3D 打印开发创新教具在高职专业教学中的应用研究*

李红莉 沈姗姗

(浙江工业职业技术学院,浙江绍兴 312000)

在机械专业课程教学中,理论与实践的相关性强,对学生的空间想象和构造能力要求较高,学习难度大。虽然近年来推进的多媒体教学,取得了不错的教学效果,但局限于虚拟技术,对学生的空间想象能力有一定要求。同时,在实际教学中发现,学生对三维实物模型教具更感兴趣。而传统的实物教具模型过于老旧,加工成本较高,更新周期长,且没有与不断更新的创新型教学案例相结合,不能得到广泛应用[1-3]。

基于DLP型3D打印技术的机械创新教具开发与应用,将创新型实物教具模型引入课堂,将先进制造技术融入课堂教学,将教学实物化,是一种教学和科研相结合的创新思路。

1 3D打印技术

图1 3D 打印设备(MoonRay S)Fig.1 3D printing device(MoonRay S)

3D打印技术,又称“增材制造”,是以创建的数字三维模型为基础,使用粉末状、丝状或液态等可粘合性材料为原料,通过逐层打印堆积的方式构造物体的技术,可以快速精确地将设计者创意转化为产品,从而有效的缩短了产品的生产周期[4-6]。

3D打印技术是一种先进制造技术,有光固化成型、叠层实体制造、熔融沉积成型、选择性激光烧结等[7]多种成型方式。其中,光固化成型中的D L P 型技术发展较为迅速,应用较为广泛[8-10]。本次设计与开发过程中,采用浙江讯实科技有限公司的DLP型教育3D打印机(MoonRay S)进行机械创新教具模型打印,该设备集成了多项先进技术,广泛应用于教育、工艺及医疗等领域。打印设备如图1 所示。

2 机械类创新教具开发与应用研究

根据高校机械类专业课程的创新型项目化教学需要,结合机械专业教学过程中所需的实物教具类型,进行实物教具产品的创新设计,利用D LP 型3 D 打印技术进行创新型教具的开发制作,建立机械创新型教具的数据库,并投入实际教学使用,进行产品评价和创新型教具的市场推广。

2.1 结合《机械制图》课程的创新型教具开发与应用研究

根据高校机械类专业课程标准及各位授课老师的教学研讨,进行创新型实物教具模型的整理与设计。结合《机械制图》课程,进行了零件图部分教学内容对应的创新教具的设计与加工。包括轴类零件、板盖类零件、叉架类零件和轮盘类零件等,如图2所示。

图2 《机械制图》创新型教具实物Fig.2 The innovative teaching aids of mechanical drawing

图3 《机械设计基础》课程创新型教具三维模型Fig.3 Three dimensional model of innovative teaching aids for mechanical design basis course

图4 《机械设计》课程创新型教具产品Fig.4 Innovative teaching aids for mechanical design course

《机械制图》创新型教具实物的教学使用情况反馈良好,学生即能从实物入手构建空间想象能力,增强三维模型的理解和认知,又能在创新教具设计和开发中,提升对先进制造技术的兴趣,为后续课程的开展奠定基础。

2.2 结合《机械原理》课程的创新型教具开发与应用研究

结合《机械原理》课程,对平面连杆机构、凸轮机构、蜗轮蜗杆传动、键连接等教学环节所需的教具机构进行了创新设计,完成相关创新型教具产品的三维模型图,如图3所示。

机构各个零件打印加工完成,进行必要的后处理操作,完成的创新教具产品,如图4。

在《机械原理》课程中进行创新型教具产品的设计、开发和组装使用,学生们体现出了良好的动手能力和高昂的创新热情,强化了教学效果。

2.3 结合《机械创新设计》综合实践课程的创新型教具开发与研究

将《机械原理》课程相关的创新教具机构于教学环节中进行操作使用,并收集课堂教学反馈结果。结合学生兴趣点,在《机械创新设计》综合实践课程中,进行创新型组合型教具产品的开发,组合教具开发模型及打印加工实物产品,如图5所示。

图5 组合教具开发模型及打印加工实物产品Fig.5 Development model of combined teaching aids and printing and processing physical products

3 结语

DL P型3 D 打印机械创新型教具开发与应用,创新性地将DLP型3D打印技术与互联网、机械类专业课程教学结合起来,一方面解决传统教学中的不足,提升教学质量,加强教学效果,实现多样化的实物教学,顺应创新型教育发展的趋势,实现先进制造技术与职业教育教学模式的结合;同时,给先进制造技术应用拓展,提供了新的产品方向,实现实物教具定制化服务,成为产业化平台的基础。