三视图”是由物体的空间关系到平面的投影原理而得。把“物体”的三个面作投影，所得投影视图分别为正视图（V）、侧视图（W）、俯视图（H）。我把这三视图投影关系（见图1）分别比作教室的黑板面、侧墙面、地面，在讲台摆放实物进行投影。还会通过草图大师建立模型（见图2），通过翻转物体观察投影所成像，加强对三视图的识图与绘图能力。这种教学模式能使大部分同学掌握三视图的基本原理，但空间想象能力较差的学生或面对较为复杂的物体时，其空间想象力就变得不够用了。这时候我们希望不单是通过书本、电脑观察物体，我们更希望有实物的观察支撑想象。

3D打印技术可以将模型打印出实物，让学生直接将实物拿在手里观察，而不再只是凭空想象。3D打印技术的优势与家具制图教学所需的思路不谋而合。现在3D打印在教育领域发展迅猛，我们教学者发现3D打印具有良好的辅助教学的功能;使学生的空间思维、动手能力、发现问题和解决问题的能力得到快速提升。在布置作业时，布置绘制家具的三视图（见图3），学生不但可以看着书本或图片中的家具，还可以拿着实物通过旋转视角，准确绘制三视图，这样大大提高学生的空间思维，提高绘图准确率。

四、3Done建模与3D打印机打印模型

利用3Done软件制止所需的模型（这里不具体介绍如何创建模型，网上很多教学视频），将模型导出stl格式，并导入切片软件制止路径。以下是在教学中打印的一些作品（见图4）。

五、过去教学效果与融入3D打印技术的授课效果对比

我们来谈谈授课方式改变的前后效果对比：（1）原有教学方式与授课效果。在我校，家具制图作为专业基础课，家具制图的主要教学内容：家具制图概述、点线面的投影、基本体的三视图识图与绘制、轴测图的绘制、家具图样画法等。该教学内容共60课时安排在高一第一学期。采取的教学模式是：理论的讲授—课堂练习—课后作业—作业讲解—知识点的再次复习。因为教学内容多且知识点不好理解，另教学课时有限，所以课堂上尽可能多讲授知识重点、难点。导致讲授内容多，练习时间少，课外作业压力重。因此造成老师讲得辛苦，学生学得乏味，双方都产生畏难情绪，严重阻碍了学生对知识点的掌握，降低了对该专业的认可度。（2）改进后的授课效果。科组集体探讨与备课，根据学生特点与就业实际需要对教学内容顺序进行调整与精简。高一第一学期只学家具制图国际标准—标注标准—投影知识—基本体的三视图这四个部分。且对教学内容进行了精简，在有限的学时内，讲解与实际工作制图需求有关的内容，避免广撒网，应重点火力解决三视图的识图与绘制。对授课方式进行调整，采取分组教学，授课前把“模型”打印好，课堂上分发模型，对照模型来观察物体三视图，提高课堂理论内容授课教学效率，运用任务驱动教学法增加课堂趣味性，课堂中能做到及时发现问题，并解决学生疑问，使学生在课堂上领会所教知识并掌握制图要领。3D打印出来的各种模型在教学各个环节都参与到，例如展示、拆装、分解、重构等环节，加深学生的理解，同时利用多媒体教学内容向学生展示更直观的图片、实物模型再次巩固知识难点、重点。

六、家具制图对3D打印技术在校园的普及

3D打印技术在我校作为参加学生竞赛的比赛之一，参赛队员主要是高二学生。将3D打印技术应用在家具制图上，可以使高一的学生就开始接触了解3D打印技术，提高学生对专业课的兴趣。同时3D打印技术也是可以使学生从对纸上的模型转化为对成型后的立体模型认知。它是一个平面变立体再反过来强化立体空间的理解过程。教师引领学生通过观摩实体加深空间理解。经过一年的熏陶，使对3D打印技术感兴趣的学生会自主去学习了解，为高二挑选竞赛苗子做好准备。

3D打印机简洁化、快速化，使它在家具设计专业教学的各个环节中大量使用，教师不再是传统的幻灯片展示教学，还可以将教学模型、家具模型等复杂立体模型打印出来，学生在课堂上可以直接观察模型，让模型的空间架构印在学生脑海中。在此之前，学生设计的作品都只能停留在数字模型中，想利用木工机器将设计产品加工出来往往是费时费力，还存在安全隐患。现在可以通过3D打印机让学生将数字模型直接一体化打印出来（见图5），也可以将数字模型分为多个零件打印，再重新组装，这使学习变得有趣，学生的积极性也逐步提高，让师生都回归理想状态。

七、总结

随着3D打印技术的深入发展，影响会变得更加深入、全面。家具设计不单是在设计、生产已开始变革，在专业教学上也已经开始变革。3D打印技术的影响最终也将深入整个家具设计中。本文只将3D打印的出模快、准等特点结合家具制图课程来应用尝试。但作者的意图是从高一就培养学生利用3D打印来提高自身的空间思维，并了解其作用，为以后从功能、结构、材料和外形等角度全方位利用、分析出3D打印技术将给家具产品带來功能个性化、重生功能、机构一体化快速成型、混合结构增加、多种材料的新组合方式以及新材料等有利影响。同时我也相信在未来的教育教学中，3D打印技术会为各科提供了更多样的展示与尝试。

参考文献：

[1]王灿才.3D打印的发展现状分析[J].丝网印刷，2012（9）：39-43.

[2]王蕾.3D打印技术与家具设计智能创新[J].中国高新技术企业，2016（26）：3-5.

编辑 张 慧