3D打印技术在中职机电教学中的应用

谭梦霞

【摘要】3D打印（3DPrinting），是一种快速成形技术，是以数字模型为基础，运用可黏合材料（粉末状金属或塑料等打印材料），通过加热熔化，冷却后粘接，逐层堆叠累积的方式来构造物体的立体形状的技术。3D打印技术经过多年的发展，技术已经成熟，各个行业都在积极发展3D打印技术，将其应用到机电技术中，是近年来发展的一个热点，也是一种趋势，会对机电技术的健康发展产生积极作用。

【关键词】3D打印;中职;机电教学

引言

3D打印技术作为传统制造业中新出现的一种加工方式，随着时代的不断发展，机械生产制造模式从传统的以人工为主逐渐发展为当前以机械自动化为主。3D打印技术作为快速成型技术（又称增材制造技术），相对于传统机械制造工艺有着非常明显的优势。目前，3D打印技术在机械自动化行业之中已经得到了广泛的应用，前景良好，但也存在诸多局限性，需要做好对应的处理与推广工作。

一、3D打印技术的特点

（一）降低损耗，增强安全性

传统的机械加工方式中，我们在加工过程中，需要提前准备好各种刀具、夹具以及相关的材料，且在生产加工过程中，也会产生大量的铁削废料，无形中加大了我们的生产成本。大量的刀具在加工过程中，损耗现象非常严重，特别是在正常的中职教学过程中，由于学生都是刚刚接触机床的操作，操作失误率比较高，在实训教学中，难以避免地会出现冲刀和撞刀的现象，刀具在使用过程中，就需要反复的重新刃磨，加重了老师的教学任务和时间成本，同时刀具的损毁也对机床造成了一定的安全隐患，如何避免安全事故的发生，一直是机电教学较为头疼的问题。而3D打印技术的出现，则完美化解了这个难题，3D打印技术在加工过程中，不需要使用任何刀具和夹具，没有任何的加工废料，大大降低了生产的成本。同时，3D打印加工精度高，对于复杂的零部件加工，可以一次性完成，减少了加工工艺的流程，可以更为高效、安全地进行零部件加工。

（二）个性化的定制方式

传统的机械制造，由于生产工艺复杂，制造流程较多，只适用于大批量的生产方式。现代社会，工业产品的更新换代速度在逐渐加快，产品的应用性和功能性都在不断提高。我们需要以最快的速度，生产出用户需要的工业产品。而3D打印技术，在计算机辅助技术的帮助下，具有个性化和小批量生产的特点，通过互联网平台提供的用户信息，我们可以满足人们日益增强的个性化需求，产品定制化的生产，使个性化的创意得以实现，大大降低了用户产品的设计制造成本，同时减少了设计生产的时间。

（三）无人化的生产方式

传统的机械制造领域，工业产品主要通过技术工人一道道的机器操作得以实现，其加工环境需要人员聚集在一起，大规模的生产。2020年这一特殊时期，使得我们不得不改变传统的人员密集型生产方式，减少人与人接触，采用无人化的生产方式，才能保证生产的安全性，3D打印技术由于其加工的特殊性，打印设备自动化程度高，可以在没有人力的情况下，通过3D打印机完成全套加工制造过程，完美契合了特殊背景下，对于生产方式的改变，为相关物质的生产立下了汗马功劳。

二、3D打印技术与机电教学相结合

（一）逆向建模教学组织

逆向建模零部件产品，不同于传统的正向正常方式，可以加深学生的实际应用能力。在教学中，开设零部件测绘与CAD成图技术课程，对于实物零件，我们首先进行学生自主测量，收集出零件的各项参数数据，利用CAD等三维建模软件完成产品的设计环节，然后通过3D打印机，推算和演绎出零件产品的结构特征和使用功能、技术相关规格以及生产加工工艺等环节和要素，进而实现产品的生产和制造全过程。也可以利用3D扫描仪自带的传感器摄像头，对零件进行扫描和捕捉，自动生成机械产品的三维轮廓，扫描的精度和快捷性足以保证3D打印出零件的质量和结构。逆向教学方式，可以快速帮助学生，将传统课堂与3D打印结合，将课堂上学习的理论知识转化为实践运用，大大提高了学生的学习热情，使学生能够更好地参与到教学过程中，为后续机电课程的开展打下良好的基础。

（二）项目化的教学组织

现阶段的机电专业教学中，提倡培养学生的实际动手能力和实践应用性，采用项目化的教学方式，要求机械设计出的零部件产品，能够产品化和模型化。在3D打印教学过程中，注重项目的创新和应用性，提高学生的自主开发能力。首先，要求学生对3D打印技术的基本原理和基本方法了解与掌握，着重强调三维建模的重要性，引导学生领会三维建模的思想，熟练运用建模的基本操作命令，运用机械制图的学习内容进行草图绘制。以此为基础，引入市场化产品研发理论体系，建立产品立项、产品设计、产品建模、产品制造、产品调试和产品售后的全流程运作方式，明确团队小组成员的具体分工职责。在产品设计环节中，学生小组进行充分的讨论和论证，采用当众演说的方式，小组投票选出最佳方案。根据设计要求，小组成员进行产品3D建模，组内成员进行产品零件分工建模，以团队协作的方式完成建模过程。在产品制造阶段，采用3D打印技术，对设计建模进行样品打印得出产品。对产品进行小组试用和评价，形成产品反馈意见，通过反复的试验和验证，使零件产品得以最终成型。这种项目化的教学方式，引入了工程学的思想和理论，提升了学生的团队协作意识和严谨的工作作风，锻炼了学生的实际应用能力和工程素质。

结束语

3D打印技术与中职机电专业教学相结合，是中职机电专业教学质量提升的必经之路，其中3D建模又是课程推广的重中之重，通过CAD课程，不断丰富教学内容，建立广泛的教学资源，是我们广大中职教师需要关注和提升的要点。学习新的教学软件应用技术，提升个人的机电专业信息化教学能力，鼓励学生大胆进行自我实践，扩展学生的想象力，以项目化应用的方式，培养学生的工业产品化思维方式。只有这样才能使我们建立起完善的课程教学体系，将学生的思维优势充分利用起来，激發学生的学习热情，促进专业课程的多元化发展。

参考文献

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