3D打印项目教学法在模具CAD/CAM中的应用

2020-01-10梁秀娟嵇海旭

科教导刊 2020年12期

梁秀娟嵇海旭

（广东海洋大学广东·湛江 524088）

信息技术水平的不断提高，使得CAD/CAM技术有了明显的提高，并且广泛使用于高校教学中。3D 打印技术是一项快速成型的新兴技术，将其使用在模具CAD/CAM 教学中，能使学生感受到更直观的视觉。本文主要通过对3D 打印项目教学法进行深入研究，分析其在模具CAD/CAM 教学的使用效果。

1 传统模具CAD/CAM 教学中存在的问题

在传统的模具设计与制造中，主要是以工程人员的经验和操作技能为基础进行的，其特点在于技术水平较低、生产周期较长以及加工质量差，同时其在工艺成型参数上并不稳定，这就说明，传统的模具设计与制造已经不再适合当前制造业的发展。在计算机技术快速发展的背景下，计算机技术的辅助模具设计制造得到了广泛的使用，而在模具设计与制造中引入CAD/CAM 技术是必然的选择。CAD/CAM 技术的使用，不仅加快了模具设计及加工的过程，并且能有效减少设计周期，从而降低劳动强度的同时，还进一步提高了工艺加工的精度。[1]除此之外，目前制造业企业需要是掌握先进的数控加工和模具设计的高技术人才，在高校教学中，“模具CAD/CAM”是属于模具设计与制造专业的核心课程，该课程以UG、Pao/E等CAD/CAM 软件及其应用对模具设计和加工进行辅助，从而培养学生对模具设计、产品造型以及数控编程加工等方面的能力。而传统模具CAD/CAM 教学中，仍存在一些问题，具体如下：

（1）学生缺乏学习主动性。在传统的模具CAD/CAM 教学中，课堂教学主要是以传授知识为主，学生被动的接受教师灌输的知识，缺少一定的学习主动性。而在模具CAD/CAM 教学中，注重的是学生的实际操作能力，若是教师仅是依靠讲授的教学方式进行知识讲解，缺少课堂的有效互动，在一定程度上抑制了学生学习的积极性和兴趣。

（2）过于注重对三维制图软件的讲解。在模具CAD/CAM教学中，教师往往更注重于对理论知识的讲解，并以软件中的各项命令和经典例题为基础进行课堂讲解。[2]而学生在此过程中，只能依照制定好的操作步骤或是根据视频讲解重画一遍模具，这对培养学生的设计灵感有很大的影响。通过这样的教学方式，使得模具CAD/CAM 教学缺少应有的设计方法、设计思路以及技巧的深入思考，学生在教学过程中完全处在被动的位置上。

（3）无法将模具设计理论与软件设计操作进行融会贯通。在传统模具CAD/CAM教学中，没有将软件设计操作与模具设计理论进行有效的融合，很多知识之间都没有很好的联系起来，包括模具设计、产品造型、数控加工以及工程图表等方面的知识。这就导致了学生在学习理论知识后，很难将所学知识有效的利用到实践当中，从而使得学生无法综合的利用所学知识。

总的来说，在模具CAD/CAM教学过程中，将探究问题、启发思维以及设计实践进行有效结合是必然的。而3D 技术项目教学法，主要是由学生进行独立学习的一种教学方式，独立准备资料、设计方案、具体实施方法等。[3]而教师在其中担任的是指导的角色，在适当的时间辅助学生完成项目的实施，并且为学生提供咨询指导。项目教学法是以培养学生能力为主的一种新型教学方式，在教学过程中将理论和实践有效的结合起来，从而帮助学生拓宽知识面，同时提高学生的实践操作能力，并且帮助学生进一步提高学习主动性以及面对问题、解决问题的综合能力。

2 3D 打印项目教学在模具CAD/CAM 教学中的应用

2.1 提高学生实践能力和创新能力

在模具CAD/CAM 教学中，3D 打印技术在应用上对学生的实践操作能力要求较高。学生在进行模具设计学习时，利用3D 打印技术，能贯穿数据采集、物化设计等学习内容，并且能帮助学生将脑海中的设计想法完整的记录下来，随后可以在不开模具的情况下，将脑海中的模具形状直接做出来。[4]另外，学生在进行模具设计时，还能将实体原型作为一个基础模具，将不符合模具成型的工艺性设计快速的找出来，从而及时对其进行有效的修改，进一步提高学生的实践操作能力。除此之外，3D打印项目教学法的使用，能让学生通过对一个项目的设计，将所学知识与实践有效的结合起来，而学生在不断的实践中，能够快速的掌握此项技术的使用要点。同时，在实践过程中，学生能够举一反三，从而提高其他操作技能的使用，在一定程度上，提高了学生的创造能力。因此，3D 打印技术的使用，能有效提高学生的工程实践能力，同时有助于培养学生的创新思维和创造能力。

2.2 提高实训材料的利用率，使模具设计教学过程更直观

在模具CAD/CAM 教学中引入3D 打印项目教学法，能让整个课堂教学设计更为直观方便，并且能使得实训课程的材料得到最大化的利用。在高校模具实训中心中，通常会将SLA、FDM 3D 打印机引入教学中，而打印机的使用，能更好地辅助模具设计的课程教学。[5]例如，使用FDM 3D 打印机能将导入的模型进行自动添加，并且在运行和操作上来看，FDM 3D 成型机都较为简单，有利于学生操作。同时，在模具设计实训过程中，3D 打印使用FDM 成型机进行，能有效提高实训材料的利用率。另外，将3D 打印技术引入模具CAD/CAM 教学中，能带给学生更直观、更方便的设计感受。例如，在进行“创新设计非接触式测温仪外壳模型”的课程讲解时，在学生将外壳外形图绘制出来后，教师可以指导学生通过3D 造型软件进行数字建模，在建模成功后，可以使用3D 打印技术将设计好的外壳模型打印出来，从而使其成为实体的模型。而利用3D 打印机打印出实体模型后，便可以将测温仪的结构分析和造型设计完整的呈现出来，从而使得学生对模具造型有更直观的感觉。将测温仪实体模型打印出来后，教师可以将真实的测温仪与打印出来的实体模型进行比较，针对其模型左右外壳的组装进行观察，从而得知如何设计手柄部位连接孔，并准确掌握其固定位置，为模型的紧固连接奠定基础。除此之外，在测温仪弧形外壳部分，其刚性是较为薄弱的，因此在组装过程中极易变形，这就需要学生在进行模型组装时，应当将加强筋加入其中，以免在组装中使模型出现瑕疵。[6]且学生通过将3D 打印出来的测温仪外壳与真的测温仪进行对比观察，能更深入的了解测温仪外部形状与内容结构是如何设计的，从而设计出更加完善的测温仪模型。总的来说，在模具CAD/CAM 教学过程中使用3D打印技术，能使得学生在模具设计课程中，对模具零件结构和整体形状的设计更有把握，并且还能有效提高教师的教学效率和质量。

2.3 提高学生的专业素养能力

模具CAD/CAM是一项有较强实用性的工作，对于专业性强的技术型人才，未来企业有着较大的需求量。高校在进行模具CAD/CAM 教学时，采用3D 打印项目教学法强化模具设计的理论知识与实践操作的结合，有利于培养学生的专业素养能力，对学生未来就业有很大的帮助。同时，3D 打印技术有较强的职业性，需要有较高的专业水平才能担任，而学生在使用3D打印技术时，便是与直接面向生产制造没有什么两样了，相当于学生在使用3D 打印技术的过程中，已经属于训练生产制造的过程。[7]而学生在模具CAD/CAM 学习中，不仅需要掌握3D打印技术、熟练操作此项技术，同时还要不断提升自己的专业能力，锻炼自己面对制造问题或是生产问题的解决能力。在此过程中，学生能在长期的实训中，逐渐积累自身的专业技能和职业素养，将理论知识与实践操作有效的结合起来，从而提高自身的综合能力。另外，学生进行实践活动的过程中，应当以实践任务为基础，带着具体的任务参与到实践活动或是解决问题的过程当中，只有这样带有针对性的实践活动，才能更好的激发学生的探索精神，从而提高学生对模具CAD/CAM的学习兴趣。[8]因此，在高校模具CAD/CAM 教学中融入3D 打印项目教学法，能有效将理论知识与实践操作有效结合起来，并且能进一步提高学生的专业能力和实际操作能力，使得学生能得到全面的发展，让其成为优秀的实用型人才。而在未来的企业岗位中，3D打印技术会得到广泛的使用，且其在面对相关的工作问题时，也能有效的解决。